Une nouvelle analyse géochimique de roches anciennes rouvre une vieille question : qui étaient réellement les premiers habitants animaux de la Terre ? Les interprétations les plus récentes des traces moléculaires suggèrent que les ancêtres des éponges actuelles — en particulier les démosponges — appartenaient à des branches exceptionnellement précoces de l'arbre de la vie animale. Au cœur de cette histoire se trouvent des « fossiles chimiques » sous forme de stéranes, des vestiges durables de stérols (comme le cholestérol), qui ont été préservés dans des sédiments vieux de plusieurs centaines de millions d'années.

Pourquoi les éponges sont un candidat important pour le titre de « premier animal »

Les éponges (porifères) comptent parmi les animaux multicellulaires les plus simples. Elles n'ont ni système nerveux ni système digestif tels que nous les connaissons chez la plupart des animaux, et leur biologie est dédiée à la filtration de l'eau de mer à travers un réseau de canaux et de chambres. C'est précisément en raison de cette simplicité qu'elles ont longtemps été considérées comme une branche potentiellement la plus ancienne du règne animal. Les démosponges, en tant que groupe le plus nombreux aujourd'hui, présentent une diversité morphologique et écologique incroyable — des formes minuscules et molles qui encroûtent les rochers aux colonies plus grandes aux couleurs vives. Leurs anciens parents, bien qu'ils ne nous aient pas laissé une abondance de fossiles classiques, partageaient très probablement les mêmes traits clés : un corps mou, un mode de vie marin et une dépendance à des membranes spécifiques riches en stérols.

Les fossiles chimiques comme fenêtre sur l'Édiacarien

L'Édiacarien (il y a environ 635 à 541 millions d'années) était la période précédant immédiatement l'« explosion » cambrienne de la vie. Au cours de cette ère, nous trouvons peu de restes squelettiques durs dans les roches, mais nous rencontrons occasionnellement des traces moléculaires qui ont survécu à la pression géologique, à la température et au temps. C'est là qu'interviennent les stéranes — des variantes stables et saturées de stérols. Étant donné que les stérols sont les éléments de base des membranes des eucaryotes, et que les bactéries utilisent principalement des lipides différents, la présence de stéranes dans les sédiments anciens est un signe qu'un monde eucaryote, y compris les premiers animaux, prospérait déjà dans les mers à cette époque.

Ce que les géochimistes recherchent exactement : les signaux C30 et C31

Les stérols diffèrent par le nombre d'atomes de carbone et par les « ajouts » structurels sur leur chaîne latérale. Chez l'homme, par exemple, le cholestérol est un stérol en C27, tandis que les stérols végétaux sont le plus souvent en C29. Ce qui a intrigué les chercheurs il y a une quinzaine d'années, et encore aujourd'hui, est la présence fréquente de stéranes en C30 très rares dans les roches de l'Édiacarien. Ces stéranes en C30 ont été interprétés comme des produits du 24-isopropylcholestérol, un stérol inhabituel qui, dans les océans actuels, n'est synthétisé en quantités significatives que par une partie des démosponges. Dans des travaux plus récents, l'attention s'est également portée sur des dérivés en C31 encore plus rares, dont les précurseurs biologiques ont également été enregistrés chez certaines espèces de démosponges. La présence combinée de stéranes en C30 et C31 dans les mêmes séquences stratigraphiques augmente la probabilité que la source des signaux soit animale, et non abiotique ou exclusivement algale.

D'Oman à la Sibérie : où cherche-t-on les traces moléculaires

Pour confirmer la continuité et la source des signaux de stéranes, les équipes de géochimistes se procurent des échantillons de diverses provinces géologiques et faciès lithologiques. On analyse souvent des carottes de forage et des affleurements du supergroupe de Huqf à Oman, des bassins de l'ouest de l'Inde ou des séquences de plateforme de Sibérie. Une telle « mosaïque » spatiale permet de vérifier si l'apparition de stéranes C30/C31 est une anomalie locale ou un schéma plus large et reproductible, caractéristique d'une période et d'un environnement spécifiques. Lorsque le signal est détecté dans plusieurs zones éloignées et à travers différents types de roches, la fiabilité de l'interprétation paléobiologique augmente.

Comment « lire » un fossile chimique

La procédure analytique commence généralement par l'isolement des fractions organiques de la roche sédimentaire. Des solvants et un fractionnement sont utilisés pour séparer les molécules saturées, puis on applique la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse. Cela permet d'identifier des isomères et des homologues de stéranes spécifiques dans le mélange complexe. Une attention particulière est accordée à la stéréochimie (par exemple, les configurations en C-20 ou C-14), car le rapport des paires stéréochimiques porte parfois des informations sur la source et le degré de maturité thermique. Une vérification supplémentaire comprend la comparaison avec des étalons de référence — disponibles dans le commerce ou synthétisés en laboratoire — pour confirmer la structure et éviter les confusions avec des molécules proches mais biologiquement différentes.

Ce que disent les éponges vivantes

Pour exclure la possibilité que les anciens stéranes C30 et C31 proviennent d'un large éventail d'organismes modernes ou éteints, les chercheurs analysent également les tissus des démosponges actuelles. Il a été démontré que certaines espèces produisent en effet des stérols inhabituels avec un nombre accru d'atomes de carbone (C30 et même C31), y compris des motifs structuraux qui, après des changements diagénétiques, conduisent aux mêmes stéranes que ceux trouvés dans les sédiments anciens. Si nous combinons cela avec les découvertes géologiques, nous obtenons une forte indication de continuité évolutive : les démosponges modernes ont conservé l'héritage biochimique de leurs lointains ancêtres.

Trois lignes de preuve : les roches, les éponges et le laboratoire

La thèse des démosponges comme possibles premiers animaux ne repose pas sur une seule observation, mais sur une triple vérification. La première ligne est constituée par les « fossiles chimiques » eux-mêmes dans les roches précambriennes (avec un accent sur l'Édiacarien), où l'on trouve de manière constante des stéranes C30, et assez fréquemment des équivalents C31. La deuxième ligne vient de la biologie des éponges vivantes, où des stérols avec le même nombre d'atomes de carbone et des chaînes latérales spécifiques ont été documentés. La troisième ligne est la synthèse organique et la transformation diagénétique expérimentale : lorsque des précurseurs synthétisés chimiquement et soumis à la chaleur et à la pression donnent précisément les mêmes profils de stéranes détectés dans les roches, la probabilité statistique d'une coïncidence fortuite diminue considérablement.

Mais la science n'avance pas sans débat

Bien sûr, l'hypothèse des démosponges comme source principale des stéranes C30 a également suscité des alternatives. Certaines études, par exemple, ont souligné que des traces de composés similaires peuvent être trouvées dans certaines algues ou que les symbiontes microbiens pourraient jouer un rôle plus important dans la méthylation de la chaîne latérale des stérols. Il a également été suggéré que certaines voies de biosynthèse et de diagenèse pourraient être plus complexes qu'on ne le pensait initialement. C'est précisément pourquoi les travaux récents combinent la géochimie, la génomique et la biochimie : on examine les gènes des enzymes méthyltransférases chez les éponges et leurs symbiontes, on vérifie si les enzymes bactériennes peuvent répliquer les signatures « spongieuses », et les résultats sont ensuite comparés à l'enregistrement géologique à travers le temps et l'espace.

Pourquoi la distinction entre C30 et C31 est importante

Les stérols C31 et leurs produits diagénétiques (stéranes C31) sont pour l'instant moins fréquemment documentés dans la nature que leurs analogues C30, mais leur reconnaissance dans les démosponges modernes et dans les archives fossiles est précieuse pour au moins deux raisons. Premièrement, la « signature » supplémentaire réduit le risque de mauvaise attribution qui peut survenir si l'on se fie à un seul biomarqueur. Deuxièmement, le rapport C30:C31, en combinaison avec d'autres marqueurs (par exemple, la proportion de stéranes C29 caractéristiques des algues vertes), peut nous renseigner sur le paléoenvironnement : s'agissait-il de conditions côtières, dominées par une mer peu profonde, d'une production algale plus forte, ou de niches où les éponges pouvaient prospérer sans concurrence.

Ce que l'Édiacarien nous dit sur l'origine de la vie complexe

La faune de l'Édiacarien est connue pour ses organismes à corps mou, souvent plats, dont les relations avec les groupes actuels ne sont pas toujours claires. Dans ce monde de corps mous, l'absence de squelettes durs nous empêche d'interpréter l'évolution uniquement sur la base des fossiles classiques. C'est pourquoi les traces moléculaires comme les stéranes sont particulièrement importantes : elles comblent les lacunes et offrent un aperçu inattendu du moment où les premiers animaux sont réellement apparus. Si les démosponges ont effectivement laissé une signature C30/C31 avant le « big bang » de la diversité cambrienne, alors leur apparition précéderait de nombreux groupes qui ont prospéré plus tard — ce qui change complètement l'agencement sur la « chronologie » de l'évolution animale précoce.

Rigueur méthodologique : comment éviter les fausses pistes

Entre-temps, la communauté géochimique a renforcé ses protocoles pour éviter la contamination et les interprétations erronées. Les laboratoires travaillent avec des échantillons de contrôle « à blanc », utilisent des analyses isotopiques et stéréochimiques, et les séries d'échantillons proviennent de plusieurs sources indépendantes. La cohérence du signal dans les séquences stratigraphiques d'une même zone et sa corrélation avec d'autres indicateurs paléobiologiques sont particulièrement importantes. Ce n'est que lorsqu'un nombre suffisant de pièces du puzzle est assemblé — de la géologie et la sédimentologie à la biochimie et aux données génétiques — que l'hypothèse passe de suggestive à convaincante.

Ce que nous disent les enzymes modernes

Une avancée clé a été le travail sur les enzymes qui « méthylent » la chaîne latérale des stérols. Les gènes et les enzymes identifiés chez les démosponges, ainsi que chez leurs symbiontes, ont été vérifiés expérimentalement in vitro. Cela a confirmé que les voies biochimiques naturelles peuvent en effet produire les stérols inhabituels des éponges, qui se transforment ensuite au fil du temps et dans des conditions géologiques en stéranes C30 et C31 enregistrés. Si l'on parvient à lier de manière cohérente cette même fonctionnalité aux démosponges, et à limiter les sources alternatives à des traces sans robustesse géologique, l'hypothèse des éponges comme premiers animaux gagne en poids.

La vue d'ensemble : des sites individuels à une histoire planétaire

Lorsque des biomarqueurs identiques ou similaires apparaissent dans les roches d'Oman, d'Inde, de Sibérie et d'autres régions, et que leurs profils correspondent à la transformation diagénétique attendue et aux variations paléoenvironnementales, nous obtenons une mosaïque globale de la biosphère primitive. Dans certaines séquences, le signal apparaît à des concentrations plus élevées, ailleurs il est plus discret, mais ce qui se répète, c'est la présence des éponges comme protagonistes silencieux mais persistants des mers pré-cambriennes.

Et ensuite : la recherche d'une aiguille temporelle plus fine

À ce jour, sur la base des échantillons analysés, on peut affirmer avec certitude que les enregistrements sédimentaires contenant des stéranes C30 et (dans certains cas) C31 se situent dans la vaste fenêtre de l'Édiacarien. Mais le moment exact de l'apparition des tout premiers animaux est encore en cours de calibrage. La prochaine étape est une recherche systématique et mondiale de séquences supplémentaires — y compris celles moins explorées — afin d'« affûter » l'échelle de temps : les démosponges se sont-elles établies dès le milieu de l'Édiacarien ou seulement à sa fin, juste avant le Cambrien ?

Pour les lecteurs : un petit glossaire

• Stérols/stéranes : les stérols sont des lipides membranaires des eucaryotes ; dans l'enregistrement géologique, nous trouvons leurs dérivés stables et saturés — les stéranes — comme des fossiles moléculaires.


• C30/C31 : désignation du nombre d'atomes de carbone dans les stérols/stéranes ; ils sont plus inhabituels que les C27–C29 courants et sont donc utilisés comme « signature » de certaines sources biologiques.


• Démosponges : le plus grand groupe d'éponges, très diversifié, avec des capacités prouvées de synthèse de stérols inhabituels.


• Édiacarien : période comprise entre environ 635 et 541 millions d'années, juste avant l'augmentation soudaine de la complexité de la vie au Cambrien.

Est-ce la fin du débat ?

Non, et il ne le devrait pas. La science progresse par la vérification, la répétition et le réexamen. Le fait que des stéranes C30 aient été découverts dans un large éventail de sédiments du Protérozoïque et du Cambrien inférieur est un argument de poids en faveur des démosponges, mais chaque affirmation doit être testée à nouveau sur de nouveaux échantillons, avec des contrôles encore plus stricts et des instruments de plus en plus sophistiqués. Les parallèles avec les démosponges modernes, y compris les découvertes de rares stérols C31 chez certaines espèces, fournissent une image cohérente, mais les chercheurs continuent de cartographier activement où ce signal est sans équivoque et où il pourrait être confondu avec des traces algales ou microbiennes.

Pour qui la réponse est importante

La question apparemment ésotérique de savoir si le premier animal était une éponge est en fait fondamentale pour comprendre nos propres origines. Si les éponges étaient vraiment les pionnières du monde animal, alors les innovations clés — la multicellularité, la coordination cellulaire, les formes précoces de communication — sont repoussées plus loin dans le passé que ne le suggéraient les seules collections de macrofossiles. Cela, à son tour, affecte la manière dont nous interprétons l'évolution des autres groupes d'animaux, ainsi que les conditions environnementales : les niveaux d'oxygène dans les océans, les réseaux trophiques et les cycles géochimiques du carbone et du soufre.

Perspectives d'avenir : ce que cela signifie pour la recherche future

À mesure que de nouveaux échantillons provenant de différents bassins s'accumulent et que les techniques de détection progressent, nous pouvons nous attendre à une « résolution » plus fine de l'enregistrement moléculaire. Des synthèses interdisciplinaires sont également en jeu : combiner les biomarqueurs avec les signaux d'isotopes stables, avec des traces de bioturbation précoce, avec des microfossiles et avec des analyses de génomes anciens. Bien que l'histoire des stéranes C30 et C31 soit actuellement le récit le plus cohérent que nous ayons sur les premières traces d'animaux, elle continue d'être complétée. Chaque nouvel échantillon, chaque nouvelle analyse peut repousser les limites de la compréhension de qui et quand a foulé pour la première fois le chemin qui mène à la diversité animale d'aujourd'hui.

Pour les lecteurs qui souhaitent approfondir le contexte, les concepts introductifs sur l'Édiacarien et les éponges peuvent être explorés plus en détail à travers des ouvrages encyclopédiques généraux ou des sites web éducatifs. Par exemple, un aperçu de la période édiacarienne est disponible ici : Ediacaran Period – Britannica, et une description concise des démosponges ici : Demosponges. Note : les liens servent d'introduction au sujet et de définitions de base des termes.