Lorsque la brume s'est accumulée dans l'atmosphère de la Terre archéenne, la jeune planète aurait pu ressembler à l'interprétation de cet artiste - un point orange pâle. Crédit : Centre de vol spatial Goddard de la NASA/Francis Reddy
Nous savons peu de choses sur les températures de surface de la Terre pour les 4 premiers milliards d'années environ de son histoire. Cela présente une limite à la recherche sur les origines de la vie sur Terre et également sur la manière dont elle pourrait également survenir sur des mondes lointains.
Maintenant, les chercheurs suggèrent qu'en ressuscitant d'anciennes enzymes, ils pourraient estimer les températures auxquelles ces organismes ont probablement évolué il y a des milliards d'années. Les scientifiques ont récemment publié leurs découvertes dans la revue, Actes de l'Académie nationale des sciences .
"Nous avons besoin de mieux comprendre non seulement comment la vie a évolué pour la première fois sur Terre, mais comment la vie et l'environnement de la Terre ont co-évolué au cours de milliards d'années d'histoire géologique, " a déclaré l'auteur principal Amanda Garcia, paléogéobiologiste à l'Université de Californie, Los Angeles. "Une co-évolution similaire semble certaine être le cas pour toute vie ailleurs dans l'Univers."
Garcia et ses collègues se sont concentrés sur l'histoire des températures de surface de la Terre. Les roches offrent de nombreux indices pour déduire les températures au cours des 550 derniers millions d'années à l'ère phanérozoïque, lorsqu'il est complexe, la vie multicellulaire a décollé, y compris celle des humains. Cependant, peu de ces "paléothermomètres" existent pour l'ère précambrienne plus tôt, couvrant la formation de la Terre il y a 4,6 milliards d'années et la montée de la vie.
Des preuves géologiques antérieures ont suggéré qu'il y a 3,5 milliards d'années, pendant l'éon archéen, les océans étaient de 131º à 185º F (55º à 85º C). Ils se sont considérablement refroidis jusqu'à des températures moyennes actuelles de 59 º F (15 º C). Les scientifiques ont fait ces estimations en examinant les isotopes de l'oxygène et du silicium dans les roches marines. Les roches riches en quartz du fond marin, connu sous le nom de cherts, ont des niveaux plus élevés d'isotopes plus lourds d'oxygène-18 et de silicium-30 à mesure que l'eau de mer se refroidit. En principe, le rapport des isotopes d'oxygène et de silicium les plus lourds aux plus légers peut faire la lumière sur les températures anciennes.
L'image de gauche montre à quoi aurait pu ressembler la Terre il y a plus de 3 milliards d'années au début de l'Archéen. Les formes oranges représentent les proto-continents riches en magnésium avant le début de la tectonique des plaques, bien qu'il soit impossible de déterminer leurs formes et emplacements précis. L'océan semble vert en raison d'une grande quantité d'ions de fer dans l'eau à ce moment-là. La chronologie retrace la transition d'une croûte continentale supérieure riche en magnésium à une croûte continentale supérieure pauvre en magnésium. Crédit :Ming Tang/Université du Maryland
Mais de tels paléo-thermomètres ne prennent pas suffisamment en compte la façon dont ces roches ou l'océan ont pu changer au cours de milliards d'années. Peut-être que les rapports isotopiques dans l'eau de mer ont varié dans le temps en réponse à des altérations physiques ou chimiques, tels que l'eau qui s'écoule du sol ou des sources hydrothermales.
Compte tenu des incertitudes, Garcia et ses collègues ont cherché une mesure indépendante des températures de l'eau de mer dans le Précambrien qui se concentre sur le comportement des molécules biologiques. Les scientifiques ont examiné une enzyme connue sous le nom de nucléoside diphosphate kinase (NDK), qui aide à manipuler les éléments constitutifs de l'ADN et de l'ARN, ainsi que de nombreux autres rôles. Des versions de cette protéine se trouvent dans pratiquement tous les organismes vivants, et étaient probablement aussi vitales pour de nombreux organismes éteints. Des recherches antérieures ont trouvé une corrélation entre les températures optimales de stabilité des protéines et la croissance d'un organisme.
En comparant les séquences moléculaires des versions de NDK dans une variété d'espèces contemporaines, les chercheurs peuvent reconstituer les versions de NDK qui auraient pu être présentes dans leurs ancêtres communs. En synthétisant ces reconstitutions, les scientifiques peuvent tester expérimentalement ces protéines anciennes « ressuscitées » pour trouver la température qui stabilise la protéine et en déduire la température probable qui a soutenu l'ancien organisme.
Les scientifiques estiment quand d'anciennes enzymes auraient pu exister en examinant leurs plus proches parents vivants de leur organisme hôte. Plus le nombre de différences dans les séquences génétiques de ces parents est grand, plus leur dernier parent commun a probablement vécu il y a longtemps. Les scientifiques utilisent ces différences pour évaluer l'âge des biomolécules telles que les reconstructions de NDK.
Des recherches antérieures avaient reconstruit d'anciennes enzymes pour déduire les températures passées, mais certaines de ces enzymes peuvent provenir d'organismes qui vivaient dans des environnements exceptionnellement chauds, tels que les cheminées hydrothermales en eaux profondes, qui ne serait pas représentatif de l'océan au sens large. Au lieu, Garcia et ses collègues ont cherché à reconstruire le NDK à partir de plantes terrestres et de bactéries photosynthétiques vivant dans les profondeurs supérieures ensoleillées des océans, vraisemblablement loin des sources chaudes bouillantes.
Les récifs microbiens appelés stromatolites sont des exemples de structures biologiques trouvées il y a 3,7 milliards d'années. Crédit :Pamela Reid, Doctorat., Université de Miami Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science
Leurs recherches suggèrent que la surface de la Terre s'est refroidie d'environ 167º F (75º C) il y a environ 3 milliards d'années à environ 95º (35º F) il y a environ 420 millions d'années. Ces résultats sont cohérents avec les résultats géologiques et enzymatiques antérieurs.
Garcia a déclaré qu'un refroidissement aussi spectaculaire est difficile à comprendre, soulignant comment les scientifiques doivent se rappeler à quel point les conditions étaient différentes dans le passé pour déterminer comment la vie a évolué au fil du temps.
"Cela demande beaucoup d'efforts pour imaginer un monde qui ne semble pas correspondre au bon sens de nos conditions terrestres actuelles."
Les recherches futures pourraient reconstruire des versions de NDK à partir d'un plus grand nombre d'organismes, ainsi que d'autres enzymes, donnant plus de preuves à l'appui de la méthode. Une telle recherche pourrait aider « à résoudre de grandes questions sur l'évolution précoce de la vie et de l'environnement de la Terre, " elle a dit.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du magazine Astrobiology de la NASA. Explorez la Terre et au-delà sur www.astrobio.net .
