Stromatolithe - Définition

Intérêt pour la paléoécologie et la connaissance des paléoclimat

En tant que roche biogénique, elles portent la trace des organismes et organisations vivantes les plus anciennes ils ne sont pas les restes d'un organisme particulier, mais la fossilisation d'un récif non corallien. Les cyanobactéries actuellement dominantes sur ces structures, si elles l'étaient également dans les temps précambriens, sont un indice d'activité photosynthétique et donc de puits de carbone et de production significative d'oxygène à un moment très ancien de l'histoire de l'atmosphère primitive. En l'absence d'un contre-modèle biologique, c'est cette hypothèse qui prévaut en sciences de la Terre Ces récifs microbiens une fois fossilisés donnent aux roches des structures variées dont l'étude nous permet de mieux rétrospectivement comprendre le passé, y compris climatique. Sont souvent qualifiés de « stromatolithiques » tous les récifs fossilisés présumés formés par l'activité de micro-organismes bioconstructeurs.

Par activité photosynthétique, le carbone 12 (¹²C) disponible dans le gaz carbonique dissous est fractionné préférentiellement avec le carbone 13 (¹³C), ce second isotope se retrouvant en excès dans l'eau des océans : il constitue de ce fait un bon proxy géochimique des variations de l'activité autotrophique au Précambrien. En plus du piégage sédimentaire, les colonies bactériennes sont donc responsables d'une partie de la précipitation des carbonates et de sels de fer. Lorsqu'une matrice microbienne est saturée, les filaments meurent et servent de support solide calcaire au développement d'une autre matrice, par activité microbienne renouvelée.

Hypothèses concernant le rôle de l'évolution dans l'apparition des stromatolites

Le mucilage et la structure multicouche produits par ces bactéries très anciennes (et dites pour cette raison "primitives") pourrait tous deux avoir comme origine la sélection naturelle ;

Lorsque ces organismes sont apparus et ont commencé à coloniser la zone intertidale et les lagunes arrières-littorales des terres à cette époque émergées, l'absence d'oxygène dans l'atmosphère, puis sa rareté, n'ont longtemps pas permis l'existence d'une couche d'ozone telle que celle qui nous protège aujourd'hui des radiations solaires et en particulier des UV, mortels pour les bactéries.

Cette substances gélatineuse a pu jouer un rôle d'écran solaire anti-radiations UV. Ce rôle existait peut-être encore chez la Faune de l'Édiacarien, plus complexe mais dont les fossiles laissent penser qu'elle était constituée d'organismes animaux gélatineux comme le sont les méduses.

De nos jours, on peut encore observer des colonies bactériennes (ex nostoc ou des algues supérieures qui supportent d'être exposées plusieurs heures au plein soleil à marée basse grâce à un mucus ou une substance mucilagineuse.

• rôle de protection contre l'oxygène. L'oxygène est un déchet du métabolisme des bactéries photosynthétiques. Il est toxique (oxydant produisant des radicaux libres) pour les bactéries si elles l'accumulent dans leur milieu interne.
• rôle de protection contre l'acide carbonique et le bicarbonate issus du CO dissous dans l'océan primitif (les stromatolithes ont contribué à désacidifier l'océan primitif et à permettre une vie plus complexe)

De son côté, le feuillet externe de calcaire biogénique (formée par les colonies de cellules à partir d'un biofilm "externe" et de la substance mucilagineuse qui facilite la précipitation du calcium en calcaire) semble jouer plusieurs rôles complémentaires.

• il « double » la protection offerte par les mucilages contre les UV, la chaleur et la déshydratation (notamment à marée basse quand les stromatolithes étaient exposés au soleil et au vent) ;
• C'est un support (autoconstruit) favorable à ce type de colonies bactériennes ; Cette structure leur permet en effet de ne pas être emporté au gré des courants et de rester idéalement fixées dans leur zone d'optimum écologique, disposant d'un ensoleillement maximal (sans ses inconvénients), mais aussi de sels minéraux et d'oligo-éléments apportés par le lessivage des roches continentales.
• protection physique contre les vagues et l'érosion par les particules sableuses dures en suspension ; individuellement pour chaque colonie, et collectivement pour les "colonies de colonies" que forment les zones de stromatolithes.

Deux autres hypothèses sont évoquées, notamment par James Lovelock dans son hypothèse Gaïa et ses développements ultérieurs  :

• la création d'un « biomatériau » calcaire a fortement contribué à la détoxication du milieu intérieur de ces bactéries (qui ne doit pas être trop riche en calcium, toxique à partir de faibles concentration à l'intérieur de la cellule, ni en acide carbonique, qui se forme lorsqu'il y a une grande quantité de CO dissous dans l'eau ou le milieu intérieur - À cette époque on pense que l'atmosphère était surtout composée de CO.
• Rôle dans la physiologie biogéoplanétaire et de la biosphère, grâce à l'absorption et l'inertage du CO, conjointement au calcium. Alors que la température du soleil et les radiations infrarouges reçues par la terre augmentaient menaçant la vie naissante, le gigantesque puits de carbone constitué par les stromatolites (puis ensuite par tous les autres organismes impliqués dans la création de roches calcaires biogéniques (récifs coraliens, calcaire coquillers..) ou sédimentaires (nécromasse) a permis qu'alors que la tempétature du soleil augmente depuis l'apparition de la vie, celle de la terre soit restée relativement stable grâce à cette séquestration (naturelle) du CO de l'atmosphère...