Les rayons X révèlent la biochimie de plantes fossilisées

Le fossile d'une feuille observé dans le visible, à gauche, apparaît différent dans le domaine des rayons X. L'image de droite, en fausses couleurs et obtenue par spectrométrie de fluorescence X, montre la présence d'atomes de cuivre. Les chercheurs pensent que ce métal a agi comme un bactéricide et a donc permis une excellente fossilisation de cette feuille âgée de 50 millions d'années et large d'environ 2 cm. © Diamond Light Source, 2014

La spectrométrie de fluorescence X (SFX ou FX, ou en anglais XRF pour X-ray fluorescence) a fait d’immenses progrès depuis les travaux de Henry Moseley. Les synchrotrons modernes fournissent en effet des faisceaux de rayons X qui permettent de mettre en pratique la loi de Moseley pour réaliser des prouesses extraordinaires dans l’analyse chimique d’échantillons. L’une des dernières en date concerne l’étude du métallome de végétaux trouvés à l’état fossile et datant d’environ 50 millions d’années.

Rappelons que par analogie avec le protéome, qui est l'ensemble des protéines exprimées dans une cellule, une partie d'une cellule ou un groupe de cellules dans des conditions données et à un moment donné, on appelle métallome des répartitions similaires mais concernant des ions métalliques. On peut identifier ces ions dans un matériau en le bombardant de rayons X et en mesurant ceux qu’ils réémettent par fluorescence X.

Rayons X et protéome fossile

Comme l’expliquent dans une publication du journal Metallomics les membres d’une équipe de chercheurs britanniques et états-uniens, les fossiles examinés provenaient de la formation de la Green River. C’est une célèbre formation géologique aux États-Unis, datant de l’Éocène. Elle est le résultat de dépôts sédimentaires continus pendant six millions d'années dans un groupe de lacs de montagne. L’équipe de paléontologues, géochimistes et physiciens a donc entrepris d’identifier la présence d’atomes métalliques dans les fossiles qui pourraient donner des indications sur la biochimie des plantes voilà des dizaines de millions d’années.

Image composite d'un fossile de feuille âgé de 50 millions d'années avec, en bas à droite en fausses couleurs (cuivre Cu en rouge, zinc Zn en vert, et nickel Ni en bleu), la présence de métaux révélée par la spectrométrie de fluorescence X. Ces métaux sont en corrélation avec les structures biologiques originales. La largeur de l'image est d'environ 17 cm. Sont également visibles des tubes d'alimentation laissés par d’anciennes chenilles. Les données ont été recueillies avec la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL). © Diamond Light Source, 2014

On avait déjà obtenu des informations similaires avec des pigments associés à des fossiles d’animaux. La question était donc de savoir s’il était possible de faire de même avec des végétaux. Bien évidemment, le problème s’est aussi posé de savoir si les métaux découverts reflétaient vraiment la biochimie des plantes de l’Éocène, ou si l’information à ce sujet avait été dégradée par le processus de fossilisation, par exemple en rapport avec la diagenèse.

Pour répondre à ces deux questions, les chercheurs ont utilisé des lignes de lumière générées par les synchrotrons Diamond Light Source et Stanford Synchrotron Radiation Lightsource. Ils ont alors découvert que les distributions du cuivre, du nickel et du zinc dans les feuilles fossiles étaient presque identiques à celles connues dans les feuilles modernes. Chaque élément se trouvait concentré dans des structures biologiques distinctes, telles que les veines et les bords des feuilles, et pas dans la matrice sédimentaire entourant les fossiles.

En outre, la façon dont ces oligoéléments et des sulfures étaient associés à d'autres éléments s’est révélée très similaire à celle observée dans des feuilles actuelles et la matière végétale dans les sols. Il semble donc bien que ces fossiles de plantes aient conservé de façon relativement fiable des traces de leur biochimie, contrairement à ce que l'on pensait auparavant. Une nouvelle fenêtre sur les formes de vie éteintes est donc en train de s'ouvrir.