L’histoire des minéraux et celle de la vie sont liées.

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Ils sont étincelants, inestimables, et pour certains phosphorescents. Comment ne pas être amoureux des pierres et des minéraux, de leurs couleurs, de leur forme? Ils sont les constituants fondamentaux de la civilisation moderne. Sans ressource minérales nous n’aurions pas de télévision, pas de voiture, pas de bâtiments. Pourraient-elles également nous aider à résoudre le plus grand mystère de tous les temps: la vie? Les roches nous le disent, la vie n’aurait pas pu naitre sans elles. Malgré son caractère froid et inanimé, la roche pourrait-elle détenir le secret de l’émergence du vivant sur Terre? Comment la Terre qui n’était au départ qu’une boule de roche en fusion sans aucune forme de vie est-elle devenue une planète peuplée d’organismes aussi divers que spectaculaires. Cette question a longtemps laissé les scientifiques perplexes. Les roches ont pourtant joué un rôle fondamental dans l’apparition de la vie. Comprendre la longue histoire de la Terre n’est pas une mince affaire. Âgée de 4,5 milliards d’années, son histoire peut être divisé en 6 périodes différentes. La première étape est la formation de la terre noire. La Terre s’est formé à partir des roches et des poussières présentes dans le jeune système solaire. La température atteignait des milliers de degrés, puis la roche a refroidi. Des volcans se sont formés, expulsant de la lave brulante recouvrant le sol d’une roche de couleur noire appelé basalte. Des éléments essentiels à la vie y sont déjà présents. Les roches sont composées de minéraux et de cristaux comme le quartz ou le diamant. Leur observation au microscope permet de mettre en évidence leur composition minéralogique. Ils possèdent des propriétés chimiques et physiques remarquables et sont à l’origine d’un grand nombre d’éléments chimiques constitutifs de la matière.

 

 

 

Les montagnes du parc de Yosemite aux USA sont de formation relativement récente, mais le type de roche que l’on y trouve existe depuis bien plus longtemps. Les parois de granite contiennent des minéraux comme le quartz et le feldspath. Le granite constitue le socle des continents. Son origine date de la période grise. Un nouvel élément, l’eau, marquera le passage à la période bleue. Les roches de la région du Pilbara en Australie contiennent des fragments rares et très anciens: les cristaux de zircon. Leur composition renferme des informations sur les conditions de leur formation. Des analyses effectuées ont révélé la présence d’eaux il y a 4,3 milliards d’années. En 1871, Charles Darwin émet l’hypothèse que la vie serait né dans une petite mare d’eau pas trop chaude. C’est l’hypothèse de la soupe prébiotique. L’expérience de Miller destinée à mettre en évidence une éventuelle origine chimique de l’apparition de la vie sur Terre, consista à simuler les conditions supposées régner originellement après la formation de la croûte terrestre. Elle avait pour objectif de mettre à l’épreuve l’hypothèse d’Oparin et d’Haldane, selon laquelle les conditions existant alors sur Terre auraient favorisé les réactions chimiques susceptibles de faire apparaître des composés organiques à partir de composés inorganiques. Considérée comme classique dans le domaine de l’origine de la vie, cette expérience fut menée en 1953 par Stanley Miller et Harold Clayton Urey à l’Université de Chicago. Elle donna naissance au concept de « soupe primitive de la vie », qui a ensuite gagné en popularité. En 1953, Stanley Miller, accompagné d’Harold Urey, a voulu reproduire les conditions de la Terre primitive. Ils ont enfermé dans un ballon des gaz (méthane CH4, ammoniac NH3, hydrogène H2 et eau H2 O) et soumit le mélange à des décharges électriques pendant sept jours. Ils ont obtenu des molécules organiques, les briques du vivant, et notamment de l’urée (CON2H4), du formaldéhyde (H2 CO), de l’acide cyanhydrique (HCN), des bases et des acides aminés, certains composés étant présents à plus de 2 %.

 

 

 

L’expérience de Miller semble confirmer l’hypothèse de Darwin, pourtant une découverte va la remettre en cause: les sources hydrothermales. Entre 1977 et 1979, des campagnes de plongées de submersibles habités, l’américain Alvin et le Français Cyana, mettaient en évidence, dans l’océan Pacifique oriental, des sources chaudes, à l’axe d’une dorsale océanique, associées à une faune originale et très productive. Plongeant, en 1977, à bord de l’Alvin, au large de l’Équateur, une équipe de géologues américains découvre une forte activité volcanique. Explorant la dorsale océanique des Galàpagos, par moins 2630 mètres, ils remarquent sur le fond basaltique d’imposantes structures minérales aux allures de termitières. Le fluide qui s’en échappe est chargé en minéraux réduits, en méthane et en hydrogène sulfuré. Plongeant à leur tour, les biologistes constatent que les fonds sont jonchés de centaines de coquilles de clams et de moules dont la taille dépasse, pour certaines, les 30 centimètres. Sous une pression importante, dans une obscurité totale, jaillit un fluide surchauffé (350°C), acide (ph=2), anoxique et chargé de composés toxiques : ces composés servent de base à une chaîne alimentaire originale, reposant sur une chimiosynthèse bactérienne. Près de ces geysers sous-marins (les « fumeurs noirs ») prospère une faune riche : bivalves géants, vers de près de 2 mètres de long, dotés de panaches écarlates, ainsi que d’autres espèces, inconnues elles aussi, de poissons, de poulpes et de crustacés. Là, dans les grands fonds océaniques vit un écosystème d’une grande vitalité dans ces espaces que l’on pensait désertiques. Un nouvel écosystème sans lien avec la lumière du jour. Des campagnes de plongées ultérieures permettent ensuite aux scientifiques une étude approfondie de ces environnements. Entre 1982 et 1999, de nouveaux sites hydrothermaux sont identifiés par les missions océanographiques qui se succèdent (Pacifique oriental, golfe de Californie, dorsale médio-atlantique,, mer de Papouasie-Nouvelle-Guinée, bassin arrière arc de la fosse des Mariannes, etc.). Les chercheurs émettent l’hypothèse que la survie de ces écosystèmes singuliers repose sur la microfaune bactérienne abondante auprès des fumeurs noirs. Ces bactéries, capables d’utiliser les composés minéraux dissous pour fabriquer de la matière organique, servent d’aliment aux animaux filtreurs ; ceux-ci, à leur tour, nourrissent les espèces prédatrices (poissons, poulpes, crustacés), apportant la preuve que la vie peut se développer dans l’obscurité des fonds marins.

 

 

 
On s’interroge toujours sur le rôle des roches et des minéraux dans l’apparition de la vie. Un laboratoire londonien tente d’apporter des réponses grâce à un matériau banal: la boue. La boue peut contenir de l’argile, constitué des éléments les plus courants sur Terre. C’est dans sa structure atomique que l’on découvre ce qui la rend collante. Les feuillets d’argile se remplissent d’eau et d’autres molécules, c’est un milieu propice à la formation de molécules plus complexe comme l’ARN. Le secret de l’argile réside dans ces surfaces. Les minéraux ont fourni des ingrédients et des surfaces sur lesquelles se sont opéré des réactions chimiques. Mais à quelle période cela aurait-il pu se produire? En Australie, les fossiles les plus anciens jamais découvert datent de 3,5 milliards d’années: ce sont des stromatolites. Ils sont devenus très rares, mais des structures récifales qui semblent tout à fait similaires aux stromatolithes constitués il y a plus de 3 milliards d’années continuent à se construire actuellement. On en trouve de tailles, structures et couleurs (gris-bleu, jaune crème, rougeâtre à presque noir) différentes, en quelques points du globe ; sur le littoral marin ou de lacs (Lac de l’île Rottnest WA) en lagune ou lac saumâtre (Lac Clifton, WA) voire en eau douce (Lac Richmond, WA), souvent caractérisés par des eaux chaudes (27 à 35°c). Le stromatolithe en tant que structure n’est pas vivante, seules les bactéries qui le construisent le sont. Selon les cas, l’intérieur du stromatolithe peut être quasi plein ou laisser une quantité significative de vide dans lesquels d’autres bactéries ou organismes peuvent trouver abri. Les stromatolithes ont sans doute contribué à créer notre atmosphère riche en dioxygène et la couche d’ozone qui ont permis le développement d’une vie terrestre et océanique plus complexe. Leur croissance est lente, mais au cours des milliards d’années, elles ont été à l’origine de puissants récifs ou massifs calcaires ou dolomitiques imposants (jusqu’à 3 kilomètres d’épaisseur dans l’Anti-Atlas au Maroc) ou au Congo (créés il y a plus de 700 millions d’années). Ces communautés microbiennes sont ainsi, dans le passé, à l’origine d’une première importante séquestration du carbone. Des roches du Groenland plus datant de 3,8 milliards d’années porteraient des traces d’une forme de vie plus ancienne encore, d’après des analyses.

 

 

Il y a 4 milliards d’années, un phénomène incroyable c’est produit. Soit en raison des formes de vie, soit du volcanisme. Les vestiges de la période rouge sont visibles dans le bassin de Hamersley en Australie. Des microbes semblables à ceux des stromatolites auraient commencé à exploiter l’énergie solaire. Cette activité aurait entrainé les dégagements massifs d’un élément nouveau : l’oxygène. Dans un monde qui en était dépourvu, c’était un puissant corrosif. Les océans primitifs étaient riches en fer dissous, qui a finalement précipité dans la mer. Couvrant une vaste zone, cette formation rassemble mille milliards de tonnes de minerais de fer. La phase rouge conduira à la formation d’une multitude de nouveaux minéraux. On estime que les météorites qui ont formé la terre ne contenaient que 250 minéraux différents environ. Aujourd’hui on en dénombre plus de 5000. La vie et l’oxygène auraient créé de nouveaux minéraux. La vie et la roche sont étroitement liées. Il y a 2,4 milliards d’années, une extinction de masse, surnommée la Grande Oxydation, tua la plupart des organismes existants, pour qui l’oxygène alors relâché dans l’atmosphère était toxique. Ironiquement, elle permit l’existence des espèces vivant grâce à l’oxygène, dont nous faisons partie. Ce phénomène, également appelé « catastrophe de l’oxygène », est dû à des bactéries primitives évoluant dans les océans, appelées « cyanobactéries », qui grâce à la photosynthèse, relâchèrent dans leur milieu du dioxygène passant ensuite dans l’atmosphère. Cela eut pour conséquence le bouleversement total de la vie sur Terre et la plus longue ère glaciaire de l’histoire, en raison de la réaction entre le méthane de l’atmosphère et l’oxygène. Le phénomène est également à l’origine de la création de la couche d’ozone, et par là de l’accroissement de la biodiversité sur Terre.

 

 

 

Une nouvelle phase est survenue: la période blanche. Le climat a changé, la Terre s’est transformé en boule de neige. La quasi-totalité des espèces vivantes ont disparu. L’hypothèse de la Terre boule de neige (snowball Earth, qu’il serait plus juste de remplacer par iceball Earth, c’est-à-dire Terre boule de glace), suppose que la surface de la Terre fut entièrement couverte de glace, il y a plus de 650 millions d’années. Cette hypothèse est généralement acceptée par la communauté des géologues, parce qu’elle est la meilleure explication de sédiments d’origine apparemment glaciaire, découverts à des paléolatitudes tropicales, ainsi que d’autres aspects difficilement explicables des archives géologiques. Les adversaires de cette hypothèse contestent que ces traces prouvent une glaciation globale, estiment géophysiquement difficile que l’océan soit entièrement recouvert de glace, ou mentionnent la difficulté de ressortir d’une situation entièrement gelée. Certaines questions restent encore sans réponse, en particulier celle de savoir si l’océan était complètement pris dans les glaces, ou si une étroite bande équatoriale restait liquide. Ces épisodes ont eu lieu avant la soudaine multiplication des formes de vie connue sous le nom d’explosion cambrienne, et le dernier d’entre eux pourrait avoir déclenché l’évolution de la vie multicellulaire. Un autre épisode boule de neige, plus ancien et plus long, la glaciation huronienne, qui eut lieu entre -2 400 et -2 100 Ma, pourrait avoir été déclenché par la catastrophe de l’oxygène. La montée du taux de gaz carbonique grâce aux volcans a permis le réchauffement et la recrudescence des formes de vie.

 

 

 

La fin de la phase blanche correspond au début de la période actuelle: la terre verte il y a 540 millions d’années. Une période dominée par les trilobites. Leur avantage évolutif? Une carapace minérale constituée de carbonate de calcium. Dès lors, c’est une nouvelle phase de l’évolution des animaux qui commence. Les carapaces, les os, les dents sont les nouveaux usages des minéraux par les organismes vivants. La vie et les roches font partie de la même histoire. La vie a le pouvoir de transformer la planète. Il y aura de nouveaux changements. Ce sera le début d’un nouveau chapitre.

 

 

 

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