Jusqu'au début des années 1990, personne ne soupçonnait à quel point la vie des habitants des profondeurs de la terre pouvait être active. Les scientifiques croient maintenant que les microbes vivant sous terre peuvent avoir contribué à façonner les continents, à libérer de l'oxygène et à donner la vie telle que nous la connaissons. Atlantic Magazine explore comment l'étude de ces micro-organismes sur notre planète pourrait aider à détecter la vie dans l'espace, comme Mars.
Ils vivent à des milliers de mètres sous la surface de la Terre. Ils se nourrissent d'hydrogène et émettent du méthane. Et ils sont capables de changer notre monde plus fondamentalement que nous ne pouvons l'imaginer.
Alexis Templeton se souvient du 12 janvier 2014 comme le jour où l'eau a explosé. Une bouteille en verre Pyrex bien fermée et remplie d'eau a explosé comme un ballon.
Templeton conduisait son Land Cruiser sur la surface cahoteuse et rocheuse de la vallée de Wadi Lawayni, une large bande traversant les montagnes d'Oman. Elle a garé sa voiture sur une plate-forme en béton donnant sur l'endroit où un puits d'eau avait récemment été foré. Templeton a ouvert le couvercle de ce puits et a abaissé la bouteille dans ses profondeurs sombres, espérant obtenir des échantillons d'eau à une profondeur d'environ 260 mètres.
La vallée de Wadi Lavaini est entourée de pics rocheux de couleur brun chocolat, ces roches sont dures comme de la céramique, mais elles sont arrondies et tombantes, plus comme des briques anciennes faites de boue. Ce fragment de l'intérieur de la Terre, de la taille de l'État de Virginie-Occidentale, a été refoulé à la surface par la collision de plaques tectoniques il y a des millions d'années. Ces roches exotiques - elles représentent des anomalies à la surface de la Terre - ont fait venir Templeton en Oman.
Peu de temps après avoir soulevé la bouteille d'eau des profondeurs du puits, elle s'est ouverte sous la pression interne. De l'eau jaillissait des fissures et grésillait comme du soda. Le gaz qui a explosé en elle n'était pas du dioxyde de carbone, comme dans les boissons gazeuses, mais de l'hydrogène, un gaz combustible.
Templeton est géobiologiste à l'Université du Colorado à Boulder, et ce gaz est d'une importance particulière pour elle. «Les organismes adorent l'hydrogène», dit-elle. Autrement dit, ils adorent le manger. En soi, l'hydrogène ne peut être considéré comme une preuve de vie. Cependant, cela suggère que les roches sous la surface de la Terre peuvent être exactement là où la vie peut prospérer.
Templeton fait partie d'un nombre croissant de scientifiques qui croient que les profondeurs de la Terre sont remplies de vie. Selon certaines estimations, cette partie inexplorée de la biosphère pourrait contenir entre un dixième et la moitié de toute la matière vivante sur Terre.
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Les scientifiques ont découvert des microbes qui habitent des roches granitiques à une profondeur d'environ deux kilomètres (6000 pieds) dans les montagnes Rocheuses, ainsi que dans des roches sédimentaires marines datant de l'époque des dinosaures. Ils ont même trouvé de minuscules êtres vivants - des vers qui ressemblent à des arthropodes de crevettes, des rotifères à fanons - dans les mines d'or d'Afrique du Sud à une profondeur de 340 mètres (11 mille pieds).
Nous, êtres humains, avons tendance à considérer le monde comme une roche solide recouverte d'une mince couche de vie. Cependant, pour des scientifiques comme Templeton, la planète ressemble plus à un cercle de fromage dont les bords denses sont constamment détruits par la multiplication des microbes qui vivent dans ses profondeurs. Ces créatures mangent de ces sources qui semblent non seulement non comestibles, mais aussi intangibles - nous parlons de la désintégration atomique des éléments radioactifs, du processus qui se produit à la suite de la pression des roches alors qu'elles s'enfoncent dans les profondeurs de la Terre et de leur décomposition, et même, peut-être, de tremblements de terre.
Templeton est venu à Oman pour trouver des oasis de vie cachées. Le grésillement d'hydrogène en 2014 était une preuve importante qu'elle était sur la bonne voie. Templeton et ses collègues sont donc retournés à Oman en janvier dernier pour forer un puits à une profondeur de 400 mètres (1 300 pieds) et tenter de retrouver les habitants de ces profondeurs.
Un soir d'hiver chaud, un bruit perçant a retenti sur les étendues brûlées par le soleil de la vallée de Wadi Lavaina. Un bulldozer est apparu presque au centre de cette vallée. Et devant lui se trouvait un arbre de forage capable de tourner à une vitesse de plusieurs tours par minute.
Une demi-douzaine de personnes portant des casques de sécurité - pour la plupart des travailleurs indiens embauchés par une entreprise locale - exploitaient la plate-forme. Templeton et une demi-douzaine d'autres scientifiques et étudiants diplômés se tenaient à plusieurs mètres à l'ombre d'un auvent qui se balançait dans la douce brise. Tous, penchés sur les tables, ont étudié les échantillons de roche que les ouvriers amenaient à l'étage environ toutes les heures.
Cette plate-forme a fonctionné toute la journée et les échantillons de sol entrants ont changé de couleur à mesure que la profondeur augmentait. Les premiers mètres de la roche avaient une teinte orange ou jaune, ce qui indiquait que l'oxygène de la surface avait transformé le fer contenu dans la roche en minéraux rouillés. A une profondeur de 20 mètres, des traces d'oxygène ont disparu, les pierres se sont assombries à une couleur rose verdâtre avec des veines noires.
«Une belle pierre», dit Templeton, caressant la surface avec sa main gantée de latex. Ses lunettes étaient relevées et reposaient sur des cheveux blonds foncés raides, révélant des joues assombries après des années de travail sur les navires, sur les îles tropicales, sous les latitudes de l'Arctique et ailleurs. «J'espère voir plus de ce genre de matériel», dit-elle.
Cette pierre noir verdâtre lui a donné un aperçu de quelque chose qu'il est presque impossible de voir ailleurs sur notre planète.
Ces échantillons de roche, ramenés à la surface de grandes profondeurs, se sont révélés riches en fer - fer sous forme de minéraux qui, en règle générale, ne survivent pas à la surface de la Terre. Ce fer souterrain est si chimiquement réactif qu'il a tellement tendance à se combiner avec l'oxygène que lorsqu'il entre en contact avec l'eau souterraine, les molécules d'eau se cassent. Il extrait l'oxygène de l'eau et laisse l'hydrogène derrière lui.
Les géologues appellent ce processus «serpentinisation» à cause des traces sinueuses de minéraux noirs, verts et blancs qu'il laisse derrière lui. La serpentinisation se produit généralement dans des endroits inaccessibles aux humains, y compris à une profondeur de plusieurs milliers de mètres sous le plancher de l'océan Atlantique.
Et ici, à Oman, les roches situées dans les profondeurs de la terre s'approchent si près de la surface que la serpentinisation ne se produit qu'à quelques centaines de mètres sous les pieds. L'hydrogène qui a déchiré la bouteille d'eau Tempelton en 2014 était un petit exemple du processus de serpentinisation; un puits d'eau foré il y a plusieurs années dans cette région a produit tellement d'hydrogène qu'il y avait même un risque d'explosion, et par conséquent, le gouvernement a été contraint de le concrétiser d'urgence.
L'hydrogène est une substance spéciale. Il a été utilisé comme l'un des propulseurs pour lancer le vaisseau spatial Apollo et les navettes en orbite, et c'est l'un des éléments les plus riches en énergie naturellement présents sur Terre. Cela en fait un aliment important pour les microbes qui existent sous la surface de la Terre.
Fragments de roche destinés à la recherche géologique.
Au total, les microbes vivant sous les montagnes de l'est d'Oman peuvent consommer des tonnes d'hydrogène chaque année, ce qui entraîne une combustion lente et contrôlée du gaz, contrôlée avec précision par des enzymes à l'intérieur de leurs cellules remplies d'eau.
Cependant, l'hydrogène n'est que la moitié de l'équation de la vie - pour produire de l'énergie à partir de l'hydrogène, les microbes ont besoin de quelque chose d'autre pour le brûler, tout comme la race humaine est obligée de respirer de l'oxygène pour transformer les aliments. La tâche principale de Templeton est précisément de comprendre avec quoi les microbes «respirent» à une telle profondeur sous la Terre, là où il n'y a pas d'oxygène.
À deux heures de l'après-midi, une camionnette en mauvais état se dirige vers le site de forage le long d'une route poussiéreuse et boueuse. Derrière lui se trouvent - strictement l'un après l'autre - six chameaux, la tête se balançant dans le vent. Ce sont des animaux locaux, ils sont attachés avec des laisses courtes, et ils se dirigent vers un nouveau pâturage situé quelque part dans cette vallée.
Templeton, oubliant les chameaux, cria brusquement, ne cachant pas son excitation: «De l'or! Elle désigna un échantillon de terre sur la table, ainsi qu'un petit groupe de cristaux métalliques jaunes. Leur forme cubique a aidé à comprendre sa petite blague: ces cristaux n'étaient pas de l'or véritable, mais de l'or des imbéciles, que l'on appelle aussi pyrite de fer.
La pyrite de fer est composée de fer et de soufre, et c'est l'un des minéraux, qui est aussi appelé «biogénique»: sa formation est parfois associée à l'activité des microbes. Les cristaux eux-mêmes peuvent être formés à partir des déchets que les cellules microbiennes «expirent». Par conséquent, la pyrite peut être un sous-produit du métabolisme microbien, une possibilité que Templeton appelle «belle».
De retour chez elle dans le Colorado, elle accordera à ces cristaux la même attention qu'un archéologue consacrerait à un tas d'ordures romaines anciennes. Elle les découpera en morceaux transparents et les examinera au microscope. Si la pyrite est en fait un produit de cellules vivantes, alors les microbes «peuvent probablement être enfouis dans les minéraux». Elle espère retrouver leurs corps fossilisés.
Jusqu'au début des années 1990, personne ne soupçonnait à quel point la vie des habitants des profondeurs de la terre pouvait être active. La première preuve a été trouvée dans la roche sous le fond marin.
Les géologues ont remarqué depuis longtemps que les gaz volcaniques trouvés dans les roches basaltiques sombres se trouvent à des milliers de mètres sous le niveau du fond marin, qui présente souvent des dépressions microscopiques et des tunnels. «Nous n'avions aucune idée que cela pouvait être biologique», explique Hubert Staudigel, volcanologue au Scripps Institute of Oceanography à La Jolla, en Californie.
En 1992, un jeune scientifique nommé Ingunn Thorseth de l'Université de Bergen en Norvège a suggéré que ces dépressions sont l'équivalent géologique de la carie dentaire - des microbes l'ont incrustée dans du verre volcanique en consommant des atomes de fer. En fait, Thorset a découvert ce qui pourrait être confondu avec des cellules mortes dans ces dépressions dans des roches collectées à trois mille pieds sous le fond de la mer.
Lorsque ces découvertes ont été publiées, Templeton ne travaillait pas encore sur le terrain. Elle a obtenu sa maîtrise en géochimie en 1996, puis est allée travailler au Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie, où elle a étudié la vitesse à laquelle les microbes mangent le carburant d'aviation dans le sol dans une ancienne base navale américaine. Quelques années plus tard, pour sa thèse de doctorat à l'Université de Stanford, ils ont étudié comment les microbes souterrains métabolisent le plomb, l'arsenic et d'autres polluants au cours du métabolisme.
En 2002, elle a rejoint Scripps Lab pour travailler avec le professeur de biologie, Bradley Tebo et Staudigel, pour étudier des problèmes similaires, à savoir comment les microbes vivent dans le fer et d'autres métaux dans le verre de basalte trouvé dans le fond marin.
En novembre de cette année-là, sur le pont arrière d'un navire de recherche au centre de l'océan Pacifique, elle a grimpé à travers une écoutille dans le submersible Pisces-IV de la taille d'une voiture et a plongé dans le fond marin. Terry Kerby, un pilote du Seabed Research Laboratory basé à Hawaï, a pointé l'engin vers le versant sud du mont sous-marin Loihi, un volcan sous-marin près de la grande île d'Hawaï.
À 1700 mètres (5600 pieds), le projecteur du sous-marin éclairait à peine l'étrange paysage sous-marin - un mélange confus de ce qui ressemblait à des sacs à ordures bien emballés empilés en désordre dans une sorte de pyramide. Ces soi-disant coussins de basalte se sont formés au cours des siècles lorsque la lave, s'infiltrant à travers les fissures, est entrée en collision avec l'eau de mer, après quoi elle s'est rapidement refroidie, se transformant en pierres lisses. Templeton était allongé sur le côté du banc, frissonnant dans le froid, regardant à travers l'épaisse vitre pendant que Kirby découpait des morceaux de basalte avec un bras mécanique. Huit heures après le début de la plongée au fond de l'océan, ils sont revenus à la surface avec cinq kilogrammes de roche.
La même année, elle et Stuadigel ont visité le volcan Kilauea à Hawaï, dans l'espoir de collecter du verre volcanique exempt de microbiens qu'ils pourraient comparer aux échantillons prélevés au fond de l'océan. Portant de lourdes bottes, ils ne sont pas venus à la coulée de lave et ont marché sur la croûte pétrifiée, qui n'avait que quelques centimètres d'épaisseur. Staudigel a trouvé un endroit où de la lave fondue orange a percé la croûte solidifiée résultante. Il a ramassé un morceau de lave chaude avec une barre de métal - cela ressemblait à du miel chaud et collant - et l'a placé dans un seau d'eau. L'eau bouillit avec un sifflement et un bruit, et après un moment la lave durcit, se transformant en verre.
De retour au laboratoire, Templeton a isolé des dizaines de souches bactériennes qui absorbent le fer et le manganèse des roches au fond de la mer. Avec ses collègues, elle a de nouveau fait fondre du verre stérile du volcan Kilauea dans un four, y a ajouté diverses quantités de fer et d'autres nutriments et en a cultivé des souches bactériennes. Elle a utilisé les techniques les plus avancées, y compris les rayons X, et a observé avec plaisir les bactéries recycler les minéraux.
«Tout mon sous-sol était rempli de roches basaltiques soulevées du fond de la mer, car je ne pouvais tout simplement pas les refuser», m'a-t-elle dit un de ces jours où il n'y avait pas de forage.
Cependant, ces échantillons de roches, ainsi que les bactéries qui s'en nourrissaient, présentaient, du point de vue de Templeton, un gros inconvénient: ils ont été prélevés sur le fond marin, où l'eau contient déjà de l'oxygène.
L'oxygène fait partie de tous les êtres vivants sur Terre - des aardvarks et des vers de terre aux méduses; notre atmosphère et la plupart des océans en sont remplis à redistribuer. Cependant, la Terre n'a eu autant d'oxygène que pendant une petite période de son histoire. Aujourd'hui encore, de vastes parties de la biosphère de notre planète n'ont jamais rencontré d'oxygène. Il suffit de plonger dans le sol de quelques mètres, et il n'y aura plus d'oxygène. Dans tout autre endroit du système solaire, y compris sur Mars, où la vie peut exister, vous ne trouverez pas d'oxygène.
Alors que Templeton étudiait la biosphère profonde de la Terre, elle s'est également intéressée à la question de l'origine de la vie sur notre planète et dans d'autres endroits du système solaire. L'exploration de l'espace souterrain peut donner un aperçu de ces lieux et de ces temps séparés, mais cela ne sera possible que si elle peut aller plus loin, au-delà de la portée de l'oxygène.
Les montagnes d'Oman semblaient être le lieu idéal pour ce genre d'exploration. Cette énorme masse de roche, progressivement soumise à la serpentinisation, contient des endroits privés d'oxygène, ainsi que des composés de fer chimiquement actifs, qui, selon les scientifiques, sont situés dans les profondeurs de la Terre.
Templeton et plusieurs autres chercheurs en biosphère profonde ont participé à un autre projet majeur, qui en était à ses premiers stades de planification, le projet de forage d'Oman.
Le projet est dirigé par Peter Kelemen, géologue à l'observatoire de la Terre Lamont-Doherty basé à New York. Il a sa propre mission - les roches profondes d'Oman interagissent non seulement avec l'oxygène et l'eau, mais aussi avec le dioxyde de carbone, tout en pressant le gaz dans l'atmosphère et en l'enfermant dans des minéraux carbonatés - ce processus, si les scientifiques peuvent le comprendre, aidera l'humanité à réduire émission de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
Kelemen était présent lors du forage à Wadi Lavaini en janvier 2018. Il était convaincu que des preuves de vie seraient découvertes. Ces roches se sont formées à l'origine à des températures supérieures à 980 degrés Celsius (1800 degrés Fahrenheit). Cependant, ils se sont refroidis rapidement et aujourd'hui, la température dans la couche supérieure, qui est d'environ 500 mètres de profondeur, a une température d'environ 30 degrés Celsius (90 degrés Fahrenheit). Ces roches "n'étaient pas assez chaudes pour tuer tous les microbes depuis le Crétacé" - l'époque des dinosaures.
A trois heures de l'après-midi, une demi-douzaine de membres d'équipage se sont réunis à la plate-forme pétrolière pour une sorte de rituel que tout le monde attend avec une attention intense.
Une nouvelle partie du noyau, juste extraite de l'arbre foré, est abaissée sur le chevalet. Nous parlons d'un cylindre en pierre de trois mètres de haut - il correspond à peu près en épaisseur à l'extrémité épaisse d'une batte de baseball et il est situé dans un cylindre métallique.
Les travailleurs ont soulevé une extrémité de ce tuyau. Et le noyau en a glissé - avec le liquide noir et collant. De la boue noire et épaisse s'est répandue sur le sol. Le noyau extrait du sol était entièrement recouvert de cette substance.
«Oh mon Dieu», a dit quelqu'un. - Sensationnel . Tout autour chuchotait.
Un des ouvriers a essuyé le noyau extrait, après quoi de petites bulles ont commencé à se former sur sa surface lisse et brillante, comme dans l'huile bouillante. Cet échantillon de roche, non affecté par la pression qu'il subissait sous terre, a libéré des gaz sous nos yeux et ses bulles se sont infiltrées à travers les pores de la roche. L'odeur des eaux usées et du caoutchouc brûlé a commencé à s'infiltrer dans l'air - l'odeur que les scientifiques y présentaient a immédiatement identifiée.
"C'est un rock très vivant", a déclaré Templeton.
"Sulfure d'hydrogène", a déclaré Kelemen.
Le sulfure d'hydrogène est un gaz qui se forme dans les égouts, dans vos intestins et aussi - maintenant évidemment - sous terre à Oman. Il est produit par des microbes vivant en l'absence d'oxygène. Privés de ce gaz vital, ils font un truc dont les animaux vivant à la surface de la planète ne sont pas capables - ils commencent à respirer autre chose. En d'autres termes, ils brûlent leur nourriture en utilisant d'autres produits chimiques trouvés sous terre.
Une partie du noyau soulevée à la surface était percée de rayures de pierre orange-cannelle - c'est ainsi que les endroits à travers lesquels la lave chaude s'est déversée à travers de profondes fissures à la surface de la terre il y a des millions d'années, et à ce moment-là, cette roche était dans les entrailles de la Terre à une profondeur de plusieurs kilomètres. …
Ces traces de magma fossilisé ont progressivement donné leurs constituants chimiques aux eaux souterraines - y compris des molécules appelées sulfates, qui sont composées d'un atome de soufre lié à quatre atomes d'oxygène. Apparemment, les microbes ont utilisé ces molécules pour digérer l'hydrogène, a déclaré Templeton. «Ils mangent de l'hydrogène et expirent du sulfate.» Et puis ils libèrent encore leurs gaz.
Le sulfure d'hydrogène n'a pas seulement une odeur forte et désagréable. C'est aussi toxique. Par conséquent, les microbes mêmes qui le produisent risquent d'être empoisonnés car ils s'accumulent sous terre. Comment parviennent-ils à éviter les intoxications? Encore une fois, le rocher nous fournit la réponse.
Le forage s'est poursuivi au cours des jours suivants, mais le lisier noir a progressivement disparu. Chaque nouveau noyau porté à la surface était sec et sans odeur. Cependant, la roche elle-même a changé - sa mosaïque en forme de veine et sa serpentine se sont assombries, et ses principales nuances étaient grises et noires, et elle a commencé à ressembler à une jupe à carreaux trempée dans l'encre.
«Tout ce noircissement est un bioproduit», a déclaré Templeton un soir alors qu'elle et son collègue Eric Ellison étaient dans une remorque de laboratoire chargée d'instruments emballant des échantillons de roche à renvoyer chez eux. Certaines des pierres étaient dans des boîtes en plexiglas scellées, et Ellison les a déplacées à l'aide de gants placés sur les boîtes des machines - tout cela donnait l'impression qu'il y avait quelque chose de sinistre dans les échantillons de roche collectés. Cependant, cette précaution n'avait pas pour but de protéger la personne; cela a été fait afin de priver les microbes sensibles du contact avec l'oxygène.
Templeton croyait que ce sont ces microbes qui ont eu un effet sur les échantillons de roches récents - le sulfure d'hydrogène qu'ils expiraient réagissait avec les roches pour créer du sulfure de fer, un minéral noir inoffensif. La pyrite que nous avons vue plus tôt est également composée de fer et de soufre, et elle aurait pu se former de la même manière.
Ces minéraux noirs sont plus que de simples raretés académiques. Ils donnent un aperçu de la manière dont les microbes ont non seulement réussi à survivre dans la croûte terrestre, mais aussi à l'altérer et, dans certains cas, à créer des minéraux qui n'existent pas ailleurs.
Certains des gisements les plus riches de fer, de plomb, de zinc, de cuivre, d'argent et d'autres métaux se sont formés lorsque le sulfure d'hydrogène est entré en collision avec ces métaux profondément sous terre. Ces sulfures ont capturé ces métaux et, par concentration, les ont transformés en minéraux qui se sont formés pendant des millions d'années - jusqu'à ce qu'ils soient ramenés à la surface par les mineurs. Le sulfure d'hydrogène qui formait ces minerais était souvent d'origine volcanique, mais dans certains cas, il était formé par des microbes.
Robert Hazen, minéralogiste et astrobiologiste au Carnegie Center de Washington, DC, estime que plus de la moitié des minéraux doivent leur existence à des formes de vie - racines de plantes, coraux, diatomées et même microbes souterrains. Il est même prêt à suggérer que les sept continents de notre planète doivent en partie leur existence aux microbes qui rongent les roches.
Il y a quatre milliards d'années, la Terre n'avait pas de terre permanente - seulement quelques pics volcaniques dominant l'océan. Cependant, les microbes sur le fond marin ont contribué à changer cette situation. Ils ont attaqué les dépôts basaltiques de la même manière qu'ils le font aujourd'hui, convertissant le verre volcanique en minéraux argileux. Et une fois ramollis, ils redeviennent solides, se transformant en nouvelles roches - en un matériau plus léger et plus malléable que le reste de la planète: le granit.
Ces granites légers se sont fusionnés et se sont élevés au-dessus de la surface de l'océan, créant ainsi des continents permanents. Apparemment, ce processus, vous dans une certaine mesure, s'est déroulé sans l'aide de microbes, mais Hazen pense qu'ils l'ont accéléré. «Vous pouvez imaginer des microbes créant un équilibre», dit-il. "Nous soutenons que les microbes ont joué un rôle fondamental."
L'émergence des terres a un impact significatif sur l'évolution de la Terre. Les roches sous l'influence de l'air se sont effondrées plus rapidement, libérant des nutriments tels que le molybdène, le fer et le phosphore dans l'océan. Ces nutriments ont favorisé la croissance d'algues photosynthétiques qui absorbent le dioxyde de carbone et libèrent de l'oxygène. Il y a environ deux milliards d'années, les premières traces d'oxygène sont apparues dans l'atmosphère terrestre. Il y a 550 millions d'années, les niveaux d'oxygène ont finalement atteint les niveaux nécessaires pour soutenir les animaux primitifs.
La quantité abondante d'eau sur Terre, ainsi que son élimination optimale du Soleil, en ont fait un incubateur prometteur pour la vie. Cependant, sa transformation en un paradis pour les animaux sensibles et respirant de l'oxygène n'a jamais été garantie. Les microbes ont peut-être amené notre planète à un tournant invisible - la formation des continents, de l'oxygène et la formation de la vie telle que nous la connaissons.
Et même aujourd'hui, les microbes continuent de fabriquer et de refaire notre planète de l'intérieur.
À certains égards, les microbes souterrains ressemblent à la civilisation humaine, où des «villes» se forment à la croisée des chemins. À Oman, une oasis florissante de microbes noirs odorants était située à une profondeur de 30 mètres, près de l'intersection de plusieurs grandes fissures dans la roche - ce sont les canaux qui ont permis à l'hydrogène et aux sulfates de s'y infiltrer à partir de diverses sources.
Elisabetta Mariani, géologue structurale à l'Université de Liverpool en Angleterre, a passé plusieurs jours sous une tente à réparer ces fissures dans les roches. Un matin, elle m'a appelé pour me montrer quelque chose de spécial - une déchirure qui courait en diagonale à travers le noyau, et là vous pouviez voir deux surfaces rocheuses percées de couches de serpentine verte et jaune aussi fines qu'une feuille de papier.
«Voyez-vous ces ornières? elle a demandé en anglais avec un accent qui trahissait son italien natal, et a souligné des fissures dans deux surfaces serpentines. Ils ont témoigné qu'il ne s'agissait pas simplement d'une fracture passive - c'était une faute active. «Deux blocs de roches se sont déplacés, se touchant, dans cette direction», dit-elle en désignant les ornières.
Tullis Onstott, géologue à l'Université de Princeton qui n'est pas impliqué dans le projet de forage à Oman, estime que de telles fractures actives peuvent non seulement fournir des voies pour que la nourriture se déplace sous terre - elles peuvent avoir produit de la nourriture. En novembre 2017, Onstott et ses collègues ont entamé une expérience audacieuse. Ils ont commencé leurs travaux dans un tunnel à une profondeur de 2500 mètres dans la mine d'or de Moab Khotsong en Afrique du Sud et de là ont foré un nouveau puits en direction d'une faille encore 800 mètres plus profonde. Le 5 août 2014, un séisme de magnitude 5,5 s'est produit dans cette faille. Onstott espérait ainsi tester l'idée provocante selon laquelle les tremblements de terre pourraient nourrir la biosphère profonde.
Les scientifiques ont remarqué depuis longtemps que l'hydrogène gazeux fuit de grandes failles, y compris celles de San Andreas en Californie. Une partie de ce gaz est une réaction chimique - les minéraux silicatés qui se décomposent lors d'un tremblement de terre réagissent avec l'eau et libèrent de l'hydrogène en tant que sous-produit. Pour les microbes proches de la faille, ce type de réaction peut conduire à quelque chose comme une explosion d'énergie périodique associée à une forte consommation de sucre.
En mars 2018, quatre mois après le début des forages à la mine Moab-Hotsong, les ouvriers ont ramené une carotte à la surface qui traversait la faille.
La roche le long de la faille a été «assez mal détruite», dit Onstott - une douzaine de fractures parallèles ont pu être vues sur le noyau. La surface de certaines de ces fissures s'est transformée en argile cassante, dont des stries indiquaient des tremblements de terre récents. D'autres fissures étaient remplies de veines de quartzite blanc, qui dénotaient des fractures plus anciennes qui s'étaient formées des milliers d'années plus tôt.
Onstott recherche actuellement des cellules fossilisées dans ces veines de quartzite, et analyse également la roche à la recherche d'ADN, espérant ainsi déterminer quelles bactéries vivent dans cette faille, le cas échéant.
De plus, lui et ses collègues - et plus important encore - ont laissé les trous forés ouverts et surveillent l'eau, le verre et les microbes dans la faille elle-même, et prélèvent de nouveaux échantillons chaque fois qu'il y a un deuxième tremblement de terre. "Dans ce cas, vous pouvez voir si du verre est libéré ou non", dit-il, "et aussi observer si des changements dans la communauté microbiologique se produisent en raison de la consommation de gaz."
Alors qu'Onstott attend ces résultats, il spécule également sur une possibilité plus radicale: ces bactéries profondément enracinées se nourrissent non seulement des effets des tremblements de terre, mais elles peuvent les provoquer. À son avis, lorsque les microbes commencent à attaquer le fer, le manganèse et d'autres éléments minéraux qui apparaissent le long des lignes de fracture, ils peuvent affaiblir la roche - et préparer ces fractures pour le prochain grand changement. L'étude de cette possibilité consiste à mener des expériences en laboratoire pour savoir si les bactéries présentes dans ces pauses sont réellement capables de décomposer les minéraux assez rapidement pour affecter l'activité sismique. Avec une sous-estimation caractéristique de la signification du scientifique, il réfléchit aux travaux à venir: «C'est une hypothèse suffisamment raisonnable pour la tester».
Le 30 janvier, la plate-forme de forage de Wadi Lavaini a atteint 60 mètres. Ses moteurs rugissaient dans le bruit de fond alors que Templeton et son collègue Eric Boyd étaient assis sur des chaises de campagne sous un acacia. À côté d'eux, il y avait des signes d'autres voyageurs en vacances dans cette île d'ombre, rare dans la région - des crottes de chameau, lisses et rondes comme des prunes coriaces.
«Nous pensons que l'environnement est essentiel pour comprendre les origines de la vie», a déclaré Boyd, géobiologiste à la Montana State University à Bozeman. À son avis, c'est ce qui fait que lui et Templeton étudient les roches profondes d'Oman. «Nous adorons l'hydrogène», dit-il.
Boyd et Templeton croient que la vie sur Terre est née dans un environnement similaire à celui qui existe à plusieurs mètres sous leurs chaises pliantes. Selon eux, le berceau de la vie réside dans les fissures sous la surface de la Terre, où les minéraux riches en fer ont extrait l'hydrogène d'eux-mêmes après le contact avec l'eau.
De tous les carburants chimiques qui existaient sur Terre il y a quatre milliards d'années, l'hydrogène semble être l'un des éléments les plus faciles pour le métabolisme des cellules précoces et inefficaces. L'hydrogène n'était pas seulement produit par serpentinisation, il était également produit - comme c'est le cas aujourd'hui - à partir de la désintégration radioactive d'éléments tels que l'uranium, qui décompose continuellement les molécules d'eau dans la roche environnante. L'hydrogène est si instable qu'il a tellement tendance à se décomposer qu'il peut être digéré même par des oxydants doux comme le dioxyde de carbone ou le soufre pur. Une étude de l'ADN de millions de séquences génétiques suggère que le précurseur de la vie sur Terre - le "dernier ancêtre commun universel" - aurait pu utiliser l'hydrogène comme nourriture et le brûler avec du dioxyde de carbone. Même,il est probablement possible de parler de la vie dans d'autres mondes.
Les minéraux contenant du fer ici en Oman se trouvent souvent dans le système solaire, tout comme le processus de serpentinisation. La sonde spatiale Orbiter, qui est actuellement en orbite autour de Mars, a découvert des minéraux serpentins à la surface de Mars. Le vaisseau spatial Cassini a trouvé des preuves chimiques de la serpentinisation en cours au fond d'Encelade, la lune recouverte de glace de Saturne. Des minéraux similaires à la serpentine ont également été trouvés à la surface de Cérès, une planète naine dont l'orbite se situe entre les orbites de Mars et de Jupiter. Des serpentines ont même été trouvées dans des météorites, dans des fragments de planètes embryonnaires qui existaient il y a 4,5 milliards d'années, c'est-à-dire juste au moment de la naissance de la Terre, et cela peut signifier que le berceau de la vie, en fait, existait avant la formation de notre planète.
L'hydrogène - source d'énergie pour la vie naissante - a été trouvé dans tous ces endroits. Il peut encore être produit dans tout le système solaire.
Les conclusions de Boyd sont époustouflantes.
«Si vous avez ce genre de roche et que la température est comparable à celle de la Terre, et si vous avez encore de l'eau liquide, à quel point pensez-vous que la vie est inévitable?», Demande-t-il. "Personnellement, je suis sûr que c'est inévitable."
Trouver la vie sera un défi. Avec la technologie existante, un vaisseau spatial envoyé sur Mars peut percer un trou de quelques mètres de profondeur dans des surfaces hostiles. Ces roches de surface peuvent contenir des traces d'une vie passée - peut-être les fondations asséchées des cellules martiennes dans les tunnels microscopiques qu'elles ont rongés à travers les minéraux - mais tous les microbes vivants ont probablement plusieurs centaines de mètres de profondeur. Templeton essaie de trouver des traces d'une vie passée - et aussi de séparer ces signes de ces choses qui n'ont pas été affectées par la vie - et elle le fait depuis le moment où elle a examiné le verre de basalte au fond de la mer il y a 16 ans.
«Mon travail consiste à trouver des empreintes biologiques», dit-elle. Elle utilise les mêmes outils pour étudier les échantillons apportés d'Oman que pour étudier le verre. Elle tire les surfaces des minéraux avec des rayons X afin de comprendre comment les microbes modifient les minéraux. Elle veut aussi comprendre: les laissent-ils en place? Ou les corrodent-ils? En étudiant quels microbes vivants absorbent les minéraux, elle espère trouver un moyen fiable d'identifier les mêmes traces chimiques d'absorption dans les roches extraterrestres qui n'ont pas eu de cellules vivantes depuis des milliers d'années.
Un jour, ces types d'instruments seront à bord d'un rover. Ou ils seront utilisés dans l'étude d'échantillons de roches provenant d'autres mondes. En attendant, Templeton et ses collègues ont encore beaucoup de travail à faire à Oman - ils devront découvrir ce qui contient la biosphère sombre, chaude et cachée sous leurs pieds.
Douglas Fox
