Des traces de vie remontant à 4.1 milliards d'années

Le géochimiste Mark T. Harrison et son équipe de l’UCLA ont annoncé dans le journal Proceedings of the National Academy of Sciences du 14 octobre 2015 avoir découvert des traces de vie âgées de 4.1 milliards d’années.

Sa collègue Elizabeth A. Bell et son équipe ont analysé plus de 10000 grains de zircons extraits d’une roche récoltée à Jack Hills, dans l’ouest de l’Australie, une région déjà connue pour abriter les plus anciens fossiles.

Les chercheurs ont ensuite sélectionné 656 spécimens âgés de plus de 3.8 milliards d'années présentant des inclusions sombres puis analysé 79 spécimens par spectroscopie Raman, une technique qui permet de connaître la structure moléculaire et chimique de microfossiles en trois dimensions grâce à un balayage vertical à travers l’échantillon.

Spectroscopie Raman révélant des traces de graphite dans un échantillon de zircon.
Document M.Harrison et al.

Du graphite, du carbone pur, a été découvert dans une inclusion de zircon. Or, le graphite est la forme stable des molécules carbonées que Steve Mojzsis avait déjà découvert en 1996 à Isua au Groenland et où Vic MacGregor avait trouvé des échantillons biologiques datant de 3.7 milliards d'années.
Dans les nouvelles inclusions, les chercheurs ont trouvé un mélange d’isotopes de carbone C12/C13 rappelant "les restes visqueux d’une vie biotique", a déclaré Harrison.
Ces résidus carbonés contiennent un taux plus important de C12 que de C13, typique des échantillons d’organismes vivants ou fossiles. Selon Harrison le carbone proviendrait d’une colonie de micro-organismes inconnus.

Jusqu’à présent, les plus anciennes traces de vie remontaient à 3.8 milliards d’années (Isua 1996 et Akilia 2007). Cette découverte reculerait l’apparition de la vie de 300 millions d’années, soit vers 4.1 milliards d’années.

Toutefois les indices récoltés ne constituent pas une preuve irréfutable que la vie est apparue à cette époque. En effet, plusieurs études (Mark Van Zuilen 2002, Dominic Papineau 2011) ont déjà montré que du graphite pouvait se former sous l'action de fluides infiltrés postérieurement dans ces roches.
Ceci dit, ajoutée aux autres découvertes similaires, celle-ci renforce l’idée que la biosphère a pu abriter une forme de vie bien plus tôt qu’on le pensait, en fait dès que la surface terrestre s’est solidifiée et les premières étendues liquides sont apparues, c’est-à-dire 440 millions d’années seulement après la formation de la Terre.

Document M.Harrison et al.

Complétée par la découverte de zircons remontant à 4.4 milliards d’années (voir ci-dessous), ces traces carbonées montrent qu’à cette époque la Terre présentait déjà des surfaces solides et abritait vraisemblablement la vie.

Bien que la vie complexe se développe sur des échelles de temps très longues, elle semble facilement émerger dès que les conditions physico-chimiques sont réunies. Cela donne encore plus d’espoir aux exobiologistes de trouver des traces de vie, vivantes ou fossiles, ailleurs que sur Terre et notamment sur Mars sans même imaginer sur les exoplanètes telluriques.

Des zircons âgés de 4.4 milliards d'années

En 2014, le géochimiste John Valley et son équipe de l’Université du Wisconsin à Madison avaient annoncé dans le magazine Nature Geoscience avoir découvert en Australie des fragments de zircons âgés de 4.4 milliards d’années. Ils avaient été découverts dans des roches sédimentaires partiellement métamorphisées datées de 3 milliards d'années.

Ces zircons mesurent moins d’un millimètre de diamètre et représenteraient les plus anciennes roches terrestres découvertes à ce jour.

Leur datation a fait l'objet de controverse car la méthode habituelle de datation à l'uranium-plomb tire profit de la désintégration radioactive pour dater le moment où les éléments ont été piégés. Malheureusement, cette méthode est susceptible de contaminer l'échantillon par le plomb, faussant les calculs. Ainsi, une première analyse par la méthode pb-pb donnait à la roche un âge d'environ 5.5 milliards d'années et donc antérieure à la formation du système solaire (pour rappel, la Terre s'est formée il y a 4.54 milliards d'années).

L'échantillon de zircon daté de 4.4 milliards d'années. Il comprend également de l'oxygène et de la silice (les grandes zones bleues foncées elliptiques correspondent à des inclusions de quartz). Document J.Valley et al.

L'équipe de John Valley a donc eu recours à une nouvelle méthode, la tomographique atomique.

Cette technique consiste à découper l'échantillon en aiguilles de 100 nm puis à les placer dans un champ électrique intense afin d'augmenter le niveau d'énergie des atomes, jusqu'à évaporation des atomes de surface qui sont ensuite collectés, identifiés et localisés. Cela permet de connaître la nature chimique de chaque atome et la position de chacun d'eux dans le matériau analysé. Grâce à cette méthode, ils ont pu déterminer son âge et son histoire.

Grâce à cette technique, les chercheurs ont obtenu pour le coeur du zircon un âge de 4.374 milliards d'années et pour les formations de zircons entourant le coeur, un âge de 3.4 milliards d'années.

Une opportunité pour la vie

Cette roche s'est formée en Australie seulement 100 millions d’années après la formation de la Terre, c'est-à-dire à une époque où l’on pensait que la surface de notre planète était encore brûlante, totalement recouverte de roches en fusion.

Cette découverte renforce l'hypothèse que le refroidissement de la surface de la Terre aurait pu se produire bien plus tôt que prévu et reculer d'autant l'apparition de la vie, à condition de bénéficier de conditions propices et notamment d'eau liquide.