Présentation du chapitre

Ce chapitre est dédié à l'oxygène. Nous y parlons de :
son histoire vieille de 4 milliards d'années
de son transport de l'atmosphère à nos cellules musculaires
de son rôle au sein du muscle
de ses rapports avec l'exercice musculaire en général et la course à pied en particulier.

Entamons les débats avec l'histoire terrestre de l'oxygène.

1 Histoire de l'oxygène sur terre

1.1 La terre anaérobie

Nous sommes en l'an 4 milliards avant aujourd'hui, la composition gazeuse de l'atmosphère et la température à la surface de la terre sont vraisemblablement proches des valeurs indiquées dans le tableau qui suit (colonne Terre sans vie).

Pendant la période correspondant à l'Archéen c'est à dire il y a 3,5 milliards d'années, les seuls organismes sur Terre sont les bactéries. Elles tirent leur énergie de mécanismes anaérobies. L'atmosphère est dominée par le méthane. L'oxygène n'existe qu'à l'état de traces.

L'oxygène s'accumule
Les organismes anaérobies assurent leur survie dans un environnement qui devient de plus en plus hostile. Une pollution à grande échelle est en effet en train de se produire. Un véritable poison s'accumule progressivement dans l'atmosphère. Le danger toxique : c'est l'oxygène.
Mais d'où vient cet oxygène ? Avant l'apparition du vivant, l'oxygène était quasiment absent de l'atmosphère. Il y a 2 milliards d'années, au début de la période appelée protérozoïque par les géologues, il devient un gaz dominant.
Quels mécanismes permettent de rendre compte de cette accumulation d'oxygène ? Telle est la question à laquelle nous allons tenter d'apporter des réponses.

1.2 Comment l'oxygène devient un gaz important de l'atmosphère

Au total, trois mécanismes sont susceptibles d'expliquer l'accumulation de l'oxygène dans l'air.

La photosynthèse
La photosynthèse est le processus par lequel, les plantes captent le dioxyde de carbone (CO2) de l'air et rejettent de l'oxygène. Si l'on fait la différence entre le gaz capté et celui renvoyé, nous obtenons :
CO2 - O2 = C c'est à dire du carbone. La photosynthèse permet aux plantes d'assurer leur croissance grâce au prélèvement du carbone. Elle semble un candidat idéal rendant compte de l'accumulation d'oxygène dans l'air. Oui, mais les plantes actuelles alternent une phase lumineuse de photosynthèse et une phase obscure de respiration. Pendant cette seconde période, elles accomplissent le mouvement inverse à la photosynthèse. Elles utilisent l'oxygène de l'air et renvoient du dioxyde de carbone.
Le processus de photosynthèse-respiration ne peut donc pas engendrer d'augmentation marquée de la quantité d'oxygène. Il nous faut trouver un autre candidat.

La photolyse de l'eau
Dans les couches supérieures de l'atmosphère, la vapeur d'eau est fortement soumise aux rayonnements solaires. Cette énergie scinde les molécules laissant d'un côté les atomes d'oxygène et de l'autre les atomes d'hydrogène. Ces derniers sont suffisamment légers pour sortir du champ de gravitation terrestre et aller voyager dans l'espace. Les atomes d'oxygène peuvent soit s'accoupler pour donner de l'oxygène (O2) ou se rassembler à trois pour former l'ozone (O3).
Il semble toutefois que les taux d'oxygène engendrés par ce mécanisme soient négligeables.

La fixation du carbone
Comme tous les composés organiques, les végétaux sont composés, entre autres, d'atomes d'oxygène et de carbone. Quand ils se dégradent, ils emportent dans le sol l'élément carbone. Quant à l'oxygène, il est rejeté dans l'atmosphère.
Une hypothèse proposée par Rubey en 1951 stipule que la principale source d'oxygène atmosphérique provient certainement du rejet d'oxygène qui accompagne l'enfouissement dans les roches sédimentaires d'une petite partie du carbone fixé par les végétaux.
Cette proposition semble la plus apte à rendre compte de l'accumulation d'oxygène dans l'air. Cela ne signifie pas pour autant que le taux de ce gaz doit croître en permanence. En effet, une grande partie de l'oxygène est "consommée" par les matériaux oxydables libérés par les volcans, par l'érosion.

Si cette troisième hypothèse est la bonne, elle est directement responsable du plus grand empoisonnement que le vivant ait eu à endurer jusqu'à aujourd'hui.

1.3 L'oxygène, un défit pour la vie

Nous avons dit dans la page consacrée à l'énergie (physiologie / énergie) combien un petit feu nous chauffe alors qu'un brasier nous brûle. Nous avons vu combien une petite source d'énergie nous nourrit tandis qu'une grande nous embrase. Cette remarque s'applique au propre et au figuré à l'oxygène.

Au propre : le pourcentage d'oxygène dans l'air est proche de 21%. A 28-30%, la forêt la plus humide du globe s'embraserait à l'approche de la moindre source de chaleur.

Au figuré : l'oxygène transporte un potentiel énergétique important. Les sources d'énergie élevées sont dangereuses pour des structures aussi finement organisées et aussi fragiles que les êtres vivants. En outre, il suffit que l'oxygène perde un électron pour qu'il devienne un élément instable, susceptible de détruire les organisations du vivant. Il est à l'origine de ce que les scientifiques appellent les radicaux libres, acteurs de réactions en chaîne responsables pour partie de la destruction et du vieillissement des cellules.
Voilà pourquoi l'oxygène est le poison le plus puissant que le vivant ait eu à affronter. Voilà aussi pourquoi il a été et reste pour lui une chance. La chance de disposer de l'énergie nécessaire à sa diversité, sa complexité et son autonomie.

Mais pour atteindre ces dispositions, encore faut-il que les organismes vivants soient capables d'utiliser cet oxygène. Et pour l'utiliser, ils doivent dans une première étape le capter dans l'air et le transporter au plus profond des cellules.