Une étude sur le zircon incite à repenser l’état redox des piscines hydrothermales environnantes censées abriter les premières molécules de la vie


Des chercheurs américains ont utilisé la chimie de zircons vieux de quatre milliards d’années pour en déduire que le fluide hydrothermal des piscines qui ont pu incuber la première vie sur Terre était plus oxydé qu’on ne le pensait auparavant. Les découvertes approfondissent notre compréhension des produits chimiques disponibles pour la synthèse prébiotique sur Terre et pourraient également aider à l’étude d’autres planètes.

La première preuve acceptée de la vie dans les archives fossiles remonte à 3,48 milliards d’années, mais les époques, les paramètres et, surtout, les mécanismes des débuts prébiotiques de la vie restent incertains. Une telle chimie aurait nécessité un environnement aqueux, et les candidats les plus probables sont les piscines hydrothermales semblables à celles de l’Islande et du parc national de Yellowstone aux États-Unis, aujourd’hui. La chimie de ces piscines il y a environ quatre milliards d’années est cependant mal connue, ce qui rend difficile la modélisation de réactions plausibles.

Dustin Trail de l’Université de Rochester à New York et Thomas McCollom de l’Université du Colorado ont étudié les zircons de Jack Hills en Australie occidentale – certains des minéraux les plus anciens de la Terre. La température de cristallisation d’un zircon est révélée par la quantité de titane incorporée dans le réseau. Sur cette base, les chercheurs ont déduit que ces zircons s’étaient cristallisés à environ 580 ° C – trop froid pour se former directement à partir de fonte ignée. Au lieu de cela, ils résultaient d’interactions ultérieures de la roche avec un fluide : « Le fluide responsable de cette interaction provenait probablement de la surface. La roche volcanique est vraiment très poreuse», explique Trail. Cela a fourni un trésor d’informations.

Les zircons peuvent incorporer des ions cérium, par exemple, mais ils sont plus susceptibles d’incorporer Ce4+ que Ce3+. Ils peuvent également absorber des ions chlorure. Et les données sur ces ions peuvent révéler à la fois le potentiel redox et la salinité du fluide hydrothermal. Trail et McCollom ont donc synthétisé des zircons en laboratoire, contrôlant ces paramètres et mesurant les propriétés des zircons obtenus « pour nous fournir des informations sur ce que ces zircons naturels nous disent », explique Trail. Ils ont conclu que le fluide hydrothermal ne devait être qu’environ 30% aussi salin que l’eau de mer aujourd’hui et plus oxydé que le manteau environnant.

Les chercheurs ont modélisé comment la composition du fluide changerait à mesure qu’il remonterait à la surface et se refroidirait. Dans ces conditions relativement oxydées, ils avancent que le manganèse, rarement considéré comme un catalyseur dans la chimie prébiotique, serait le métal le plus abondant, et que le zinc et le nickel seraient à une concentration beaucoup plus élevée que le cuivre. Cela favorise les modèles qui s’appuient sur ceux-ci et pose des problèmes pour les modèles qui s’appuient sur le cuivre comme catalyseur primordial, comme certains du groupe du biologiste moléculaire John Sutherland à l’Université de Cambridge au Royaume-Uni, affirment-ils. Les chercheurs espèrent maintenant mieux comprendre les conditions encore plus anciennes dans l’histoire de la Terre.

L’astrobiologiste Laura Rodriguez du Lunar and Planetary Institute du Texas, aux États-Unis, est impressionnée par l’étude. «Pour moi, la caractéristique la plus importante est qu’ils ont effectué un étalonnage redox pour obtenir la géochimie des fluides de ces fluides vieux de 3,8 ou 3,9 ans», dit-elle. «Il y a des preuves qu’il y avait de l’eau il y a 4,2 à 4,4 ans, mais c’est tout ce que nous pouvons dire. C’est le premier article qui tente d’aborder la chimie de ces fluides. Elle espère que l’analyse du zircon pourra s’avérer utile pour analyser les échantillons ramenés par la Nasa et la campagne de retour d’échantillons de Mars de l’Agence spatiale européenne. Trail dit qu’ils réfléchissent eux-mêmes plus loin, en se demandant si la modélisation pourrait fournir des informations sur ce à quoi pourraient ressembler des piscines hydrothermales hypothétiques sur des exoplanètes.

Sutherland, cependant, est sceptique: « Je pense que les auteurs de l’article lisent énormément dans leurs analyses de zircons – c’est presque comme lire des feuilles de thé. » Il note – et Trail accepte – que certains modèles de son propre groupe sont parfaitement cohérents avec les découvertes des chercheurs.

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