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 Avancées scientifiques, l’équipe de recherche a analysé une roche de la taille d’un poing du Québec, au Canada, dont l’âge est estimé entre 3,75 et 4,28 milliards d’années. Dans un précédent Nature papier, l’équipe a trouvé de minuscules filaments, boutons et tubes dans la roche qui semblaient avoir été fabriqués par des bactéries.
Cependant, tous les scientifiques n’ont pas convenu que ces structures – datant d’environ 300 millions d’années plus tôt que ce qui est plus communément accepté comme le premier signe de vie ancienne – étaient d’origine biologique.
Maintenant, après une analyse plus approfondie de la roche, l’équipe a découvert une structure beaucoup plus grande et plus complexe – une tige avec des branches parallèles sur un côté qui mesure près d’un centimètre de long – ainsi que des centaines de sphères déformées, ou ellipsoïdes, le long du tubes et filaments.
Les chercheurs disent que, bien que certaines des structures aient pu être créées par des réactions chimiques fortuites, la tige « en forme d’arbre » avec des branches parallèles était très probablement d’origine biologique, car aucune structure créée uniquement par la chimie n’a été trouvée comme celle-ci.
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 grâce à une forme de photosynthèse n’impliquant pas d’oxygène.
Ces nouvelles découvertes, selon les chercheurs, suggèrent qu’une variété de vie microbienne a peut-être existé sur la Terre primordiale, potentiellement aussi peu que 300 millions d’années après la formation de la planète.
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 sources de données différentes, notre étude suggère fortement qu’un certain nombre de types différents de bactéries existaient sur Terre il y a entre 3,75 et 4,28 milliards d’années. »
« Cela signifie que la vie aurait pu commencer 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 découvertes ont des implications sur la possibilité d’une vie extraterrestre. Si la vie est relativement rapide à émerger, étant donné les bonnes conditions, cela augmente les chances que la vie existe sur d’autres planètes. »
Reconstruction micro-CT tridimensionnelle de deux filaments torsadés alignés parallèlement en hématite. (Les couleurs rouge et verte représentent l’hématite à différentes concentrations.) Cela provient d’un pilier fabriqué à partir du nodule de jaspe dans la formation de fer rubanée de Nuvvuagittuq. Crédit : Francesco Iacoviello
Pour l’étude, les chercheurs ont examiné des roches de la ceinture supracrustale de Nuvvuagittuq (NSB) du Québec que le Dr Papineau a recueillies en 2008. La NSB, autrefois un morceau de fond marin, contient certaines des plus anciennes roches sédimentaires connues sur Terre, que l’on pense avoir été déposées près d’un système d’évents hydrothermaux, où des fissures sur le fond marin laissent passer des eaux riches en fer chauffées par le magma.
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, coupées avec une scie incrustée de diamants, étaient plus de deux fois plus épaisses que les sections précédentes que les chercheurs avaient coupées, permettant 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 ventilation hydrothermale aujourd’hui. Ils ont trouvé des équivalents modernes aux filaments torsadés, aux structures ramifiées parallèles et aux sphères déformées (ellipsoïdes irréguliers), par exemple près du volcan sous-marin Loihi près d’Hawaï, ainsi que d’autres systèmes de ventilation 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 à partir de deux techniques d’imagerie haute résolution. La première technique était le micro-CT, ou microtomographie, qui utilise des rayons X pour observer l’hématite à l’intérieur des roches. Le second était un faisceau d’ions focalisé, qui rase de minuscules tranches de roche de 200 nanomètres d’épaisseur, avec 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, qui sont des caractéristiques partagées avec les microbes mangeurs de fer modernes.
Dans leur analyse, l’équipe a conclu que les structures d’hématite ne pouvaient pas avoir été créées par la compression et le chauffage de la roche (métamorphisme) sur des milliards d’années, soulignant que les structures semblaient mieux conservées dans du 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, constatant qu’ils avaient les mêmes niveaux que d’autres spécimens de roches anciennes. Cela a confirmé que les dépôts du fond marin 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 fossiles les plus anciens signalés précédemment ont 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 qu’ils sont d’origine non biologique.
Dominic Papineau, Communautés microbiennes primordiales métaboliquement diverses dans le plus ancien jaspe hydrothermal des fonds marins de la Terre, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abm2296. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm2296
Matthew S. Dodd et al, Preuve de la vie précoce dans les plus anciens précipités hydrothermaux de la Terre, Nature (2017). DOI : 10.1038/nature21377