La Terre était dépourvue d'oxygène atmosphérique il y a deux milliards d'années. En effet, l'oxygène libre, tel que nous le respirons aujourd'hui, n'est apparu de façon durable qu'à un moment nommé le Grand Événement d'Oxydation.
Une équipe du MIT a étudié l'origine d'un composé essentiel à la respiration, une enzyme présente chez la majorité des êtres vivants utilisant l'oxygène. Leurs travaux, publiés dans
Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, démontrent que cette enzyme existait déjà durant le Mésoarchéen, une ère s'étendant entre 3,2 et 2,8 milliards d'années avant notre ère. Cette période précède de plusieurs centaines de millions d'années le moment où l'oxygène s'est accumulé dans l'air, plaçant ainsi l'apparition de ce mécanisme biologique bien plus tôt qu'envisagé.
Pendant cette époque lointaine, les principaux producteurs d'oxygène étaient les cyanobactéries, des microbes capables de réaliser la photosynthèse. Leur apparition remonterait à environ 2,9 milliards d'années, bien avant le Grand Événement d'Oxydation. Elles ont donc pu libérer de l'oxygène pendant une très longue période sans que celui-ci ne s'accumule de façon notable. Pendant longtemps, les scientifiques ont estimé que des réactions chimiques avec les roches absorbaient la plus grande partie de ce gaz. La nouvelle étude émet une idée supplémentaire: la vie elle-même aurait pu consommer cet oxygène naissant.
Pour parvenir à cette constatation, les chercheurs ont analysé l'évolution de l'enzyme à travers le temps. Ils ont examiné sa séquence génétique chez plusieurs milliers d'espèces modernes et ont placé ces informations sur l'arbre évolutif du vivant. En croisant ces données avec les dates connues de certaines espèces fossiles, ils ont pu estimer à quelle période l'enzyme était apparue. Leur modèle indique que cette capacité à traiter l'oxygène est née peu après l'émergence des cyanobactéries.
La cartographie de l'évolution de l'enzyme chez des milliers d'espèces modernes indique qu'elle est apparue peu après les premiers producteurs d'oxygène.
Crédit: Fatima Husain
Selon ce scénario, des organismes vivant à proximité des cyanobactéries auraient rapidement évolué pour capter et utiliser les faibles quantités d'oxygène produites. En le consommant, ces premiers respirateurs auraient ainsi participé à retarder son accumulation dans l'atmosphère pendant des centaines de millions d'années. Cette dynamique expliquerait en partie le long délai entre la production initiale d'oxygène et le moment où il est devenu un composant stable de l'air. L'ensemble montre une fois de plus l'adaptabilité rapide de la vie face à de nouvelles ressources énergétiques.
Les chercheurs du MIT et de l'Université de l'Oregon à l'origine de cette étude précisent que ces résultats modifient notre perception de la respiration aérobie. Il ne s'agirait plus d'une innovation survenue uniquement après que l'atmosphère soit devenue riche en oxygène. Au contraire, certains êtres vivants avaient déjà développé cette aptitude alors que les conditions globales ne s'y prêtaient pas encore.
Finalement, l'histoire de l'oxygène sur Terre se révèle différente. Sa présence durable dans l'air résulte d'un équilibre entre sa production par des organismes comme les cyanobactéries et sa consommation par d'autres formes de vie ou par les roches. Ces travaux récents montrent que la respiration aérobie est une invention extrêmement ancienne. Elle a probablement contribué à la diversification du vivant bien avant son accumulation dans l'atmosphère.