Publié le 28 octobre 2025 05:05:00. Des sources chaudes au Japon, aux conditions chimiques similaires à celles de la Terre primitive, offrent aux scientifiques un aperçu unique des premiers écosystèmes et de l’origine de la vie.
- Cinq sources chaudes japonaises présentent une composition chimique proche de celle de la Terre avant l’apparition de l’oxygène.
- La vie prospère dans ces environnements grâce au fer et à l’hydrogène, comme il y a plus de 2,3 milliards d’années.
- Des analyses génomiques révèlent une diversité métabolique insoupçonnée et des cycles biogéochimiques complexes.
Une équipe de scientifiques a découvert au Japon cinq sources chaudes dont les caractéristiques chimiques rappellent celles de la Terre à ses débuts, une époque où l’atmosphère était dépourvue d’oxygène. Ces environnements exceptionnels abritent une vie microbienne florissante, alimentée par le fer et l’hydrogène, offrant ainsi un laboratoire naturel pour étudier les premiers écosystèmes de notre planète.
Ces sources, qui pourraient à première vue sembler ordinaires, se distinguent par une concentration élevée en fer ferreux (Fe²⁺). Dans des conditions normales, ce type de fer s’oxyderait au contact de l’oxygène, mais ces milieux sont presque totalement dépourvus de ce gaz. La composition chimique de l’eau, ainsi que son pH neutre, reflètent les conditions qui prévalaient dans les océans il y a plus de 2,3 milliards d’années, lorsque l’atmosphère était irrespirable et que la vie ne faisait que commencer à émerger.
La découverte, publiée dans la revue Microbes and Environments, est le fruit des travaux menés par l’Institut des Sciences de la Terre et de la Vie (ELSI) de Tokyo. Elle permet d’observer le fonctionnement des premiers écosystèmes et d’éclairer les mystères de l’origine et de l’évolution de la vie.
« Ces sources riches en fer constituent un laboratoire naturel irremplaçable pour étudier le métabolisme microbien dans des conditions similaires à celles de la Terre archaïque », explique le chercheur Shawn McGlynn, directeur d’études. Les recherches ont démontré que ces sources entretiennent des écosystèmes qui renvoient directement à l’époque précédant l’augmentation massive de l’oxygène.
L’équipe, dirigée par Li-Hau, a utilisé des techniques de métagénomique avancées pour analyser l’ADN des micro-organismes présents. Dans quatre des cinq sources identifiées, les protagonistes étaient des bactéries microaérophiles oxydant le fer, c’est-à-dire des organismes qui prospèrent dans des environnements pauvres en oxygène et tirent leur énergie de la transformation du fer ferreux en ferrique. Cette découverte suggère que, durant les premiers millénaires de la vie sur Terre, le fer et l’hydrogène étaient les principales sources d’énergie biologique, avant l’essor de la photosynthèse oxygénée.
Ces bactéries, observées dans les sources d’Akita et d’Aomori, « respirent » le fer au lieu de l’oxygène et jouent un rôle biochimique essentiel : elles utilisent les sous-produits de l’activité d’autres micro-organismes, créant ainsi un réseau d’interdépendance. Selon l’équipe de recherche, « Ces communautés microbiennes reproduisent les processus métaboliques clés des premiers écosystèmes terrestres ».
L’étude a également identifié la présence de cyanobactéries – des microbes responsables de la libération d’oxygène dans l’atmosphère terrestre – bien qu’en proportions bien moindres que celles des oxydants de fer. Les chercheurs estiment que ces cyanobactéries auraient pu générer de petites quantités d’oxygène, favorisant une coexistence équilibrée avec les bactéries sensibles au gaz. Un écosystème de coopération et d’équilibre se dessine, où, aux débuts de la vie, le développement dépendait à la fois du fer et des premières traces d’oxygène.
Dans l’une des sources, nommée Kowakubi, les bactéries dominantes appartenaient à la famille des hydrogénophiles, capables d’utiliser l’hydrogène comme source d’énergie. Cette observation renforce l’hypothèse selon laquelle l’hydrogène a joué un rôle central dans les origines de la vie.
En analysant plus de 200 génomes microbiens reconstitués, l’équipe a identifié des gènes responsables de processus tels que la fixation du carbone, l’oxydation de l’azote et du fer. Les communautés microbiennes analysées sont capables de réduire les nitrates en ammonium et de compléter le cycle de l’azote, démontrant une complexité biogéochimique insoupçonnée pour cet étage planétaire. Malgré la faible présence de composés soufrés, des gènes associés au recyclage du soufre ont été identifiés, ce qui indique l’existence d’un cycle du soufre efficace.
« La diversité métabolique observée était plus large que prévu », ont souligné les chercheurs. Cette diversité aurait permis une résilience cruciale dans des conditions extrêmes et changeantes.
Malgré les différences chimiques entre les sources, elles présentaient toutes un schéma commun : la coexistence de bactéries utilisatrices de fer, de micro-organismes dépendants de faibles quantités d’oxygène et d’espèces anaérobies. Cette organisation suggère que les premiers écosystèmes n’étaient pas monolithiques, mais coopératifs et adaptatifs. « Nos résultats montrent qu’en présence de fer ferreux et d’oxygène limité, ces communautés parviennent à maintenir des cycles biogéochimiques complets », a confirmé Poux.
Cette recherche représente, selon les scientifiques, une fenêtre sur les processus biologiques qui ont transformé l’atmosphère et posé les bases de l’émergence d’une vie complexe. La science continue de percer les mystères de la manière dont ces micro-organismes primitifs ont réussi à modifier la chimie planétaire et à ouvrir la voie à la vie, sur Terre et peut-être au-delà.
