Trouver Le Chemin Vers L'Oxygène De La Terre Au Début

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La photosynthèse n'était pas un saut évolutif. L'oxydation du manganèse a ouvert la voie à l'oxygène initial de la terre.

La photosynthèse a été décisive pour la vie sur Terre. Les scientifiques pensent maintenant avoir trouvé un tremplin moléculaire pour ce processus chimique complexe, qui a inondé l'atmosphère d'oxygène il y a environ 2,4 milliards d'années.

Les minuscules organismes unicellulaires appelés cyanobactéries ont été la première vie sur Terre à maîtriser la photosynthèse. Ils utilisent la lumière du soleil pour fractionner les molécules d'eau et libérer de l'oxygène en tant que déchets. De nombreux chercheurs soupçonnent que l'oxydation de l'élément manganèse par des formes de vie antérieures était la première étape du développement de cette machinerie moléculaire - le métal joue encore aujourd'hui un rôle crucial dans la photosynthèse.

À la base, le processus d’oxydation élimine les électrons des atomes. Dans ce cas, les premiers microbes ont volé des électrons du manganèse, les remplaçant par de l'oxygène extrait du dioxyde de carbone. Le résultat est l'oxyde de manganèse, similaire à la rouille de fer ou à la patine verte du cuivre.

"Si cela se produisait, nous pourrions voir du manganèse [oxyde] se concentrer dans les roches avant l'augmentation de l'oxygène", a déclaré Woody Fischer, géobiologiste à Caltech à Pasadena, en Californie, et co-auteur de l'étude.

Fischer et ses collègues ont recherché des roches riches en manganèse déposées juste avant le grand événement d'oxydation, lorsque la photosynthèse a commencé et que l'atmosphère de la Terre était inondée d'oxygène. (Les études génétiques qui étudient l'évolution des protéines et des enzymes dans les microbes photosynthétiques correspondent également à ce moment.)

Les chercheurs ont découvert des dépôts riches de manganèse oxydé dans des roches de 2415 milliards d'années en Afrique du Sud. Selon une étude publiée le 24 juin dans le journal Proceedings de la National Academy of Sciences, les roches anciennes témoignent du fait que les microbes exploitaient le soleil pour le transformer en nourriture contenant du manganèse.

L'analyse chimique de la roche, qui fait partie d'un ancien bassin océanique, révèle également qu'il n'y avait pas d'oxygène atmosphérique disponible, de sorte que les cyanobactéries à division de l'eau n'avaient pas encore évolué. (Cependant, l'oxygène était présent dans les molécules d'eau et de dioxyde de carbone, par exemple.)

Les chercheurs pensent que les cyanobactéries ont peut-être adopté ou amélioré le processus de manganèse pour la photosynthèse. "Le manganèse est la machine magique qui sépare les molécules d'eau", a déclaré Fischer.

L'équipe envisage maintenant d'essayer de désosser des cyanobactéries modernes pour effectuer une photosynthèse oxydante du manganèse, et d'examiner des roches du même âge sur d'autres continents pour étayer leurs conclusions.

"Le manganèse joue un rôle essentiel dans la décomposition biologique de l'eau moderne en tant que catalyseur nécessaire dans le processus. La photosynthèse oxydante de manganèse a donc un sens en tant que photosystème de transition potentiel", a déclaré Jena Johnson, étudiante de troisième cycle à Caltech et auteur principal de l'étude, dans un rapport.

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