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publié le : 12/10/2017
  

L'origine de la vie : les archives fossiles

Dans le tableau ci-dessous nous avons regroupé les découvertes de fossiles attribuables à des êtres vivants dans des formations géologiques très anciennes.

Âge en milliards d'annéeslocalisation géographiqueFossiles identifiés
-3,2 Fig-Tree, Swaziland, Afrique du Sud
Archaeophaeroïdes barbertonensis, Fig-Tree, Swaziland, Afrique du Sud, -3.2 milliards d'années

Eobacterium isolatum (bacille de 0.5 µm sur 0.25 µm) et Archaeophaeroïdes barbertonensis Cyanobactérie sphéroïde dans un minerais de fer rubané (photo Pflug, La Recherche 1976). ci-contre : Archaeophaeroïdes barbertonensis (photo Pflug, La Recherche 1976)

-3,4 Onderwacht, Swaziland, Afrique du Sud

sphéroïdes et filaments associés à des argiles charbonneuses, kérogène aromatique.

-3,4 Strelley Pool Formation ouest de l'Australie bactéries sulfureuses associées à de la pyrite dans des sédiments littoraux, Strelley Pool Formation ouest de l'Australie, -3.4 milliards d'années

bactéries sulfureuses associées à de la pyrite dans des sédiments littoraux (Wacey, 2011)

-3,465 Apex cherts, Warrawoona Group, ouest de l'Australie
Archaeoscillatoriopsis maxima,Apex cherts, Warrawoona Group, ouest de l'Australie, -3.46 milliards d'années

Restes attribués à des Cyanobactéries (Archaeoscillatoriopsis maxima, échelle 40 µm) maintenant interprétés comme étant abiotiques ou au mieux prébiotiques (Brasier et al. 2002). Il s'agirait de graphite amorphe formée dans une source hydrothermale. Les composés carbonés et le fractionnement isotopique proviendrait d'un synthèse de type Fischer-Tropsch, (synthèse d'hydrocarbures à partir de CO2 et H2 en présence de catalyseurs métalliques, fer et cobalt).

Y avait-il des êtres vivants avant 3,5 milliards d'années?

 Dans île d'Akilia au sud-ouest du Groenland des gisements de fer rubanés vieux de 3,85 milliards d'années ont livré du carbone. Son rapport isotopique 13C/12C semble indiquer qu'il s'agit de la matière organique (matière des êtres vivants).

  δ13C du carbone organique de quelques êtres vivants et du carbone inorganique des sédiments calcaires actuels comparés à celui des sédiments de l'île d'Akilia.
 δ13C
sédiments calcaires actuels +2 à -2
cyanobactéries -9 à -25
algues -12 à -35
plantes vasculaires -22 à -35
Akilia -8 à -27

Lorsque les organismes chlorophylliens actuels effectuent la photosynthèse ils utilisent surtout le 12CO2. Le 13C/12C des matières organiques résultant de la photosynthèse est donc inférieur au standard et leur δ13C est négatif.

Aucun fossile n'est identifiable et ces valeurs sont aujourd’hui attribuées en partie à la décomposition à haute température de carbonate de fer en magnétite et graphite lors de l'injection de fluide chaud dans les roches de la croûte (métasomatisme, Van Zuilen et al., 2002). Des structures identiques du même âge existent au Canada. Papineau et al. (2011) ont montré que le graphite y a un degré de métamorphisme plus faible que les roches qui le contiennent. Il n'est donc pas contemporain de ces roches âgées de 3.7 à 4,3 milliards d'années. Il serait plus récent de plusieurs millions d'années au moins et arrivé là dans les fluides chauds qui circulaient dans les roches après le paroxysme du métamorphisme. 

D. Czaja et al. (2013) ont mesuré des valeurs positives δ56Fe dans le gisement de fer rubané d'Isua (Groenland). Ce gisement est daté de 3.7 à 3.8 Ga. et a été métamorphisé. Les auteurs considèrent que le métamorphisme n'a pas eu d'effet sur le fractionnement isotopique de la magnétite et interprètent les valeurs positives comme étant la preuve d'un photosynthèse anoxygènique. Ceci est à considérer avec circonspection car il faudrait vérifier que ces valeurs ne peuvent pas être obtenues par un phénomène purement physico-chimique. L'oxydation du fer sous l'effet des rayons ultra-violets est un des phénomènes explicatifs de la formation des plus vieux fer rubané. Il serait intéressant de savoir si elle provoque un fractionnement isotopique comparable.

Ces quelques exemples montrent la difficulté qu'il y a à trouver des marqueurs fiables des organismes vivants. Pour affirmer qu'une structure observée dans une roche provient d'un être vivant on peut utiliser :

  • le fractionnement isotopique du carbone, du soufre, du fer
  • des biomarqueurs c'est à dire des molécules caractéristiques des êtres vivants
  • des structures biosédimentaires comme les stromatolites ou les tapis bactériens
  • des microfossiles
  • des minéraux ou des altérations dont la formation est due à des êtres vivants

Il faut ensuite déterminer dans quelles conditions la roche s'est formée, en particulier si elles ont permis la conservation de restes biologiques et si ces restes sont bien contemporains de la roche qui les contient. Est-ce que les conditions qui régnaient au tout début de l'histoire de la roche sont compatibles avec la vie telle qu'on la connait actuellement?

Enfin il faut se poser la question de savoir si chacune de ces preuves ne peut pas être produite par des phénomènes physico-chimiques. Plus on remonte dans le temps plus la distinction est difficile. Comment distinguer les synthèses prébiotiques de synthèses chimiques? La limite entre vivant et non vivant est difficile à tracer arbitrairement nous la fixons à des structures limitées par une membrane.

La recherche de la vie sur d'autres planètes en particulier sur Mars est tributaire de ces connaissances. Si nous ne sommes pas capables d'identifier les traces laissées par la vie dans les roches de la Terre comment pourrions nous le faire dans les roches d'une planète qui n'abrite pas la vie?

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créée le : 22-02-2013     modifiée le : 06-10-2015     visites depuis le 31/10/2015
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