L'histoire terrestre est jalonnée de moments charnières, qui tous ont concouru d'une manière ou d'une autre à l'évolution du vivant. La Grande Oxygénation est l'un d'eux. Il y a 2,4 milliards d'années environ, l'environnement terrestre connaît en effet un tournant majeur : l'océan et l'atmosphère, jusque-là totalement anoxiquesanoxiques (dépourvus d'oxygène), vont progressivement s'enrichir en cet élément qui joue aujourd'hui un rôle clé pour une grande partie du vivant. Des organismes photosynthétiques se développent en effet en massemasse à cette époque. Leur caractéristique est qu'ils produisent de l'oxygène, qu'ils rejettent dans leur environnement. Ce gazgaz est toxique pour la majorité des organismes peuplant alors les océans, dont le métabolismemétabolisme repose sur d'autres processus que la consommation d'oxygène pour produire de l'énergieénergie.

L'apparition de la photosynthèse va donc forcer ces organismes à s'adapter et permettre l'émergence des premiers organismes aérobiesaérobies. En favorisant le développement d'une vie bien plus complexe, la Grande Oxygénation est ainsi considérée comme une étape majeure dans l'histoire de la Terre.

Une oxygénation de l’environnement terrestre en deux temps

Sa datation reste cependant toujours incertaine. Il faut savoir qu'avant la Grande Oxygénation, l'océan primitif était particulièrement riche en ferfer et en d'autres éléments dits réducteurs. L'oxygène produit par les premiers micro-organismesmicro-organismes photosynthétiques va ainsi être directement consommé par des réactions d'oxydo-réduction, qui vont produire des oxydes (de fer notamment). L'apparition de ces oxydes dans les séries sédimentaires océaniques anciennes est ainsi un marqueur fort, permettant de dire qu'une production d’oxygène a débuté. Une Grande Oxydation aurait ainsi précédé la Grande Oxygénation, cette dernière ne survenant qu'après la consommation totale des éléments réducteurs présents initialement dans l'océan. Alors seulement le taux d'oxygène a pu augmenter dans l'océan, puis dans l'atmosphère.

Mais comment dater cette transition entre un océan réducteur et un océan oxydé ? Des chercheurs se sont penchés sur cette question et ont découvert que d'autres éléments pouvaient aider à dater ce changement environnemental et sa dynamique. C'est le cas de l'azoteazote.

Un océan oxygéné bien avant l’atmosphère

Une étude, publiée dans la revue Pnas, a ainsi mis en lumièrelumière la transition entre un cycle de l'azote dominé par une forme azotée réduite (comme l'ammonium) et un cycle dominé par des formes azotées oxydées (comme les nitrates) bien plus tôt qu'on ne le pensait. Jusqu'à présent, la mise en place d'un cycle de l'azote aérobie (en présence d'oxygène) était supposée être concomitante avec la phase finale de la Grande OxydationGrande Oxydation et le début de l'oxygénation permanente de l'atmosphère.

Les chercheurs ont réalisé des forages dans des roches sédimentairesroches sédimentaires datant de 2,2 à 2,5 milliards d'années, situées en Afrique du Sud. L'analyse très fine de leur composition isotopique a permis de révéler l'évolution au cours du temps du ratio entre le ¹⁵N et le ¹⁴N, qui met en lumière la façon dont l'azote a été utilisé par les micro-organismes. Les données permettent ainsi de dater le moment à partir duquel ces micro-organismes ont dû modifier leurs processus métaboliques afin de pouvoir utiliser des éléments azotés sous forme oxydée. Cette évolution biologique serait intervenue 100 millions d'années avant que l'atmosphère ne soit oxygénée de façon permanente.