La vie sur Terre aurait émergé il y a 3,42 milliards d’années

Une équipe de géologues aurait découvert le plus ancien microfossile de microbe et producteur de méthane prélevé dans la ceinture des roches vertes de Barberton en Afrique du Sud. D’après eux, des formes de vie capables de métaboliser le méthane pourraient avoir existé au fond des océans il y a 3,42 milliards d’années, en l’absence d’oxygène.

L’origine de l’émergence de la vie sur Terre est toujours débattue. Aurait-elle été amenée par les météorites ou les comètes, comme le propose la théorie de la panspermie ? Une autre hypothèse, la biogenèse, suggère qu’elle serait apparue dans la soupe primitive des premiers océans ou encore autour des profondes cheminées hydrothermales océaniques nommées fumeurs. Mais à quand remonte l’apparition de cette vie ?

Difficile de trancher. En effet, les conditions géochimiques terrestres il y a 4 milliards d’années sont assez mal connues. «L’environnement était probablement très hostile au développement de la vie», expliqueLaurence Lemelle, directrice de recherche au CNRS et au laboratoire de Géologie de l’ENS Lyon. «Mais dès 3,2 milliards d’années, on sait qu’il y avait une croûte océanique et des milieux marins peu profonds, donc on peut imaginer le développement d’une vie dans cet environnement. Pas celle des procaryotes qui poussent à 37 degrés dans nos laboratoires, mais peut-être comme celle des procaryotes qui vivent dans des milieux extrêmes».

«L’autre difficulté pour trouver les plus anciennes traces de vie fossile, c’est que plus on remonte dans le temps vers 4 milliards d’années, moins on trouve de surface terrestre ayant connu cette époque à cause de la tectonique des plaques, et plus les traces de vie sont effacées», complète son collègue Alexandre Simionovici, chercheur à l’Institut desSciences de la Terre et professeur à l’université de Grenoble.

La ceinture des roches vertes de Barbertonen Afrique du Sud constitue justement un terrain idéal pour rechercher des traces de vie ancienne, car il a connu peu de transformations métamorphiques fortes depuis la période géologique de l’Archéen (de 4 à 2,5 milliards d'années avant). Ce sont dans ces roches sédimentaires qu’une équipe de paléontologues et de géologues, dont font partieLaurence Lemelle et Alexandre Simionovici, a découvert les plus anciens microfossiles méthanogènes (producteurs de méthane) âgés d’environ 3,42 milliards d’années, très bien préservés et provenant de veines hydrothermales des fonds marins.

De quelle forme de vie s'agit-il ?

L’équipe s’est intéressée à une forme de vie dans un milieu hydrothermal de subsurface (une centaine de mètres sous la surface), une zone qui bénéficie de la lumière et d’un peu d’air. Il y a 3,42 milliards d’années, l’air contenait principalement de l'azote, du dioxyde de carbone et du méthane, mais pas d’oxygène. Quant à la température de l’eau, elle devait se situerautour de 30 degrés.

C’est dans cet environnement où une forme de vie aurait pu se développer, que les fossiles ont été découverts. Ces derniers prennent la forme de filaments d’une largeur d’un peu moins de 1 micron, commente Laurence Lemelle. «On observe ces formes filamentaires individuellement dans la roche, mais aussi sous des formes radiaires, ce qui évoque la formation de colonies microbiennes. Il pourrait bien s’agir d’une colonie de procaryotes.»

Mais comment être certain que ces objets filamentaires sont les fossiles de micro-organismesméthanogènes qui se développent sans oxygène ?

Une importante concentration en nickel

Les chercheurs se sont intéressés aux traces de métaux dans les filaments. En effet, les micro-organismes possèdent un panel de métaux de transition qui leur permettent de fonctionner, dont le nickel et le fer font partie. Ces métaux sontcontenus dans les protéines qui catalysent les réactions biochimiques.

Or, les micro-organismes dits méthanogènes se caractérisent par un excès de nickel par rapport aux autres. L’équipe s’est donc focalisée sur la détection de ce métal dans les fossiles, en s’appuyant sur la nano-spectroscopie d'absorption XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure). Le spectre du nickel a été obtenu par fluorescence aux rayons X, qui permet d’avoir la composition atomique.

Résultat : les chercheurs ont découvert des niveaux de nickel très proches des cellules méthanogéniques actuelles, impliquées dans le métabolisme du méthane en l’absence d’oxygène. «Le nickel favorise en effet ce genre de chimie riche qui permet de donner de l’énergie pour entretenir ou donner la vie dans un environnement anaérobie », expliqueAlexandre Simionovici. Par ailleurs, «si nous nous sommes penchés sur la piste des micro-organismes méthanogéniques, c’est parce que nous savons qu’ils font partie des types de métabolisme les plus anciens», complète Laurence Lemelle.

En outre, d’autres exemples de micro-organismes producteurs de méthane et prenant la forme de filaments minces et courbés sont déjà connus, précise l’étude qui rapporte cette découverte dans la revue Science Advances. Cependant, il est difficile d’assurer que ces fossiles constituent une trace de vie ancienne, tant les roches et les matières organiques ont subi de transformations depuis l’Archéen. Toutefois, les nombreux indices laissent penser que cette hypothèse pourrait être la bonne.

«En dehors des rayons X, nous avons analysé notre échantillon à l’aide de plusieurs méthodologies -dont la microspectroscopie Raman qui est une méthode d’observation non destructive également utilisée sur Mars- et nous pouvons affirmer que nos résultats sont fiables», souligne le chercheur. «Mais comme à chaque fois dans le domaine de la paléobiologie, dès que l’on recule l’origine de la vie de quelques millions d’années, cela créé un débat chez les scientifiques !»

La quête de traces de vie ancienne sur Terre pourrait aussi aider la recherche dans l’exobiologie, notamment sur Mars. Les deux planètes ont connu un début d’histoire commun lorsqu’il y avait de l’eau sur la planète rouge, il y a environ 3,5 milliards d’années. Ainsi, lorsque les premiers échantillons martiens seront apportés sur Terre en 2030, ils pourront être analysés de la même manière que le sont actuellement les microfossiles terrestres: à l’aide notamment de rayons X, qui permettent de traverser les roches sans les détruire. «C’est dans ce cadre que s’inscrivent nos développements méthodologiques» conclut la chercheuse.

Source : Sciences et Vie du 30/07/2021

Des généticiens affirment avoir découvert le berceau de l'humanité

Dans un article publié dans la revue Nature, une équipe de généticiens affirme avoir découvert le berceau d'Homo Sapiens au nord du Botswana. Les premiers hommes modernes y ont prospéré pendant 70 000 ans avant de partir à la conquête de la planète il y a 130 000 ans.

Existe-t-il un berceau commun aux 7,55 milliards d’humains qui peuplent aujourd’hui notre planète ? Une terre dont nous serions tous originaires il y a de cela des centaines de milliers d’années ? Une équipe de chercheurs, menée par Vanessa Hayes, de l’université de Sydney, pense avoir trouvé ce lieu originel depuis lequel les premiers hommes ont conquis la planète. Ils publient leurs résultats dans la revue Nature. Ce berceau serait vieux de 200 000 ans et situé au sud du bassin du fleuve Zambèze, aux confins du Botswana et du Zimbabwe.

"La première surprise avec cette conclusion, c’est qu’elle va totalement à rebours des travaux actuels qui, dans l’ensemble, tendent à démontrer qu’Homo sapiens n’est pas originaire d’un seul point, mais que c’est l’ensemble du continent africain qui doit être considéré comme son berceau", juge Jean-Jacques Hublin, directeur du département Évolution de l'homme de l'Institut Max-Planck d'anthropologie évolutionniste, à Leipzig (Allemagne) et professeur au Collège de France. En effet, les plus vieux fossiles d’Homo sapiens datent de plus de 300 000 ans et ont été découvert au Maroc, sur le site de Djebel Irhoud. A l’est, dans le rift africain, ce sont des outils qui laissent entendre qu’Homo sapiens était aussi présent à cet endroit sensiblement à la même période. Ce sont des échanges périodiques entre différents groupes qui auraient petit à petit permis de façonner notre espèce. "Il est vraiment dommage que les auteurs n’aient pas fait appel à un archéologue pour confronter leur modèle, déplore quant à lui Francesco d’Errico, directeur de recherche au CNRS à l'université de Bordeaux. Il y a quelques références à des découvertes archéologiques dans ces travaux, mais il y a surtout beaucoup d’oublis qui fragilisent énormément leurs conclusions. Par exemple des innovations culturelles importantes s'observent à partir de 120 000 au Maroc qui semblent plutôt renforcer l'idée multiregionaliste."

L’équipe de Vanessa Hayes s’est en effet concentrée en grande partie sur l’analyse génétique. Pour ce faire, les chercheurs ont prélevé et analysé l’ADN mitochondrial (présent dans les structures qui produisent l’énergie de cellules) de populations modernes porteuses d’un marqueur génétique appelé L0. "Il s’agit du lignage le plus ancien connu chez les populations contemporaine du sud de l’Afrique, expliquent les auteurs dans leur publication. Nous montrons ici qu’il est plus vieux que nous pouvions le penser, et date d’au moins 200 000 ans."

Une analyse basée sur l'ADN mitochondrial

"Il y a une première limite dans la méthode utilisée, explique Lounes Chikhi, généticien à l'université Paul-Sabatier de Toulouse. En analysant seulement l’ADN mitochondrial, on se prive d’énormément d’informations. Il ne représente qu’une infime partie du patrimoine génétique et n’est transmis que par les femmes." En somme, dans le vaste roman qui raconte l’histoire des premiers hommes, l’ADN mitochondrial ne nous livre qu’un petit chapitre. L’histoire des groupes humains est faite d’innombrables échanges, de disparitions des uns, d’expansions des autres. Des échanges et des allers-retours qui ne sont pas toujours visibles en étudiant seulement l’ADN mitochondrial. Par exemple, des migrations impliquant les hommes uniquement seront invisibles dans les patrons de diversités mitochondriales. De plus, il est compliqué d’affirmer qu’une lignée porteuse de ce marqueur n’a pas existé il y a plus de 200 000 ans pour finalement disparaître et se trouver hors de nos champs d’analyse.

En combinant le lignage dérivé de L0 avec des données culturelles et géographiques, les auteurs expliquent pouvoir retracer les mouvements migratoires du premier groupe humain au gré de bouleversements climatiques – une augmentation des pluies dans un premier temps aurait ouvert un premier corridor. "Nous avons observé une divergence génétique significative dans les premières sous-lignées, qui indique que nos ancêtres ont quitté leur terre d'origine il y a entre 130 000 et 110 000 ans, a expliqué Vanessa Hayes lors d’une conférence de presse. Les premiers migrants se sont aventurés au nord-est, suivis d'une deuxième vague qui a voyagé vers le sud-ouest. Un troisième groupe est resté dans le pays jusqu'à aujourd'hui."

"Les auteurs ne font que constater ici la concomitance de deux évènements, une augmentation de la pluviosité et un possible mouvement migratoire, sans avancer d’éléments qui permettent de les lier", juge Francesco d’Errico. "Or nous avons démontré en 2017 avec Williams Banks et d'autres auteurs, notamment à partir de données archéologiques et climatiques, qu'une expansion de niches s'observe chez les populations humaines en Afrique du Sud il y 64-58 000 ans pendant une époque de sècheresse accrue. Il n'y a pas de lien automatique entre pluviosité et expansion."

Autre limite à ce travail, il est très compliqué d’affirmer que les premiers groupes porteurs du L0 occupaient les mêmes régions il y a 200 000 ans qu’aujourd’hui. "Certes les groupes qui y vivent sont bien dotés de ce marqueur, juge Jean-Jacques Hublin. Mais rien n’indique que ces groupes ne se sont pas considérablement déplacés au fil des changements climatiques ou n’ont pas été présents dans plusieurs régions du continent."

Un retour en arrière ?

Il y a encore quelques années, de nombreux chercheurs défendaient l’idée d’un goulot d’étranglement : un rétrécissement des populations humaines à un tout petit groupe juste avant l’expansion et la colonisation de tous les continents. Cette idée a laissé place à un schéma plus complexe et plus nuancé. Actuellement, de plus en plus de chercheurs pensent qu’il y a plusieurs centaines de milliers d’années, le continent africain dans son ensemble a servi d’incubateur pour l’espèce humaine. Les échanges fréquents entre les différents groupes ont permis une homogénéisation génétique, comme le notaient Scerri et collaborateurs en 2018 ou plus récemment, le 25 septembre, dans la revue Nature Ecology and Evolution. Faut-il donc voir dans les travaux de Vanessa Hayes et de son équipe une sorte de retour en arrière ? C’est effectivement l’avis de Lounes Chikhi : "Ces travaux auraient pu être intéressants du fait de l’échantillonnage de régions encore peu échantillonnées. Malheureusement il y a beaucoup trop de confusion. L’analyse mitochondriale est par définition limitée et les auteurs mélangent la notion d’arbre de gènes et celle d’arbre de populations. Ce genre d’analyses, que certains d’entre nous ont critiqué, étaient très populaires dans les années 1995-2005. Elles semblaient enfin avoir disparu. Même si on découvre dans le futur que les conclusions étaient correctes ce ne serait pas pour les raisons invoquées. On ne peut donc pas adhérer aux conclusions telles qu’elles sont proposées. On peut se demander si ce n’est pas aussi le jeu des “grandes revues” scientifiques, qui demandent des conclusions aussi tranchées ou controversées ou qui plaisent à certaines communautés de scientifiques. C’est dommage, mais c’est l’ensemble de la communauté scientifique qui doit s’interroger sur ces phénomènes."

Source : La Recherche du 28/10/2019

Voici l'origine précise de l'Homo Sapiens, selon des chercheurs

Chaque humain vivant aujourd'hui proviendrait d'une lignée qui a vécu il y a 200.000 ans au nord du Botswana, dans ce qui est aujourd'hui le désert de sel de Makgadikgadi.

PALÉONTOLOGIE - La quête de l’origine de l’homme est presque aussi vieille que l’humanité. Si l’on sait depuis des décennies que l’homme moderne, Homo sapiens, a évolué en Afrique, le débat fait rage quant à sa localisation ou sa date d’émergence plus exacte.

Dans une nouvelle étude publiée dans Nature ce lundi 28 octobre, une équipe de chercheurs estime avoir une partie de la réponse. L’ensemble de l’humanité actuelle a des ancêtres communs qui ont vécu il y a environ 200.000 ans au nord du Botswana. Plus exactement dans ce qui est aujourd’hui le désert de sel de Makgadikgadi, mais était à l’époque le plus grand lac d’Afrique. Cela représente environ un tiers de la France.

Toujours selon les travaux des chercheurs (généticiens, géologues et spécialistes du climat réunis pour l’occasion), des changements climatiques, dans les quelques dizaines de milliers d’années qui ont suivi, ont permis ensuite à Homo sapiens de se répandre partout dans le monde.

Comme toute affirmation aussi importante, elle sera critiquée à n’en pas douter. Il faut d’ailleurs rappeler que, même si les chercheurs ont vu juste, cela ne veut pas dire qu’Homo sapiens n’a pas évolué et existé ailleurs et avant cela.

Si l’étude a ses limites, elle est intéressante car “les auteurs ont utilisé des modèles climatiques et ont analysé les preuves archéologiques pour vérifier si leur analyse correspond, ce qui est assez rare”, note Aurélien Mounier, paléoanthropologue au Muséum national d’Histoire naturelle interrogé par Le HuffPost.

La quête de l’ADN maternel

Pour remonter les origines, les chercheurs ont analysé génétiquement des êtres humains modernes et non des fossiles. Ils ont plus exactement regardé l’ADN “mitochondrial”. Pourquoi? Normalement, lors de la procréation, l’ADN du père et de la mère se mélangent. Mais l’ADN mitochondrial est uniquement transmis par la mère.

“Cela veut dire que si l’on trouve un changement dans cet ADN, cela ne peut être dû qu’à une mutation génétique aléatoire”, explique Aurélien Mounier. “On peut alors compter les différences entre les populations et remonter à l’ADN qui a le moins de mutations”. Les chercheurs ont retracés différentes migrations, puis ont trouvé un point de départ commun à toutes leurs analyses, au nord du Botswana.

Cette population s’apparente aux Khoïsan, des groupes ethniques africains partageant des caractéristiques bien spécifiques. “On sait depuis longtemps que ces populations ont une langue particulière, la plus ancienne parlée actuellement”, rappelle Aurélien Mounier. La nouveauté de cette étude, c’est d’avoir réussi, avec de nouvelles analyses génétiques, à cibler plus précisément la localisation et la date de ce “berceau” de l’humanité.

Pour la date, il s’agit d’un calcul complexe qui prend en compte une estimation du taux de mutation dans l’ADN mitochondrial, une méthode assez standard, avec une marge d’erreur importante. Les 200.000 ans sont calculés à plus ou moins 40.000 ans près.

Ce calcul lui-même n’est pas du goût de tous les chercheurs. Interrogé par Le HuffPost, Lounès Chikhi, chercheur spécialiste de la génétique des populations, estime que les auteurs ont mélangé l’âge des gènes et l’âge d’une population.

Le débat est assez complexe, mais pour le comprendre, imaginez que nous colonisions Mars dans le futur. Les colons “transporteraient différents allèles mitochondriaux, qui comme les nôtre auraient un ancêtre il y 100 ou 200 000 ans. Imaginons un archéologue ou généticien du futur qui échantillonnerait leurs descendants. Il risquerait de conclure que cette planète a été colonisée au cours du Pléistocène”, explique pour schématiser Lounès Chikhi.

Girafe, zèbre et changement climatique

“Les auteurs ont également regardé la faune qui pouvait exister à ce moment pour savoir si l’écosystème aurait permis l’augmentation des populations”, explique Aurélien Mounier. Effectivement, pour valider leur hypothèse, les chercheurs ont également vérifié la présence de gibiers pour des chasseurs via l’ADN mitochondrial des ancêtres des girafes, zèbres et lions.

D’après les chercheurs, nos ancêtres Homo sapiens auraient résidé dans la région autour du lac de Makgadikgadi pendant environ 70.000 ans. Une zone qui était à l’époque bien éloignée du désert de sel d’aujourd’hui. Elle était pleine de prairies et de forêts, mais entourée d’environnements beaucoup moins cléments.

“Nous avons travaillé avec des géologues pour voir à quoi pouvait ressembler la région il y a 200.000 ans”, a précisé lors d’une conférence de presse Vanessa Hayes, coauteure de l’étude. Le résultat? Cette région était “une oasis humide dans un environnement sec et rigoureux”, explique l’étude.

Cette analyse climatique séparée a permis aux chercheurs de voir une “tendance remarquable” entre changement climatique et possibles migrations humaines, a déclaré Axel Timmermann, coauteur de l’étude spécialiste du climat. Il y a environ 120.000 ans, un changement climatique a permis la création d’un “corridor vert” permettant la migration d’un premier groupe au nord-est.

Puis, environ 20.000 ans plus tard, un second “corridor vert” a permis d’autres migrations, notamment vers le sud-est. Celles-ci auraient pu être également plus importantes, car les conditions climatiques autour du lac de Makgadikgadi se sont détériorées. Toutes ces données climatiques colleraient parfaitement avec les vagues migratoires retracées par l’analyse de l’ADN mitochondrial, affirment les auteurs.

Une terre natale qui n’est pas le début de l’humanité

L’étude, si elle est intéressante, a évidemment ses limites. “Le fait d’utiliser l’ADN mitochondrial est une limite, car on ne parle que de l’histoire maternelle”, rappelle Aurélien Mounier. Et même si les auteurs ont raison, cela ne veut certainement pas dire qu’Homo sapiens est apparu autour du lac de Makgadikgadi.

“Nous avons défini une terre d’origine d’une population, pas son commencement”, a précisé Vanessa Hayes. En effet, de nombreuses études récentes ont montré qu’Homo sapiens est plus vieux que prévu et semble s’être aventuré en Europe et au Moyen-Orient bien plus tôt que l’on pensait.

Ce qu’affirme cette étude (mais qui fait également débat), c’est simplement que l’ensemble des êtres humains vivants aujourd’hui ont tous des ancêtres communs provenant d’une région au nord du Botswana. “On peut imaginer qu’il y ait eu des premiers hommes modernes il y a 300.000 ans, mais que l’ADN mitochondrial a changé il y a 200.000 ans”, suppute Aurélien Mounier.

Pour mieux comprendre tout cela, le plus simple serait d’analyser le génome des premiers Homo sapiens. Le problème, c’est que nous n’avons pas encore réussi à analyser l’ADN de fossiles africains en raison des conditions de préservations non adaptées (les sites sont souvent trop secs). Le débat sur l’origine de l’humanité est loin d’être tranché.

Source : Huffington Post du 28/10/2019

Origines de l'humanité : les nouveaux scénarios