Des géoscientifiques éclairent l’évolution de la vie il y a 800 millions d’années

Une équipe de géoscientifiques de Virginia Tech a découvert des preuves qui pourraient indiquer que oui.

Les découvertes de l’équipe, récemment publiées dans Science Advances, révèlent une augmentation de l’azote biologiquement disponible au moment où les eucaryotes marins – des organismes dont les cellules ont un noyau – sont devenus dominants. Les cellules eucaryotes complexes ont évolué en organismes multicellulaires et sont reconnues pour avoir inauguré une toute nouvelle ère pour la vie sur Terre, y compris les animaux, les plantes et les champignons.

“Où nous en sommes aujourd’hui, avec la vie telle qu’elle est sur la planète, est la somme totale de tous les événements qui se sont produits dans le passé”, a déclaré Ben Gill, professeur agrégé de géochimie sédimentaire et co-auteur de l’article. “Et c’est un événement clé où nous passons d’écosystèmes à dominante procaryote – des cellules beaucoup plus simples que celles de notre corps – à des eucaryotes. Si cela ne se produisait pas, nous ne serions pas ici aujourd’hui.”

Des recherches antérieures se sont concentrées sur le rôle du phosphore dans l’essor des eucaryotes, mais Junyao Kang, doctorant au Département de géosciences et auteur principal de l’article, était curieux de connaître le rôle joué par l’azote dans cet événement.

“Ces données sont uniques car les données sur les isotopes de l’azote sont pratiquement inexistantes au début de la période néoprotérozoïque, soit il y a entre un milliard et 800 millions d’années”, a déclaré Kang.

En collaboration avec l’Université de Nanjing à Najing, en Chine, Kang a passé deux ans à comprendre ce qui a conduit à l’essor des eucaryotes grâce à l’analyse des isotopes de l’azote d’échantillons de roche du craton de Chine du Nord. Abritant des roches datant d’il y a 3,8 milliards d’années, la région était autrefois recouverte par un océan.

“Nous avions quelques idées approximatives sur le moment où les eucaryotes sont devenus un succès écologique”, a déclaré Shuhai Xiao, professeur de géobiologie et co-auteur de l’article. “Ils étaient là depuis longtemps dans un statut discret jusqu’à il y a environ 820 millions d’années, quand ils sont devenus abondants.”

Kang a décidé qu’il voulait savoir pourquoi. Il a pris les données des échantillons de roche, les a entrées dans une base de données plus grande et les a analysées sur une échelle de temps plus longue couvrant différents emplacements géographiques.

“Une fois que nous avons fait ce type d’intégration et l’avons mis dans une grande image, nous avons vu l’augmentation des nitrates à travers le temps, ce qui s’est produit il y a environ 800 millions d’années”, a déclaré Kang.

Collaboration solide

Une approche collaborative et internationale était essentielle pour relier ces nouvelles données aux événements biologiques, notamment l’essor des eucaryotes.

Gill et Rachel Reid, également géochimiste au Collège des sciences et co-auteur de l’article, ont fourni des analyses critiques à travers des ressources, y compris le spectromètre de masse du laboratoire d’isotopes stables de géoscience à Virginia Tech. Un analyseur élémentaire couplé au spectromètre de masse a permis aux chercheurs d’extraire l’azote gazeux pur des échantillons pour analyse.

Gill est spécialisé dans la reconstruction des cycles chimiques présents et passés sur notre planète. Il collabore avec des paléontologues pour étudier les archives de la vie conservées dans les archives géologiques et examine quels facteurs environnementaux potentiels auraient pu permettre des changements dans la vie à travers l’histoire.

Reid, qui concentre généralement ses recherches sur les événements les plus récents de la Terre, a eu une occasion spéciale d’offrir son expertise des isotopes de l’azote à ces anciens fossiles.

Feifei Zhang, géochimiste à l’Université de Nanjing, était le quatrième co-auteur de l’article. Zhang a fourni des informations sur la quantité d’oxygène qui aurait été disponible dans les océans à l’époque où les nitrates augmentaient en abondance.

Tous les auteurs de Virginia Tech sont des membres affiliés du Global Change Center du Fralin Life Sciences Institute, Kang étant titulaire d’un doctorat. boursier du programme d’études supérieures Interfaces du changement global. Le centre rassemble des experts de diverses disciplines pour résoudre ces défis mondiaux complexes et former la prochaine génération de leaders.

Passé, présent et futur

Xiao, qui a aidé à fouiller et à étudier certains des fossiles les plus anciens du monde entier, a déclaré que ce type d’étude lui donne de l’espoir pour de futures découvertes. Les membres de l’équipe ont hâte de collaborer avec la NASA sur de futures subventions, telles que le programme d’exobiologie soutenant leurs recherches actuelles.

Il remercie également les bibliothèques universitaires de Virginia Tech pour leur soutien aux publications en libre accès, telles que Science Advances, afin de fournir une sélection approuvée de recherches, librement accessible aux lecteurs.

“Nous pouvons relier les points des compositions isotopiques de l’azote dans le passé antique, puis passer à l’étape suivante et déduire la quantité de nitrate disponible pour les organismes”, a déclaré Xiao. “Et puis nous lions cela avec les données fossiles pour montrer qu’il existe une relation.”

Alors que les anciens océans ont disparu depuis longtemps, ce qui s’est passé dans les anciens océans est enregistré dans les roches, et l’étude de ces roches fournit un lien entre l’histoire de notre Terre, le présent et l’avenir.

“Les géologues regardent les roches pour la même raison que les négociants en bourse regardent la courbe Dow Jones lorsqu’ils prennent des décisions de vendre ou d’acheter des actions. L’histoire géologique écrite dans les roches nous donne un contexte important sur les changements mondiaux à venir”, a déclaré Xiao.