Nous ne saurons probablement jamais comment la vie sur Terre a commencé. Peut-être dans une piscine peu profonde éclairée par le soleil.
Ou dans les profondeurs écrasantes de l’océan, à des kilomètres sous la surface, près des fissures de la croûte terrestre qui ont craché une soupe chaude et riche en minéraux. Bien qu’il existe de bonnes preuves de l’existence de la vie il y a au moins 3,7 milliards d’années, nous ne savons pas précisément quand elle a commencé.
Mais ces éons ont produit quelque chose de peut-être encore plus remarquable : la vie a persisté.
Malgré les impacts massifs d’astéroïdes, l’activité volcanique cataclysmique et les changements climatiques extrêmes, la vie a réussi non seulement à s’accrocher à notre monde rocheux, mais aussi à prospérer.
Comment cela est-il arrivé ? Les recherches que nous avons récemment publiées avec nos collègues dans Trends in Ecology and Evolution apportent une partie importante de la réponse, en fournissant une nouvelle explication à l’hypothèse Gaia.
Développée par le scientifique et inventeur James Lovelock, et la microbiologiste Lynn Margulis, l’hypothèse Gaïa proposait à l’origine que la vie, par ses interactions avec la croûte terrestre, les océans et l’atmosphère, produisait un effet stabilisateur sur les conditions à la surface de la planète – en particulier la composition de l’atmosphère et le climat.
Grâce à ce processus d’autorégulation, la vie a pu survivre dans des conditions qui l’auraient anéantie sur des planètes non régulées.
Lovelock a formulé l’hypothèse Gaia alors qu’il travaillait pour la NASA dans les années 1960. Il a reconnu que la vie n’a pas été un passager passif sur la Terre.
Au contraire, elle a profondément remodelé la planète, créant de nouvelles roches telles que le calcaire, affectant l’atmosphère en produisant de l’oxygène et entraînant les cycles d’éléments tels que l’azote, le phosphore et le carbone.
Le changement climatique provoqué par l’homme, qui résulte en grande partie de la combustion de combustibles fossiles et donc de la libération de dioxyde de carbone, n’est que le dernier exemple de la façon dont la vie affecte le système terrestre.
S’il est désormais admis que la vie est une force puissante sur la planète, l’hypothèse de Gaïa reste controversée. Bien qu’il soit prouvé que les températures de surface sont restées, à quelques exceptions notables près, dans la fourchette requise pour la présence généralisée d’eau liquide, de nombreux scientifiques attribuent cette situation à la chance.
Si la Terre s’était complètement transformée en maison de glace ou en maison chaude (pensez à Mars ou Vénus), la vie se serait éteinte et nous ne serions pas là pour nous demander comment elle a pu persister aussi longtemps.
C’est une forme d’argument de sélection anthropique qui dit qu’il n’y a rien à expliquer.
Il est clair que la vie sur Terre a eu de la chance. En premier lieu, la Terre se trouve dans la zone habitable – elle tourne autour du soleil à une distance qui produit les températures de surface nécessaires à la présence d’eau liquide.
Il existe d’autres formes de vie dans l’univers, peut-être plus exotiques, mais la vie telle que nous la connaissons nécessite de l’eau. La vie a également eu la chance d’éviter les impacts de très gros astéroïdes.
Un morceau de roche nettement plus gros que celui qui a entraîné la disparition des dinosaures il y a quelque 66 millions d’années aurait pu stériliser complètement la Terre.
Mais que se serait-il passé si la vie avait pu peser sur un côté de la balance de la fortune ? Et si la vie avait en quelque sorte créé sa propre chance en réduisant l’impact des perturbations à l’échelle planétaire ?
Cela nous amène à la question centrale en suspens dans l’hypothèse Gaia : comment l’autorégulation planétaire est-elle censée fonctionner ?
Si la sélection naturelle est un mécanisme explicatif puissant qui peut expliquer une grande partie des changements que nous observons chez les espèces au fil du temps, il nous manquait une théorie qui puisse expliquer comment les éléments vivants et non vivants d’une planète s’autorégulent.
Par conséquent, l’hypothèse de Gaïa a généralement été considérée comme intéressante mais spéculative, et non fondée sur une théorie testable.
La sélection de la stabilité
Nous pensons avoir enfin trouvé une explication à l’hypothèse Gaia. Ce mécanisme est la “sélection séquentielle”. En principe, c’est très simple.
Lorsque la vie émerge sur une planète, elle commence à influer sur les conditions environnementales, qui peuvent s’organiser en états stabilisés, qui agissent comme un thermostat et ont tendance à persister, ou en états déstabilisants, tels que les événements de la Terre en boule de neige qui ont presque éteint les débuts de la vie complexe il y a plus de 600 millions d’années.
S’il se stabilise, le décor est planté pour une nouvelle évolution biologique qui, à terme, reconfigurera l’ensemble des interactions entre la vie et la planète. Un exemple célèbre est l’origine de la photosynthèse productrice d’oxygène il y a environ 3 milliards d’années, dans un monde auparavant dépourvu d’oxygène.
Si ces nouvelles interactions sont stabilisantes, le système planétaire continue de s’autoréguler. Mais les nouvelles interactions peuvent aussi produire des perturbations et des rétroactions excessives.
Dans le cas de la photosynthèse, elle a conduit à une brusque augmentation des niveaux d’oxygène atmosphérique lors du “Grand événement d’oxydation “, il y a environ 2,3 milliards d’années.
C’est l’une des rares périodes de l’histoire de la Terre où le changement a été si prononcé qu’il a probablement anéanti une grande partie de la biosphère en place, redémarrant ainsi le système.
Les chances que la vie et l’environnement s’organisent spontanément en états d’autorégulation sont peut-être beaucoup plus élevées que ce à quoi on pourrait s’attendre.
En fait, avec une biodiversité suffisante, cela peut être extrêmement probable. Mais il y a une limite à cette stabilité.
Si l’on pousse le système trop loin, il peut dépasser un point de basculement et s’effondrer rapidement dans un nouvel état, potentiellement très différent.
Il ne s’agit pas d’un exercice purement théorique, car nous pensons pouvoir tester la théorie de plusieurs manières différentes. À la plus petite échelle, cela impliquerait des expériences avec diverses colonies bactériennes.
À une échelle beaucoup plus grande, il s’agirait de rechercher d’autres biosphères autour d’autres étoiles, ce qui nous permettrait d’estimer le nombre total de biosphères dans l’univers – et donc non seulement la probabilité que la vie émerge, mais aussi qu’elle persiste.
La pertinence de nos découvertes par rapport aux préoccupations actuelles concernant le changement climatique ne nous a pas échappé. Quoi que fassent les humains, la vie continuera d’une manière ou d’une autre.
Mais si nous continuons à émettre des gaz à effet de serre et à modifier ainsi l’atmosphère, nous risquons de provoquer un changement climatique dangereux et potentiellement incontrôlable.
Cela pourrait finir par mettre fin à l’influence de la civilisation humaine sur l’atmosphère, ne serait-ce que parce qu’il n’y aurait plus de civilisation humaine.
Nous n’avons aucune raison de penser que l’Homo sapiens est différent à cet égard.