Interprétation artistique de l'atmosphère brumeuse de la Terre archéenne : un point orange pâle. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA/Francis Reddy
Les scientifiques examinent l’influence considérable des micro-organismes sur l’histoire de la Terre, en retraçant leur impact à travers des preuves isotopiques et génétiques.
L’étude met en évidence le lien entre l’activité microbienne et les changements environnementaux majeurs, tels que les niveaux d’oxygène, qui sont essentiels pour comprendre l’évolution de la Terre et évaluer l’habitabilité extraterrestre.
NASALes scientifiques soutenus par le programme ont examiné la longue et intime histoire de la vie microbienne et de l'environnement terrestre. En examinant l'état actuel des connaissances dans des domaines tels que la microbiologie, la biologie moléculaire et la géologie, l'étude examine comment les micro-organismes ont à la fois façonné et ont été façonnés par les propriétés chimiques des océans, des terres et de l'atmosphère de notre planète. L'étude combine des données provenant de plusieurs domaines d'étude et explique comment les informations sur l'histoire complexe de la vie sur notre planète provenant d'un seul domaine ne peuvent pas être considérées de manière isolée.
Comprendre les fossiles microbiens
La première vie sur Terre était microbienne. Aujourd'hui, la grande majorité de la biomasse de notre planète est toujours constituée de micro-organismes unicellulaires minuscules. Bien qu'ils soient abondants, l'histoire des microbes peut être difficile à étudier pour les astrobiologistes. Les microbes ne laissent pas d'os, de coquilles ou d'autres grands fossiles comme les dinosaures, les poissons ou d'autres grands organismes. Pour cette raison, les scientifiques doivent examiner différentes preuves pour comprendre l'évolution de la vie microbienne au fil du temps.
Les roches qui bordent le lac Salda en Turquie ont été formées au fil du temps par des microbes qui piègent les minéraux dans l'eau. Ces microbiens étaient autrefois une forme de vie majeure sur Terre. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Pour étudier les microbes anciens sur Terre, les astrobiologistes recherchent des empreintes isotopiques dans les roches qui peuvent être utilisées pour identifier le métabolisme des communautés anciennes. Le métabolisme fait référence à la conversion des aliments en énergie et se produit chez tous les êtres vivants. De nombreux éléments (pensez au carbone (C), à l'azote (N), au soufre (S), au fer (Fe)) sont impliqués dans le métabolisme microbien. Lorsque les microbes traitent ces éléments, ils provoquent des changements isotopiques que les scientifiques peuvent repérer dans les archives rocheuses. Les microbes aident également à contrôler la manière dont ces éléments se déposent et se recyclent dans l'environnement, affectant la géologie et la chimie à l'échelle locale et mondiale (pensez au rôle des microbes dans le cycle du carbone sur Terre aujourd'hui).
Connaissances génétiques et géologiques
Une autre façon d’étudier la vie microbienne ancienne consiste à examiner les informations évolutives contenues dans la génétique de la vie actuelle. La combinaison de ces informations génétiques issues de la biologie moléculaire avec les informations géobiologiques issues des archives rocheuses peut aider les astrobiologistes à comprendre les liens entre l’évolution commune de la Terre primitive et celle de la vie primitive.
Pour un exemple de preuve géologique du métabolisme microbien, nous pouvons considérer la formation de formations de fer rubanées (BIF) sur les anciens fonds marins. Ces couches colorées de sédiments riches en fer et en silicium en alternance se sont formées il y a 3,8 à 1,8 milliard d'années et sont associées à certaines des plus anciennes formations rocheuses de la Terre. Les couleurs rouges qu'elles présentent sont dues à leur teneur élevée en fer, ce qui nous montre que l'océan de la Terre était riche en fer pendant les 2 milliards d'années au cours desquelles ces roches se sont formées.
De nombreuses structures microbiennes sur les rives du lac Salda en Turquie sont exposées à mesure que le niveau de l'eau baisse, ce qui permet aux scientifiques d'étudier les relations entre la vie et l'environnement qui l'entoure. Crédit : Tim Lyons/UCR
Dans la nouvelle étude, l’équipe de chercheurs fournit un aperçu des connaissances actuelles, recueillant des informations sur les premiers métabolismes utilisés par la vie microbienne, le moment où ces métabolismes ont évolué et la manière dont ces processus sont liés aux changements chimiques et physiques majeurs sur Terre, tels que l’oxygénation des océans et de l’atmosphère.
Evolution et effets de l'oxygénation
Au fil du temps, la prévalence de l'oxygène sur Terre a considérablement varié, dans l'océan, dans l'atmosphère et sur terre. Ces changements ont eu un impact sur l'évolution de la biosphère et de l'environnement. Par exemple, l'activité des organismes photosynthétiques a augmenté les niveaux d'oxygène dans l'atmosphère, créant de nouveaux environnements propices à la vie microbienne. Différents nutriments sont devenus accessibles à la vie pour alimenter la croissance. Dans le même temps, les microbes qui ne pouvaient pas survivre en présence d'oxygène ont dû s'adapter, périr ou trouver un moyen de survivre dans des environnements où l'oxygène ne persistait pas, comme dans les profondeurs du sous-sol terrestre.
Photographie d'un stromatolite fossilisé en Australie. Ces structures anciennes résultent de l'activité de micro-organismes qui vivaient dans des colonies en couches, semblables à des tapis. Crédit : NASA/Mike Toillion
La nouvelle étude explique notre compréhension de la façon dont les niveaux d'oxygène ont changé au fil du temps et des échelles spatiales. Les auteurs cartographient différents types de métabolisme microbien, tels que photosynthèseà cette histoire pour mieux comprendre la « relation de cause à effet » entre l’oxygène et l’évolution de la vie sur Terre. L’article fournit un contexte important pour les changements majeurs survenus au cours de l’évolution de la biosphère et de la planète.
Cycles biogéochimiques et impacts évolutifs
En examinant attentivement l'histoire des différents types de métabolismes microbiens sur Terre, l'article de synthèse montre comment les cycles biogéochimiques de notre planète sont inextricablement liés au fil du temps, à l'échelle locale et mondiale. Les auteurs évoquent également d'importantes lacunes dans nos connaissances qui limitent les interprétations. Par exemple, nous ne savons pas quelle était la taille de la jeune biosphère sur Terre, ce qui limite notre capacité à estimer les effets globaux des différents métabolismes au cours des premières années de la Terre.
De la même manière, en utilisant les informations génétiques pour remonter le long de l’arbre de la vie, les scientifiques peuvent estimer quand certains gènes sont apparus pour la première fois (et donc quels types de métabolismes auraient pu être utilisés à l’époque dans les cellules vivantes). Cependant, l’évolution d’un nouveau type de métabolisme à un moment donné de l’histoire ne signifie pas nécessairement que ce métabolisme était courant ou qu’il a eu un impact suffisamment important sur l’environnement pour laisser des traces dans les roches.
Il s'agit d'une illustration de l'exoplanète WASP-39 b, également connue sous le nom de Bocaprins. Le télescope spatial James Webb de la NASA a fourni l'analyse la plus détaillée de l'atmosphère d'une exoplanète jamais réalisée avec l'analyse WASP-39 b publiée en novembre 2022. Le spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec) a montré des preuves sans ambiguïté de la présence de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, tandis que des observations précédentes des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA, ainsi que d'autres télescopes, indiquent la présence de vapeur d'eau, de sodium et de potassium. La planète a probablement des nuages et une certaine forme de météo, mais elle n'a peut-être pas de bandes atmosphériques comme celles de Jupiter et de Saturne. Cette illustration est basée sur des observations de transit indirect de Webb ainsi que d'autres télescopes spatiaux et terrestres. Webb n'a pas capturé d'image directe de cette planète. Crédit : NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Conclusion et implications pour la vie extraterrestre
Selon les auteurs, « l’histoire de la vie microbienne a évolué au rythme de l’histoire des océans, de la terre et de l’atmosphère, et notre compréhension reste limitée par ce que nous ignorons encore sur les environnements de la Terre primitive. »
Cette étude a également des implications plus vastes dans la recherche de la vie au-delà de la Terre. Comprendre la coévolution de la vie et de l’environnement peut aider les scientifiques à mieux comprendre les conditions nécessaires pour qu’une planète soit habitable. Les interconnexions entre la vie et l’environnement fournissent également des indices importants dans la recherche de gaz biosignatures dans les atmosphères des planètes qui gravitent autour d’étoiles lointaines.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir De nouvelles informations sur les premiers organismes de la Terre pourraient changer notre façon de rechercher la vie extraterrestre.
