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La photosynthèse existait peut-être déjà il y a 3,3 milliards d'années

À l’occasion du grand colloque d’exobiologie qui vient de se tenir à Montpellier, un groupe de chercheurs a annoncé avoir découvert des restes d’un tapis microbien vieux de 3,3 milliards d’années et contenant des indications minéralogiques de photosynthèse.

Les filaments sur cette image sont des restes de tapis microbiens datant de 3,3 milliards d'années. © Frances Westall Les filaments sur cette image sont des restes de tapis microbiens datant de 3,3 milliards d'années. © Frances Westall

La photosynthèse existait peut-être déjà il y a 3,3 milliards d'années - 2 Photos

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La région de Barberton en Afrique du Sud est célèbre dans le monde de la géologie. On y trouve des roches datant de l’Archéen, non loin desquelles coule la rivière Komati. Elle a donné son nom à des laves particulièrement fluides qui coulaient là-bas il y a plus de 3 milliards d’années, les komatiites. Leur viscosité devait être similaire à celle de l’eau puisqu'elles s'écoulaient à des températures supérieures à 1.400 °C et probablement à plus de 1.600 °C. On y trouve surtout  une « ceinture de roches vertes ». Il s’agit de restes métamorphisés d’une zone volcanique associés à des roches sédimentaires. Cette région, qui offre une fenêtre sur le passé de la Terre et l’origine de la vie, est donc intensément étudiée depuis longtemps.

Du 3 au 8 juillet 2011 s’est tenu à Montpellier un grand colloque sur l’exobiologie et l’origine de la vie, Origins 2011. À cette occasion, dans une vidéo, Frances Westall du centre de Biophysique moléculaire (CBM) d'Orléans a annoncé avoir fait avec ses collègues une découverte intéressante.

En utilisant des microscopes électroniques et de la lumière synchrotron, les chercheurs ont examiné de plus près ce qui s’est révélé être les restes fossilisés d’un tapis microbien datant de 3,3 milliards d’années et qui s’était développé à la surface de sables volcaniques dans une zone de marécages de la région de Barberton. Ils y ont trouvé des filaments de 0,3 micromètre de long, correspondant à des microbes silicifiés et ainsi préservés par des fluides riches en silice d’origine probablement hydrothermale.

Sur cette image du satellite Landsat, on voit la ville de Barberton et ses montagnes environnantes où l'on trouve des roches datant de plus de 3 milliards d'années. © Nasa-Jesse Allen
Sur cette image du satellite Landsat, on voit la ville de Barberton et ses montagnes environnantes où l'on trouve des roches datant de plus de 3 milliards d'années. © Nasa-Jesse Allen

Surtout, sous cette couche de microbes fossiles, les chercheurs ont identifié des petites particules d’aragonite, un minéral formé de carbonate de calcium. Or, la formation de cette aragonite est problématique du point de vue de la thermochimie. Il ne semble pas y avoir d’autre explication possible que de supposer que les microbes étaient des organismes photosynthétiques.

Des traces indirectes 

Pour être plus précis, et selon le scénario construit par les biologistes à partir de leurs observations, il y aurait eu sous la couche de microbes photosynthétiques des organismes hétérotrophes se nourrissant des restes carbonés morts de ces microbes. Ce faisant, ces organismes auraient fait monter le pH environnant, libérant des ions calcium piégés dans les polymères carbonés présents dans le tapis microbien. Ces ions auraient réagi avec les carbonates de l’eau de mer pour précipiter ensuite sous forme d’aragonite. Le cœur du raisonnement est qu’il faut des organismes capables d’exploiter l’énergie solaire pour produire la quantité de nutriments carbonés nécessaire au développement d’organismes capables de former autant d’aragonite que celle observée.

De nos jours, dans les tapis microbiens, ce sont des bactéries réduisant les sulfures qui provoquent la précipitation de l’aragonite. Justement, Westall et ses collègues ont identifié des molécules soufrées, le thiophène, un composé organique hétérocyclique aromatique souvent trouvé naturellement dans le pétrole à des concentrations de quelques pour cents, dans les restes du tapis de Barberton.

Comme dans d'autres cas de tapis microbiens de la même époque, les conclusions des chercheurs à propos de la présence d'organismes photosynthétiques sont indirectes. Espérons que le temps leur donnera raison.


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