Science

Le monde microbien

Les vestiges fossiles microscopiques les plus anciens, laissés par des organismes probablement procaryotes, ont été trouvés dans des roches datant d’il y a 3 500 millions d’années. Les plus divers et abondants sont ceux de bactéries unicellulaires, représentant l’une des formes de vie les plus répandues, partout sur la planète. Il y a environ deux milliards d’années, l’évolution a fait apparaître les eucaryotes – organismes plus grands et plus complexes aux cellules dotées d’un véritable noyau et de structures internes complexes. Ils ont été les premiers à accéder à une pluricellularité complexe et à laisser des fossiles visibles à l’œil nu (macrofossiles).

Fossile d’un animal mystérieux ressemblant à un ver

Tawuia fossile problématique de grande taille datant du Mésoprotérozoïque (longueur de 3,5 cm).

© Musée royal de l’Ontario. Photo : Jean-Bernard Caron

Certains de ces macrofossiles d’eucaryotes les plus anciens ressemblent à des algues simples, mais sont difficiles à classer dans les groupes actuels; d’autres peuvent être identifiés comme des algues primitives ou des champignons. De tels fossiles demeurent extrêmement rares, les premiers 3 500 millions d’années de la vie sur la Terre ayant été dominées par des microbes unicellulaires dépourvus de noyau.

À gauche, photographie d'un filament de cellules de fossile; Le droit, le fossile en montrant des protubérances

Fossiles d’organismes pluricellulaires primitifs trouvés dans l’Arctique canadien : à gauche, un filament de Bangiomorpha, l’algue non ambiguë la plus ancienne, provenant de la formation d’Hunting du Mésoprotérozoïque supérieur (il y a 1 200 millions d’années); à droite, Tappania, peut-être un champignon, provenant de la formation Wynniat du Néoprotérozoïque inférieur (il y a environ 850 millions d’années). Tappania figure dans des archives fossiles datant d’au moins 1 450 millions d’années.

© Cambridge University. Photos : Nick Butterfield.

La vie microbienne ancienne a laissé d’abondantes preuves sous la forme de structures rocheuses feuilletées appelées stromatolithes. Ces derniers se sont formés dans des milieux aquatiques où les biofilms collants secrétés par des cyanobactéries filamenteuses microscopiques ont piégé et consolidé des grains de sable ou particules de boue, en couches alternées. Les stromatolithes modernes se rencontrent habituellement dans des milieux marins abrités, peu profonds, dont la forte salinité éloigne les organismes brouteurs de bactéries. Les couches sédimentaires successives, se superposant au fil du temps, finissent par former des dômes d’un un à plusieurs mètres de haut, dont les cyanobactéries vivantes n’occupent que la surface supérieure, la plus récente. Solidement soudés par les biofilms bactériens, les premiers stromatolithes sont des éléments bien conservés dans la roche.

À gauche, des stromatolithes actuels à Shark Bay, dans l’ouest de l’Australie; à droite, une coupe transversale d’un spécimen fossilisé montrant les lamines.

À gauche, des stromatolithes actuels à Shark Bay, dans l’ouest de l’Australie; à droite, une coupe transversale d’un spécimen fossilisé montrant les lamines.

© Musée royal de l’Ontario. Photos : Desmond Collins (gauche) et Jean-Bernard Caron (droite).

Les stromatolithes fossilisés sont extremement répandus sur la planète, ce qui témoigne de leur omniprésence et de l’abondance des bactéries qui les ont édifiés, au cours de la période allant d’il y a 2 500 millions d’années jusqu’à la fin de l’Édiacarien (il y a 542 millions d’années). La diminution rapide de la diversité et de l’abondance des stromatolithes pendant et après le Cambrien s’explique sans doute par l’apparition de nouveaux animaux se nourrissant de bactéries et par des modifications des conditions ambiantes.

À gauche, coupe polie provenant de la formation Guntflint, en Ontario; à droite, coupe transversale naturelle d'une structure provenant du Grand lac des Esclaves, dans les Territoires du Nord-Ouest

Stromatolithes fossiles. À gauche, coupe polie provenant de la formation Guntflint, en Ontario (datant d’il y a environ 1 900 millions d’années; largeur de l’image = 10 cm); à droite, coupe transversale naturelle d’une structure provenant du Grand lac des Esclaves, dans les Territoires du Nord-Ouest (datant d’il y a environ 1 600 millions d’années; hauteur = 30 cm). Les deux exemples montrent la préservation de la structure feuilletée du stromatolithe.

© Musée royal de l’Ontario. Photos : Jean-Bernard Caron.

C’est en grande partie aux cyanobactéries procaryotes – particulièrement celles qui ont formé les stromatolithes – qu’est due l’apparition d’oxygène libre dans l’atmosphère terrestre, qui a commencé à s’y accumuler il y a environ 2 500 millions d’années. Les cyanobactéries libèrent de l’oxygène en tant que sous-produit de la photosynthèse, le même processus qu’utilisent les végétaux pour transformer le dioxyde de carbone en sucres, source d’énergie. Les organismes eucaryotes ayant besoin d’oxygène, le vivant ne pouvait revêtir des formes plus grandes et plus complexes tant que les océans et l’atmosphère ne contenaient pas suffisamment d’oxygène pour permettre leur évolution.

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