Pendant des décennies, une histoire commune sur les premières vies animales a soutenu que les profondeurs de l’océan se sont remplies d’oxygène il y a environ 540 millions d’années, ouvrant la voie à une explosion de créatures complexes. Une étude de la boue ancienne du fond marin du Yukon au Canada suggère que l’interrupteur n’a jamais basculé proprement.
En utilisant les isotopes du thallium comme empreinte chimique, une équipe dirigée par l’Université de l’Utah a découvert que l’oxygène des profondeurs océaniques augmentait et diminuait à plusieurs reprises il y a environ 485 à 380 millions d’années, longtemps après la diversification des animaux. Les eaux profondes riches en oxygène ne sont apparues que par brefs épisodes avant que l’océan ne retombe dans des conditions généralisées de faible teneur en oxygène.
Une remarque importante sur le calendrier : l’étude a été publiée en septembre 2025 et fait l’objet d’une attention renouvelée ce mois-ci. Ce n’est pas une découverte, mais ses résultats restent pertinents alors que les scientifiques suivent la perte d’oxygène dans les océans d’aujourd’hui.
Comment le thallium enregistre l’oxygène ancien
L’oxygène lui-même ne survit pas dans la roche pendant des centaines de millions d’années, c’est pourquoi les chercheurs s’appuient sur des substituts. Le thallium est un métal trace contenant deux isotopes de poids légèrement différents.
Les minéraux de manganèse qui se déposent sur le fond marin extraient une plus grande partie de l’isotope le plus lourd du thallium de l’eau de mer. Ces minéraux ne persistent que là où l’oxygène est présent de manière constante au fond marin, car même quelques jours sans oxygène peuvent les dissoudre. Lorsque de grandes zones des fonds marins profonds sont oxygénées, l’eau de mer et la boue qui s’en forme s’enrichissent en isotope plus léger.
En mesurant ce rapport dans les schistes anciens, les scientifiques peuvent estimer la proportion du fond marin mondial qui se trouvait sous une eau riche en oxygène. L’équipe a analysé 82 échantillons de schiste de la région de la rivière Peel au Yukon, ainsi que 44 de Lettonie, de Libye, du Pays de Galles et du Montana, selon Earth.com.
Une chronologie qui renverse l’image des manuels scolaires
La plupart des enregistrements correspondaient à des valeurs typiques de roches continentales ordinaires, compatibles avec peu d’oxygène dans les eaux profondes. Une exception notable est apparue il y a environ 405 à 386 millions d’années, lorsque des lectures suggéraient que des eaux riches en oxygène couvraient bien plus de 30 % du fond marin. La valeur la plus faible provenait des schistes de Marcellus dans le bassin des Appalaches, formés il y a environ 388 millions d’années.
Cet oxygène n’a pas duré. Il y a environ 378 millions d’années, les données étaient revenues aux valeurs ordinaires. Les valeurs mesurées au Yukon pendant la période riche en oxygène ressemblaient aux valeurs enregistrées au plus fort de la dernière période glaciaire, une époque où les océans froids et bien mélangés transportaient une abondance d’oxygène en profondeur.
L’auteur principal Chadlin Ostrander, professeur adjoint de géologie et de géophysique à l’Université de l’Utah, a déclaré dans un communiqué universitaire. Il a déclaré que le nouvel ensemble de données avance d’au moins environ 160 millions d’années le calendrier d’une oxygénation durable des profondeurs océaniques.
Le travail s’appuie sur d’autres recherches remettant en question l’histoire classique. Une étude de 2024 dont l’auteur principal était le géobiologiste de Stanford Erik Sperling, qui a également dirigé des expéditions qui ont collecté des échantillons du Yukon, a utilisé des enregistrements de molybdène et d’uranium pour affirmer que l’oxygène des profondeurs océaniques n’a atteint les niveaux modernes qu’au Dévonien, a rapporté ScienceAlert. L’équipe de Sperling a conclu que les animaux du Cambrien avaient probablement besoin de moins d’oxygène que ce que les scientifiques pensaient autrefois.
Amener de l’oxygène dans les eaux profondes est plus difficile que d’oxygéner la surface. Il faut de l’eau froide et riche en oxygène pour couler près des pôles et un faible taux de respiration pendant que cette eau se déplace – des conditions qui peuvent avoir évolué avec le changement climatique, le niveau de la mer et l’approvisionnement en nutriments.
Ce que cela signifie pour l’évolution précoce des animaux
La fenêtre échantillonnée couvre une période où la vie marine était déjà nombreuse, mobile et gourmande en énergie, y compris une deuxième grande explosion de diversité marine entre environ 485 et 444 millions d’années. Si les eaux profondes restaient généralement pauvres en oxygène pendant une grande partie de cette période, les animaux évoluaient sous des contraintes plus strictes que ne le pensaient les scientifiques.
Ostrander soutient que les changements évolutifs majeurs survenus au cours de cette période n’ont pas nécessité une quantité substantielle et soutenue d’oxygène dans les profondeurs océaniques. Les mers peu profondes, qui échangent des gaz avec l’atmosphère, auraient pu être oxygénées alors que les profondeurs ne l’étaient pas, offrant ainsi aux animaux un habitat habitable près de la surface.
L’étude a des limites claires. Les échantillons sont en moyenne d’environ un tous les 450 000 ans, de courtes oscillations pourraient donc être manquées. L’équipe n’a pas non plus pu totalement exclure que le thallium ait un cycle trop rapide pour que la boue reflète l’ensemble de l’océan, bien qu’elle considère cela comme peu probable. Et l’enregistrement commence après le Cambrien, il ne teste donc pas directement les conditions lors de l’explosion cambrienne elle-même. La date à laquelle les profondeurs de l’océan sont devenues oxygénées en permanence reste inconnue.
Le parallèle moderne : un océan qui perd de l’oxygène
Les archives anciennes ont un écho actuel. Les scientifiques estiment que l’océan mondial a perdu environ 2 % de son oxygène depuis les années 1960, et une étude réalisée en 2018 a révélé que les zones océaniques sans oxygène ont à peu près quadruplé au cours du dernier demi-siècle, tandis que les sites côtiers pauvres en oxygène se sont multipliés.
L’eau plus chaude retient moins d’oxygène et se mélange moins avec les couches plus profondes, et le ruissellement des nutriments provenant des fermes et des eaux usées alimente la prolifération d’algues dont la décomposition consomme de l’oxygène. Aux États-Unis, le golfe du Mexique et la baie de Chesapeake connaissent des zones mortes estivales récurrentes qui affectent la pêche et les économies côtières.
L’étude paléozoïque ne modélise pas l’océan actuel et ne prédit pas les conditions futures. Ce que cela montre, c’est que l’oxygène des océans n’est pas une condition de base fixe pour la vie. Elle a changé à plusieurs reprises et les écosystèmes marins ont dû faire face à ces changements.
Pour les lecteurs, ce qu’il faut retenir, c’est que l’approvisionnement en oxygène dans les profondeurs marines n’a jamais été garanti. Suivre la rapidité avec laquelle la situation évolue aujourd’hui, grâce à des programmes de surveillance des océans et de réduction des nutriments, reste l’un des moyens les plus clairs de protéger les pêcheries et les communautés côtières.
Ce que les lecteurs veulent savoir
Qu’a révélé l’étude ? L’oxygène des profondeurs océaniques a augmenté et diminué à plusieurs reprises il y a environ 485 à 380 millions d’années, au lieu d’augmenter de façon permanente il y a environ 540 millions d’années.
Comment les roches peuvent-elles montrer d’anciens niveaux d’oxygène ? Les rapports isotopiques du thallium dans la boue des fonds marins reflètent la quantité de fonds marins recouverte d’eau riche en oxygène lors de la formation de la boue.
Est-ce une nouvelle étude ? Il a été publié dans Science Advances en septembre 2025 et a récemment attiré une attention renouvelée.
Cela change-t-il l’histoire des premiers animaux ? Cela suggère que les animaux se sont diversifiés avec moins d’oxygène en haute mer qu’on ne le pensait autrefois, bien que les échantillons commencent après l’explosion cambrienne.
L’océan moderne perd-il de l’oxygène ? Oui. Les scientifiques estiment qu’environ 2 % de l’oxygène des océans a été perdu depuis les années 1960 et que les zones pauvres en oxygène se sont étendues.
Quand les profondeurs de l’océan sont-elles devenues oxygénées de manière permanente ? Cela reste inconnu. Les chercheurs affirment que cela s’est produit il y a environ 380 millions d’années.
