Les premiers signes de vie sont apparus sur Terre sous la forme de microbes il y a environ quatre milliards d’années. Alors que les scientifiques sont encore en train de déterminer exactement quand et comment ces microbes sont apparus, il est clair que l’émergence de la vie est intimement liée aux caractéristiques chimiques et physiques de la Terre primitive.
« Il est raisonnable de soupçonner que la vie aurait pu commencer différemment – ou pas du tout – si les premières caractéristiques chimiques de notre planète étaient différentes », déclare Dustin Trail, professeur agrégé de sciences de la terre et de l’environnement à l’Université de Rochester.
Mais à quoi ressemblait la Terre il y a des milliards d’années, et quelles caractéristiques ont pu aider la vie à se former ? Dans un article publié dans Science, Trail et Thomas McCollom, chercheur associé à l’Université du Colorado à Boulder, révèlent des informations clés dans leur quête pour le savoir. La recherche a des implications importantes non seulement pour découvrir les origines de la vie, mais aussi dans la recherche de la vie sur d’autres planètes.
« Nous sommes maintenant à une époque passionnante où l’humanité est à la recherche de vie sur d’autres planètes et lunes, ainsi que dans d’autres systèmes planétaires », a déclaré Trail. « Mais nous ne savons toujours pas comment, ni même quand, vraiment, la vie a commencé sur notre propre planète. Des recherches comme la nôtre aident à identifier les conditions spécifiques et les voies chimiques qui auraient pu favoriser l’émergence de la vie, un travail qui jouera certainement un rôle important dans la chercher la vie en dehors de notre planète. »
L’importance des métaux dans l’émergence de la vie
La recherche sur la vie et ses origines implique généralement une variété de disciplines, y compris la génomique, l’étude des gènes et de leurs fonctions ; la protéomique, l’étude des protéines ; et un domaine émergent appelé métallomique, qui explore le rôle important des métaux dans l’exécution des fonctions cellulaires. Au fur et à mesure que la vie évoluait, le besoin de certains métaux changeait, mais Trail et McCollom voulaient déterminer quels métaux auraient pu être disponibles lorsque les microbes sont apparus pour la première fois il y a des milliards d’années.
« Lorsque des hypothèses sont proposées pour différents scénarios d’origine de la vie, les scientifiques ont généralement supposé que tous les métaux étaient disponibles car il n’y avait pas d’études qui fournissaient des contraintes géologiquement robustes sur les concentrations de métaux dans les fluides pour les premiers temps de l’histoire de la Terre », explique Trail.
Pour remédier à cette lacune, Trail et McCollom ont étudié la composition et les caractéristiques des fluides dans la lithosphère – la couche externe de la Terre qui comprend la croûte et le manteau supérieur – il y a des milliards d’années. Ces fluides lithosphériques sont des voies clés pour transporter les parties dissoutes des roches et des minéraux entre l’intérieur de la Terre et les piscines hydrothermales à l’extérieur où la vie microbienne aurait pu se former. Bien que les chercheurs ne puissent pas mesurer directement les métaux qui existaient il y a des milliards d’années, en déterminant les propriétés des fluides, ils peuvent déduire quels métaux – et les concentrations des métaux – auraient pu être transportés entre l’intérieur et l’extérieur de la Terre à l’époque où la vie apparu sur la planète.
Des indices dans des minéraux vieux d’un milliard d’années
Les roches et les minéraux vieux d’un milliard d’années sont souvent les seules sources directes d’informations sur l’histoire la plus ancienne de la Terre. C’est parce que les roches et les minéraux enferment des informations sur la composition de la Terre au moment de leur formation.
Les chercheurs ont mené des expériences à haute pression et à haute température et ont appliqué ces résultats aux zircons de la Terre primitive, un type de minéral robuste collecté sur des sites en Australie occidentale, pour déterminer la pression d’oxygène, la teneur en chlore et la température des fluides lithosphériques des milliards d’années. il y a. Ils saisissent ensuite ces informations dans des modèles informatiques. Les modèles leur ont permis de simuler les propriétés des fluides lithosphériques et, à leur tour, de simuler quels métaux auraient pu traverser les fluides pour atteindre les bassins hydrothermaux à la surface de la Terre.
Comprendre comment la vie est née
Les chercheurs ont été surpris par ce que les simulations du modèle indiquaient. De nombreux chercheurs sur l’origine de la vie, par exemple, considèrent le cuivre comme un composant probable de la chimie qui aurait pu conduire à la vie. Mais Trail et McCollom n’ont trouvé aucune preuve que le cuivre aurait été abondant sous les contraintes de leur analyse.
Un métal qu’ils ont testé et qui aurait pu être disponible à des concentrations élevées était le manganèse. Bien qu’il soit rarement pris en compte dans les scénarios d’origine de la vie, le manganèse aide aujourd’hui le corps à former des os et aide les enzymes à décomposer les glucides et le cholestérol.
« Nos recherches montrent que des métaux comme le manganèse peuvent fonctionner comme des liens importants entre la Terre » solide « et les systèmes biologiques émergents à la surface de la Terre », a déclaré Trail.
Trail dit que la recherche aidera les scientifiques qui étudient l’origine de la vie à entrer des données plus concrètes dans leurs expériences et leurs modèles.
« Les expériences conçues avec ces informations à l’esprit permettront de mieux comprendre comment la vie est née. »
Plus d’information:
Dustin Trail, des fluides relativement oxydés ont alimenté les premiers systèmes hydrothermaux de la Terre, Science (2023). DOI : 10.1126/science.adc8751. www.science.org/doi/10.1126/science.adc8751