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Voix Smithsonian Musée national d’histoire naturelle
Comment les biominéraux sont des pierres angulaires pour la recherche sur le changement climatique
Climat en évolution: Le Smithsonian est bien plus que ses expositions et artefacts de renommée mondiale. C’est une organisation vouée à comprendre comment le passé informe le présent et l’avenir. Une fois par semaine, nous vous montrerons comment les sept départements de recherche scientifique du Muséum national d’histoire naturelle tirent les leçons des changements climatiques passés et les appliquent au 21e siècle et au-delà.
Les minéraux sont connus pour leurs origines géologiques, mais ils ne sont pas exclusivement fabriqués par la Terre. Depuis plus de 3,5 milliards d’années, les organismes vivants créent également leurs propres parties dures: les biomatériaux.
«Les minéraux constituent les squelettes, les coquilles et les parties dures de nombreuses formes de vie. Nos os sont des biomatériaux et, grâce à eux, nous pouvons marcher et bouger », a déclaré Gabriela Farfan, conservatrice des pierres précieuses et des minéraux de Coralyn Whitney au Musée national d’histoire naturelle du Smithsonian.
En plus d’aider les organismes à fonctionner de plusieurs façons, les biominéraux détiennent des informations clés sur leur environnement environnant. L’examen des structures chimiques des biomatériaux peut révéler des indices sur l’évolution du climat de la Terre au fil du temps.
«Le passé est la clé du présent et de l’avenir. Si nous pouvons comprendre comment les mécanismes de biominéralisation fonctionnaient à l’époque, nous pourrons peut-être les utiliser comme règles générales lors de l’étude de l’avenir », a déclaré Ioan Lascu, géologue de recherche et secrétaire Edward et Helen Hintz au département des sciences minérales du musée.
Les stromatolithes sont parmi les plus anciens fossiles au monde, datant de plus de 3,5 milliards d’années. Ils sont connus pour leurs couches de signature qui peuvent être vues dans cette image. (Puce Clark, USNM PAL 534160, Smithsonian)
Alors que les bactéries continuent à être entourées et couvertes de minéraux créés et piégés dans la «glu» qu’elles ont produite, elles doivent sortir de ces ombres et se développer pour atteindre le soleil et continuer la photosynthèse. Ce faisant, ces couches empilées s’accumulent et se cimentent en stries distinctes qui ressemblent à de minces piles de crêpes.
«Ces communautés se développent au fil du temps avec des structures stratifiées qui se sont construites à partir du fond marin», a déclaré Suosaari. «La structure est distincte, donc lorsque vous trouvez des stromatolithes dans le disque de rock, nous savons que la vie y était autrefois.»
Les stromatolithes anciennes ne sont pas seulement importantes pour ce qu’elles peuvent révéler sur le passé. Ils montrent également comment ces microbes ont persisté de manière résiliente pendant des milliards d’années.
Bien que rares, les stromatolithes modernes existent aujourd’hui dans des environnements extrêmes, prospérant dans des endroits où d’autres organismes ont des difficultés. Par exemple, l’assemblage de stromatolites marines actives le plus grand et le plus diversifié au monde a deux fois la salinité de l’océan ouvert. L’adaptabilité des communautés microbiennes à vivre et à prospérer dans des environnements extrêmes était essentielle à leur survie et à leur persistance après l’explosion de la vie pendant la période cambrienne il y a environ 540 millions d’années.
«Une fois que la vie plus élevée a évolué, les communautés microbiennes de construction de stromatolite ont souvent été broutées ou dépassées pour l’espace», a déclaré Suosaari.
Les stromatolithes sont un exemple de la façon dont les biomineraux peuvent révéler le passé de la Terre, mais les géologues veulent également en savoir plus sur ce qui pourrait se passer dans le futur. Au musée, ils le font en étudiant comment les organismes et leurs biomatériaux changent chimiquement dans le présent.
Des indices cristallisants dans les coraux
Les récifs coralliens sont constitués de biomatériaux qui se dissolvent dans une eau à acidité élevée. Cela est devenu une préoccupation pour les minéralogistes à mesure que l’acidification des océans augmente à cause du changement climatique. (Kevin Lafferty, USGS, WERC, domaine public)
Au fur et à mesure que le changement climatique progresse, les environnements fluctuent comme jamais auparavant. Cela est particulièrement vrai pour l’océan. À l’heure actuelle, l’océan devient de plus en plus acide parce qu’il y a de plus en plus de dioxyde de carbone dans l’atmosphère qu’il absorbe.
Pour les animaux marins, comme les coraux, qui utilisent la biominéralisation pour construire des récifs, l’acidification des océans est une mauvaise nouvelle. Le corail sécrète un biominéral fait d’un minéral carbonate appelé aragonite qui se dissout plus rapidement dans l’eau avec une acidité plus élevée. À mesure que l’acidification des océans augmente, les structures des récifs s’érodent. Ceci est important à étudier car les récifs coralliens sont un havre de paix pour les animaux marins.
En regardant comment les cristaux dans les récifs ont changé, Farfan peut commencer à anticiper comment ils pourraient réagir à l’avenir alors que la chimie des océans continue de s’acidifier.
«Comme les cernes des arbres, les coraux se développent en couches au fil du temps. En analysant les signatures minéralogiques et chimiques de ces couches, nous pouvons comprendre à quoi ressemblaient les environnements océaniques du passé », a déclaré Farfan.
Les biomatériaux récifaux sont des référentiels d’informations sur les réponses aux changements environnementaux. Les données qu’ils détiennent peuvent être exploitées pour améliorer les prévisions sur le climat mondial et les paysages marins dans les années à venir.
«L’environnement influence les structures cristallines et la chimie, donc l’examen des cristaux peut nous renseigner sur l’environnement», a déclaré Farfan.
Clés biominérales du futur
Les biominéraux présents dans les stromatolites vivantes ci-dessus et dans les organismes marins comme le corail peuvent aider les scientifiques des minéraux à en apprendre davantage sur l’histoire de la Terre et son avenir. (Paul Harrison, domaine public)
La biominéralisation est le lien entre le passé et le présent. Les biominéraux sont des instantanés des environnements océaniques, des conditions atmosphériques et des fluctuations de la biosphère au fil du temps.
«Une fois que nous voyons comment différentes variables se sont comportées, nous pouvons potentiellement informer les modèles climatiques pour comprendre ce qui pourrait se passer à l’avenir si certaines tendances se poursuivent», a déclaré Lascu.
L’étude de ces matériaux peut aider les géologues à en apprendre davantage sur la façon dont la Terre pourrait se transformer du changement climatique dans les décennies à venir.
«Nous avons la température, la pression et les conditions physiques dans l’océan qui sont importantes pour la fabrication de biominéraux. Une fois que nous comprenons comment des choses comme celles-ci sont interdépendantes, nous pouvons alors commencer à réfléchir à ce que cela signifie pour le changement climatique futur », a déclaré Farfan.
Restez à l’écoute pour la prochaine histoire de la série Evolving Climate le 29 avril. Nous vous montrerons comment les chercheurs du département de paléobiologie du musée utilisent des fossiles de plantes pour reconstruire le climat passé de la Terre et informer la recherche sur le changement climatique dès aujourd’hui.
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Abigail Eisenstadt est assistante de communication au Musée national d’histoire naturelle du Smithsonian. Elle apporte la science au public via le Bureau des communications et des affaires publiques du musée, où elle suit la couverture médiatique, coordonne les activités de tournage et écrit pour le blog du musée, Smithsonian Voices. Abigail a obtenu sa maîtrise en journalisme scientifique de l’Université de Boston. Pendant son temps libre, elle est à l’extérieur ou dans la cuisine.
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