Les chercheurs ont déterminé comment des niveaux traces de nickel et d'urée ont entravé l'accumulation d'oxygène dans l'atmosphère terrestre pendant plus d'un milliard d'années. Leurs expériences montrent que ces composés ont limité la croissance des cyanobactéries jusqu'à ce que les conditions changent, déclenchant le Grand Événement d'Oxydation il y a environ 2,1 à 2,4 milliards d'années. Les résultats offrent des perspectives sur la chimie précoce de la Terre et des biosignatures potentielles sur d'autres planètes.
Le Grand Événement d'Oxydation (GOE), survenu il y a environ 2,1 à 2,4 milliards d'années, a transformé l'atmosphère terrestre en permettant l'accumulation d'oxygène et le soutien de la vie complexe. Cependant, la photosynthèse oxygénique par les cyanobactéries avait évolué des centaines de millions d'années plus tôt, mais les niveaux d'oxygène atmosphérique sont restés bas pendant une période prolongée. Les scientifiques ont longtemps été perplexes face à ce retard, explorant des facteurs comme les émissions volcaniques et les puits chimiques, mais aucun n'expliquait pleinement le phénomène.
Une équipe dirigée par le Dr Dilan M. Ratnayake de l'Institut des Matériaux Planétaires à l'Université d'Okayama, au Japon—désormais au Département de Géologie de l'Université de Peradeniya, au Sri Lanka—a étudié le rôle des composés traces nickel et urée dans la croissance des cyanobactéries. Les collaborateurs incluaient les professeurs Ryoji Tanaka et Eizo Nakamura. Leur étude, publiée dans Communications Earth & Environment en 2025, a recréé les conditions de la Terre archéenne de 4 à 2,5 milliards d'années en arrière par des expériences en laboratoire.
Dans la première expérience, des mélanges d'ammonium, de cyanure et de composés ferreux ont été exposés à la lumière UV-C, simulant le rayonnement pré-couche d'ozone, pour tester la formation naturelle d'urée. La seconde consistait à cultiver des cyanobactéries (Synechococcus sp. PCC 7002) sous des cycles lumineux variables avec différentes concentrations de nickel et d'urée, mesurant la croissance par densité optique et niveaux de chlorophylle-a.
Les résultats indiquaient que des niveaux élevés de nickel et d'urée au début de l'Archéen ont restreint les blooms de cyanobactéries, empêchant une libération soutenue d'oxygène. Comme l'a expliqué le Dr Ratnayake, « Le nickel entretient une relation complexe mais fascinante avec l'urée en ce qui concerne sa formation ainsi que sa consommation biologique, tandis que leur disponibilité à des concentrations plus basses peut conduire à la prolifération des cyanobactéries. » La diminution du nickel et la stabilisation de l'urée ont permis aux cyanobactéries de prospérer, favorisant l'accumulation d'oxygène et le GOE.
Le Dr Ratnayake a noté des implications plus larges : « Produire de l'oxygène serait un défi majeur si nous devions un jour coloniser une autre planète. Par conséquent, nous avons cherché à comprendre comment un microbe minuscule, les cyanobactéries, a pu modifier les conditions terrestres pour les rendre propices à l'évolution de la vie complexe, y compris la nôtre. » Il a ajouté : « Si nous pouvons comprendre clairement les mécanismes d'augmentation du contenu en oxygène atmosphérique, cela éclairera la détection de biosignatures sur d'autres planètes. Les résultats démontrent que l'interaction entre composés inorganiques et organiques a joué des rôles cruciaux dans les changements environnementaux de la Terre, approfondissant notre compréhension de l'évolution de l'oxygène terrestre et donc de la vie sur elle. »
Ces insights pourraient informer les missions de retour d'échantillons de Mars et la recherche de vie sur les exoplanètes en soulignant comment les équilibres chimiques influencent l'oxygénation.