Les archives géologiques montrent que les sources chaudes existent sur notre planète depuis au moins 3,77 milliards d'années. Les chercheurs considèrent que, en raison de leurs conditions physiques et chimiques extrêmement dynamiques, les systèmes de sources chaudes pourraient avoir donné naissance à des substances organiques et à la première vie sur Terre. On pense que des systèmes similaires existent sur d'autres planètes de notre système solaire, ce qui suggère que la vie pourrait y exister également.

Retracer le chemin de l'évolution

"Pour comprendre l'origine de la vie, nous suivons l'évolution des micro-organismes sur des milliards d'années. Pour ce faire, nous recherchons des traces de vie, que nous appelons biosignatures, dans les roches les plus anciennes de la planète", explique Eric Runge, qui a mené des recherches à l'Université de Tübingen dans un groupe de travail d'Emmy Noether dirigé par Jan-Peter Duda avant que les deux scientifiques ne déménagent à l'Université de Göttingen.

Selon Runge, il n'est pas toujours clair si les minéraux contenus dans les roches sont formés par l'action d'organismes vivants tels que des micro-organismes ou uniquement par des processus chimiques et physiques. "Nous affinons notre recherche de biosignatures, ce qui nous permet de mieux comprendre comment les minéraux formés biologiquement évoluent au cours de longues périodes géologiques", dit-il.

Une biosignature particulièrement prometteuse est la pyrite minérale fer-soufre – « l’or des fous » – qui est abondante dans les sources hydrothermales du fond océanique. La pyrite peut être formée directement ou secondairement à partir de la magnétite minérale lorsqu'elle réagit avec les fluides riches en soufre qui s'y trouvent. Surtout, cela se produit sous diverses formes.

"Dans nos analyses, la pyrite sous sa forme sphérique caractéristique s'est révélée particulièrement intéressante, avec une structure similaire à celle d'une framboise", rapporte Andreas Kappler. "Il ne s'est formé sous cette forme que lorsque le matériau de départ, la magnétite, a été formé par des bactéries réductrices de fer."

Recréé lors d'une expérience

En l’absence d’air, certaines bactéries peuvent se développer et générer de l’énergie en transférant les électrons de leur nourriture, non pas à l’oxygène – comme le font les humains et d’autres animaux – mais au fer oxydé. Celui-ci est réduit et de la magnétite peut se former ; un processus qui est répandu aujourd'hui dans les sources hydrothermales du fond de l'océan.

Dans le cadre de l'expérience, l'équipe de recherche a maintenant simulé la façon dont la magnétite réagit chimiquement avec les fluides riches en soufre qui y sont produits. Pour ce faire, ils ont pris à la fois de la magnétite non formée biologiquement et de la magnétite formée biologiquement dans des cultures bactériennes, et les ont exposés séparément aux conditions qui prévalent dans les habitats extrêmes des bactéries formant aujourd'hui de la magnétite autour des fumeurs noirs.

"Nous avons observé que la magnétite non biologique et biologique était en grande partie dissoute en quelques heures. Cependant, nos investigations à l'aide d'un microscope électronique à balayage, réalisées au centre de microscopie structurale (TSM) de Tübingen, ont montré que les formes cristallines de la magnétite les produits de transformation différaient considérablement après quelques semaines", rapporte Runge.

"Alors que des cristaux de pyrite - ramifiés et en forme de sapin - se sont formés lors des expériences avec de la magnétite non biologique, la pyrite dans les expériences avec de la magnétite biologique était plus sphérique." De telles pyrites sphériques peuvent servir de preuves fossiles de la vie bactérienne précoce, dit Kappler, "en particulier dans les roches les plus anciennes formées par les sources chaudes de notre planète".

"Cependant, la recherche sur les biosignatures n'est pas uniquement pertinente pour décrypter l'histoire de la vie sur Terre", explique Jan-Peter Duda. "Des sources chaudes, semblables à celles qui se trouvent au fond de l'océan, pourraient se produire, par exemple, sur la lune de Saturne, Encelade. S'il y a de la vie là-bas, il s'agira probablement de micro-organismes. Des études comme la nôtre fournissent la base pour reconnaître les traces de tels organismes."