La vie sur Terre est née d’un microbe unicellulaire, tandis que l’émergence du monde multicellulaire dans lequel nous vivons est due à un processus chimique vital appelé biominéralisation, au cours duquel les organismes vivants produisent des tissus minéralisés durcis, tels que des squelettes. Non seulement ce phénomène a donné naissance à la pléthore de plans corporels que nous observons aujourd’hui, mais il a également eu un impact majeur sur le cycle du carbone de la planète.
Des squelettes fossiles de cloudinidés (Cloudina), des structures tubulaires constituées de cônes carbonatés mesurant jusqu’à environ 1,5 cm de long, ont été découverts dans le parc national de Tsau Khaeb, en Namibie, remontant à 551 à 550 millions d’années dans l’Édiacarien (~ 635 à 538 il y a des millions d’années). Le Dr Fred Bowyer, de l’Université d’Édimbourg, et ses collègues avaient pour objectif d’utiliser ces fossiles pour définir le lieu, le moment et la raison pour lesquels la biominéralisation s’est initiée sur Terre ainsi que l’ampleur de son impact.
Nouvelle recherche publiée dans Lettres scientifiques de la Terre et des planètes combine l’analyse des sédiments avec des données géochimiques sous forme d’isotopes de carbone et d’oxygène (le même élément avec des masses atomiques différentes) des calcaires du membre Kliphoek du groupe Nama. L’équipe de recherche suggère que cette roche a été déposée dans une mer peu profonde lors d’un bas niveau avant une période de transition vers des conditions marines ouvertes.
Le groupe de roches Nama est considéré comme l’un des plus importants pour comprendre le rayonnement de la vie sur Terre dans le Cambrien (il y a environ 538 à 485 millions d’années), familièrement appelé le « Big Bang biologique ».
Lors de travaux de terrain en Namibie, les plans de stratification entre les unités rocheuses successives révèlent les merveilles de l’histoire de la vie à travers les ichnofossiles, les traces d’activités anciennes mais ne préservant pas expressément les restes de l’organisme. Le Dr Bowyer suggère qu’il s’agit de structures créées par des microbes à corps mou, présents dans la partie inférieure du site d’étude (Mara Member) avant la biocalcification. Au-dessus de cela, l’équipe de recherche a commencé à voir les premiers signes de Cloudina dans le membre de Kliphoek, des fossiles coniques distinctifs avec des structures coniques imbriquées les unes dans les autres.
Les analyses géochimiques des roches calcaires carbonatées dans lesquelles se trouvent les fossiles révèlent la signature isotopique du carbone (le rapport du 12C au 13C plus léger) et de l’oxygène (16O à 18O) incorporés dans la structure moléculaire, et donc les conditions du milieu marin, ainsi que la planète dans son ensemble.
Par exemple, des températures mondiales plus chaudes favorisent l’évaporation de l’eau de mer, y compris du 16O isotopiquement plus léger, laissant l’océan enrichi en 18O plus lourd à incorporer dans les carbonates et générant un signal 18O positif dans l’ensemble de données.
Pendant ce temps, les isotopes du carbone sont affectés par la photosynthèse, la respiration et les zones d’upwelling, ce qui les rend légèrement plus complexes, mais généralement une plus grande productivité océanique grâce aux organismes photosynthétiques utilise le 12C plus léger, laissant l’océan enrichi en 13C (signal positif).
L’ensemble de données de Namibie possède des ratios 12C/13C dérivés du carbonate de −7,24‰ (parties pour mille) à +2,91‰ et des ratios 16O/18O de −12,14‰ à −0,78‰, augmentant la section stratigraphique, tandis que les unités portant la Cloudina ont un rapport moyen 12C/13C relativement inférieur de -1,19‰ et des rapports 16O/18O oscillants. Le Dr Bowyer et ses collègues suggèrent que le rapport 12C/13C plus faible et le rapport 16O/18O élevé sont caractéristiques d’un environnement semi-restreint, connecté à l’océan mais plus isolé des conditions marines ouvertes.
Par conséquent, les données géochimiques indiquent que Cloudina est originaire d’un environnement à faible teneur en oxygène avec des périodes d’oxygénation nettement plus élevée et qu’il ne s’agissait pas d’un cas d’oxygénation soutenue ayant entraîné l’apparition d’une squelettisation. Cependant, l’équipe de recherche suggère que des concentrations particulièrement élevées de carbonate dans l’océan étaient nécessaires pour sursaturer l’environnement ambiant à partir duquel les Cloudina ont formé leur structure calcifiée.
Cela résulte d’une période de transgression marine, au cours de laquelle le littoral s’est déplacé vers la terre, de sorte que le site d’étude a connu des conditions intertidales peu profondes dans un bassin d’évaporite pour le membre de Mara, avant que le niveau de la mer ne remonte avec le dépôt de grès et de sédiments calcitiques dans les eaux peu profondes. conditions marines du membre Kliphoek.
Au cours de la baisse ultérieure du niveau de la mer, ces carbonates marins ouverts se sont déposés au-dessus d’une redoxcline, une couche qui présente des différences significatives dans l’oxygénation de l’eau au-dessus et au-dessous d’elle, permettant à la biominéralisation de Cloudina de se produire.
Parallèlement à des recherches antérieures, cette étude conforte la suggestion selon laquelle Cloudina et un microbiote similaire étaient des colonisateurs opportunistes de périodes de respiration de courte durée pendant l’oxygénation dans des conditions par ailleurs relativement anoxiques, combinées à des oscillations du niveau de la mer. Par conséquent, la nouveauté évolutive de la squelettisation pourrait en réalité être motivée par l’instabilité de l’environnement marin.
Plus d’information:
Fred T. Bowyer et al, Contraindre l’apparition et le cadre environnemental de la biominéralisation des métazoaires : le groupe Ediacaran Nama des montagnes Tsaus, Namibie, Lettres scientifiques de la Terre et des planètes (2023). DOI : 10.1016/j.epsl.2023.118336.
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