Les scientifiques pensent que l’oxygène atmosphérique s’est développé en trois étapes, à commencer par ce que l’on appelle le grand événement d’oxydation il y a environ deux milliards d’années, lorsque l’oxygène est apparu pour la première fois dans l’atmosphère. La troisième étape, il y a environ 400 millions d’années, a vu l’oxygène atmosphérique monter aux niveaux qui existent aujourd’hui.

Ce qui est incertain, c’est ce qui s’est passé au cours de la deuxième étape, à une époque connue sous le nom d’ère néoprotérozoïque, qui a commencé il y a environ un milliard d’années et a duré environ 500 millions d’années, période au cours de laquelle les premières formes de vie animale ont émergé.

La question à laquelle les scientifiques ont tenté de répondre est la suivante : y avait-il quelque chose d’extraordinaire dans les changements des niveaux d’oxygène à l’ère néoprotérozoïque qui aurait pu jouer un rôle central dans l’évolution précoce des animaux ? Les niveaux d’oxygène ont-ils soudainement augmenté ou y a-t-il eu une augmentation progressive ?

Des traces fossilisées d’animaux primitifs – connus sous le nom de biote édiacarien, des organismes multicellulaires nécessitant de l’oxygène – ont été trouvées dans des roches sédimentaires âgées de 541 à 635 millions d’années.

Pour tenter de répondre à la question, une équipe de recherche de l’université de Leeds soutenue par les universités de Lyon, d’Exeter et de l’UCL, a utilisé des mesures des différentes formes de carbone, ou isotopes du carbone, trouvées dans les roches calcaires prélevées dans les mers peu profondes. Sur la base des rapports isotopiques des différents types de carbone trouvés, les chercheurs ont pu calculer les niveaux de photosynthèse qui existaient il y a des millions d’années et en déduire les niveaux d’oxygène atmosphérique.

Grâce aux calculs, ils ont pu produire un enregistrement des niveaux d’oxygène dans l’atmosphère au cours des 1,5 dernier milliard d’années, ce qui nous indique la quantité d’oxygène qui se serait diffusée dans l’océan pour soutenir la vie marine primitive.

Le Dr Alex Krause, un modélisateur biogéochimique qui a terminé son doctorat à la School of Earth and Environment de Leeds et était le scientifique principal du projet, a déclaré que les résultats donnent une nouvelle perspective sur la façon dont les niveaux d’oxygène changeaient sur Terre.

Il a ajouté: « La Terre primitive, pendant les deux premiers milliards d’années de son existence, était anoxique, dépourvue d’oxygène atmosphérique. Puis les niveaux d’oxygène ont commencé à augmenter, ce qui est connu sous le nom de Grand événement d’oxydation.

« Jusqu’à présent, les scientifiques pensaient qu’après le Grand Événement d’Oxydation, les niveaux d’oxygène étaient soit faibles puis montés en flèche juste avant que nous voyions les premiers animaux évoluer, soit que les niveaux d’oxygène étaient élevés pendant plusieurs millions d’années avant l’arrivée des animaux.

« Mais notre étude montre que les niveaux d’oxygène étaient beaucoup plus dynamiques. Il y a eu une oscillation entre les niveaux élevés et bas d’oxygène pendant longtemps avant l’émergence des premières formes de vie animale. Nous assistons à des périodes où l’environnement océanique, où vivaient les premiers animaux, ont eu de l’oxygène en abondance – et puis des périodes où il n’en a pas. »

Le Dr Benjamin Mills, qui dirige le Earth Evolution Modeling Group à Leeds et a supervisé le projet, a déclaré: « Ce changement périodique des conditions environnementales aurait produit des pressions évolutives où certaines formes de vie auraient pu disparaître et de nouvelles pourraient émerger. »

Le Dr Mills a déclaré que les périodes oxygénées ont élargi ce que l’on appelle des « espaces habitables » – des parties de l’océan où les niveaux d’oxygène auraient été suffisamment élevés pour soutenir les premières formes de vie animale.

Il a déclaré: « Il a été proposé dans la théorie écologique que lorsque vous avez un espace habitable qui se dilate et se contracte, cela peut supporter des changements rapides de la diversité de la vie biologique.

« Lorsque les niveaux d’oxygène diminuent, il y a une forte pression environnementale sur certains organismes qui pourraient entraîner des extinctions. Et lorsque les eaux riches en oxygène se dilatent, le nouvel espace permet aux survivants d’accéder à la domination écologique.

« Ces espaces habitables agrandis auraient duré des millions d’années, laissant suffisamment de temps aux écosystèmes pour se développer. »

Les résultats – « Variabilité extrême des niveaux d’oxygène atmosphérique à la fin du Précambrien » – sont publiés dans la revue Science Advances.