Vue sur les roches carbonatées du mont Slipper, Yukon qui contiennent des microfossiles à échelle apatitique. Les fossiles sont trouvés en dissolvant les roches carbonatées dans un acide faible. Penny canadien pour l'échelle. Crédit :Justin V. Strauss
Une caractéristique critique de nombreuses formes de vie multicellulaires sur Terre est difficile, structures biologiques, comme les os d'animaux et les coquilles d'escargots fabriqués à partir de minéraux.
De minuscules fossiles découverts récemment au Canada ont repoussé la plus ancienne preuve connue de « bio-minéralisation » à 810 millions d'années. La découverte pourrait fournir des informations sur la localisation de fossiles sur d'autres planètes et faire la lumière sur la manière dont les formes de vie et leurs planètes se développent ensemble au fil du temps.
Les chercheurs ont détaillé leurs découvertes dans la revue Avancées scientifiques . Ils ont reçu un soutien financier du nœud MIT de l'Institut d'astrobiologie de la NASA et d'une bourse postdoctorale d'astrobiologie de la NASA.
Organismes multicellulaires, comme les animaux, les plantes et les champignons sont tous des exemples d'eucaryotes, dont les cellules possèdent des noyaux. L'évolution de la bio-minéralisation a été une étape clé dans l'histoire des eucaryotes et pour la Terre en général, puisque les structures bio-minérales, comme les récifs coralliens, ont eu un impact dramatique sur la géologie de la planète. Encore, les premiers signes de bio-minéralisation eucaryote sont restés obscurs dans les archives fossiles, rendant difficile la connaissance de l'âge et des circonstances environnementales dans lesquelles ces structures biologiques ont émergé pour la première fois.
Pour déterminer quand la bio-minéralisation eucaryote pourrait avoir évolué pour la première fois, les scientifiques ont prélevé des échantillons d'une section d'environ 60 mètres d'épaisseur de mudstone calcaire et de schiste noir et gris près du mont Slipper dans le territoire du Yukon, Canada, près de la frontière de l'Alaska.
"Nous y étions fin juin, mais il faisait encore très froid, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, Phoebe Cohen, paléobiologiste au Williams College à Williamstown, Massachusetts. « Il y avait encore beaucoup de neige au sol, mais en fait c'était bien, puisque c'est de là que nous obtenons notre eau potable."
Les chercheurs se sont concentrés sur les microfossiles dans la roche, qui a surgi au cours de l'ère néoprotérozoïque entre 541 millions et 1 milliard d'années.
Vue du mont Slipper regardant vers les couches de roche qui contiennent des fossiles biominéralisés. Crédit :Phoebe A. Cohen
"Le versant de la montagne où se trouvent les fossiles est très escarpé, et une grande partie de la roche est lâche, nous avons donc passé beaucoup de temps à nous percher de manière précaire sur des pentes abruptes à frapper les rochers avec nos marteaux-piqueurs pour collecter des échantillons, " a déclaré Cohen.
Les microfossiles découverts par Cohen et son équipe, considérés comme des eucaryotes marins unicellulaires, viennent dans une grande variété de formes. "Chacun des minuscules fossiles que nous trouvons que nous pensons n'est pas son propre organisme, mais faisant partie d'une seule cellule. Imaginez une seule cellule ronde entourée de ces petites plaques blindées, " a déclaré Cohen.
À l'aide de microscopes électroniques à transmission à haute résolution, Cohen et ses collègues ont découvert que ces microfossiles étaient en grande partie constitués de complexes, réseaux entrelacés de cristaux fibreux d'un minéral appelé apatite. La nature complexe de ces réseaux a confirmé qu'ils ont été créés par un processus biologique, par opposition à une géologie, traiter, les chercheurs ont dit.
Par ailleurs, l'analyse des isotopes des éléments rhénium et osmium dans la roche a suggéré que ces fossiles ont environ 810 millions d'années, représentant les plus anciens spécimens de bio-minéralisation eucaryotes découverts à ce jour. Elles sont, En réalité, plus vieux que les spécimens précédents d'environ 200 millions d'années, dit Cohen.
"Les eucaryotes construisaient des structures bio-minéralisées très complexes bien plus tôt que nous ne le pensions, " a déclaré Cohen.
C'était un monde différent pendant la vie de ces organismes qu'aujourd'hui; presque toute la vie existait dans l'eau, et les plantes et les animaux n'étaient pas encore entrés en scène. Mais il y avait une grande diversité d'eucaryotes microscopiques à l'époque. Certains de ces organismes étaient des algues semblables aux algues rouges et vertes d'aujourd'hui, tandis que d'autres n'ont pas d'analogique moderne similaire, comme les mystérieux fossiles trouvés par l'équipe de Cohen.
L'analyse des roches entourant les fossiles suggère que les altérations chimiques dans les océans lorsque ces eucaryotes étaient vivants ont augmenté la quantité de composés phosphatés dissous dans l'eau où ces formes de vie vivaient. Cette, à son tour, aide à expliquer pourquoi ces organismes ont pu créer des structures faites d'apatite, qui est un minéral phosphaté. Et cela suggère que la bio-minéralisation s'est développée au fur et à mesure que les organismes et leurs environnements ont évolué ensemble au fil du temps, dit Cohen.
Image au microscope électronique à balayage d'un groupe de fossiles ASM biominéralisés du mont Slipper. Les fossiles sont trouvés en dissolvant des roches carbonatées du mont Slipper dans un acide faible. Ces structures ont probablement agi comme une armure, avec de nombreuses plaques du même type entourant une seule cellule. Crédit :Phoebe A. Cohen
"Beaucoup de phosphore disponible ? Alors peut-être vous attendrez-vous à voir des organismes utiliser cet élément pour se bio-minéraliser, " a déclaré Cohen.
Cette recherche pourrait également faire la lumière sur les endroits où trouver des fossiles sur d'autres planètes. Par exemple, si vous cherchez des fossiles constitués en grande partie de phosphates, les scientifiques voudront peut-être se concentrer sur des domaines qui étaient autrefois, ou sont actuellement, riche en phosphates dissous.
"Nous en avons appris plus sur les conditions dans lesquelles ces types de fossiles bio-minéralisés peuvent être trouvés, ce qui est utile lorsque nous commençons à explorer des endroits comme Mars pour des preuves fossiles potentielles de vie, " a déclaré Cohen.
Les recherches futures pourraient se concentrer sur la découverte de tels fossiles ailleurs dans le monde, dit Cohen.
"Je travaille aussi à essayer de comprendre pourquoi ces fossiles sont conservés ici et comment ils sont conservés, qui nous aidera à les retrouver ailleurs et aussi à comprendre plus généralement comment les fossiles bio-minéralisés se conservent dans les roches anciennes, " elle a dit.
"Il y a aussi beaucoup de questions sur les raisons pour lesquelles nous ne verrons plus de bio-minéralisation eucaryote pendant près de 200 millions d'années, " Cohen said. "Was it because these organisms went extinct? Then why didn't other organisms evolve this capability? Was it because of ocean chemistry conditions? There's many interesting questions to follow up with there as well."
This story is republished courtesy of NASA's Astrobiology Magazine. Explore the Earth and beyond at www.astrobio.net .
