Cet échantillon de roche a été prélevé dans le Chert Apex, une formation rocheuse de l'ouest de l'Australie qui compte parmi les gisements rocheux les plus anciens et les mieux conservés au monde, en 1982 et s'est rapidement avéré contenir des preuves de la vie précoce sur Terre. Une étude publiée par des scientifiques de l'UCLA et de l'UW-Madison en 2017 a utilisé une analyse chimique sophistiquée pour confirmer que les structures microscopiques trouvées dans la roche sont bien biologiques, ce qui en fait - à 3,5 milliards d'années - les plus anciens fossiles jamais trouvés. C'est la roche après analyse dans le laboratoire WiscSIMS. Crédit :John Valley, UW-Madison
Des chercheurs de l'UCLA et de l'Université du Wisconsin-Madison ont confirmé que les fossiles microscopiques découverts dans un morceau de roche vieux de près de 3,5 milliards d'années en Australie-Occidentale sont les plus anciens fossiles jamais trouvés et en fait la première preuve directe de la vie sur Terre.
L'étude, publié aujourd'hui dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , était dirigé par J. William Schopf, professeur de paléobiologie à l'UCLA, et John W. Valley, professeur de géosciences à l'Université du Wisconsin-Madison. La recherche s'est appuyée sur une nouvelle technologie et une expertise scientifique développées par des chercheurs du laboratoire UW-Madison WiscSIMS.
L'étude décrit 11 spécimens microbiens de cinq taxons distincts, reliant leurs morphologies à des signatures chimiques caractéristiques de la vie. Certains représentent des bactéries et des microbes maintenant éteints d'un domaine de la vie appelé Archaea, tandis que d'autres sont similaires aux espèces microbiennes que l'on trouve encore aujourd'hui. Les résultats suggèrent également comment chacun a pu survivre sur une planète sans oxygène.
Les microfossiles - ainsi appelés parce qu'ils ne sont pas évidents à l'œil nu - ont été décrits pour la première fois dans la revue Science en 1993 par Schopf et son équipe, qui les a identifiés sur la base en grande partie des fossiles uniques, formes cylindriques et filamenteuses. Schopf, directeur du Centre d'étude de l'évolution et de l'origine de la vie de l'UCLA, ont publié d'autres preuves à l'appui de leur identité biologique en 2002.
Il a collecté la roche dans laquelle les fossiles ont été trouvés en 1982 dans le gisement de chert Apex en Australie-Occidentale, l'un des rares endroits sur la planète où des preuves géologiques de la Terre primitive ont été préservées, en grande partie parce qu'il n'a pas été soumis à des processus géologiques qui l'auraient altéré, comme l'enfouissement et l'échauffement extrême dû à l'activité tectonique des plaques.
Mais les interprétations antérieures de Schopf ont été contestées. Les critiques ont fait valoir qu'il ne s'agissait que de minéraux étranges qui ne ressemblent qu'à des spécimens biologiques. Cependant, Vallée dit, les nouvelles découvertes dissipent ces doutes; les microfossiles sont en effet biologiques.
"Je pense que c'est réglé, " il dit.
Un exemple d'un des microfossiles découverts dans un échantillon de roche récupéré du Chert Apex, une formation rocheuse de l'ouest de l'Australie qui compte parmi les gisements rocheux les plus anciens et les mieux conservés au monde. Les fossiles ont été décrits pour la première fois en 1993, mais une étude publiée en 2017 par des scientifiques de l'UCLA et de l'UW-Madison a utilisé une analyse chimique sophistiquée pour confirmer que les structures microscopiques trouvées dans la roche sont bien biologiques, ce qui en fait - à 3,5 milliards d'années - les plus anciens fossiles jamais trouvés. Crédit :J. William Schopf, UCLA
À l'aide d'un spectromètre de masse à ions secondaires (SIMS) à UW-Madison appelé IMS 1280, l'un des rares instruments de ce type au monde, Valley et son équipe, dont les géoscientifiques du département Kouki Kitajima et Michael Spicuzza, ont pu séparer le carbone composant chaque fossile en ses isotopes constitutifs et mesurer leurs rapports.
Les isotopes sont des versions différentes du même élément chimique dont la masse varie. Différentes substances organiques—que ce soit dans la roche, microbe ou animal - contiennent des rapports caractéristiques de leurs isotopes stables de carbone.
En utilisant SIMS, L'équipe de Valley a pu distinguer le carbone 12 du carbone 13 dans chaque fossile et mesurer le rapport des deux par rapport à un standard isotopique de carbone connu et à une section sans fossile de la roche dans laquelle ils ont été trouvés.
"Les différences de rapports isotopiques du carbone sont en corrélation avec leurs formes, " dit Valley. " S'ils ne sont pas biologiques, il n'y a aucune raison pour une telle corrélation. Leurs rapports C-13-C-12 sont caractéristiques de la biologie et de la fonction métabolique."
Sur la base de ces informations, les chercheurs ont également pu attribuer des identités et des comportements physiologiques probables aux fossiles enfermés dans la roche, dit la vallée. Les résultats montrent que « ce sont des primitives, mais groupe diversifié d'organismes, " dit Schopf.
L'équipe a identifié un groupe complexe de microbes :des bactéries phototrophes qui auraient compté sur le soleil pour produire de l'énergie, Archaea qui produisait du méthane, et les gammaprotéobactéries consommatrices de méthane, un gaz considéré comme un constituant important de l'atmosphère primitive de la Terre avant la présence d'oxygène.
Il a fallu près de 10 ans à l'équipe de Valley pour développer les processus permettant d'analyser avec précision les microfossiles. Des fossiles aussi anciens et rares n'avaient jamais été soumis à une analyse SIMS auparavant. L'étude s'appuie sur les réalisations antérieures de WiscSIMS pour modifier l'instrument SIMS, développer des protocoles pour la préparation et l'analyse des échantillons, et d'étalonner les étalons nécessaires pour faire correspondre aussi étroitement que possible la teneur en hydrocarbures aux échantillons d'intérêt.
Le Chert Apex, une formation rocheuse de l'ouest de l'Australie qui compte parmi les gisements rocheux les plus anciens et les mieux conservés au monde. En 1982, sur le site illustré ici, une équipe de géologues a échantillonné la roche qui s'est finalement avérée contenir des microfossiles de la vie la plus ancienne jamais décrite sur Terre. Sur la photo, des chercheurs en géosciences de l'UW-Madison lors d'une excursion sur le site en 2010. Crédit :John Valley, UW-Madison
En préparation de l'analyse SIMS, l'équipe a dû moudre minutieusement l'échantillon original aussi lentement que possible pour exposer les fossiles délicats eux-mêmes - tous suspendus à différents niveaux dans la roche et enfermés dans une couche dure de quartz - sans les détruire réellement. Spicuzza décrit avoir fait d'innombrables voyages dans les escaliers du département alors que le technicien en géosciences Brian Hess rectifiait et polissait chaque microfossile de l'échantillon, un micromètre à la fois.
Chaque microfossile mesure environ 10 micromètres de large; huit d'entre eux pouvaient s'adapter à la largeur d'un cheveu humain.
Valley et Schopf font partie du Wisconsin Astrobiology Research Consortium, financé par l'Institut d'astrobiologie de la NASA, qui existe pour étudier et comprendre les origines, l'avenir et la nature de la vie sur Terre et dans tout l'univers.
Des études comme celle-ci, Schopf dit, indiquent que la vie pourrait être commune dans tout l'univers. Mais surtout, ici sur Terre, parce que plusieurs types différents de microbes étaient déjà présents il y a 3,5 milliards d'années, il nous dit que "la vie a dû commencer beaucoup plus tôt - personne ne sait combien plus tôt - et confirme qu'il n'est pas difficile pour la vie primitive de se former et d'évoluer vers des micro-organismes plus avancés, " dit Schopf.
Études antérieures de Valley et de son équipe, datant de 2001, ont montré que des océans d'eau liquide existaient sur Terre il y a 4,3 milliards d'années, plus de 800 millions d'années avant que les fossiles de la présente étude aient été vivants, et seulement 250 millions d'années après la formation de la Terre.
"Nous n'avons aucune preuve directe que la vie existait il y a 4,3 milliards d'années, mais il n'y a aucune raison pour qu'elle n'ait pas pu l'avoir, " dit Valley. "C'est quelque chose que nous aimerions tous découvrir."
UW-Madison a pour héritage de repousser les dates acceptées du début de la vie sur Terre. En 1953, feu Stanley Tyler, un géologue à l'université décédé en 1963 à l'âge de 57 ans, a été la première personne à découvrir des microfossiles dans les roches précambriennes. Cela a repoussé les origines de la vie à plus d'un milliard d'années, de 540 millions à 1,8 milliard d'années.
"Les gens s'intéressent vraiment au moment où la vie sur Terre est apparue pour la première fois, " dit Valley. " Cette étude a été 10 fois plus longue et plus difficile que ce que j'avais imaginé au départ, mais cela s'est concrétisé grâce à de nombreuses personnes dévouées qui ont été enthousiasmées par cela depuis le premier jour... Je pense que beaucoup plus d'analyses de microfossiles seront effectuées sur des échantillons de la Terre et peut-être d'autres corps planétaires."
