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À la recherche de traces de vie ancienne

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À la recherche de traces de vie ancienne

Que se passe-t-il quand un microorganisme rencontre un minéral ? Karim Benzerara, chargé de recherche au CNRS à l’Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés (IMPMC, CNRS/UPMC/IRD) apporte quelques éléments de réponse sur les processus de fossilisation de structures biologiques qui pourraient fournir des clefs de compréhension l'histoire de la vie.

 

Image de Candidatus Gloeomargarita lithophora. On distingue à l'intérieur de la cyanobactérie les inclusions de carbonates de calcium, magnésium, strontium et baryum. © Karim Benzerara & Stefan Borensztajn

 

Les microorganismes présents sur Terre depuis environ 3,8 milliards d’années (3,8 Ga) constituent une biomasse importante et diversifiée à la surface de la Terre et jusque dans les environnements les plus hostiles. Ils interviennent dans les étapes catalytiques de nombreuses réactions chimiques d’ampleur globale. C’est le cas de l’oxygénation des océans et de l’atmosphère par photosynthèse. Ces transformations conduisent à une modification profonde de la spéciation1 et de la mobilité de nombreux éléments chimiques.

 

In vivo et in situ

Les microorganismes peuvent favoriser la formation de minéraux (exemple les stromatolites) par un processus appelé biominéralisation. Par exemple, des bactéries sont capables de former intracellulairement des carbonates amorphes de calcium, strontium et baryum ; d’autres précipitent des phosphates de calcium.

 

De l’étude de terrain au laboratoire

Les recherches menées en laboratoire visent à étudier les mécanismes impliqués dans des systèmes modèles (souches cultivées ou protéines modèles). Elles fournissent des clés de compréhension de l’enregistrement fossile documentant l’histoire de la vie, l’estimation du rôle du vivant dans les grands cycles géochimiques à la surface de la Terre ou encore l’impact du stockage de CO2 anthropique (relatif à l'activité humaine) sur la biosphère profonde.

 

Le rayonnement synchrotron, en particulier l’utilisation de la microscopie des rayons X, offre la possibilité de mesurer et de cartographier le degré d’oxydation du fer et la spéciation du carbone et de caractériser les phases organiques et minérales dans ces systèmes.

 

Les scientifiques étudient également les interactions directes entre nano-minéraux et assemblages protéiques en solution. Les propriétés de ces protéines de stress ubiquitaires et d’une stabilité exceptionnelle sont étudiées depuis longtemps au laboratoire.

 

La biominéralisation intéresse aussi bien les sciences de la Terre que les sciences des matériaux ou les sciences médicales. Elle constitue un archivage unique en paléoenvironnement, permet une approche innovante du processus de fossilisation de traces du vivant dans les roches, et participe pleinement à l’équilibre du système « Terre ». Ce processus peut-il être envisagé comme une voie efficace de piégeage des polluants inorganiques dans des phases solides relativement stables ? La réponse, on l’espère, dans moins de 3,8 milliards d’années…

 

Pour en savoir plus :

Institut de minéralogie et de physique des milieux condensésNouvelle fenêtre

1. La spéciation chimique d'un élément est la distinction entre les différentes formes de liaisons (et/ou degrés d'oxydation) possibles (les espèces) de cet élément dans un environnement donné. Par exemple, l'élément carbone peut être présent sous la forme de différentes espèces chimiques : les carbonates (CO32-), des molécules organiques (protéines, acides nucléiques, polysaccharides...), etc.

 

Une nouvelle espèce de bactérie forme des minéraux intracellulaires

Une nouvelle espèce de bactérie photosynthétique a été mise en évidence : elle est capable de contrôler la formation de minéraux (carbonates de calcium, magnésium, baryum, strontium), à l’intérieur même de son organisme. Publiée dans Science le 27 avril 2012, une étude menée par des chercheurs français a révélé l’existence de ce nouveau type de biominéralisation dont le mécanisme est encore inconnu. Cette découverte a d’importantes implications pour l’interprétation du registre fossile ancien.

Lire l’intégralité du communiqué de presseNouvelle fenêtre.



09/10/12