Restez toujours informé: suivez-nous sur Google Actualités (icone ☆)
L'étude de l'histoire de la vie et de la détermination des conditions paléo-environnementales qui ont régné sur Terre passe par la recherche de traces de vie fossile dans les roches. La préservation de telles traces dans les roches très anciennes est cependant très rare à cause du métamorphisme qu'elles ont généralement subi, lié à leur enfouissement puis leur exhumation. Il est ainsi traditionnellement considéré que ce métamorphisme efface toute indication de l'origine biologique des fossiles organiques.
Identifier l'origine biologique d'un organisme fossilisé n'est pas trivial. On connaît en effet depuis plusieurs années des processus abiotiques qui aboutissent à des formes carbonées mimant des morphologies bactériennes. Les effets du temps, l'altération, la déformation des roches et le métamorphisme qu'elles subissent compliquent d'avantage l'authentification des restes biologiques du fait de la perte des atomes constituants la matière organique et de sa transformation en graphite. Ainsi jusqu'à présent, le métamorphisme était considéré comme responsable de la dégradation totale des traces de vie du fait de la graphitisation de la matière organique d'origine biologique.
Microphotographies en lumière réfléchie de deux spores de Lycophytes
morphologiquement préservées dans les roches métamorphiques de Vanoise
Grâce à l'utilisation conjointe de techniques de microscopie et de spectroscopie, ces chercheurs ont montré la préservation morphologique, structurale et chimique exceptionnelle de fossiles de végétaux dans des roches soumises à un métamorphisme de haut degré (14 kbars 360°C) correspondant à un enfouissement des roches d'environ 40 km de profondeur lors de la formation des Alpes. Malgré les transformations chimiques et minéralogiques associées à ce métamorphisme important, il est donc possible de retrouver des signatures du vivant, notamment dans ce cas, des spores de lycophytes. Ces plantes vasculaires, abondantes à l'ère Primaire et Secondaire sous forme d'arbres ne se rencontrent plus que sous formes herbacées dont il existe environ un millier d'espèces.
La matière carbonée de la paroi de ces spores, a été caractérisée par microspectroscopie Raman, ainsi qu'à l'échelle nanométrique à l'aide d'une technique récente de spectromicroscopie X utilisant le rayonnement synchrotron (STXM). Ces observations ont mis en évidence la présence de groupements fonctionnels similaires à ceux présents dans la sporopollénine, le biopolymère constituant la paroi externe des spores modernes. Il s'agit des groupements cétones (C=O), phénols (Ar-OH) et carboxyliques (COOH). Des groupements purement aromatiques apparaissent cependant en plus grande quantité par rapport à de la sporopollénine non métamorphisée.
Microphotographie d'une spore de Lycophytes
et Cartographie Raman montrant l'indice de correspondance en chaque point
entre le spectre mesuré et le spectre d'Ankerite de référence
(Mosaique compilée à partir de plus de 40000 spectres).
Plus l'indice est élevé (couleurs jaunes), meilleure est la correspondance.
L'Ankerite (en jaune sur la cartographie) forme une couronne associée
à la paroi interne de la spore
La chimie de cette matière organique métamorphique correspondrait donc à la chimie de la sporopollénine légèrement modifiée par l'effet de la température. Les observations à l'échelle micro- et nanométrique en microspectroscopie Raman et en Microscopie Electronique à Transmission (MET) de ces échantillons montrent une structure de paroi similaire aux parois des spores modernes, la paroi interne de ces spores métamorphiques originellement constituée de cellulose étant minéralisée en Ankerite (carbonate de calcium, de fer et de magnésium) (Figure 2). Ces observations suggèrent que non seulement la chimie originelle de cette matière organique à l'échelle nanométrique, mais également la structure originelle des parois de ces spores du Trias ont été préservées, et ce malgré les conditions de pression et température subies par ces roches au cours de leur enfouissement à plus de 40 km de profondeur. Cet enfouissement est dû à la subduction qui a contribué à la formation géologique de cette région.
La caractérisation des parois de ces spores métamorphiques depuis l'échelle du millimètre jusqu'à celle du nanomètre, à l'aide d'une combinaison d'outils spectromicroscopiques, a permis de mettre en évidence des hétérogénéités chimiques, structurales et minéralogiques résultant directement de la structure et de la chimie originelles de ces spores. Le métamorphisme de haute pression et basse température subi par ces roches n'a non seulement pas détruit le morphologie de ces spores, mais il n'a pas non plus effacé entièrement les signatures chimiques et structurales de ces fossiles. Cette étude et notamment l'approche développée ouvrent de nouvelles perspectives pour la recherche de traces de vie dans de nombreuses roches qui n'étaient, jusque-là, pas considérées comme capables de préserver des traces de vie et posent de nouvelles questions sur les mécanismes impliqués dans la graphitisation.
Notes:
(1) Métamorphisme: modification des roches par l'action de la chaleur et de la pression.
(2) Orogénèse: formation des montagnes résultant des mouvements de l'écorce terrestre.
Source: CNRS / INSU
Source: © CNRS