Des recherches récentes ont montré que la formation de greenalite dans les océans anciens a joué un rôle crucial dans la détermination de la disponibilité de certains métaux, tels que le manganèse et le molybdène, essentiels aux premières formes de vie. Cette découverte, réalisée en recréant de l’eau de mer archéenne en laboratoire, offre de nouvelles perspectives sur les processus évolutifs du début de la vie.
Les scientifiques savent très peu de choses sur les conditions qui régnaient dans l’océan lorsque la vie s’est développée pour la première fois, mais une nouvelle recherche publiée dans la revue Géosciences naturelles a révélé comment les processus géologiques contrôlaient les nutriments disponibles pour alimenter leur développement.
Utilisation des nutriments dans les premières formes de vie
Toute vie utilise des nutriments tels que le zinc et le cuivre pour former des protéines. Les formes de vie les plus anciennes ont évolué au cours de l’Éon archéen, trois milliards et demi d’années avant l’apparition des dinosaures. Ces microbes ont montré une préférence pour les métaux comme le molybdène et le manganèse par rapport à leurs homologues plus récents. On pense que cette préférence reflète la disponibilité des métaux dans l’océan à cette époque.
Résultats de la recherche sur l’eau de mer ancienne
Des chercheurs de l’Université du Cap (UCT) et du Université d’Oxford recréé de l’eau de mer ancienne en laboratoire. Ils ont découvert que la greenalite, un minéral commun dans les roches archéennes, se forme rapidement et élimine ainsi le zinc, le cuivre et le vanadium. Alors que la greenalite se formait dans les premiers océans, ces métaux auraient été retirés de l’eau de mer, la laissant riche en d’autres métaux, tels que le manganèse, le molybdène et le cadmium. Curieusement, les métaux qui, selon eux, auraient été les plus abondants dans l’eau de mer archéenne correspondent à ceux choisis par les premières formes de vie, expliquant pourquoi ils ont été favorisés au début de l’évolution.
Validation interdisciplinaire
La chercheuse principale, la Dr Rosalie Tostevin (Université d’Oxford au moment de l’étude, aujourd’hui maître de conférences au Département des sciences géologiques de l’UCT), a déclaré : « Nous étions très enthousiastes lorsque nous avons remarqué que nos résultats correspondaient aux prédictions des biologistes qui utilisent un approche complètement différente. Il est toujours rassurant de constater que des spécialistes d’autres domaines font des conclusions similaires.
Défis liés à la compréhension de l’eau de mer archéenne
Les scientifiques conviennent que l’eau de mer archéenne était très différente de celle d’aujourd’hui, avec plus de fer et de silice dissous et peu ou pas d’oxygène. Cependant, il y a peu d’accord sur d’autres aspects de la chimie de l’eau de mer, comme la concentration des nutriments.
« Nous ne pouvons pas remonter le temps pour échantillonner l’eau de mer et l’analyser, donc reconstruire les conditions archéennes est tout un défi. Une approche consiste à examiner la composition chimique des roches sédimentaires, mais la chimie des roches très anciennes a parfois été altérée. Nous avons plutôt décidé de créer une version miniature de l’eau de mer ancienne en laboratoire, où nous pourrions observer directement ce qui se passait », a déclaré Tostevin.
Explorer la formation Greenalite
Tostevin et son collègue Imad Ahmed ont recréé l’eau de mer archéenne dans une chambre spéciale sans oxygène et ont observé la formation de la greenalite. Ils ont observé des changements spectaculaires dans les concentrations de métaux dans l’eau de mer à mesure que les minéraux se formaient. Ils ont utilisé la spectroscopie d’adsorption des rayons X au Source de lumière diamant synchrotron pour prouver que les métaux pénétraient dans les minéraux. En revanche, d’autres métaux n’ont pas été affectés par ce processus et sont restés à des niveaux élevés dans l’eau de mer.
Impact à long terme de l’absorption des métaux
Tostevin a déclaré : « Nous savons que la greenalite était importante au début de la Terre parce que nous continuons à la trouver dans de vieilles roches, comme le minerai de fer du Cap Nord, en Afrique du Sud, et des roches similaires en Australie. Nous pensons qu’il s’agit peut-être de l’un des minéraux les plus importants de l’Archéen. Mais nous ne savons pas exactement comment la greenalite s’est formée dans la nature. Une possibilité est que la greenalite se soit formée au plus profond de l’océan au niveau des sources hydrothermales. Mais il aurait également pu se former dans les eaux peu profondes, partout où il y avait un petit changement de pH.
Tostevin et Ahmed ont décidé de mener leurs expériences dans les deux types de conditions et ont découvert que quelle que soit la manière dont la greenalite se forme, elle élimine les métaux de la même manière.
Une question qui préoccupait les chercheurs était de savoir si les métaux resteraient enfermés pendant une longue période ou s’ils seraient rejetés dans l’eau de mer après plusieurs mois ou années. Pour tester cela, ils ont chauffé les minéraux pour imiter ce qui se passe dans la nature lorsqu’ils sont enterrés et subissent une cristallisation. Les métaux sont restés piégés dans le minéral, ce qui suggère qu’il s’agissait d’un puits permanent pour les métaux qui auraient profondément impacté l’eau de mer des débuts.
