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Les plus anciens signes de vie sur une jeune Terre, il y a environ 3,5 milliards d’années, sont généralement venus de l’océan sous la forme de microbes fossilisés au sein de roches anciennes. Aujourd’hui, des scientifiques travaillant dans la ceinture de roches vertes de Barberton en Afrique du Sud – où sont préservées certaines des plus anciennes roches de la Terre – ont découvert des preuves de vie microbienne terrestre qu’ils estiment âgées d’environ 3,22 milliards d’années. Les résultats, publiés aujourd’hui (23 juillet) dans Nature Geosciences, représentent les plus anciens signes de vie terrestre sur notre planète encore découverts
« Ce travail représente les travaux les plus anciens et les moins ambigus que nous ayons jusqu’à présent sur le fait que la vie existait sur terre il y a déjà 3,2 milliards d’années », écrit Kurt Konhauser, professeur de sciences de la terre et de l’atmosphère à l’Université d’Alberta au Canada, qui n’a pas non plus participé aux travaux, dans un courriel adressé à The Scientist.
Les chercheurs ont trouvé davantage de preuves fossiles de la vie microbienne la plus ancienne dans des dépôts marins peu profonds, ce qui soutient la théorie dominante selon laquelle, avant 3 milliards d’années, la plupart de la Terre était constituée d’océans entrecoupés d’îles volcaniques. Les preuves de vie sur terre ont été jusqu’à présent plus difficiles à trouver. Cela s’explique en partie par le fait que les roches marines anciennes semblent mieux conservées que les sédiments terrestres. Un autre problème, selon Martin Homann, postdoc à l’Institut européen d’études marines (IUEM) de Brest, en France, est que les sédiments terrestres très anciens sont également difficiles à distinguer des sédiments marins parce que les fossiles dits « index » – qui aident à déterminer l’environnement et à dater les roches – n’existent pas pour cette période précoce de l’histoire de la Terre.
Selon les auteurs de l’étude, les restes fossilisés visibles de microbes sur terre les plus anciens auparavant étaient âgés d’environ 2,7 milliards d’années, trouvés dans un endroit différent de la ceinture de roches vertes de Barberton en Afrique du Sud et également en Australie. Dans une étude publiée l’année dernière, les chercheurs ont analysé des roches provenant de ce qu’ils ont interprété comme des sources chaudes dans la région de Pilbara, en Australie occidentale. Bien que cet article, selon Konhauser, suggère que certains volcans vieux de 3,5 milliards d’années ont pu se trouver sur terre, l’étude actuelle est définitive en montrant qu’il y avait une exposition étendue de la croûte continentale à la surface de la Terre il y a 3,2 milliards d’années.
Pour l’étude actuelle, Homann et ses collègues se sont concentrés sur d’anciennes roches sédimentaires, connues sous le nom de Moodies Group, dans la ceinture de roches vertes de Barberton, dont les géologues avaient montré auparavant qu’elles étaient âgées d’environ 3.22 milliards d’années. L’équipe y a découvert ce que l’on appelle des tapis microbiens fossilisés, composés principalement d’empreintes de bactéries et d’archées, et qui comptent parmi les plus anciennes formes de vie préservées. Alors qu’ils vivaient sur la Terre primitive, ces tapis de communautés microbiennes se sont intercalés et emballés avec des roches sédimentaires faites de pierres arrondies de différentes tailles que les géologues appellent un conglomérat.
L’équipe a d’abord analysé et décrit en détail la position des roches et les a comparées aux formations rocheuses actuelles pour comprendre comment elles ont bougé, se sont formées et ont été préservées. Les enquêteurs ont conclu que les microbes formant le tapis étaient indigènes à la roche hôte et faisaient partie de ce qui était autrefois un ancien delta fluvial.
« Ce sont de bonnes données qui montrent effectivement que ces tapis microbiens fossilisés proviennent d’un environnement terrestre », déclare Dominic Papineau, qui étudie l’origine et l’évolution de la vie au London Centre for Nanotechnology de l’University College London et qui n’a pas participé à l’étude.
Les chercheurs ont ensuite analysé les isotopes de carbone organique et d’azote au sein de ces tapis microbiens terrestres fossilisés et ont comparé les profils aux isotopes extraits de tapis microbiens marins fossilisés voisins. Les valeurs isotopiques du carbone et de l’azote des échantillons terrestres et marins étaient uniques les unes par rapport aux autres, ce qui suggère qu’il y avait des différences dans le métabolisme des microbes dans l’océan par rapport à ceux sur terre.
« Déjà à 3,2 milliards d’années, nous voyons des preuves de différences dans les communautés microbiennes formant des tapis, suggérant que certaines étaient probablement mieux adaptées à la vie dans l’océan par rapport à la vie sur terre », dit Homann.
Une question majeure pour les scientifiques est de savoir si la Terre primitive pouvait déjà avoir des poches localisées d’oxygène libre dans une atmosphère qui en était généralement dépourvue. La plupart des tapis microbiens modernes sont composés de cyanobactéries, qui créent de l’oxygène comme sous-produit de leur métabolisme (photosynthèse oxygénique), et on pense qu’elles ont été responsables de l’accumulation d’oxygène dans l’atmosphère terrestre. « Les données ici ne permettent pas de distinguer si ces micro-organismes ont produit de l’oxygène par leur photosynthèse ou ont fait de la photosynthèse anoxygénique », explique Papineau.
Les valeurs isotopiques de l’azote, qui reflètent le rapport entre l’azote-14, le plus abondant, et l’azote-15, plus rare et plus lourd, des tapis microbiens terrestres étaient plus positives par rapport aux échantillons marins. Pour Homann et ses collègues, cela suggère que la terre, il y a 3,2 milliards d’années, contenait du nitrate atmosphérique. Une autre façon dont ces valeurs positives d’azote auraient pu se produire serait s’il y avait de l’oxygène atmosphérique il y a 3,22 milliards d’années, ce qui est moins probable, selon les auteurs de l’étude, car cela impliquerait qu’il existait déjà des cyanobactéries productrices d’oxygène, ce pour quoi il n’y a actuellement pas assez de preuves.
Pour Konhauser, il serait intéressant de creuser plus profondément la source du nitrate dans les échantillons et de savoir s’il pourrait effectivement provenir de l’atmosphère ou via la génération d’oxygène par les anciennes bactéries photosynthétiques. « Les structures et la composition isotopique des tapis microbiens semblent certainement suggérer la présence de microbes photosynthétiques déjà présents sur terre », écrit Konhauser. Si le nitrate a effectivement été formé par les microbes dans les tapis, ajoute-t-il, alors peut-être que les cyanobactéries productrices d’oxygène étaient présentes à ce stade précoce de l’histoire de la Terre.
M. Homann et al, « Microbial life and biogeochemical cycling on land 3 220 million years ago », Nature Geosciences, doi.org/10.1038/s41561-018-0190-9, 2018.
Correction (23 juillet) : L’estimation de la vie sur terre est 500 millions d’années plus tôt que ce qui avait été démontré précédemment, et non 500 000 millions d’années. The Scientist regrette cette erreur.
Correction (25 juillet) : Le mot dans le deuxième paragraphe est « ambigu », et non « unambigu ». The Scientist regrette cette erreur.
Correction (25 juillet) : le mot du deuxième paragraphe est « ambigu » et non « non ambigu ».