Le pire moment pour être vivant dans l’histoire de la Terre est sans conteste la fin du Permien, il y a environ 250 millions d’années. C’est la période où le plus grand événement d’extinction jamais enregistré a eu lieu, tuant 97% de toutes les espèces, un événement si grave qu’il a été appelé The Great Dying.
Cet événement a généralement été imputé à des éruptions volcaniques massives qui ont eu lieu à la même époque. Mais aujourd’hui, dans une nouvelle analyse, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) affirment que cet événement d’extinction massive pourrait avoir été instigué par des microbes. Ces microbes ont entraîné une perturbation du cycle du carbone qui a provoqué des chocs environnementaux, tels que le réchauffement de la planète et l’acidification des océans. Ces chocs ont anéanti des espèces en grand nombre sur une période de quelques dizaines de milliers d’années – une bavure à l’échelle géologique.
Comme si c’était la fin des temps
L’extinction de la fin du Permien, qui a eu lieu il y a environ 250 millions d’années, est le plus grave des cinq événements d’extinction massive connus. Elle a tué les derniers trilobites, une espèce marine robuste qui avait survécu à deux précédentes extinctions massives. Si les plantes terrestres ont survécu, presque toutes les forêts ont disparu. Pire encore, c’est le seul événement d’extinction connu où même les insectes n’ont pas été épargnés.
Pour qu’un événement de cette taille ait lieu, il aurait fallu que beaucoup de choses tournent mal. A l’époque, le monde était constitué d’un seul supercontinent appelé Pangée. Cette grande masse continentale, en modifiant la dynamique du cycle du carbone avec les plaques en subduction, pourrait avoir poussé les températures mondiales au plus haut qu’elles n’aient jamais été.
Puis, au cours d’environ un million d’années, d’énormes éruptions en Sibérie ont créé des basaltes qui couvrent une zone d’environ sept fois la taille de la France. Cela pourrait avoir poussé l’environnement à dépasser un point de basculement en envoyant encore plus de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Les océans se seraient alors acidifiés, tuant davantage de vie marine, et se seraient réchauffés, libérant du méthane gelé. Le résultat de tout cela aurait été un climat « d’emballement » qui n’aurait cessé de se réchauffer et de retirer plus d’oxygène de l’environnement.
Le puissant microbe
Mais Daniel Rothman du MIT pense que les chiffres ne s’additionnent pas. « Les changements dans le cycle du carbone à l’échelle mondiale sont difficiles à concilier avec la seule activité volcanique en Sibérie », a-t-il déclaré.
Ses calculs, qui viennent d’être publiés dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, laissaient entendre que quelque chose d’autre devait être à l’origine de cet emballement. Une hypothèse était que la vie microbienne pouvait en être responsable.
« Cette hypothèse n’est pas aussi scandaleuse qu’elle le semble. Après tout, il y a environ 2,4 milliards d’années, ce sont des microbes sous forme de cyanobactéries qui ont donné à notre atmosphère tout son oxygène », a ajouté M. Rothman. Cette période, appelée le Grand événement d’oxygénation, a également tué la plupart des organismes qui étaient adaptés au manque d’oxygène et a marqué le début de l’une des plus longues périodes froides de l’histoire de la Terre. Les microbes peuvent donc certainement avoir un impact mondial.
Avec ses collègues du MIT, Rothman a examiné l’histoire de l’évolution de la Terre et a repéré l’essor d’un type particulier de microbe qui s’est produit à l’époque de la grande mort. Ce microbe, appelé Methanosarcina, avait la capacité de digérer la matière organique pour produire du méthane. (Des biologistes moléculaires du MIT ont montré que Methanosarcina a évolué vers cette capacité grâce au transfert d’un seul gène provenant de la classe de bactéries Clostridia.)
Rothman savait que le processus chimique impliqué dans la création du méthane reposait sur le métal nickel. Il est allé chercher des preuves que Methanosarcina prospérait à l’époque dans la couche sédimentaire de la région de Meishan en Chine. Si l’environnement de l’époque contenait un peu plus de nickel que la normale, alors les sédiments en garderaient la trace.
Rothman a choisi la région de Meishan pour rechercher le nickel car c’est une région particulièrement bien étudiée. Ses couches sédimentaires ont été utilisées pour marquer et standardiser différentes périodes de l’histoire géologique de la Terre, et elles couvrent la période de la Grande Mort.
La recherche a été fructueuse. Il y avait en effet une plus grande quantité de nickel dans les sédiments déposés durant cette période. Les Methanosarcina n’auraient pas seulement été efficaces pour créer du méthane – ils auraient prospéré.
Le nickel, suggère Rothman, aurait été ajouté aux océans, où les Methanosarcina vivaient et se développaient, par l’activité volcanique continue qui se produisait en Sibérie. La quantité croissante de nickel, transportée par les courants océaniques, aurait permis à davantage de Methanosarcina de convertir la matière organique en méthane, qui serait ensuite transformé en dioxyde de carbone par des réactions avec l’oxygène. Cela aurait entraîné une augmentation des températures mondiales et une acidification des océans. Cette dernière se serait combinée à la perte d’oxygène (utilisé pour créer le dioxyde de carbone) pour accélérer l’extinction dans les océans. Et les organismes morts auraient fourni à Methanosarcina davantage de matière organique à digérer.
En bref, une innovation microbienne pourrait avoir fait pencher la balance pour provoquer la Grande Mort.
Marc Reichow, de l’université de Leicester, reste sceptique face à ces résultats. Il affirme que rien ne prouve que l’augmentation du nickel provenait des volcans sibériens. Rothman est d’accord pour dire que les données actuelles ne permettent pas d’identifier la source du nickel.
« C’est une hypothèse intéressante, mais je pense que la Grande Mort était le fait de nombreux « mécanismes de mort » plutôt qu’un mécanisme unique suggéré ici », a déclaré Reichow.
Il y a également un doute sur la période exacte au cours de laquelle Methanosarcina a réellement évolué. Les techniques actuelles d’estimation de ses origines basées sur les différences de séquences d’ADN ont une énorme marge d’erreur, ce qui signifie qu’elle pourrait avoir eu lieu bien avant ou après la Grande Mort.
Rothman concède qu’il y a des limites. « Nous pensons que le volcanisme seul n’aurait pas pu causer cet événement d’extinction. Au lieu de cela, ce que nous avons fait, c’est élargir la conversation en suggérant qu’il est possible que des microbes aient pu le provoquer. »
« Les implications pour aujourd’hui sont qu’il y a de nombreuses façons dont les fluctuations naturelles peuvent se produire dans le cycle du carbone de la Terre. Lorsque nous étudions les changements qui se produisent actuellement dans le cycle du carbone, nous devrions essayer de prendre en compte le plus grand nombre possible d’entre eux pour faire des prédictions futures. »