Des scientifiques de l’Université de Newcastle ont découvert une source d’oxygène qui pourrait avoir influencé l’évolution de la vie avant l’avènement de la photosynthèse.
Le projet de recherche pionnier, dirigé par l’École des sciences naturelles et environnementales de l’Université de Newcastle et publié aujourd’hui dans Communication Nature, découvert un mécanisme qui peut générer du peroxyde d’hydrogène à partir des roches lors du mouvement des failles géologiques.
Alors qu’à des concentrations élevées, le peroxyde d’hydrogène peut être nocif pour la vie, il peut également fournir une source utile d’oxygène aux microbes. Cette source supplémentaire d’oxygène peut avoir influencé l’évolution précoce, et peut-être même l’origine, de la vie dans des environnements chauds sur la Terre primitive avant l’évolution de la photosynthèse.
Dans les régions tectoniquement actives, le mouvement de la croûte terrestre génère non seulement des tremblements de terre, mais crible le sous-sol de fissures et de fractures tapissées de surfaces rocheuses hautement réactives contenant de nombreuses imperfections ou défauts. L’eau peut alors s’infiltrer et réagir avec ces défauts sur la roche nouvellement fracturée.
En laboratoire, Jordan Stone, étudiant à la maîtrise, a simulé ces conditions en écrasant du granit, du basalte et de la péridotite, des types de roches qui auraient été présentes dans la croûte terrestre primitive. Ceux-ci ont ensuite été ajoutés à de l’eau dans des conditions sans oxygène bien contrôlées à des températures variables.
Les expériences ont démontré que des quantités substantielles de peroxyde d’hydrogène – et par conséquent, potentiellement d’oxygène – n’étaient générées qu’à des températures proches du point d’ébullition de l’eau. Il est important de noter que la température de formation du peroxyde d’hydrogène chevauche les plages de croissance de certains des microbes les plus épris de chaleur sur Terre appelés hyperthermophiles, y compris les anciens microbes évolutifs utilisant l’oxygène près de la racine de l’arbre de vie universel.
L’auteur principal Jordan Stone, qui a mené cette recherche dans le cadre de sa MRes en géosciences environnementales, a déclaré: « Alors que des recherches antérieures ont suggéré que de petites quantités de peroxyde d’hydrogène et d’autres oxydants peuvent être formées en stressant ou en écrasant des roches en l’absence d’oxygène, il s’agit de la première étude à montrer l’importance vitale des températures élevées pour maximiser la génération de peroxyde d’hydrogène. »
Le chercheur principal, le Dr Jon Telling, maître de conférences, a ajouté : « Cette recherche montre que les défauts sur la roche concassée et les minéraux peuvent se comporter très différemment de la façon dont vous vous attendez à ce que des surfaces minérales plus « parfaites » réagissent. Toutes ces réactions mécanochimiques doivent générer du peroxyde d’hydrogène. , et donc l’oxygène, c’est l’eau, les roches concassées et les températures élevées, qui étaient toutes présentes sur la Terre primitive avant l’évolution de la photosynthèse et qui auraient pu influencer la chimie et la microbiologie dans les régions chaudes et sismiquement actives où la vie a peut-être d’abord évolué. «
Le travail a été soutenu par des subventions du Natural Environmental Research Council (NERC) et de la UK Space Agency. Une nouvelle suite majeure projet dirigé par le Dr Jon Telling, financé par le NERC, est en cours pour déterminer l’importance de ce mécanisme pour soutenir la vie dans le sous-sol de la Terre.
Production d’oxydants d’origine tectonique dans la biosphère chaude, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-32129-y