La région de Barberton en Afrique du Sud est célèbre pour plusieurs raisons. On y trouve des roches datant du début et du milieu de l'Archéen, cette période s'étendant d'il y a 4 à 2,5 milliards d'années dans le passé. C'est donc une fenêtrefenêtre pour comprendre aussi bien le passé géologique reculé de la Terre que celui de sa biosphère.

Ainsi, non loin de cette région coule la rivière Komati, qui a donné son nom à des laves particulièrement fluides qui coulaient là-bas il y a plus de 3 milliards d'années, les komatiites, et qui ne s'épanchent quasiment plus qu'à titre très exceptionnel depuis la fin de l'Archéen. Leur viscositéviscosité devait être similaire à celle de l'eau puisqu'elles s'écoulaient à des températures supérieures à 1.400 °C et même, probablement, plus de 1.600 °C.

On trouve surtout à Barberton une « ceinture de roches vertes », plus connue en anglais et dans le monde de la géologie sous le nom de Barberton Greenstone Belt. Il s'agit de restes métamorphisés d'une zone volcanique associés à des roches sédimentaires où, depuis des années, les chercheurs pensent avoir trouvé des indications de l'existence de formes de vie très anciennes.

Des tapis microbiens archéens sur les berges d'une rivière ou d'un delta

Cette région, qui offre des archives sur le passé de la Terre et l'origine de la vie, est donc intensément étudiée depuis longtemps. Nouvelle preuve de l'intérêt des scientifiques pour Barberton : un article paru dans Nature Geosciences provenant d'une équipe internationale de chercheurs qui compte des membres de l'Institut universitaire européen de la mer (IUEM), à Brest, comme le sédimentologiste Martin Homann et le géochimiste Stefan Lalonde.

Les traces de vie sur Terre datant d'il y a plus de 3 milliards d'années sont ambiguës et plusieurs découvertes qui semblaient solidessolides ont finalement été critiquées car elles pouvaient s'interpréter comme le résultat de processus abiotiquesabiotiques ou de contaminationscontaminations plus récentes.

La nouvelle étude montre une trace, présentée comme convaincante, de formes de vie vieilles d'environ 3,22 milliards d'années. Cet âge reculé en ferait l'une des traces de vie les plus anciennes, voire la plus ancienne. La vie aurait donc dû apparaître à une époque plus reculée, probablement de quelques centaines de millions d'années. Mais surtout, ce serait au moins la plus ancienne trace de vie dans un environnement qui ne serait pas marin. Comme l'explique Martin Homann, la découverte impliquerait que la vie a colonisé les terres émergées bien plus tôt qu'on ne le pensait, les preuves acquises jusque-là ne remontant qu'à 550 millions d'années.

Une fine couche formée de tapis microbiens fossilisés empilés (flèche) incorporée dans des roches sédimentaires et des grès dans la ceinture de roches vertes de Barberton, en Afrique du Sud. En bas à droite, une barre donne l'échelle. © Martin Homann, European Institute for Marine Studies

Qu'ont donc trouvé Homann, Lalonde et leurs collégues ? Des traces fossilisées de tapis microbiens analogues à ceux présents au fond des mers ou dans des sources chaudessources chaudes comme celles d'El Tatio ou de Yellowstone. Sauf que dans le cas présent, ces tapis microbiens se trouvent sur des couches sédimentaires contenant de nombreux cailloux, ce qui démontre que ces tapis ne se sont pas développés sur le sablesable d'une plage ou d'une mer peu profonde mais bien sur le bord d'une rivière, ou éventuellement d'un deltadelta. Ces couches sont connues sous le nom de groupe sédimentaire Moodies dans les Barberton Makhonjwa, une chaîne de montagnes inscrite au patrimoine mondial de l'humanité. Ce groupe est l'une des plus anciennes séquences sédimentaires en eau peu profonde et bien conservées.

C'est une nouveauté car des sédimentssédiments archéens non marins sont difficiles à identifier et même à trouver. En effet, ils sont plus difficiles à préserver de l'érosion et donc plus rares que les sédiments marins. De plus, justement, il existe peu de fossilesfossiles repères qui permettraient de trancher entre les deux types de lieux de sédimentationsédimentation. Les plus anciennes traces de tapis microbiens découvertes jusqu'à maintenant dataient de 2,7 milliards d'années, à Baerberton mais aussi à Pilbara en Australie.

Ces tapis microbiens fossilisés contiennent du carbonecarbone et de l'azoteazote, ce qui correspond à ces formes de vie. Mais les rapports isotopiques diffèrent de ceux des tapis microbiens quasi-fossilisés présents en bord de mer. Le détail est d'importance : il indiquerait qu'il y a 3,22 milliards d'années, l'évolution avait déjà eu le temps de faire son œuvre en séparant deux types de populations de microbes.

Il pourrait s'agir de cyanobactériescyanobactéries, comme celles existant aujourd'hui, mais il est difficile de dire à ce stade si ces organismes produisaient ou non de l'oxygène par photosynthèse. Les deux phénomènes ne sont en effet pas liés dans le monde vivant et, de plus, il existe une photosynthèsephotosynthèse anoxygènique.

La vie existait peut-être déjà il y a 4 milliards d'années

Article de Laurent SaccoLaurent Sacco publié le 19/12/2017

Les plus anciens microfossilesmicrofossiles, âgés de 3,5 milliards d'années environ, découverts par le célèbre paléobiologiste américain James William Schopf apportent une nouvelle pièce au débat qu'il a lui-même lancé il y a un quart de siècle. Si lui et ses collègues ont raison, la vie serait apparue il y a au moins 4 milliards d'années.

James William Schopf n'est pas n'importe qui. Professeur en sciences de la Terre à l'université de Californie à Los Angeles, il était chargé de diriger l'équipe de la NasaNasa dédiée à l'analyse des échantillons lunaires du programme Apollo. Depuis, ce chercheur fouille les archives de l'Archéen et il fut le premier à découvrir des micro-organismesmicro-organismes fossiles datant du précambrienprécambrien dans les sédiments stromatolitiques d'Australie (1965) puis d'Afrique du Sud, de Chine, d'Inde et de Russie (1984).

Pourtant, l'homme et ses collègues n'ont jusqu'à présent pas convaincu la communauté scientifique de la réalité de leur découverte annoncée en 1993 : des microfossiles, probablement de cyanobactéries, censément présents dans une roche du grand désertdésert Pilbara en Australie de l'Ouest, l'ApexApex Chert.

Les incontestables filaments de carbone mis en évidence à cette époque ont reçu au cours des ans des interprétations différentes. Il pouvait s'agir de structures produites par des processus abiotiques issus des sources hydrothermalessources hydrothermales chaudes. De plus, l'Apex Chert de Pilbara peut fort bien être le produit de fluides hydrothermaux portés à des températures supérieures à 250 °C, ce qui en ferait un milieu très hostile aux cyanobactéries, un argument plaidant contre la possible présence de microfossiles.

L'un des filaments carbonés observés dans une lame mince de la roche de l'Apex Chert. S'agit-il bien d'un microfossile ? © J. William Schopf, UCLA

La preuve par les rapports isotopiques ?

Des études plus poussées ont montré une certaine complexité. S'il s'agissait bien de microfossiles, les organismes dont ils sont l'origine étaient déjà si évolués qu'il fallait repousser l'apparition de la vie de plusieurs centaines de millions d'années dans le passé, donc à l'HadéenHadéen il y a au moins 4 milliards d'années. Mais ces microfossiles pourraient aussi être des contaminations de formes de vie plus récentes.

James William Schopf et ses collègues des universités de Californie et de Wisconsin-Madison viennent de publier un article dans les Pnas dans lequel ils présentent de nouveaux arguments pour étayer leurs hypothèses. Ils ont fait appel à la spectrométrie de massespectrométrie de masse à ionisationionisation secondaire, ou SIMS (secondary ionion mass spectrometry), pour mesurer les rapports des isotopesisotopes de carbone ¹³C et ¹²C dans 11 microfossiles.

Or, selon ces chercheurs, ces rapports non seulement ne sont pas les mêmes selon les types de microfossiles mais ils sont similaires à ceux aujourd'hui associés à des métabolismesmétabolismes particuliers. À l'aune de cette interprétation, deux des espècesespèces étudiées semblent avoir réalisé une forme primitive de photosynthèse anoxygénique, une autre a apparemment produit du méthane et deux autres semblent avoir consommé du méthane et l'avoir utilisé pour construire leurs parois cellulaires à la façon des archées méthanotrophes.

Les mesures sont le produit d'un travail impeccable selon d'autres experts de la technique SIMS mais des critiques s'élèvent déjà quant à l'interprétation des mesures. Malgré leur qualité, elle seraient malgré tout insuffisamment précises pour être considérées comme des signatures différentes et de types différents de filaments carbonés. Or, le cœur de la preuve de Schopf repose sur l'idée que les variations des rapports isotopiques du carbone ne peuvent provenir que de processus biologiques. Si ce n'est pas le cas, c'est le retour à la case départ.

Une vue du gisement de roches australiennes dite de l'Apex chert dans la région de Pilbara. © Graeme Churchard, Flickr, CC-BY 2.0

La vie existait peut-être déjà il y a 4,1 milliards d'années

Article de Laurent Sacco publié le 20 octobre 2015

Les indices de l'existence d'une forme de vie sur Terre il y a plus de 2,5 milliards d'années sont sujets à caution. Un groupe de chercheurs a cependant battu d'environ 300 millions d'années le précédent record en trouvant des indications de la présence d'une vie primitive, il y a au moins 4,1 milliards d'années.

Il est difficile de reconstituer l'histoire géologique de la Terre il y a plus de 3,8 milliards d'années. Il est plus difficile encore de trouver des traces d'une possible apparition de la vie pendant cette période appelée l'Hadéen. Les archives sont rares et les informations qu'elles contiennent presque illisibles ; les déchiffrer peut donc facilement conduire à des contresens.

L'utilisation des outils de géochimie, voire de la cosmochimie, suggère tout de même que de l'eau liquide a existé relativement rapidement pendant l'Hadéen, contrairement à ce que les spécialistes ont longtemps pensé. La vie aurait donc pu apparaître il y a plus de 4 milliards d'années, fût-elle sous forme d'extrêmophilesextrêmophiles. Malheureusement, à cette époque, le bombardement météoritique était encore important et il aurait à nouveau augmenté vers 3,8 à 4 milliards d'années environ à l'occasion du fameux Grand bombardement tardifGrand bombardement tardif (ou LHBLHB, pour Late Heavy Bombardment). Il n'est donc guère évident que des formes de vie aient pu exister pendant l'Hadéen, pas plus qu'elles aient pu survivre au LHB.

La région des Jack Hills, en Australie, est célèbre dans le monde de la géologie. Âgées d’au moins 3,6 milliards d’années, les roches sédimentaires qui s'y trouvent contiennent des zircons détritiques très anciens ; certains dateraient même d’il y a 4,4 milliards d’années. Les géochimistes font parler de tels zircons pour tenter de comprendre ce qui s'est passé sur Terre pendant l'Archéen et l'Hadéen. © Bruce Watson, Pnas

Les chercheurs ont un moment pensé qu'ils disposaient de roches sédimentaires découvertes au sud-ouest du Groenland, âgées de 3,8 milliards d'années pour le site d'Isua et de 3,85 milliards d'années pour le site d'Akilia, renfermant des kérogènes. Ces moléculesmolécules organiques complexes contiennent des rapports isotopiques en carbone 12 et 13 qui ont intrigué les géochimistes. En effet, les molécules biologiques issues de la photosynthèse sont caractérisées par un enrichissement en ¹²C par rapport aux carbonates minérauxminéraux. Les valeurs mesurées suggéraient, sans le prouver, l'existence d'une activité biologique photosynthétique et donc la présence d'une vie primitive il y a environ 3,85 milliards d'années.

Mais, pour diverses raisons, ces conclusions ont été mises en doute. Il en a été de même aussi pour ce qui semble être des microfossiles qui ont été trouvés, associés à des stromatolithesstromatolithes fossilisés, en Australie (Pilbara oriental) et en Afrique du Sud (Barberton). Ils sont vieux de 3,45 milliards d'années.

Autant dire qu'il faut prendre avec des pincettes les récentes affirmations de Elizabeth Bell et Mark Harrison de l'University of California (Los Angeles). Avec leurs collègues, ils viennent de publier un article dans les Pnas dans lequel ils présentent ce qu'ils pensent être une preuve indirecte de l'existence de la vie il y a 4,1 milliards d'années.

Du graphite trouvé dans l'inclusion d'un zircon

Il y a 7 ans, Mark Harrison avait déjà étudié des échantillons de roches prélevés dans la région des Jack Hills en Australie. Âgées d'au moins 3,6 milliards d'années, les roches sédimentaires de cette région contiennent des zirconszircons détritiques très anciens dont certains dateraient même d'il y a 4,4 milliards d'années. Avec ses collègues de l'époque, il avait déduit de l'étude de ces zircons que la tectonique des plaques existait déjà sur la Planète bleuePlanète bleue il y a plus de 4 milliards d'années.

En continuant à analyser les zircons des Jack Hills, les chercheurs en ont découvert un datant de l'Hadéen et qui contient des inclusions de graphitegraphite. De nouveau, l'analyse isotopique des atomesatomes de carbone a montré un enrichissement en ¹²C qui pourrait résulter d'une activité biologique. Si tel est bien le cas, la découverte est fascinante. En effet, le graphite s'est trouvé incorporé dans le zircon lorsqu'il s'est formé et la datation montre que cela s'est produit il y a 4,1 milliards d'années. L'analyse géochimique du zircon montre que ce cristal s'est développé dans un magmamagma en cours de refroidissement provenant lui-même d'une roche qui devait être sédimentaire et riche en boue, précisément le genre de réservoir dans lequel des molécules organiques peuvent s'accumuler.

Les chercheurs restent prudents même s'ils sont confiants. Ce n'est pas la première fois que l'on trouve du graphite dans des roches très anciennes, notamment du début de l'Archéen, laissant penser qu'il provenait de formes vivantes. Mais les spécialistes ont pu montrer qu'il s'agissait de contaminations plus récentes dans bien des cas. Surtout, on sait qu'une réaction chimiqueréaction chimique bien connue, opérant par exemple dans les sources hydrothermales -- la réaction de Fischer-Tropsch --, peut elle aussi produire une anomalieanomalie isotopique du carbone que l'on peut prendre, à tort, comme une trace d'activité biologique.

Clairement, il reste encore du travail à effectuer, notamment en découvrant de nouvelles inclusions de graphite dans des zircons de l'Hadéen, avant de pouvoir affirmer que la vie existait déjà à cette époque.