Des scientifiques d’Afrique du Sud ont découvert des preuves d’un cycle biologique du carbone d’une diversité sans précédent, établi il y a 3,42 milliards d’années. Cela montre que les écosystèmes hébergeaient déjà à cette époque des communautés microbiennes complexes.
La vie microbienne sur Terre était bien établie au Paléoarchéen, mais la compréhension de la diversité des premiers écosystèmes et donc de la complexité du cycle biologique précoce du carbone est limitée.
Il cycle du carbone comprend une séquence d’événements essentiels pour rendre la Terre capable de supporter la vie : il décrit le mouvement du carbone tel qu’il est recyclé et réutilisé par la biosphère, y compris les puits de carbone.
De nouvelles recherches ont révélé d’importantes découvertes sur les premières formes de vie sur Terre : dans des échantillons de roches provenant de Chert de récif Buckdans la ceinture de pierres vertes de Barbertonen Afrique du Sud, des chercheurs ont pu trouver des preuves d’un cycle biologique du carbone diversifié et sans précédent établi il y a 3,42 milliards d’années.
Cette découverte démontre que déjà dans ces temps anciens, les écosystèmes abritaient des communautés microbiennes complexes.
Premières formes de vie
Les micro-organismes représentent les premières formes de vie sur notre planète. Les preuves permettant de reconstruire les débuts de la vie sur Terre sont rares et souvent très controversées. On ne sait toujours pas exactement quand et où la vie est apparue, ni quand les premières communautés microbiennes se sont diversifiées.
Une équipe de recherche internationale dirigée par l’Université Linnaeus, en Suède, et l’Université de Göttingen, en Allemagne, a établi de nouvelles pièces du puzzle pour évaluer la diversité des premiers écosystèmes, en démêlant différents métabolismes impliqués dans un ancien cycle biologique du carbone.
Empreintes géochimiques
Les analyses de la matière carbonée bien conservée et des phases minérales associées, réalisées au cours de ces recherches, ont révélé des signatures géochimiques de photoautotrophes, de sulfato-réducteurs autotrophes et de microbes producteurs et/ou consommateurs de méthane et/ou d’acétate.
Cette découverte spectaculaire met en évidence que les écosystèmes abritaient communautés microbiennes complexes déjà à cette époque, soulignent les chercheurs.
« Notre étude ouvre une fenêtre rare sur les premiers écosystèmes de la Terre. Nous ne nous attendions pas à trouver des traces d’autant de métabolismes différents. C’était comme trouver une aiguille dans une botte de foin », explique le Dr. Manuel Reinhardtpremier auteur de l’étude, dans un libérer.
Preuve à l’appui
L’un des points forts de l’étude est la combinaison de techniques à grande et micro-échelle pour identifier de manière robuste les biosignatures indigènes dans les roches.
« Dans les premières sciences de la vie, il est crucial de disposer de preuves sous différents angles pour identifier clairement les traces biologiques indigènes », ajoute-t-il. Reinhardt.
« L’identification de particules carbonées dans les cristaux primaires de pyrite et l’analyse directe des isotopes du carbone et du soufre dans ces matériaux nous ont fourni une rare opportunité d’identifier différents métabolismes microbiens dans ces systèmes anciens », ajoute le Dr. Henrik Drakeauteur principal de l’étude, dont les résultats sont publiés dans la revue Precambrian Research.
Résultats clés
L’analyse multi-échelle de l’étude a révélé une matière carbonée exceptionnellement bien préservée, notamment des hydrocarbures aliphatiques et aromatiques, attribuée à une silicification rapide, soulignent les chercheurs.
Les preuves géochimiques de carbone stable et d’isotopes multiples du soufre soutiennent l’existence de divers métabolismes microbiens dans l’écosystème paléoarchéen, ajoutent-ils.
Le cycle biologique local du carbone était dominé principalement par les photoautotrophes, mais comprenait également des réducteurs de sulfate autotrophes et des microbes produisant du méthane ou de l’acétate, expliquent-ils.
Dans les zones où du méthane ou de l’acétate microbien a été libéré, des méthanotrophes ou des acétotrophes ont contribué à la biomasse. Ces résultats soulignent la diversité métabolique dans l’environnement du plateau inférieur du chert de Buck Reef et indiquent qu’un cycle biologique complexe du carbone au début de l’Archaïque, concluent-ils.
Vision peu commune
Cette découverte concorde avec le fait que la vie microbienne était bien établie sur Terre il y a plus de 3,5 milliards d’années.
Les résultats de l’étude contribuent au récit scientifique plus large selon lequel la vie microbienne a joué un rôle crucial dans le façonnement des cycles biogéochimiques de la Terre depuis les débuts de l’histoire de la planète, estiment les chercheurs.
La présence de matière organique bien préservée à Buck Reef Chert fournit également un rare aperçu des débuts de la vie sur Terre et offre des données précieuses pour comprendre l’évolution de la biosphère.
De plus, les résultats de l’étude sont cohérents avec l’origine sédimentaire des cherts rubanés noirs et blancs de la ceinture de roches vertes de Barberton.
Importance scientifique
D’un point de vue scientifique, ces résultats sont importants car ils fournissent preuve directe de processus biologiques actifs il y a des milliards d’années, offrant des informations sans précédent sur les débuts de l’évolution de la vie sur Terre.
De plus, l’identification de divers métabolismes microbiens au cours de l’ère paléoarchéenne contribue à combler les lacunes dans la compréhension du cycle biologique précoce du carbone et des types d’organismes qui ont pu exister pendant cette période.
Enfin, la nouvelle recherche contribue aux efforts en cours pour reconstituer l’histoire de la vie sur Terre et les premières conditions environnementales archaïques. Il souligne également l’importance des silex en tant que cibles pour l’étude de la vie ancienne et le potentiel de découverte de signatures biologiques bien préservées.
Référence
Aspects du cycle biologique du carbone dans un ca. Un écosystème marin vieux de 3,42 milliards d’années. M. Reinhardt et coll. Recherche précambrienne, volume 402, mars 2024, 107289. DOI :https://doi.org/10.1016/j.precamres.2024.107289