La recherche, publiée dans deux articles – l’un dans le Journal of the Geological Society et l’autre dans Earth and Planetary Science Letters – résout le problème de longue date de la façon dont les scientifiques peuvent suivre les enregistrements de la vie sur Terre dans des roches hautement métamorphisées vieilles de plus de 3 700 millions d’années, la matière organique se transformant souvent en graphite minéral à base de carbone.

Dans la première étude, publiée dans Earth and Planetary Science Letters, l’équipe a analysé dix échantillons de roches de formations de fer à bandes (BIF) du Canada, de l’Inde, de la Chine, de la Finlande, des États-Unis et du Groenland couvrant plus de 2 000 millions d’années d’histoire.

Ils soutiennent que le carbone conservé dans des cristaux de type graphite – « carbone graphitique » – situés à côté de minéraux tels que l’apatite, dont nos dents et nos os sont faits, et le carbonate, sont les biosignatures des plus anciennes formes de vie sur Terre.

« La vie sur Terre est entièrement à base de carbone et au fil du temps, elle se décompose en différentes substances, telles que le carbonate, l’apatite et l’huile. Ceux-ci sont piégés dans des couches de roche sédimentaire et finalement l’huile devient du graphite lors du métamorphisme ultérieur de la croûte « , a expliqué le Dr Dominic Papineau (Sciences de la Terre de l’UCL, Centre des Sciences planétaires et Centre de nanotechnologie de Londres).

« Notre découverte est importante car il est vivement débattu de savoir si l’association du graphite avec l’apatite est révélatrice d’une origine biologique du carbone présent dans les roches anciennes. Nous avons maintenant plusieurs éléments de preuve que ces associations minérales sont biologiques dans les formations de fer rubanées. Cela a d’énormes implications sur la façon dont nous déterminons l’origine du carbone dans des échantillons de roches extra-terrestres renvoyées d’ailleurs dans le système solaire. »

L’équipe a étudié la composition des roches BIF car elles sont presque toujours d’âge précambrien (4 600 millions d’années à 541 millions d’années) et enregistre des informations sur les environnements les plus anciens de la Terre.

Pour cela, ils ont analysé la composition de roches âgées de 1 800 millions d’années à plus de 3 800 millions d’années en utilisant une gamme de méthodes impliquant des photons, des électrons et des ions pour caractériser la composition du graphite et d’autres minéraux d’origine biogénique potentielle.

« Auparavant, il était supposé que trouver de l’apatite et du graphite ensemble dans des roches anciennes était un phénomène rare, mais cette étude montre qu’il est courant dans le BIF à travers une gamme de nuances métamorphiques de roches », a déclaré le Dr Matthew Dodd (UCL Earth Sciences et le London Centre for Nanotechnology).

On pense que les minéraux de l’apatite et du graphite ont deux origines possibles: produits minéralisés de matière organique biologique en décomposition, ce qui comprend la dégradation des molécules dans l’huile à des températures élevées, ou la formation par des réactions non biologiques qui sont pertinentes pour la chimie de la façon dont la vie est née de la matière non vivante.

En montrant des preuves de la présence généralisée de carbone graphitique dans l’apatite et le carbonate dans le BIF ainsi que sa composition en isotopes de carbone, les chercheurs concluent que les minéraux sont les plus compatibles avec une origine biologique des restes des formes de vie les plus anciennes de la Terre.

Pour étudier dans quelle mesure le métamorphisme à haute température provoque une perte de signatures moléculaires, élémentaires et isotopiques de la matière biologique dans les roches, ils ont analysé les mêmes minéraux d’une roche BIF vieille de 1 850 millions d’années dans le Michigan qui s’était métamorphosée sous une chaleur de 550 degrés Celsius.

Dans cette deuxième étude, publiée aujourd’hui dans Journal of the Geological Society, l’équipe montre que plusieurs biosignatures se trouvent dans le carbone graphitique et l’apatite, le carbonate et les argiles associés.

Ils ont utilisé une variété d’instruments de haute technologie pour détecter des traces de molécules clés, d’éléments et d’isotopes du carbone du graphite et ont combiné cela avec plusieurs techniques de microscopie pour étudier de minuscules objets piégés dans des roches invisibles à l’œil nu.

Ensemble, toutes leurs observations de la composition concordent avec une origine de biomasse en décomposition, comme celle des fossiles d’animaux anciens dans les musées, mais qui a été fortement altérée par les températures élevées.

« Nos nouvelles données fournissent des preuves supplémentaires que le graphite associé à l’apatite dans le BIF est très probablement d’origine biologique. De plus, en prenant une série d’observations de tout le dossier géologique, nous résolvons une controverse de longue date concernant l’origine du carbone graphitique isotopiquement léger avec l’apatite dans le BIF le plus ancien « , a déclaré le Dr Papineau.

« Nous avons montré que des biosignatures existent dans des formations de fer hautement métamorphisées du Groenland et du nord-est du Canada, vieilles de plus de 3 850 millions d’années et datant du début de l’enregistrement des roches sédimentaires. »

Les travaux ont été gentiment financés en partie par la NASA.