Une nouvelle étude a découvert de nouvelles preuves chimiques de la vie dans des roches vieilles de plus de 3,3 milliards d'années, ainsi que des traces moléculaires montrant que la photosynthèse productrice d'oxygène est apparue près d'un milliard d'années plus tôt qu'on ne le pensait auparavant.
L'équipe internationale, dirigée par des chercheurs de la Carnegie Institution for Science, a associé une chimie de pointe à l'intelligence artificielle pour révéler de faibles « murmures » chimiques de la biologie enfermés dans des roches anciennes. Grâce à l’apprentissage automatique, les chercheurs ont entraîné les ordinateurs à reconnaître les empreintes moléculaires subtiles laissées par les organismes vivants, même lorsque les biomolécules d’origine se sont dégradées depuis longtemps.
Parmi les collaborateurs figurait Katie Maloney, de la Michigan State University, professeure adjointe au Département des sciences de la Terre et de l'environnement, qui étudie l'évolution de la vie complexe primitive et son impact sur les écosystèmes anciens.
Maloney a fourni des échantillons de fossiles d'algues exceptionnellement bien conservés, vieux d'un milliard d'années, provenant du territoire du Yukon, au Canada. Ces échantillons représentent l’une des premières algues connues dans les archives fossiles, alors que la plupart des formes de vie ne peuvent être observées qu’au microscope.
L'étude, publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciencesapprofondit non seulement la compréhension de la première biosphère de la Terre, mais a également des implications pour la recherche de la vie au-delà de la Terre. La même approche pourrait être utilisée pour analyser des échantillons provenant de Mars ou d’autres corps planétaires afin de détecter s’ils abritaient autrefois des organismes vivants.
Déverrouiller d'anciennes biosignatures avec l'IA
« Les roches anciennes regorgent d'énigmes intéressantes qui nous racontent l'histoire de la vie sur Terre, mais quelques pièces manquent toujours », a déclaré Maloney. « L'association de l'analyse chimique et de l'apprentissage automatique a révélé des indices biologiques sur la vie ancienne qui étaient auparavant invisibles. »
Les premières formes de vie sur Terre ont laissé peu de traces moléculaires. Les quelques restes fragiles, tels que des cellules anciennes et des tapis microbiens, ont été enfouis, écrasés, chauffés et fracturés dans la croûte terrestre agitée avant d'être repoussés à la surface. Ces transformations ont pratiquement effacé les biosignatures contenant des indices vitaux sur les origines et l’évolution précoce de la vie.
Les nouveaux travaux suggèrent que la distribution des fragments biomoléculaires trouvés dans les vieilles roches préserve toujours les informations diagnostiques sur la biosphère, même s'il ne reste aucune biomolécule originale.
En effet, cette nouvelle recherche montre que la vie a laissé derrière elle bien plus que quiconque ne l’aurait imaginé : de faibles « murmures » chimiques enfermés au plus profond des roches anciennes.
Élargir la fenêtre de détection de la vie
L’équipe a utilisé une analyse chimique à haute résolution pour décomposer les matériaux organiques et inorganiques en fragments moléculaires, puis a formé un système d’intelligence artificielle pour reconnaître les « empreintes digitales » chimiques laissées par la vie.
Les scientifiques ont examiné plus de 400 échantillons allant de plantes et d’animaux à des fossiles et météorites vieux d’un milliard d’années. Le modèle d’IA a distingué les matériaux biologiques des matériaux non biologiques avec une précision de plus de 90 % et a détecté des signes de photosynthèse dans des roches vieilles d’au moins 2,5 milliards d’années.
Jusqu’à présent, des traces moléculaires indiquant de manière fiable la vie n’avaient été trouvées que dans des roches datant de moins de 1,7 milliard d’années. Cette nouvelle méthode double à peu près la fenêtre de temps pendant laquelle les scientifiques peuvent étudier à l’aide de biosignatures chimiques.
« La vie ancienne laisse bien plus que des fossiles ; elle laisse des échos chimiques », a déclaré le Dr Robert Hazen, scientifique principal à Carnegie et co-auteur principal. « Grâce à l'apprentissage automatique, nous pouvons désormais interpréter ces échos de manière fiable pour la première fois. »
Pour Maloney, dont les recherches portent sur la manière dont la vie photosynthétique a transformé la planète, les implications sont profondes.
« Cette technique innovante nous aide à lire les archives fossiles des temps profonds d'une nouvelle manière », a-t-elle déclaré. « Cela pourrait aider à guider la recherche de la vie sur d'autres planètes. »
