Les algues: première lignée végétale - 06/10/2007

Les cyanobactéries secrètent une gelée qui les entourent et cette gelée peut précipiter les bicarbonates, solubles, en carbonates de calcium, insolubles. Certaines autres précipitent le calcaire à l'intérieur de la cellule mais dans les deux cas on parle de stromatolites.

Stromatolites Thetis WA

L'origine de cette gelée peut être une protection contre l'oxygène et la couche de calcaire formée par la cellule augmente cette protection.

L'abondance de ces formations calcaires dans le monde laisse penser que les stromatolites ont eu un développement considérable à certaines époques anciennes de l'histoire de la Terre quand celle-ci, encore assez chaude, fournissait aux cyanobactéries un océan à 35°C. Un milieu riche et peu de compétition, ont favorisé ce développement.

Les plus vieux fers rubanés (gisements de fer oxydé) trouvés dans le Pilbara (Australie) ont 3,2 gyr d'ans (3,8 pour ceux d'Isua, Groenland) et il y s'en forme jusqu'à 2,4 gyr, ce qui montre le temps qu'il a fallu pour oxyder tout ce qui pouvait l'être, le fer en particulier, et saturer la mer en oxygène. L'oxygène se dégage alors d'abord dans l'eau puis dans l'air quand l'eau est saturée et cause une extinction massive, sauf pour les organismes capables de se défendre contre cet oxydant puissant.
Une conséquence importante pour le milieu naturel est que la précipitation du calcaire par les cyanobactéries modifie le pH du milieu qui devient beaucoup moins acide que l'océan primitif. En effet, dans celui-ci, le bicarbonate restait en solution, conséquence de la dissolution du CO₂ dans l'eau lors de la condensation initiale. Le pH se rapprochant ainsi de 7, il devient favorable à la vie telle que nous la connaissons.

• Les stromatolites fossiles :

Stromatolites Otjitotongwe Namibia

Nous connaissons des stromatolites fossiles, vieux de 3,5 gyr. Les plus anciens stromatolites ont été trouvés au sud de Marble Bar dans le craton de Pilbara ( un des plus vieux cratons du monde) dans le groupe de Warrawoona en Australie de l'ouest mais il en existe, un peu partout.
En Namibie, par exemple, tout le sud du parc national d'Etosha est constitué d'alternances de dolomie et de stromatolites fossiles. Le bord du craton du Congo était très calme il y a plus de 700 Ma puisque les dépôts marins ont plusieurs centaines de kilomètres de long, et plusieurs kilomètres d'épaisseur.

Stromatolites Otjitotongwe Namibia

La genèse de ces formations de stromatolites a été très controversée jusqu'à ce qu'on trouve des stromatolites vivants en Australie à Shark Bay (WA) en particulier.

• Les stromatolites de Shark Bay :

Il n'y a pas de différences fondamentales entre ceux qui vivent actuellement et ce que l'on peut déduire des fossiles que l'on a trouvés. Ceci laisse penser que ces stromatolites sont les plus anciens êtres vivants connus et qui sont de la même lignée depuis 3,5 gyr.

Il y a encore certaines contestations à ce sujet, et il y en aura sans doute encore longtemps, car il est difficile de «prouver » dans ce type de domaine. Il semble néanmoins que les stromatolites furent la (presque) seule forme de vie jusqu'il y a 550 Ma, leur apogée se situant autour de 1 gyr avec un maximum de diversité.

Carte WA Shark Bay

A Shark Bay (Hamelin Pool) il y a plusieurs sortes de stromatolites sur l'estran.

La mer est ici très salée, Hamelin Pool étant en contact indirect avec l'océan car il y a un seuil sous-marin important qui le sépare de l'eau libre. . Il semble (radiocarbone) que les plus vieux stromatolites soient âgés de 1250 ans environ. Une proportion conséquente de ceux-ci est morte, recouverte par du sable, mais quand celui-ci part le « socle » peut être colonisé. Cet endroit constitue actuellement la station la plus développée et la plus diversifiée du globe.

Estran Shark Bay

De haut en bas on a :

1 - La variété pustuleuse Enotophysalis sans lamines :
La variété pustuleuse forme des colonnes de 1 m de large et de 10 cm de haut, construites par Eontophysalis major, que l'on pense être un descendant direct de Eontophysalis, cyanobactérie construisant des stromatolites au précambrien, représentant ainsi le plus long lignage connu en biologie….

2 - La variété lisse : Microcoleus et Schizothrix avec des lamines très nettes :

La variété lisse croit dans la partie inférieure de l'intertidal avec la cyanobactérie filamenteuse Microcoleus chthonoplastes et une autre espèce Schizothrix sp. Ainsi que différentes autres variétés de bactéries.

3 - La variété botryoïde constituée de diatomées et de cyanobactéries colonisées souvent par des algues. Cette dernière catégorie est toujours immergée et secrète beaucoup de mucus :

La variété botryoïde (colloform) forme de larges colonnes, de 1m ou plus, en milieu subtidal jusqu'à 4 m de profondeur. L'assemblage microbien consiste en une flore de diatomées variées et de différentes Cyanobactéries. Il faut ajouter que l'on trouve souvent des macroalgues (Acetabularia) fixées sur ces formes et que cette diversité est probablement due au fait qu'ils sont toujours submergés.

Stromatolites SharkBay

• Comment fonctionnent ces stromatolites ?

Dans le cas de Shark Bay la croissance des stromatolites est très lente (0,4 mm/an !) et suffit à peine à compenser l'érosion. C'est donc une construction très fragile contrôlée par les bactéries mais aussi très fortement par le milieu.

Il faut se savoir encore qu'ils vivent aussi bien en eau salée (océan ou lacs de Rottnest Island WA) que saumâtre (Lac Clifton, WA) ou douce (Lac Richmond, WA, entouré de dunes de sable calcaire !).

Stromatolites Shark Bay

Le jour, les cyanobactéries font de la photosynthèse et précipitent le calcaire en utilisant le gaz carbonique. La nuit elles fabriquent cette gelée qui retient le calcaire et quelques sédiments. Le jour suivant de nouvelles bactéries recommencent le cycle. Par ce mécanisme le feutrage de filaments de cyanobactéries collées sur un support est englué dans une gangue calcaire et forme une couche plus ou moins carbonatée appelée lamine.
Les cyanobactéries qui meurent forment donc des micro-couches de calcaire plus ou moins pur sur lesquelles se développent les bactéries suivantes, jusqu'à ce qu'on obtienne une structure en dôme caractéristique des stromatolites.

La lithification commence en général 1-2 cm sous le niveau de vie et la construction est orientée selon les vagues (élongation) et contre le vent. Elle nécessite en outre un substrat rocheux pour se fixer et les rives indurées du pléistocène de Shark Bay servent de support à la construction.

• Définition

Actuellement les stromatolites en cours d'édification sont définis comme des structures sédimentaires d'origine biologique, ils résultent du développement de tapis bactériens constitués essentiellement de cyanobactéries.
C'est une définition très générale des stromatolites qui permet d'y inclure certains voiles algaires que l'on trouve sur les plages et qui pourraient être à l'origine de processus de fossilisation, en particulier de traces.

• Les stromatolites et la longueur du jour :

Les cyanobactéries ne font de la photosynthèse que la journée, elles laissent donc une trace journalière de leur activité. On a montré dans le parc du Yellowstone (USA) que les stromatolites qui y vivent changent leur angle de croissance en fonction de la position du soleil au cours des saisons, leur croissance s'effectuant toujours dans la direction exacte du soleil.

Stromatolites Durée du jour

En schématisant, on peut donc compter les courbes d'une sinusoïde (été-hiver) et obtenir ainsi le nombre de jours dans une année. Ceci est intéressant parce que les stromatolites sont très vieux et qu'on n'a pas d'autres organismes vivants pour faire ce calcul à ces époques. On utilise, en effet, pour faire ce calcul, des coraux ou certains bivalves pour des époques plus récentes (postérieures à 500 Ma). Awramik et Vanyo ont ainsi montré que le stromatolite Anabaria juvensis du précambrien tardif (850 Ma, Territoires du Nord, Australie) a enregistré des années de 435 jours. Ceci signifie que le jour avait environ 20,1 heures, il y a donc une diminution de la vitesse de rotation de la Terre, probablement à cause du frottement des marées. Ces données sont confirmées pour des dates ultérieures par des coraux, avec 400 j /an il y a 400 Ma par ex.