Une étude scientifique suggère que les sources chaudes pourraient être à l'origine de l'émergence de la vie sur Terre

Les recherches sur l'apparition de la vie sur Terre se sont souvent concentrées sur le rôle des cheminées hydrothermales en eaux profondes, ces imposantes structures situées au fond des océans qui pompent en permanence un mélange de matières organiques et inorganiques.

À l'intérieur de ces panaches se trouvent des minéraux appelés sulfures de fer, dont les scientifiques pensent qu'ils pourraient avoir contribué à déclencher les premières réactions chimiques à l'origine de la vie.

Ces mêmes minéraux se retrouvent également dans les sources chaudes actuelles, comme la Grand Prismatic Spring du parc national de Yellowstone, aux États-Unis. Les sources chaudes sont des masses d'eau souterraines chauffées par l'activité volcanique sous la surface de la Terre.

De nouvelles recherches viennent s'ajouter à un nombre restreint mais croissant de preuves que d'anciennes versions de ces sources chaudes pourraient avoir joué un rôle clé dans l'émergence de la vie sur Terre. Cela contribue à combler le fossé entre les hypothèses concurrentes sur l'endroit où la vie a pu apparaître.

L'importance du piégeage du carbone pour la vie

La fixation du carbone est le processus par lequel les organismes vivants transforment le dioxyde de carbone présent dans l'air et dissous dans l'eau en molécules organiques. De nombreuses formes de vie, y compris les plantes, les bactéries et des micro-organismes appelés archaea (archées), utilisent différentes voies pour y parvenir. La photosynthèse en est un exemple. Chacune de ces voies comprend une cascade d'enzymes et de protéines, dont certaines contiennent des noyaux constitués de fer et de soufre.

On trouve des protéines contenant ces noyaux de fer-soufre dans toutes les formes de vie. En effet, les chercheurs suggèrent qu'elles remontent au Dernier Ancêtre Commun Universel (LUCA), une cellule ancestrale à partir de laquelle la vie telle que nous la connaissons aurait évolué et se serait diversifiée.

Les sulfures de fer sont des minéraux qui se forment lorsque le fer dissous réagit avec le sulfure d'hydrogène, le gaz volcanique qui donne aux sources thermales une odeur d'œuf pourri.

Si nous examinons de près la structure de ces sulfures de fer, nous constatons que certains d'entre eux sont incroyablement similaires à des amas de fer-soufre. Ce lien entre les sulfures de fer et la fixation du carbone a conduit certains chercheurs à proposer que ces minéraux aient joué un rôle crucial dans la transition entre la géochimie de la Terre primitive et la biologie.

La simulation a donné des résultats clairs

Pour cette étude, les chercheurs ont conçu une petite chambre sur mesure leur permettant de simuler les environnements des sources chaudes de la Terre primitive. Ils y ont ensuite dispersé des échantillons de sulfure de fer synthétisés par cette chambre.

Certaines étaient pures. D'autres ont été dosés avec d'autres métaux que l'on trouve normalement dans les sources chaudes. Une lampe placée au-dessus de ces échantillons simulait la lumière du soleil à la surface de la Terre primitive. Différentes lampes ont été utilisées pour simuler l'éclairage avec différentes quantités de rayons ultraviolets.

Le dioxyde de carbone et l'hydrogène sont constamment pompés dans la chambre. Ces gaz se sont révélés importants pour la fixation du carbone lors d'expériences sur les cheminées d'eau profonde. Il a été constaté que tous les échantillons de sulfure de fer synthétisés étaient capables de produire du méthanol, un produit de la fixation du carbone, à des degrés divers.

Ces résultats montrent que les sulfures de fer peuvent faciliter la fixation du carbone non seulement dans les cheminées hydrothermales des grands fonds, mais aussi dans les sources chaudes terrestres.

La production de méthanol a également augmenté avec l'irradiation de la lumière visible et à des températures plus élevées. Des expériences avec des températures, des éclairages et des teneurs en vapeur d'eau variables ont montré que les sulfures de fer ont probablement facilité la fixation du carbone dans les sources chaudes terrestres de la Terre primitive.

Les conclusions sont satisfaisantes

Des expériences supplémentaires et des calculs théoriques ont révélé que la production de méthanol se faisait via un mécanisme appelé réaction inverse de décalage eau-gaz. Une réaction similaire a été observée dans la voie utilisée par certaines bactéries et archées pour transformer le dioxyde de carbone en nutriments.

Cette voie, appelée voie "acétyl-CoA" ou voie "Wood-Ljungdahl", est considérée comme la plus ancienne forme de fixation du carbone apparue aux débuts de la vie.

Cette similitude entre les deux processus est intéressante car le premier se déroule sur la terre ferme, au bord des sources chaudes, alors que le second se déroule dans l'environnement humide à l'intérieur des cellules.

Cette étude démontre la production de méthanol dans une large gamme de conditions qui auraient pu être rencontrées dans les sources chaudes de la Terre primitive.

Ces résultats élargissent l'éventail des conditions dans lesquelles les sulfures de fer peuvent faciliter la fixation du carbone. Ils montrent que cela peut se produire à la fois dans les grands fonds marins et sur la terre ferme, bien que cela soit dû à des mécanismes différents.

Les scientifiques estiment que ces résultats soutiennent le consensus scientifique actuel qui suggère que les grappes de fer-soufre et la voie de l'acétyl-CoA sont anciennes et ont probablement joué un rôle important dans l'émergence de la vie, qu'elle ait eu lieu sur terre ou au fond de la mer.

Référence de l'article :

Iron sulfide-catalyzed gaseous CO2 reduction and prebiotic carbon fixation in terrestrial hot springs. Nature Communications (2024). Nan, J., Luo, S., Tran, Q.P. et al.