Diverses formes de vie ont évolué il y a 3,75 milliards d’années, ce qui remet en question la vision traditionnelle des débuts de la vie.

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Early Life Evolution
L'évolution de la vie primitive

Évolution des premiers stades de la vie, concept d’artiste.

Diverses formes de vie ont pu évoluer plus tôt qu’on ne le pensait.

Une vie microbienne diversifiée existait sur Terre il y a au moins 3,75 milliards d’années, suggère une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’University College London (UCL) qui remet en question la vision conventionnelle du début de la vie.

Une vie microbienne diversifiée existait sur Terre il y a au moins 3,75 milliards d’années, suggère une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’UCL qui remet en question la vision conventionnelle du début de la vie.

Pour l’étude, publiée dans Science Advancesl’équipe de recherche a analysé une roche de la taille d’un poing provenant du Québec, au Canada, dont l’âge est estimé entre 3,75 et 4,28 milliards d’années. Dans un précédent Nature articlel’équipe a trouvé dans la roche de minuscules filaments, des boutons et des tubes qui semblent avoir été fabriqués par des bactéries.

Les plus anciens microfossiles de la Terre

Des filaments de taille centimétrique, ramifiés et alignés parallèlement, composés d’hématite rouge, certains avec des torsions, des tubes et différents types de sphéroïdes d’hématite. Il s’agit des microfossiles les plus anciens de la Terre, qui vivaient sur le plancher océanique près des cheminées hydrothermales et qui métabolisaient le fer, le soufre et le dioxyde de carbone. Ceinture supracrustale de Nuvvuagittuq, Québec, Canada. Crédit : Dominic Papineau

Cependant, tous les scientifiques ne sont pas d’accord pour dire que ces structures – datant d’environ 300 millions d’années de moins que ce qui est plus communément accepté comme le premier signe de vie ancienne – étaient d’origine biologique.

Aujourd’hui, après une analyse approfondie de la roche, l’équipe a découvert une structure beaucoup plus grande et plus complexe – une tige avec des branches parallèles d’un côté qui fait près d’un centimètre de long – ainsi que des centaines de sphères déformées, ou ellipsoïdes, à côté des tubes et des filaments.

Les chercheurs affirment que, bien que certaines de ces structures aient pu être créées par des réactions chimiques fortuites, la tige “arborescente” aux branches parallèles était très probablement d’origine biologique, car aucune structure créée par la seule chimie n’a été trouvée comme elle.

Une roche ancienne contenant des microfossiles

Concrétion rouge vif de chert hématite (roche riche en fer et en silice), qui contient des microfossiles tubulaires et filamenteux. Ce jaspe est en contact avec une roche volcanique vert foncé en haut à droite et représente des précipités de cheminées hydrothermales sur le plancher océanique. Ceinture supracrustale de Nuvvuagittuq, Québec, Canada. Quart canadien pour l’échelle. Crédit : Dr. Papineau

L’équipe a également fourni des preuves de la façon dont les bactéries ont obtenu leur énergie de différentes manières. Ils ont trouvé des sous-produits chimiques minéralisés dans la roche qui correspondent à d’anciens microbes vivant de fer, de soufre, et peut-être aussi de dioxyde de carbone et de lumière par une forme de photosynthèse n’impliquant pas d’oxygène.

Ces nouvelles découvertes, selon les chercheurs, suggèrent qu’une variété de vie microbienne a pu exister sur la Terre primordiale, potentiellement aussi peu que 300 millions d’années après la formation de la planète.


Reconstruction tridimensionnelle par micro-CT de deux filaments torsadés d’hématite alignés parallèlement. (Les couleurs rouge et verte représentent l’hématite à différentes concentrations). Ceci provient d’un pilier fabriqué à partir du nodule de jaspe dans la formation de fer rubané de Nuvvuagittuq. Crédit : Francesco Iacoviello

L’auteur principal, le Dr Dominic Papineau (UCL Earth Sciences, UCL London Centre for Nanotechnology, Centre for Planetary Sciences, et China University of Geosciences) a déclaré : “En utilisant de nombreuses lignes de preuves différentes, notre étude suggère fortement qu’un certain nombre de types différents de bactéries existaient sur Terre entre 3,75 et 4,28 milliards d’années.”

“Cela signifie que la vie pourrait avoir commencé aussi peu que 300 millions d’années après la formation de la Terre. En termes géologiques, c’est rapide – environ un tour du Soleil autour de la galaxie.”

“Ces résultats ont des implications sur la possibilité d’une vie extraterrestre. Si la vie émerge relativement rapidement, compte tenu des bonnes conditions, cela augmente la probabilité que la vie existe sur d’autres planètes.”

Pour cette étude, les chercheurs ont examiné des roches de la ceinture supracrustale de Nuvvuagittuq (NSB), au Québec, que le Dr Papineau a recueillies en 2008. On pense qu’elles ont été déposées près d’un système de cheminées hydrothermales, où des fissures sur le plancher océanique laissent passer des eaux riches en fer chauffées par le magma.

Le Dr Papineau tenant une rocheExemple

Le Dr Dominic Papineau tenant un échantillon de la roche, dont l’âge est estimé à 4,28 milliards d’années. Crédit : UCL / FILMBRIGHT

L’équipe de recherche a découpé la roche en sections à peu près aussi épaisses que du papier (100 microns) afin d’observer de près les minuscules structures fossiles, qui sont faites d’hématite, une forme d’oxyde de fer ou de rouille, et enfermées dans du quartz. Ces tranches de roche, découpées à l’aide d’une scie incrustée de diamants, étaient plus de deux fois plus épaisses que les sections précédentes que les chercheurs avaient découpées, ce qui a permis à l’équipe d’y voir de plus grandes structures d’hématite.

Ils ont comparé les structures et les compositions à des fossiles plus récents ainsi qu’à des bactéries oxydant le fer situées près des systèmes de cheminées hydrothermales actuels. Ils ont trouvé des équivalents modernes des filaments tordus, des structures ramifiées parallèles et des sphères déformées (ellipsoïdes irréguliers), par exemple, près du volcan sous-marin Loihi près d’Hawaï, ainsi que d’autres systèmes d’évent dans les océans Arctique et Indien.

En plus d’analyser les spécimens de roche sous divers microscopes optiques et Raman (qui mesurent la diffusion de la lumière), l’équipe de recherche a également recréé numériquement des sections de la roche à l’aide d’un superordinateur qui a traité des milliers d’images provenant de deux techniques d’imagerie à haute résolution. La première technique, la microtomographie, utilise des rayons X pour observer l’hématite à l’intérieur des roches. La seconde est un faisceau d’ions focalisé qui rase de minuscules tranches de roche de 200 nanomètres d’épaisseur, un microscope électronique intégré prenant une image entre chaque tranche.

Les deux techniques ont produit des piles d’images utilisées pour créer des modèles 3D de différentes cibles. Les modèles 3D ont ensuite permis aux chercheurs de confirmer que les filaments d’hématite étaient ondulés et tordus, et contenaient du carbone organique, caractéristiques partagées par les microbes mangeurs de fer actuels.

Dans leur analyse, l’équipe a conclu que les structures d’hématite ne pouvaient pas avoir été créées par le pressage et le chauffage de la roche (métamorphisme) au cours de milliards d’années, soulignant que les structures semblaient mieux préservées dans le quartz plus fin (moins affecté par le métamorphisme) que dans le quartz plus grossier (qui a subi plus de métamorphisme).

Les chercheurs ont également examiné les niveaux d’éléments de terres rares dans la roche chargée de fossiles, et ont constaté qu’ils présentaient les mêmes niveaux que d’autres spécimens de roches anciennes. Cela a confirmé que les dépôts du plancher océanique étaient aussi vieux que les roches volcaniques environnantes, et non des infiltrations d’imposteurs plus jeunes comme certains l’ont proposé.

Avant cette découverte, les plus anciens fossiles signalés avaient été trouvés en Australie occidentale et datés de 3,46 milliards d’années, bien que certains scientifiques aient également contesté leur statut de fossiles, arguant de leur origine non biologique.

Référence : “Metabolically diverse primordial microbial communities in Earth’s oldest seafloor-hydrothermal jasper” par Dominic Papineau, Zhenbing She, Matthew S. Dodd, Francesco Iacoviello, John F. SlackErik Hauri, Paul Shearing et Crispin T. S. Little, 13 avril 2022, Science Advances.
DOI : 10.1126/sciadv.abm2296

La nouvelle étude a impliqué des chercheurs de l’UCL Earth Sciences, de l’UCL Chemical Engineering, de l’UCL London Centre for Nanotechnology, et du Centre for Planetary Sciences de l’UCL et du Birkbeck College London, ainsi que de l’U.S. Geological Survey, de la Memorial University of Newfoundland au Canada, de la Carnegie Institution for Science, de l’Université de Leeds, et de la China University of Geoscience à Wuhan.

Cette recherche a reçu le soutien de l’UCL, de Carnegie du Canada, de Carnegie Institution for Science, de l’Université chinoise des géosciences de Wuhan, de la Fondation nationale des sciences de Chine, de l’Académie chinoise des sciences et du projet 111 de Chine.

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