La recherche de signes de vie microbienne ancienne dans les archives géologiques est difficile en raison de la dégradation de la matière organique primaire. Par conséquent, la preuve de l'origine biogénique repose souvent sur les signatures chimiques que les micro-organismes laissent derrière elles. Une nouvelle étude des minéraux dans les fissures rocheuses présente des signatures chimiques qui sont des preuves définitives de processus de vie anciens et répandus dans la croûte continentale pauvre en énergie. Plus important, l'étude élargit considérablement la variation chimique connue du soufre, l'un des éléments clés des métabolismes microbiens. Cela donne de nouveaux indices sur le type de signatures chimiques à attendre de la vie dans des environnements extrêmes, y compris la recherche de la vie sur d'autres planètes.

Une grande partie de l'activité biologique sur Terre est cachée sous le sol jusqu'à des profondeurs de plusieurs kilomètres dans un environnement appelé « biosphère profonde ». Les études des formes de vie dans ce système anoxique sombre ont des implications sur la façon dont la vie a évolué dans des conditions que nous considérons comme extrêmes. Cela donne également des indices sur la façon dont la vie a pu évoluer sur d'autres planètes où des conditions hostiles empêchent la colonisation de l'environnement de surface. Les connaissances sur la vie ancienne dans cet environnement profond sous nos pieds sont encore extrêmement rares.

La recherche de signes de vie ancienne sur Terre dans les archives géologiques est souvent difficile car la matière organique primaire a été partiellement ou complètement dégradée. Dans ces situations, la preuve de l'origine biogénique repose sur les signatures géochimiques laissées par les micro-organismes, ou aux formes morphologiques des restes microbiens minéralisés. A la recherche de la vie sur d'autres planètes, comme sur Mars, les mêmes défis peuvent être attendus et il est donc important de savoir à quel type de signatures chimiques s'attendre de la vie dans des environnements extrêmes.

Dans de nombreuses fissures jusqu'à des profondeurs de 1700 mètres qui ont été partiellement scellées par des cristaux qui y ont poussé, une équipe de chercheurs dirigée par le Dr Henrik Drake de l'Université de Linnaeus, Suède, a retracé d'anciens processus microbiens, se concentrant principalement sur les microbes qui transforment le sulfate en sulfure dans leur métabolisme. L'approche multidisciplinaire comprenait la mesure et l'imagerie à micro-échelle du soufre couplées à la géochronologie dans les minéraux formés en réponse à l'activité microbienne sur plusieurs sites de roches granitiques suédoises. Il s'agit de l'étude la plus approfondie de ce processus dans la croûte continentale à ce jour et les résultats suggèrent que le processus a été répandu dans le temps et l'espace dans le substratum rocheux.

Henrik Drake explique comment ils ont exploité les archives chimiques des minéraux pour déchiffrer d'anciens processus microbiens :

"Il est bien connu d'autres environnements que lorsque les micro-organismes utilisent du sulfate dans leur métabolisme, ils produisent des minéraux qui ont une composition caractéristique en soufre. En fait, L'abondance relative des différents atomes de soufre (isotopes) est l'un des outils géochimiques les plus largement utilisés pour retracer les processus microbiens dans les archives géologiques. Nos micro-analyses dans les cristaux de la pyrite minérale sulfurée ont montré la composition isotopique du soufre la plus extrême jamais enregistrée sur Terre. »

"Ces signatures sont des preuves définitives d'anciens processus de vie dans la croûte continentale, mais plus important encore, ils élargissent considérablement la variation isotopique connue des minéraux sulfurés produits à la suite des métabolismes microbiens. Plus en détail, l'étendue du rapport des isotopes du soufre ³⁴ S à ³² S était aussi grand que -54 à +132 par mil (normalisé à la norme CDT). Adaptation aux mauvaises conditions énergétiques, le métabolisme lent et l'épuisement complet du sulfate dissous disponible lors de son déplacement à travers le système de fracture expliquent les valeurs exceptionnelles."

Christine Heim de l'Université de Göttingen, Allemagne, un co-auteur de l'étude, dit:

"En plus des signatures isotopiques, nous avons trouvé des biomarqueurs d'anciens restes organiques d'origine superficielle (par exemple des plantes terrestres) préservés dans les revêtements minéraux à grande profondeur. Une connexion avec la biosphère de surface est ainsi évidente et peut expliquer pourquoi les marques d'activité microbienne brusquement disparaître à environ 1000 m de profondeur."

Contraintes temporelles directes facilitées par les techniques de datation nouvellement développées révélées lorsque les activités biologiques ont commencé - il y a 360-400 millions d'années. La vie profonde dans la croûte continentale pauvre en énergie a manifestement prospéré au cours des éons, ce qui est une information pertinente lors de la recherche de la vie dans des environnements souterrains similaires d'autres planètes. Henrik Drake résume :

"Notre approche multi-méthodes nous a fait prendre conscience que les signatures biologiques dans les environnements extrêmes peuvent être différentes de ce que nous attendions auparavant, et serait donc très approprié pour l'investigation des environnements extraterrestres."

Le co-auteur Martin Whitehouse du Musée suédois d'histoire naturelle ajoute :

« La capacité de mesurer rapidement les isotopes du soufre à haute résolution spatiale par microsonde ionique permet une meilleure appréciation de la plage et de la distribution au sein des cristaux de pyrite uniques. minéraux carbonatés encore enregistrés sur Terre. Nous pouvons donc conclure que notre exploration de la vie ancienne dans les fissures des roches magmatiques terrestres changera la façon dont nous regardons les proxys géochimiques de l'activité microbienne dans les environnements extrêmes.

Les résultats sont présentés dans l'article « Un précédent ³⁴ Enrichissement en S de la pyrite formée suite à la réduction microbienne du sulfate dans les roches cristallines fracturées" dans le journal Géobiologie (publié en ligne le 26 juin 2018).