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Comment l’émergence de la prédation a créé des écosystèmes modernes après la période « Terre boule de neige »

Il y a environ 635 à 720 millions d’années, notre planète traversait une période glaciaire des plus froides durant laquelle la Terre était entièrement recouverte de glaces. La question de savoir comment la vie a survécu à ces glaciations de type «  Terre boule de neige », et qui ont duré plus de 50 millions d’années, a occupé les scientifiques les plus éminents pendant de nombreuses décennies. Une équipe internationale, dirigée par des chercheurs néerlandais et allemands de l’Institut Max Planck (MPI), a maintenant découvert le premier aperçu détaillé de la vie après la « Boule de neige » sous la forme de molécules anciennes nouvellement découvertes, enterrées dans de vieilles roches. Pierre Sans Jofre du Laboratoire Géosciences océan (LGO) de l’IUEM a participé à cette avancée scientifique publiée dans Nature il y a quelques jours.

« Toutes les formes de vie animale supérieures, y compris les humains, produisent du cholestérol. Les algues et les bactéries produisent leurs propres molécules de graisse caractéristiques », explique Lennart van Maldegem, premier auteur du MPI pour la biogéochimie, qui a récemment rejoint l’Australian National University à Canberra, Australie. « De telles molécules de graisse peuvent survivre dans les roches pendant des millions d’années, en tant que plus vieux vestiges (chimiques) d’organismes, et nous disent maintenant quel type de vie a prospéré dans les anciens océans il y a longtemps ».

Mais les graisses fossiles que les chercheurs ont récemment découvertes dans les roches brésiliennes, déposées juste après la dernière glaciation Boule de neige, ne sont pas celles qu’ils soupçonnaient. « Absolument pas » dit le chef d’équipe Christian Hallmann du MPI pour la biogéochimie, « nous étions complètement perplexes, parce que ces molécules avaient l’air très différentes de ce que nous avons jamais vu auparavant » ! En utilisant des techniques de séparation sophistiquées, l’équipe a réussi à purifier de minuscules quantités de la mystérieuse molécule et à identifier sa structure par résonance magnétique nucléaire dans le département RMN de Christian Griesinger de l’Institut Max Planck de chimie biophysique. Selon Klaus Wolkenstein du MPI pour la chimie biophysique et du Centre de géosciences de l’Université de Göttingen, « c’est très remarquable en soi : Jamais une structure n’a été élucidée avec une si petite quantité d’une si vieille molécule ». La structure a été identifiée chimiquement comme étant 25,28-bisnorgammacerane – en abrégé BNG comme van Maldegem le suggère.

Pourtant, l’origine du composé est restée énigmatique. « Nous avons bien sûr cherché si nous pouvions le trouver ailleurs » dit van Maldegem, qui a ensuite étudié des centaines d’échantillons de roches anciennes, avec un succès plutôt surprenant. « En particulier, les rochers du Grand Canyon nous ont vraiment ouvert les yeux », dit Hallmann. Bien qu’aujourd’hui la plupart du temps très chaudes, ces roches ont également été enfouies sous des kilomètres de glace il y a environ 700 millions d’années. Des analyses supplémentaires détaillées de molécules dans les roches du Grand Canyon – y compris des précurseurs présumés de BNG, la distribution des stéroïdes et des schémas isotopiques stables du carbone – ont conduit les auteurs à conclure que la nouvelle molécule de BNG provient très probablement du plancton hétérotrophe, microbes marins qui dépendent de la consommation d’autres organismes pour gagner en énergie. « Contrairement, par exemple, aux algues vertes qui font de la photosynthèse et appartiennent donc à des organismes autotrophes, ces microorganismes hétérotrophes étaient de véritables prédateurs qui ont gagné de l’énergie en chassant et en dévorant d’autres algues et bactéries », selon van Maldegem.

Bien que la prédation soit courante parmi le plancton dans les océans modernes, la découverte qu’elle était si importante il y a 635 millions d’années, exactement après la glaciation de la Terre en boule de neige, est un événement important pour la communauté scientifique. « Parallèlement à l’apparition de l’énigmatique molécule BNG, nous observons la transition d’un monde dont les océans ne contiennent pratiquement que des bactéries, à un système terrestre plus moderne contenant beaucoup plus d’algues. Nous pensons que la prédation massive a aidé à  » débarrasser  » les océans dominés par les bactéries et à faire de la place pour les algues », dit van Maldegem. Les réseaux d’alimentation plus complexes qui en ont résulté ont fourni les besoins alimentaires nécessaires à l’évolution de formes de vie plus grandes et plus complexes, y compris les lignées dont tous les animaux, et éventuellement nous, les humains, dérivent. L’apparition massive de la prédation a probablement joué un rôle crucial dans la transformation de notre planète et de ses écosystèmes jusqu’à son état actuel.

Crédit photo : Pierre Sans Jofre / UBO

Contact : Pierre Sans Jofre

Repère : les climats de la Terre

Depuis le début de son histoire il y a 4,6 milliards d’années la Terre a connu des bouleversements importants et des climats très divers. Les premiers milliards d’années, l’intensité du soleil était bien plus faible qu’aujourd’hui. Mais le climat était pourtant très chaud. Ceci est dû à la concentration en gaz à effet de serre dans l’atmosphère qui était beaucoup plus élevée. Elle pouvait atteindre 40 000 parties par millions (ppm) soit cent fois plus qu’aujourd’hui. Sur la Terre primitive, la température de l’océan pouvait même monter jusqu’à 60°C.

A l’échelle des dizaines de millions d’années, la tectonique modifie l’apparence de la Terre : de la création de supercontinents à leur dislocation, de la formation d’océans et de mers à leur disparition, en passant par l’élévation de chaines de montagnes. Toutes ces transformations ont un impact sur le climat et sur le cycle du carbone. A deux reprises, il y a 720 et 635 millions d’années, la Terre s’est même presque complètement englacée. C’est ce que l’on appelle la Terre «boule de neige».

Au quaternaire, de 2,5 millions d’années à aujourd’hui, la position des continents est globalement telle qu’on la connaît aujourd’hui et le climat est marqué par la succession de périodes glaciaires et interglaciaires. A cette époque, la Terre a compté jusqu’à quatre calottes de glaces, alors qu’aujourd’hui il n’y en a que deux : le Groenland et l’Antarctique. C’est également à cette époque qu’apparaît le genre Homo. Les forages réalisés en Antarctique mettent en évidence des bulles piégées dans la glace durant les 800.000 dernières années. Celles-ci fournissent des informations sur les quantités de CO2 présents dans l’atmosphère.

De nos jours, les activités humaines modifient les quantités de CO2 présentes dans l’atmosphère et dans l’océan. En dégageant des gaz à effet de serre, l’homme influence le climat et les cycles naturels de la planète à une vitesse sans précédent. Les scientifiques étudient ces processus naturels ainsi que l’impact de l’homme sur son environnement.