L’un des plus grands mystères scientifiques est celui de l’origine de la vie sur Terre.
La recherche s’est souvent concentrée sur le rôle des sources hydrothermales en eaux profondes, ces structures imposantes situées au fond de l’océan qui pompent constamment un mélange de matières organiques et inorganiques. À l’intérieur de ces panaches se trouvent des minéraux appelés sulfures de fer, ce que les scientifiques croient aurait pu contribuer à déclencher les premières réactions chimiques qui ont créé la vie.
Ces mêmes minéraux se trouvent également aujourd’hui dans les sources chaudes, comme la source Grand Prismatic du parc national de Yellowstone aux États-Unis. Les sources chaudes sont des masses d’eau souterraines chauffées par l’activité volcanique sous la surface de la Terre.
Notre nouvelle recherche s’ajoute à un nombre restreint mais croissant de preuves selon lesquelles des versions anciennes de ces sources chaudes auraient pu jouer un rôle central dans l’émergence de la vie sur Terre. Cela permet de combler le fossé entre les hypothèses concurrentes concernant l’endroit où la vie aurait pu apparaître.
De la géochimie à la biologie
La fixation du carbone est le processus par lequel les organismes vivants convertissent le dioxyde de carbone, présent dans l’air et dissous dans l’eau, en molécules organiques.
De nombreuses formes de vie, notamment les plantes, les bactéries et les micro-organismes appelés archées, empruntent différentes voies pour y parvenir. La photosynthèse en est un exemple.
Chacune de ces voies contient une cascade d’enzymes et de protéines, dont certaines contiennent des noyaux constitués de fer et de soufre.
Nous pouvons trouver des protéines comportant ces amas fer-soufre dans toutes les formes de vie. En fait, les chercheurs suggèrent qu’ils remontent au dernier ancêtre commun universel, une ancienne cellule ancestrale à partir de laquelle les scientifiques proposent la vie telle que nous la connaissons, évoluée et diversifiée.
Les sulfures de fer sont des minéraux qui se forment lorsque le fer dissous réagit avec le sulfure d’hydrogène, le gaz volcanique qui donne aux sources chaudes une odeur d’œuf pourri.
Si vous examinez attentivement la structure de ces sulfures de fer, vous constaterez que certains d’entre eux ressemblent incroyablement aux amas fer-soufre.
Ce lien entre les sulfures de fer et la fixation du carbone a conduit certains chercheurs à proposer que ces minéraux jouaient un rôle un rôle crucial dans la transition de la géochimie primitive de la Terre à la biologie.
Nos recherches récemment publiées élargissent ces connaissances en étudiant l’activité chimique des sulfures de fer dans d’anciennes sources chaudes terrestres qui ont une géochimie similaire à celle des évents en eaux profondes.
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Chambre sur mesure
Nous avons construit sur mesure une petite chambre qui nous permettrait de simuler les environnements de sources chaudes au début de la Terre.
Ensuite, nous répandons des échantillons de sulfure de fer synthétisés dans la chambre. Certains étaient purs. D’autres ont été dosés avec d’autres métaux que l’on trouve couramment dans les sources chaudes. Une lampe au-dessus de ces échantillons simulait la lumière du soleil sur la surface de la Terre primitive. Différentes lampes ont été utilisées pour imiter un éclairage avec différentes quantités de rayonnement ultraviolet.
Le dioxyde de carbone et l’hydrogène gazeux étaient constamment pompés à travers la chambre. Il a été démontré que ces gaz sont important pour la fixation du carbone dans des expériences sur les évents en eaux profondes.
Nous avons constaté que tous les échantillons de sulfure de fer synthétisés étaient capables de produire du méthanol, un produit de fixation du carbone, à des degrés divers. Ces résultats ont montré que les sulfures de fer peuvent faciliter la fixation du carbone non seulement dans les sources hydrothermales des grands fonds, mais également dans les sources chaudes terrestres.
La production de méthanol a également augmenté avec l’irradiation par la lumière visible et à des températures plus élevées.
Des expériences avec des températures, un éclairage et une teneur en vapeur d’eau variables ont démontré que les sulfures de fer facilitaient probablement la fixation du carbone dans les sources chaudes terrestres des débuts de la Terre.
Un chemin ancien
Des expériences supplémentaires et des calculs théoriques ont révélé que la production de méthanol se produisait par un mécanisme appelé déplacement inverse eau-gaz.
Nous observons une réaction similaire dans la voie utilisée par certaines bactéries et archées pour transformer le dioxyde de carbone en nourriture. Cette voie est appelée voie « acétyl-CoA » ou « Wood-Ljungdahl ». Il est proposé d’être la première forme de fixation du carbone qui est apparu au début de la vie.
Cette similitude entre les deux processus est intéressante car le premier se déroule sur la terre ferme, au bord des sources chaudes, tandis que le second se déroule dans le milieu humide à l’intérieur des cellules.
Notre étude démontre la production de méthanol dans un large éventail de conditions qui auraient pu être trouvées dans les sources chaudes de la Terre primitive.
Nos résultats élargissent la gamme de conditions dans lesquelles les sulfures de fer peuvent faciliter la fixation du carbone. Ils montrent que cela peut se produire aussi bien en haute mer que sur terre, bien que via des mécanismes différents.
En tant que tels, nous pensons que ces résultats soutiennent le consensus scientifique actuel suggérant que les amas fer-soufre et la voie acétyl-CoA sont anciens et ont probablement joué un rôle important dans l’émergence de la vie, qu’elle se soit produite sur terre ou au fond de l’eau. la mer.
Cet article est republié à partir de La conversation sous licence Creative Commons. Lire le article original.