Les biologistes végétaux du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), en collaboration avec des collègues du California Institute of Technology (Caltech), ont reconstitué l'histoire évolutive de la photosynthèse pour fournir un nouvel aperçu de l'histoire encore en cours de ses origines.

La forme de photosynthèse la plus étudiée est la photosynthèse oxygénée, la méthode par laquelle les plantes utilisent la lumière du soleil pour convertir l'eau en oxygène. Cependant, d'autres études sur la photosynthèse anoxygénique, qui ne produit pas d'oxygène, sont cruciales pour comprendre comment les premiers métabolismes microbiens ont pu influencer les cycles géochimiques de la planète.

« La photosynthèse soutient la majorité de la vie sur notre planète ; cependant, nous savons très peu de choses sur l'évolution de cet important métabolisme, " a expliqué Patrick Shih, chercheur postdoctoral à la division de génomique environnementale et de biologie des systèmes du Berkeley Lab et co-premier auteur d'une étude récente dans le Actes de l'Académie nationale des sciences intitulé "Évolution de la bicyclette 3-hydroxypropionate et transfert récent de la photosynthèse anoxygénique dans le Chloroflexi." Woodward Fischer, professeur de géobiologie à Caltech, est également co-premier auteur de l'étude.

On pense que la photosynthèse anoxygénique a évolué avant la photosynthèse oxygénée, jouant un rôle dans certaines des premières preuves de la vie sur Terre, avant la montée de l'oxygène atmosphérique.

"Il a été largement supposé qu'un groupe spécial de bactéries appelées Chloroflexi étaient les inventeurs de la photosynthèse anoxygénique, " a déclaré Shih. "Nous avons examiné les génomes de différents Chloroflexi et utilisé la phylogénétique pour montrer que ce groupe ne pouvait pas avoir été l'un des inventeurs originaux de la photosynthèse."

En utilisant une combinaison d'analyses comparatives de génomique et d'horloge moléculaire, les chercheurs ont déterminé que les membres phototrophes du phylum Chloroflexi ont évolué beaucoup trop récemment pour avoir été les ancêtres de la photosynthèse oxygénée, un processus qui a évolué il y a environ 2,3 milliards d'années. En revanche, il a été constaté que Chloroflexi n'était pas du tout antérieur au processus, ayant évolué il y a environ 867 millions d'années.

"Nous avons utilisé des méthodes phylogénétiques pour estimer quand les événements évolutifs se sont produits, spécifiquement des analyses d'horloge moléculaire. Les horloges moléculaires sont un moyen de regarder le taux d'évolution moléculaire des protéines, qui peut alors nous permettre de faire des estimations quant au moment où des événements spécifiques se sont produits, " expliqua Shih. "Nous avons utilisé cette méthode pour comprendre quand les membres phototrophes du phylum Chloroflexi ont évolué. Les chloroflexi ont traditionnellement été considérés comme l'une des plus anciennes lignées phototrophes que nous connaissions. Cependant, notre analyse de l'horloge moléculaire révèle que ce groupe est en réalité beaucoup plus jeune que ce qui avait été suggéré auparavant. »

Cette étude n'est que le point de départ pour déterminer l'âge et le rôle des métabolismes microbiens importants et identifier les inventeurs originaux de la phototrophie.

"Nous avons montré que nous pouvons revisiter certaines vieilles questions qui existent depuis des décennies avec de nouveaux outils génomiques et phylogénétiques, " Shih a ajouté. " Cette étude aborde la compréhension de l'origine de la photosynthèse et met en évidence le peu que nous connaissons sur l'histoire du métabolisme majeur qui anime notre planète. "