Au plus profond du passé géologique de notre planète, il y a entre 720 et 635 millions d'années, la Terre a été confrontée à l'une de ses épreuves climatiques les plus dramatiques. Pendant une période connue sous le nom de Cryogénien, la planète a été enchaînée par la glace dans une série de glaciations mondiales que les scientifiques appellent communément la « Terre boule de neige ». Les températures moyennes mondiales ont chuté à un incroyable -50 degrés Celsius, transformant la majeure partie de la surface de la Terre en un désert gelé. Malgré ces conditions extrêmes, la vie n'a pas disparu. Au contraire, elle a survécu et a jeté les bases de l'explosion ultérieure d'organismes multicellulaires complexes, y compris nos propres ancêtres. Mais la question clé qui a intrigué les scientifiques pendant des décennies était : où la vie se cachait-elle pendant ces longs millénaires de glace ?

Les recherches les plus récentes, menées par des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology (MIT), offrent une réponse fascinante et convaincante. Selon leur étude, les abris clés pour les premiers eucaryotes – des cellules complexes avec un noyau qui ont précédé évolutivement tous les animaux, plantes et champignons d'aujourd'hui – auraient pu être des oasis peu profondes d'eau de fonte à la surface même des vastes calottes glaciaires.

Le mystère du monde gelé : Boule de neige ou boule de neige fondue ?

L'hypothèse de la « Terre boule de neige » est l'une des plus intrigantes en paléoclimatologie. Elle propose que les calottes glaciaires des pôles se sont étendues jusqu'à l'équateur, recouvrant la quasi-totalité de la planète. Le principal moteur de ce processus était la boucle de rétroaction de l'albédo – plus la glace recouvrait la surface, plus la lumière du soleil était réfléchie dans l'espace, provoquant un refroidissement et une expansion supplémentaires de la glace. Les preuves géologiques, telles que les dépôts glaciaires trouvés dans des roches qui se trouvaient à l'époque sous les tropiques, soutiennent fortement cette idée.

Cependant, au sein de la communauté scientifique, un débat a lieu pour savoir si la Terre était une boule de neige « dure », avec des océans complètement scellés sous des kilomètres de glace épaisse, ou une boule de neige « molle », ou « boule de neige fondue », avec une ceinture de mer ouverte ou de glace plus mince autour de l'équateur. Le scénario de la boule de neige « dure » pose de sérieux défis à la survie des organismes photosynthétiques qui dépendent de la lumière. D'un autre côté, une « boule de neige fondue » permettrait l'existence d'un cycle de l'eau et fournirait un refuge à la vie. Mais quel que soit le scénario exact, la survie de la vie dans un tel monde nécessitait l'existence de micro-habitats stables. Il existait plusieurs théories sur les abris possibles, notamment les évents hydrothermaux au fond de l'océan ou les poches d'eau liquide sous les calottes glaciaires. Néanmoins, la théorie des oasis à la surface de la glace gagne de plus en plus de poids.

Oasis de vie au sommet de la glace

L'idée que des étangs peu profonds d'eau de fonte auraient pu servir de refuges pour la vie repose sur un principe physique simple. Les scientifiques supposent que des particules sombres de poussière et de sédiments, transportées par le vent ou depuis le fond marin jusqu'à la surface de la glace, auraient pu s'accumuler sur les calottes glaciaires dans les régions équatoriales. Ces particules sombres, contrairement à la glace blanche qui réfléchit la lumière du soleil, absorberaient la chaleur solaire. Cette énergie absorbée serait suffisante pour faire fondre la glace environnante, créant de petits étangs peu profonds d'eau liquide. Dans ces poches d'eau, la température pourrait être maintenue autour du point de congélation, créant un environnement relativement stable et, surtout, éclairé, propice aux organismes photosynthétiques.

Ces étangs n'auraient pas été de simples flaques d'eau, mais de véritables petits écosystèmes autonomes. Les cyanobactéries et autres microbes formeraient des tapis collants et stratifiés au fond, stabilisant les sédiments et créant un environnement riche en nutriments qui pourrait soutenir des formes de vie plus complexes – les eucaryotes.

Preuves modernes du continent le plus froid

Pour tester leur hypothèse, l'équipe de recherche s'est tournée vers le seul endroit sur la Terre actuelle qui ressemble aux conditions du Cryogénien : les étendues glacées de l'Antarctique. L'équipe, dirigée par Fatima Husain, doctorante au MIT, et le professeur de géobiologie Roger Summons, a analysé des échantillons provenant d'une série de ces lacs d'eau de fonte sur la barrière de glace de McMurdo. Cette zone, décrite comme de la « glace sale » par les membres de l'expédition de Robert Falcon Scott dès 1903, s'est avérée être un laboratoire naturel parfait.

Le mécanisme de formation de ces lacs en Antarctique est fascinant. La perte de glace de la surface due au vent et à la sublimation crée une sorte de tapis roulant qui, sur de longues périodes, soulève les sédiments et les organismes piégés au fond de la mer vers le sommet de la barrière de glace. Lorsque ces sédiments sombres atteignent la surface, ils absorbent la chaleur solaire et font fondre la glace, formant des étangs peu profonds de quelques dizaines de centimètres de profondeur et de plusieurs mètres de large. Pour les scientifiques, c'est une fenêtre directe sur le passé possible de la Terre et une occasion parfaite pour la recherche sur la vie en Antarctique.

Au fond de chaque étang se trouvent d'épais tapis multicouches de microbes, principalement des cyanobactéries. Bien que l'on sache que ces anciens organismes unicellulaires sont extrêmement résistants et capables de survivre dans les conditions les plus rudes, les scientifiques se sont demandé si les eucaryotes – des organismes dont les cellules contiennent un noyau et d'autres organites – pouvaient également survivre dans les mêmes circonstances.

Une biodiversité surprenante dans une goutte d'eau

Étant donné que les eucaryotes microscopiques sont difficiles à distinguer sur la seule base de leur apparence, l'équipe a appliqué des méthodes d'analyse biochimique et génétique sophistiquées. Ils ont recherché des lipides spécifiques appelés stérols, produits exclusivement par les eucaryotes, et du matériel génétique, en particulier l'ARN ribosomal (ARNr), dont les séquences servent d'identifiant unique pour différents groupes d'organismes. Les résultats ont été stupéfiants.

Dans chaque lac analysé, des signatures biochimiques et génétiques claires de la vie eucaryote ont été trouvées. Diverses espèces d'algues, de protistes (prédateurs unicellulaires) et même d'animaux microscopiques comme les rotifères et les tardigrades (oursons d'eau) ont été identifiées. Ce qui était encore plus surprenant, c'est que la composition des communautés vivantes n'était pas uniforme. Chaque étang avait sa propre combinaison unique d'espèces.

« Aucun étang n'était identique », souligne Fatima Husain. « Il y a un casting récurrent de personnages, mais ils sont présents en abondances différentes. Nous avons trouvé des communautés diversifiées d'eucaryotes de tous les grands groupes dans tous les étangs étudiés. »

Les chercheurs ont également découvert que la salinité joue un rôle clé dans la formation de ces communautés. Les étangs à plus forte salinité avaient des communautés eucaryotes plus similaires, qui différaient de celles des étangs d'eau plus douce. Ces découvertes montrent que même à l'intérieur d'une petite zone géographique, il existait différentes micro-conditions qui ont permis le développement d'une biodiversité surprenante.

L'héritage de la glace et les implications pour l'avenir

Cette étude fournit la preuve la plus solide à ce jour que les étangs d'eau de fonte à la surface de la glace ont pu servir de refuges clés, une sorte d'« arche de Noé » sur la glace, pendant les glaciations mondiales. Elle montre que la vie possède une résilience et une capacité d'adaptation incroyables. Les eucaryotes qui ont survécu dans ces oasis étaient les ancêtres directs des organismes qui, après le retrait des glaces, ont déclenché ce qu'on appelle l'explosion cambrienne – une augmentation soudaine de la biodiversité et l'émergence de tous les grands groupes d'animaux que nous connaissons aujourd'hui.

Ces minuscules écosystèmes isolés ont non seulement permis la survie, mais ont également pu servir d'incubateurs de l'évolution. L'isolement et les conditions spécifiques de chaque étang ont pu stimuler la diversification génétique et le développement de nouvelles adaptations. Selon les scientifiques, ces découvertes soulignent que les étangs d'eau de fonte pendant la « Terre boule de neige » ont pu nourrir la vie eucaryote qui a permis la diversification et la propagation ultérieures de la vie complexe – y compris la nôtre.

Les implications de cette recherche s'étendent au-delà des frontières de notre planète. La recherche de vie extraterrestre se concentre souvent sur des mondes de glace, comme Europe, la lune de Jupiter, ou Encelade, la lune de Saturne. Les études sur la vie dans ces environnements extrêmes sur Terre nous aident à comprendre quel type d'habitats pourrait exister sur de tels mondes et quelles traces biochimiques de la vie nous devrions rechercher.

Source : Massachusetts Institute of Technology