Multi-Technique Characterization of 3.45 Ga Microfossils on Earth: A Key Approach to Detect Possible Traces of Life in Returned Samples from Mars
Caractérisation multi-technique de microfossiles de 3,45 milliards d'années sur Terre : une approche clé pour détecter d'éventuelles traces de vie dans les échantillons renvoyés de Mars.
Résumé
The NASA Mars 2020 Perseverance rover is actively exploring Jezero crater to conduct analyses on igneous and sedimentary rock targets from outcrops located on the crater floor (Ma´az and Se´ı´tah formations) and from the delta deposits, respectively. The rock samples collected during this mission will be recovered during the Mars Sample Return mission, which plans to bring samples back to Earth in the 2030s to conduct in-depth studies using sophisticated laboratory instrumentation. Some of these samples may contain traces of ancient martian life that may be particularly difficult to detect and characterize because of their morphological simplicity and subtle biogeochemical expressions. Using the volcanic sediments of the 3.45 Ga Kitty's Gap Chert (Pilbara, Australia), containing putative early life forms (chemolithotrophs) and considered as astrobiological analogues for potential early Mars organisms, we document the steps required to demonstrate the syngenicity and biogenicity of such biosignatures using multiple complementary analytical techniques to provide information at different scales of observation. These include sedimentological, petrological, mineralogical, and geochemical analyses to demonstrate macro-to microscale habitability. New approaches, some unavailable at the time of the original description of these features, are used to verify the syngenicity and biogenicity of the purported fossil chemolithotrophs. The combination of elemental (proton-induced X-ray emission spectrometry) and molecular (deep-ultraviolet and Fourier transform infrared) analyses of rock slabs, thin sections, and focused ion beam sections reveals that the carbonaceous matter present in the samples is enriched in trace metals (e.g., V, Cr, Fe, Co) and is associated with aromatic and aliphatic molecules, which strongly support its biological origin. Transmission electron microscopy observations of the carbonaceous matter documented an amorphous nanostructure interpreted to correspond to the degraded remains of microorganisms and their byproducts (extracellular polymeric substances, filaments.). Nevertheless, a small fraction of carbonaceous particles has signatures that are more metamorphosed. They probably represent either reworked detrital biological or abiotic fragments of mantle origin. This study serves as an example of the analytical protocol that would be needed to optimize the detection of fossil traces of life in martian rocks.
Le rover Perseverance de la mission Mars 2020 (NASA) explore actuellement le cratère Jezero pour effectuer des analyses sur des roches ignées et sédimentaires provenant d'affleurements localisés sur le fond du cratère (formations Ma´az et Se´ı´tah) et des dépôts du delta, respectivement. Les échantillons de roche collectés au cours de cette mission seront récupérés lors de la mission de retour d'échantillons de Mars, qui prévoit de ramener des échantillons sur Terre dans les années 2030 afin de mener des études approfondies à l'aide d'instruments de laboratoire sophistiqués. Certains de ces échantillons pourraient contenir des traces de vie martienne ancienne qui peuvent être particulièrement difficiles à détecter et à caractériser en raison de leur simplicité morphologique et de leurs expressions biogéochimiques subtiles. En utilisant les sédiments volcaniques du Chert Kitty's Gap de 3,45 milliards d'années (Pilbara, Australie), contenant de potentielles formes de vie primitive (chimolithotrophes) et considérées comme des analogues astrobiologiques pour d'éventuels organismes martiens primitifs, nous documentons les étapes nécessaires pour démontrer la syngénicité et la biogénicité de telles biosignatures en utilisant plusieurs techniques analytiques complémentaires afin de fournir des informations à différentes échelles d'observation. Celles-ci comprennent des analyses sédimentologiques, pétrologiques, minéralogiques et géochimiques pour démontrer l'habitabilité de l'échelle macroscopique à l'échelle microscopique. De nouvelles approches, dont certaines étant non disponibles au moment de la description initiale de ces caractéristiques, sont utilisées pour vérifier la syngénicité et la biogénicité des chimolithotrophes fossiles présumés. La combinaison d'analyses élémentaires (spectrométrie d'émission de rayons X induite par proton) et moléculaires (ultraviolet profond et infrarouge par transformée de Fourier) de morceaux de roche, de lames minces et de coupes au faisceau d'ions focalisé révèle que la matière carbonée présente dans les échantillons est enrichie en métaux traces (par exemple, V, Cr, Fe, Co) et est associée à des molécules aromatiques et aliphatiques, ce qui soutient fortement son origine biologique. Les observations au microscope électronique en transmission de la matière carbonée documentent une nanostructure amorphe interprétée comme correspondant aux restes dégradés de micro-organismes et de leurs sous-produits (substances polymères extracellulaires, filaments). Néanmoins, une petite fraction de particules carbonées présente des signatures plus métamorphosées. Elles représentent probablement des fragments biologiques détritiques retravaillés ou des fragments abiotiques d'origine mantellique. Cette étude sert d'exemple au protocole analytique qui serait nécessaire pour optimiser la détection de traces fossiles de vie dans les roches martiennes.
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