Découverte d’une voie alternative de synthèse organique dans les milieux hydrothermaux
Figure 1 (gauche) (a) Imagerie Raman tridimensionnelle d’une inclusion fluide montrant des matériaux carbonés polyaromatiques (PACM) coexistant avec des espèces gazeuses réduites identifiées comme H2, N2, CH4 et CH3SH et des phases minérales micrométriques dérivées de la serpentinisation (serpentine, brucite, magnétite et carbonate). Voir également le film supplémentaire. (b) Spectres Raman mettant en évidence les 3 types de PACM dans les inclusions fluides, tous caractérisés par deux larges bandes (D) et (G) mais présentant une position, une intensité et une largeur variables. (c) Image en microscopie électronique à balayage (SEM) en fausses couleurs d'une inclusion fluide IF5 fraîchement ouverte par faisceau ionique focalisé montrant des types distincts de PACM qui contrastent par leurs textures apparentes: de type gel ou mésoporeux avec des nanofilaments. (d) La cartographie élémentaire associée utilisant la spectrométrie X à dispersion d'énergie de l'inclusion fluide hébergée par l'olivine (Ol) permet l'identification des PACMs, de la serpentine polygonale fibreuse (F. Srp), de la serpentine lamellaire (lizardite, Lz), de la serpentine polyédrique (P. Srp) , calcite (Cal) et brucite (Brc), comme également confirmé par la microspectroscopie Raman. (e,f) Vues SEM agrandies de (c), mettant en évidence PACM1 et PACM2, respectivement.
Figure 2 (droite) (a) Topographie du Massif Atlantis, le long de la dorsale médio Atlantique, qui a été le lieu du forage IODP au sein duquel ont été échantillonnés, à 1km de profondeur, les roches magmatiques étudiées. (b) Image en microscopie optique (lumière polarisée analysée) de grains d’olivine dans une roche magmatique contenant des inclusions fluides alignées (le long des flèches rouges). (c) Photomicrographies optiques en lumière polarisée transmise d'inclusions fluides multiphasiques hébergées par de l'olivine.
Les réactions abiotiques permettant la formation de molécules organiques complexes, potentiellement prébiotiques, sont une clé manquante pour déterminer où la vie a pu émerger. La variété limitée et la simplicité des molécules organiques abiotiques observées au sein des fluides hydrothermaux ainsi que leurs faibles concentrations, ont longtemps discrédité la théorie d’une origine hydrothermale à l’émergence de la vie sur Terre.
Une équipe de recherche, impliquant des scientifiques du CNRS-INSU, propose une alternative qui implique un dégazage magmatique et des réactions minérales consommatrices d’eau au sein de microcavités minérales. En couplant des méthodes spectroscopiques et de la microscopie électronique haute résolution les scientifiques ont identifié la présence, au sein d’inclusions fluides, des gaz clés d’un environnement prébiotique (N2, H2, CH4, CH3SH) associés à divers matériaux polyaromatiques et des nanodiamants, mêlés aux produits minéraux d’hydratation de l’olivine. Cet assemblage endogène résulte de la re-spéciation et de la déshydratation de fluides magmatiques au cours de leur refroidissement après leur piégeage dans des roches de la lithosphère océanique actuelle.
L’équipe suggère que la réaction de serpentinisation de l’olivine hôte modifie les conditions redox et acido-basique du fluide au sein des inclusions, alors assimilable à un micro-réacteur, tout en asséchant le système jusqu’à condensation des fluides résiduels enrichis en composés organiques sous formes de macromolécules polyaromatiques variées. Ces ingrédients variés restent alors piégés jusqu’à leur remobilisation à plus faible profondeur où ils peuvent participer à des réactions prébiotiques plus complexes. Ces résultats élargissent considérablement la vision des formes de carbone organique abiotique disponibles sur Terre et ouvrent de nouvelles voies de synthèse organique impliquant des réactions minérales d’hydratation.
L’article est en open accès:
Andreani, M., Montagnac, G., Fellah, C. et al. The rocky road to organics needs drying. Nat Commun 14, 347 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-36038-6