Certaines cyanobactéries ont des pigments spécialisés dans la récolte de la photosynthèse du feu vert à la puissance, qui peut être dû au fait qu'ils ont évolué à un moment où les océans étaient riches en fer et en vert
La mer autour de l'île Iwo, l'une des îles Satsunan au large des côtes du Japon, est verte en raison de niveaux élevés de fer
Pour une longue étendue de l'histoire de la Terre, notre planète aurait pu avoir l'air vert à distance, au lieu du point bleu pâle que nous connaissons aujourd'hui.
La période verte de la Terre, qui a duré d'environ 3 milliards d'années à 600 millions d'années, a probablement façonné l'évolution des cyanobactéries qui remplissaient l'atmosphère de quantités respirantes d'oxygène, explique Taro Matsuo à l'Université Nagoya au Japon.
Comme les plantes, les cyanobactéries capturent l'énergie de la lumière du soleil via la photosynthèse. Dans les plantes, le principal pigment utilisé dans ce processus est la chlorophylle, qui absorbe la lumière bleue et rouge et reflète la lumière verte. Mais les cyanobactéries ont également des pigments appelés phycobilines, qui absorbent le feu rouge et vert, dans le cadre de leurs systèmes de récolte de lumière appelés phycobilisomes.
Matsuo et ses collègues voulaient comprendre pourquoi les cyanobactéries utilisent ces pigments supplémentaires et ce que cela nous dit sur l'environnement dans lequel les premiers organismes de photosynthèse ont évolué.
Pendant l'Eon archaéen, de 4 milliards à 2,5 milliards d'années, l'océan était riche en hydroxyde de fer, explique Matsuo. «L'hydroxyde de fer absorbe la lumière bleue, tandis que l'eau absorbe la lumière rouge, ce qui signifie que la lumière restante aurait créé une fenêtre de lumière verte», dit-il.
Matsuo et ses collègues ont effectué des simulations pour estimer les concentrations d'hydroxyde de fer et d'autres produits chimiques dans l'océan ancien et déterminer le spectre de la lumière qui était disponible pour les organismes photosynthétiques. Ils ont constaté que cette fenêtre légère correspondait étroitement au spectre qui serait absorbé par les pigments de phycobiline.
Ils ont également effectué des expériences dans lesquelles les cyanobactéries ont été cultivées dans différents environnements lumineux. Sous le feu vert reproduisant les conditions de l'archéen, les cyanobactéries avec un pigment de phycobiline spécialisé vert appelé phycoérythrobiline ont augmenté beaucoup plus rapidement que les cyanobactéries sans ce pigment, ce qui suggère qu'elle aurait été favorisée par la sélection naturelle. L'analyse génétique a suggéré que la phycoérythrobiline était présente dans l'ancêtre commun des cyanobactéries d'aujourd'hui.
L'équipe a également effectué des tests sur le terrain autour de l'île de Satsunan-Iwo dans le sud du Japon, où les évents thermiques entraînent des eaux riches en fer avec un spectre à prédominance verte similaire à une profondeur de 5,5 mètres. Ils ont constaté que les espèces de cyanobactéries en lumière verte étaient plus répandues à cette profondeur qu'à la surface.
Aujourd'hui, la Terre semble être bleue lorsqu'elle est vue dans l'espace, principalement à cause d'un phénomène appelé Rayleigh diffusion. Cela décrit comment les ondes légères sont dispersées par des particules dans l'atmosphère qui sont plus petites que la longueur d'onde de la lumière.
«Si nous supposons une atmosphère similaire à celle d'aujourd'hui, la teinte verte reflétée par l'océan se serait mélangé au bleu de la diffusion de Rayleigh, créant probablement une couleur vert plus bleuâtre plutôt que le bleu que nous voyons aujourd'hui», explique Matsuo.
« Une autre considération importante est que les océans peuvent avoir couvert une plus grande partie de la surface de la Terre par rapport à nos jours, faisant de la couleur de l'océan un facteur encore plus dominant. »
L'oxygène produit par les cyanobactéries a réagi avec du fer dissous dans les océans pour former des oxydes de fer, qui ont coulé au fond de l'océan. Ces dépôts peuvent être considérés comme des couches minces dans des roches anciennes qui étaient autrefois sous la mer. Il y a environ 600 millions d'années, ces couches ne sont plus vues, ce qui suggère qu'à ce moment, le fer dans l'océan était entièrement oxydé et que la période verte était terminée.
De nombreux environnements aquatiques sont toujours dominés par le feu vert: par exemple, dans les eaux côtières à des profondeurs peu profondes, la matière organique de la terre telle que les plantes mortes et les déchets animaux absorbe la lumière bleue, laissant un feu prédominant vert pour les cyanobactéries pour exploiter leur photosynthèse.
Matsuo dit que la plupart des efforts pour essayer de déterminer s'il y a la vie sur d'autres planètes se sont concentrés sur la recherche d'oxygène dans l'atmosphère produite par la photosynthèse.
«Cependant, parce qu'un océan vert pourrait résulter de l'oxydation photosynthétique, il peut servir d'indicateur de vie sur les exoplanètes», dit-il.
Min Chen à l'Université de Sydney, en Australie, n'est pas convaincu que le feu vert explique pourquoi les cyanobactéries utilisent des phycobilisomes pour absorber l'énergie lumineuse.
«Les cyanobactéries elles-mêmes sont largement distribuées, non seulement dans les océans, les rivières et autres plans d'eau, mais aussi dans le sol et d'autres environnements», dit-elle. «De nombreuses cyanobactéries du sol ont ces phycobilisomes teintés de vert, et la plupart d'entre eux jouent des rôles protecteurs contre les stress oxydatifs ou les lésions légères.»
Il est également très difficile de déterminer à quoi servirait la Terre de l'espace dans le passé ancien, explique Chen.
