Thèse de Mathilde Bon

Soutenance de thèse de Mathlde Bon - laboratoire LOG/PhLAM

Résumé :

L'origine de la matière organique fossile des roches très anciennes reste souvent obscure, en partie en raison de la morphologie simple des microorganismes fossiles qui la composent. L'obtention de signatures moléculaires à l'échelle des microorganismes fossiles individualisés (ou des fossiles douteux, pour les candidats les plus anciens) permettrait de mieux décrire l'évolution de la biodiversité microbienne au cours des 3,5 derniers milliards d'années. Des méthodes spatialement résolues, comme la spectrométrie de masse des ions secondaires à temps de vol (ToF-SIMS), ont permis d'identifier des bio(macro)molécules telles que la mélanine ou des dérivés de l'hémoglobine dans des macrofossiles. Ce projet a permis de développer l'analyse moléculaire des fossiles jusqu'à l'échelle cellulaire chez des micro-organismes unicellulaires extraits des roches par macération acide (palynomorphes).
Nous avons analysé une collection exceptionnelle de microfossiles âgés d'environ 460 à 421 millions d'années, comprenant divers palynomorphes tels que Gloeocapsomorpha prisca (non résolu : cyanobactérie ou algue), des algues prasinophytes identifiées (Tasmanites, Cymatiosphaera nimia), d'autres groupes phytoplanctoniques probables (Leiosphaeridia, autres acritarches), ainsi que des chitinozoaires (œufs de métazoaires). Pour déchiffrer la composition de leur matière organique, nous avons principalement utilisé la spectrométrie de masse assistée par lasers, notamment la spectrométrie de masse haute résolution à désorption laser et ionisation laser (LDI- et L2-HR-MS) en une ou deux étapes, et la spectrométrie de masse à résonance cyclotronique ionique à transformée de Fourier et désorption-ionisation laser (LDI-FT-ICR-MS). Grâce à sa résolution en masse exceptionnelle, cette dernière technique nous a permis de conduire une caractérisation de type pétroléomique pour le kérogène (matière organique insoluble) des microfossiles, permettant d'attribuer une formule chimique à presque tous les pics du spectre de masse. La spectrométrie ToF-SIMS et la micro-spectroscopie infrarouge ont également été utilisées. Le kérogène total a été caractérisé en Rock-Eval, et le bitume (matière organique soluble) par les techniques assistées par laser.
Pour tous les microfossiles, la spectrométrie de masse assistée par laser a révélé des fragments riches en groupes polyaromatiques, interprétés comme reflétant les éléments constitutifs de type asphaltène de la matière organique macromoléculaire formant leur kérogène. Des contributions abondantes et variables de fragments azotés pourraient refléter l'encapsulation et/ou la réticulation de dérivés protéiques (ou d'autres molécules) sur les biopolymères des fossiles. Les G. Prisca présentent des fragments polyaromatiques, certains associés à des atomes d'oxygène et d’azote, ce qui n'avait jamais été documenté auparavant, ainsi que de courtes chaînes alkyles, cohérentes avec les observations antérieures. Cette composition diffère significativement, notamment quant à l’'abondance en fragments oxygénés, de celle d'autres palynomorphes analysés dans deux autres roches mères. Dans l'une d'elles, la composition des Tasmanites et de C. nimia a été distinguée. Des analyses complémentaires et des études statistiques, telles que l'analyse en composantes principales, sont nécessaires pour exploiter pleinement ces hétérogénéités comme un outil chimiotaxonomique potentiel. Par suite, le couplage de la composition moléculaire et de la morphologie pourrait fournir de meilleures contraintes sur l'affinité paléobiologique de ces organismes et, à terme, permettre la recherche de leur lignée et de leurs formes les plus anciennes. Les techniques appliquées ici à la micropaléontologie sont transposables à l'exobiologie, puisqu'un spectromètre de masse à désorption-ionisation laser a été développé pour l'exploration de Mars, par exemple.

Mots clés : paléontologie, spectrométrie de masse, géochimie organique