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Nov 15, 2023

Découverte d'une ancienne source d'oxygène pour la vie cachée au plus profond de la croûte terrestre

Par Newcastle University8 août 2022 Des chercheurs ont découvert une source de

Par Newcastle University8 août 2022

Des chercheurs ont découvert une source d'oxygène qui pourrait avoir influencé l'évolution de la vie avant l'avènement de la photosynthèse.

Scientists at Newcastle University have discovered a source of oxygen deep in the Earth's crust that may have influenced the evolution of life before the advent of photosynthesisPhotosynthesis is how plants and some microorganisms use sunlight to synthesize carbohydrates from carbon dioxide and water." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">photosynthèse.

The pioneering research project uncovered a mechanism that can generate hydrogen peroxide from rocks during the movement of geological faults. The study was led by Newcastle University's School of Natural and Environmental Sciences and published today (August 8) in the journal Nature Communications<em>Nature Communications</em> is a peer-reviewed, open-access, multidisciplinary, scientific journal published by Nature Portfolio. It covers the natural sciences, including physics, biology, chemistry, medicine, and earth sciences. It began publishing in 2010 and has editorial offices in London, Berlin, New York City, and Shanghai. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Communication Nature.

Bien que le peroxyde d'hydrogène à des concentrations élevées puisse 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.

Les chercheurs ont pu simuler certaines des conditions clés de la fracturation des roches souterraines à l'aide de flacons en laboratoire. Des roches représentatives de la croûte océanique et continentale ont été broyées sous azote, ajoutées à de l'eau sans oxygène, puis chauffées. Crédit : Jon Telling / Jordan Stone / Université de Newcastle

Dans les régions tectoniquement actives, le mouvement de la croûte terrestre génère non seulement des tremblements de terre, mais crible également le sous-sol de fissures et de fractures. Celles-ci sont 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.

L'étudiant à la maîtrise Jordan Stone a simulé ces conditions en laboratoire en concassant du granit, du basalte et de la péridotite – des types de roches qui auraient été présents dans la croûte terrestre primitive. Ceux-ci ont ensuite été ajoutés à de l'eau à des températures variables dans des conditions sans oxygène bien contrôlées.

La recherche étudie une source d'oxygène réactif associée à des failles géologiques; une source potentielle d'oxygène avant que les cyanobactéries n'oxygénent l'atmosphère terrestre. Cet oxygène réactif peut avoir joué un rôle dans l'évolution de la vie d'un monde sans oxygène à un monde oxygéné et a contribué à la chimie prébiotique dans les fractures souterraines avant l'origine de la vie. Crédit : Jon Telling / Jordan Stone / Université de Newcastle

Les expériences ont révélé 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 maîtrise de recherche 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 de 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."

L'auteur principal Jordan Stone, qui a mené cette recherche dans le cadre de sa MRes en géoscience environnementale à l'Université de Newcastle, au Royaume-Uni, a mis en place l'une des expériences. Crédit : Jon Telling / Jordan Stone / Université de Newcastle

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. "

Référence : "Tectonically-driven oxydant production in the hot biosphere" par Jordan Stone, John O. Edgar, Jamie A. Gould et Jon Telling, 8 août 2022, Nature Communications.DOI : 10.1038/s41467-022-32129-y

Le travail a été soutenu par des subventions du Natural Environmental Research Council (NERC) et de la UK Space Agency. Un nouveau projet de suivi majeur 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.