Les fossiles édiacariens révèlent les origines de la biominéralisation qui ont conduit à l'expansion de la vie sur Terre.

24 septembre 2023 fonctionnalité

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par Hannah Bird , Phys.org

La vie sur Terre a commencé à partir d'un microbe unicellulaire, tandis que l'avènement du monde multicellulaire dans lequel nous vivons est survenu grâce à un processus chimique vital connu sous le nom de biominéralisation, au cours duquel les organismes vivants produisent des tissus minéralisés durcis, tels que des squelettes. Ce phénomène a non seulement donné naissance à la multitude de plans corporels que nous voyons aujourd'hui, mais il a également eu un impact majeur sur le cycle du carbone de la planète. 

Des fossiles de squelettes de cloudinidés (Cloudina), des structures tubulaires composées de cônes de carbonate d'une longueur d'environ 1,5 cm, ont été découverts dans le parc national de Tsau Khaeb, en Namibie, datant de 551 à 550 millions d'années avant l'ère du Ediacarien (~635 à 538 millions d'années). Le Dr Fred Bowyer, de l'Université d'Édimbourg, et ses collègues ont cherché à utiliser ces fossiles pour définir le lieu, le moment et la raison pour lesquels la biominéralisation a commencé sur Terre et l'ampleur de son impact.

Nouvellement publiée dans la revue Earth and Planetary Science Letters, la recherche combine l'analyse des sédiments avec des données géochimiques sous forme d'isotopes du carbone et de l'oxygène (le même élément avec des masses atomiques différentes) provenant de calcaires dans le membre de Kliphoek, du groupe de Nama. L'équipe de recherche suggère que cette roche a été déposée autrefois dans une mer peu profonde pendant une basse mer avant une période de transition vers des conditions marines ouvertes.

Le groupe de roches de Nama est considéré comme l'un des plus importants pour comprendre la radiation de la vie sur Terre à l'époque du Cambrien (~538 à 485 millions d'années), communément appelée le "Big Bang biologique".

Lors des travaux sur le terrain en Namibie, les plans de stratification entre les différentes unités rocheuses dévoilent les merveilles de l'histoire de la vie à travers les ichnofossiles, les traces d'activités anciennes mais ne préservant pas expressément les restes de l'organisme. Le Dr Bowyer suggère que ces structures sont créées par des microbes à corps mou, se produisant dans la partie inférieure du site d'étude (membre de Mara) avant la biocalcification. Au-dessus de cela, l'équipe de recherche a commencé à voir les premiers signes de Cloudina dans le membre de Kliphoek, des fossiles coniques distinctifs avec des structures en forme de cône nichées les unes dans les autres.

Les analyses géochimiques des roches calcaires de carbonate de calcium dans lesquelles se trouvent les fossiles révèlent la signature isotopique du carbone (le rapport du 12C plus léger au 13C) et de l'oxygène (16O au 18O) incorporés dans la structure moléculaire, et donc des conditions de l'environnement marin, ainsi que de la planète dans son ensemble.

Par exemple, des températures globales plus élevées favorisent l'évaporation de l'eau de mer, y compris l'isotope plus léger 16O, laissant l'océan enrichi en 18O plus lourd à incorporer dans les carbonates et générer un signal positif en 18O dans l'ensemble de données.

Pendant ce temps, les isotopes du carbone sont influencés par la photosynthèse, la respiration et les zones de remontée, ce qui les rend légèrement plus complexes, mais en général, une productivité océanique accrue par les organismes photosynthétisants utilise le 12C plus léger, laissant l'océan enrichi en 13C (signal positif).

Le jeu de données de la Namibie possède des rapports 12C/13C dérivés des carbonates de -7,24 ‰ à +2,91 ‰ et des rapports 16O/18O de -12,14 ‰ à -0,78 ‰, augmentant dans la section stratigraphique, tandis que les unités contenant Cloudina ont un rapport 12C/13C moyen relativement plus faible de -1,19 ‰ et des rapports 16O/18O oscillants. Le Dr Bowyer et ses collègues suggèrent que le rapport 12C/13C inférieur et le rapport 16O/18O élevé sont caractéristiques d'un environnement semi-restrictif, connecté à l'océan mais plus isolé des conditions marines ouvertes.

Ainsi, les données géochimiques indiquent que Cloudina a pris naissance dans un environnement pauvre en oxygène avec des périodes d'oxygénation notablement plus élevées et que ce n'était pas le résultat d'une oxygénation soutenue qui a entraîné l'apparition de la skeletonisation. Cependant, l'équipe de recherche suggère que des concentrations particulièrement élevées de carbonate dans l'océan étaient nécessaires pour sursaturer l'environnement ambiant à partir duquel Cloudina a formé sa structure calcifiée.

Cela résulte d'une période de transgression marine, lorsque la ligne de rivage s'est déplacée vers l'intérieur des terres, de sorte que le site d'étude a connu des conditions intertidales peu profondes dans un bassin évaporitique pour le membre de Mara, avant que le niveau de la mer ne monte à nouveau avec le dépôt de grès et de sédiments calcitiques dans les conditions marines ouvertes peu profondes du membre de Kliphoek.

During subsequent sea level fall, these open marine carbonates were deposited above a redoxcline, a layer which sees significant differences in water oxygenation above and below it, allowing for Cloudina biomineralization to occur.

Alongside previous research, this study supports the suggestion that Cloudina and similar microbiota were opportunistic colonizers of short-lived periods of respiration during oxygenation in otherwise relatively anoxic conditions, combined with oscillations in sea level. Consequently, the evolutionary novelty of skeletonization may have actually been driven by the instability of the marine environment.

Journal information: Earth and Planetary Science Letters

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