Les dates de l'horloge moléculaire pour les premiers animaux à marcher sur la Terre ne correspondent pas aux archives fossiles. La comparaison de l'ADN disparate de deux espèces différentes et l'extrapolation du temps qu'il leur faudrait pour muter à partir d'un ancêtre commun suggère que les animaux existaient il y a 833 à 650 millions d'années, mais les plus anciens fossiles d'animaux découverts à ce jour ne datent que de 580 millions d'années. Une explication réside dans les lacunes des archives fossiles :les animaux ont existé, mais les roches et l'environnement n'étaient pas propices à la fossilisation jusqu'à il y a seulement 580 millions d'années. Maintenant, la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie et la spectroscopie infrarouge à haute résolution ont identifié les minéraux dans les mudstones autour d'anciens microfossiles, donnant un aperçu de leur formation suggérant que les conditions propices à la fossilisation existaient bien avant que les premiers fossiles animaux trouvés à ce jour ne commencent à se former. Les résultats pourraient également indiquer la meilleure façon de rechercher des preuves de vie sur Mars.

Les animaux sont des développements relativement récents sur Terre, prédaté par environ 3,5 à 4 milliards d'années de microbes. "Puis, juste avant les 500 derniers millions d'années, les choses deviennent soudainement grandes, et nous obtenons des animaux pour la première fois, " dit Ross Anderson, un chercheur en sciences de la Terre à l'Université d'Oxford au Royaume-Uni. Ses efforts pour comprendre ces événements l'ont amené à rechercher les fossiles d'organismes microscopiques vieux de plus de 500 millions d'années qui sont antérieurs à cette "explosion cambrienne" de formes de vie plus grandes.

Pendant longtemps, les experts avaient supposé qu'il n'existait aucune trace de vie avant l'explosion cambrienne. La découverte dans les années 1950 de « microfossiles » antérieurs à des fossiles plus gros dans une étendue de silex au Canada – le silex de Gunflint – a incité la chasse à davantage de microfossiles. Les processus de conservation dans les cherts et les phosphates sont bien compris, mais il s'est avéré que la grande majorité des microfossiles ont été trouvés dans le mudstone, et leurs processus de formation n'étaient pas encore clairs, tout comme les raisons pour lesquelles certaines mudstones abritaient des microfossiles alors que d'autres non. "On s'est demandé, "Y a-t-il une chimie de ces mudstones qui soit assez précise et serait caractéristique des roches où nous trouverons les fossiles ?", explique Ross.

Des fossiles d'animaux plus gros ont également été trouvés dans des mudstones plus jeunes, et ceux-ci incluent des animaux qui manquent de squelettes durs ou de coquilles, qui résistent à la pourriture. La découverte de plusieurs de ces fossiles dans une étendue de pierre au Canada nommée les schistes de Burgess a engendré un certain nombre d'hypothèses quant aux processus qui forment ces plus gros fossiles. Une théorie est que ces fossiles se forment dans les mudstones par un processus de polymérisation qui ressemble au tannage du cuir. Les minéraux argileux du mudstone se lient à la matière organique de l'animal mort et polymérisent, rendant ses tissus mous plus résistants à la pourriture. Mais les bactéries et les algues conservées dans les microfossiles sont constituées de différentes matières organiques, il était donc douteux que les mêmes processus s'appliqueraient.

Il y a quelques années, Anderson et ses collègues avaient expérimenté la croissance des bactéries qui causent la pourriture dans différentes substances de mudstone. Ils ont découvert que la kaolinite, un minéral argileux, un aluminosilicate, inhibait la croissance des bactéries, ce qui pourrait aussi aider à préserver les animaux morts. Alors que les informations sur la minéralogie autour des fossiles de grands animaux dans le mudstone sont loin d'être complètes, ce qui est connu a soutenu l'idée que la kaolinite a joué un rôle dans leur conservation et pourrait même être impliquée dans le processus de polymérisation. Anderson et ses collègues se sont demandé si la kaolinite pouvait être présente dans les mudstones abritant des microfossiles, aider à préserver ces micro-organismes, trop. Le défi consistait à identifier les minéraux directement adjacents à la paroi cellulaire dans ces minuscules, microfossiles rares pour voir s'ils ont été conservés par les mêmes procédés.

En coupant des tranches microscopiques à travers la couche rocheuse abritant le microfossile, puis une section verticale à travers le microfossile, ils ont pu distinguer un halo de minéraux de quelques micromètres d'épaisseur autour du microfossile. A partir de spectres de rayons X à dispersion d'énergie, ils ont pu identifier que l'aluminium était présent dans le halo, mais ils n'ont pas pu confirmer le minéral exact. Les données spectrales infrarouges donnent des informations sur la façon dont les molécules de l'échantillon pourraient vibrer ou réagir d'une autre manière au rayonnement infrarouge incident, donnant l'identité exacte du minéral. Cependant, les spectres des différentes argiles sont très similaires, et des spectres à haute résolution et donc un signal élevé sont nécessaires pour les distinguer. Pour ça, les chercheurs les ont emmenés au synchrotron de Diamond Light Source, où les spectres infrarouges à haute résolution ont confirmé que le halo était de la kaolinite.

Implications du halo

Les résultats suggèrent que les mêmes processus ont préservé les microbes précambriens que les animaux plus grands plus tard. "Donc, le fait qu'il n'y ait pas d'animaux dans les roches vieilles de 800 millions d'années, même s'ils ont le même type de conservation - on n'y trouve que des bactéries ou des algues analysées - cela laisserait penser que les animaux n'ont pas vraiment évolué à cette époque, " dit Anderson.

En outre, les résultats orientent les efforts pour trouver des fossiles du début de la vie dans les régions tropicales, où il y a plus de kaolinite. Cela peut également donner des indications sur des signes de vie plus éloignés. Étant donné que le processus de conservation de la kaolinite s'applique à un si large éventail d'organismes, y compris les micro-organismes, cela semble une piste d'enquête prometteuse dans la chasse à la vie extraterrestre fossilisée, qui aiment la vie sur Terre pendant les 3,5 à 4 premiers milliards d'années, peut-être microbien, trop. « Si la vie était probablement microbienne et que nous voulons chercher ses vestiges sur Mars, alors on comprend mieux comment rechercher des micro-organismes fossilisés, " dit Anderson.

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