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De puissants tremblements de terre qui ont secoué la Terre il y a environ 3,8 milliards d’années ont ouvert la croûte terrestre et permis aux réactions chimiques de se dérouler profondément dans la roche fracturée. Ces réactions, alimentées par l’activité sismique, l’eau et les températurespourrait avoir fourni de l’oxygène à certaines des premières formes de vie du monde, selon une nouvelle étude.
Cet oxygène serait venu emballé dans le peroxyde d’hydrogène composé (H2O2), qui contient deux hydrogène atomes et deux atomes d’oxygène liés ensemble, selon l’étude publiée lundi 8 août dans la revue NatureCommunications (s’ouvre dans un nouvel onglet). Peut-être mieux connu comme antiseptique, le peroxyde d’hydrogène peut, bien sûr, être toxique pour les organismes vivants, mais il peut toujours être une source d’oxygène utile une fois décomposé par enzymes ou par des réactions qui se produisent sous une chaleur élevée, a déclaré Jon Telling, auteur principal de l’étude et maître de conférences en géochimie et géomicrobiologie à l’Université de Newcastle au Royaume-Uni, à Live Science.
Maintenant, lors d’expériences en laboratoire, Telling et ses collègues ont découvert comment de grandes quantités de peroxyde d’hydrogène peuvent s’être formées au début Terre et a ainsi servi de source potentielle d’oxygène pour certains des premiers organismes de la planète. Ces réactions se produisent le plus efficacement à températures près du point d’ébullition de l’eau – 212 degrés Fahrenheit ou 100 degrés Celsius – mais produisent toujours un peu de H2O2 à des températures inférieures à 176 F (80 C), ont découvert les chercheurs.
Notamment, ces températures chevauchent la plage de température que les thermophiles et les hyperthermophiles – c’est-à-dire qui aiment la chaleur bactéries et archaea – sont connus pour prospérer, a déclaré Telling. On pense que l’ancêtre commun de toute vie sur Terre a également évolué pour vivre dans des environnements brûlants, et donc en théorie, ce mystérieux organisme ancestral pourrait avoir été influencé par la présence de peroxyde d’hydrogène forgé profondément dans la croûte de la planète.
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Et surtout, parce que le peroxyde d’hydrogène peut endommager les graisses, protéines et ADN de cellules, les premiers organismes auraient eu besoin de stratégies pour « détoxifier » le composé s’il était présent dans leur environnement, a déclaré Lynn Rothschild, chercheur principal au centre de recherche Ames de la NASA en Californie, qui n’a pas participé à la nouvelle étude. Le peroxyde d’hydrogène est également un sous-produit naturel de photosynthèsedonc, pour faire évoluer la capacité de photosynthèse, les organismes devaient d’abord être capables de gérer le H2O2.
« Il devait y avoir des sources d’espèces réactives de l’oxygène » – y compris le peroxyde d’hydrogène – « sur la Terre primitive avant l’avènement de la photosynthèse oxygénée », a déclaré Rothschild à Live Science.
Au plus profond de la croûte
Précédent (s’ouvre dans un nouvel onglet) études (s’ouvre dans un nouvel onglet)y compris travaux menés par le laboratoire de Rothschild (s’ouvre dans un nouvel onglet)ont suggéré que les minéraux supposés exister dans la croûte terrestre primitive pourraient être une source potentielle de peroxyde d’hydrogène, et donc, une source potentielle d’oxygène.
Certaines de ces expériences impliquaient de pulvériser des roches dans des conditions spécifiques, puis d’exposer ces roches concassées à l’eau. Cette série d’événements imite, à petite échelle, le stress physique subi par les roches dans les régions tectoniquement actives de la croûte terrestre primitive, où la croûte s’est fissurée et l’eau a pu s’infiltrer à l’intérieur. Lorsque la Terre avait moins d’un milliard d’années, la planète n’avait pas encore de grandes plaques de croûte glissant sur son manteau, comme plaques tectoniques se déplacer à travers le monde aujourd’hui, a déclaré Telling. Cependant, à cette époque, la croûte se déformait et se fendillait encore dans des régions localisées en raison de volcanique activité et interactions entre des morceaux de croûte beaucoup plus petits, a-t-il déclaré.
Bien que des expériences passées aient démontré que cette activité tectonique précoce pouvait potentiellement produire de l’hydrogène gaz (un composant du peroxyde d’hydrogène) et du peroxyde d’hydrogène entièrement formé, ces études n’ont généré que de petites quantités de ces composés. Dans leur nouvelle étude, Telling et ses collègues ont mené des expériences similaires, mais ont exposé les roches concassées à une plage de températures plus large et pendant des périodes plus longues, jusqu’à une semaine. Sur la base des études antérieures, ils soupçonnaient que cette approche pourrait augmenter la quantité de peroxyde d’hydrogène produite.
Dans leurs expériences de concassage de roches, l’équipe a utilisé du granit, une roche trouvée dans la croûte continentale, et du basalte et de la péridotite, qui auraient été abondants dans la croûte océanique de la Terre primitive. Ils ont broyé ces roches en poudre fine dans des récipients sans oxygène, ont soigneusement transféré la roche concassée dans des bouteilles hermétiques, ont ajouté de l’eau, puis ont augmenté la chaleur.
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Au fur et à mesure que les poudres de roche atteignaient des températures proches de l’ébullition, les «défauts» au sein de leurs composants minéraux devenaient moins stables et plus susceptibles de réagir avec l’eau. Plus précisément, ces défauts comprenaient des «liaisons peroxy», ou des endroits où deux atomes d’oxygène sont liés ensemble dans la structure cristalline des minéraux, où généralement l’oxygène ne se lie qu’à l’élément silicium. De tels défauts peuvent être introduits dans un cristal si de l’eau est ajoutée par inadvertance à sa structure lors de sa formation, a déclaré Telling.
« Lorsque ces roches contenant ces liaisons peroxy sont soumises à des contraintes, ces défauts peuvent en fait se disloquer », a-t-il expliqué. « Ils peuvent se déplacer à travers la structure cristalline jusqu’aux surfaces où ils peuvent alors commencer à interagir avec l’eau », et cette interaction produit finalement du peroxyde d’hydrogène.
Ces résultats suggèrent que, au moins dans les régions de la Terre primitive secouées par des tremblements de terre et cuites à des températures élevées, le peroxyde d’hydrogène pourrait avoir été une caractéristique commune de l’environnement. Cela dit, les expériences ne peuvent pas capturer la vitesse ou l’échelle exacte à laquelle ces réactions productrices de H2O2 ont eu lieu sur la Terre primitive, a noté Telling.
« Il serait intéressant de voir à quel point ce phénomène est répandu » et comment le peroxyde d’hydrogène a influencé la évolution des premiers organismes, à l’échelle mondiale, a déclaré Rothschild, qui étudie comment la vie a pu naître et évoluer sur la Terre primitive et potentiellement ailleurs dans la galaxie. Cela dit, H2O2 n’aurait pas eu besoin d’être présent dans tous les environnements de la Terre primitive pour contrôler l’évolution de la vie sur la planète. Si vous êtes un minuscule microbe qui ne mesure que quelques microns de large, vous n’êtes de toute façon influencé que par les produits chimiques de votre environnement immédiat.
« Honnêtement, c’est assez bien si vous avez des espèces réactives de l’oxygène dans votre quartier », a déclaré Rothschild. Cette exposition précoce au H2O2 environnemental peut avoir fourni une « formation » essentielle pour les organismes qui ont évolué en cyanobactéries, le bleu-vert algues responsable de pomper l’atmosphère terrestre pleine d’oxygène et de façonner ainsi le cours de l’histoire de notre planète, a-t-elle déclaré.
Publié à l’origine sur Live Science.
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