Les microbes auraient pu effectuer une photosynthèse productrice d'oxygène au moins un milliard d'années plus tôt dans l'histoire de la Terre qu'on ne le pensait auparavant.

La découverte pourrait changer les idées sur comment et quand la vie complexe a évolué sur Terre, et quelle est la probabilité qu'il puisse évoluer sur d'autres planètes.

L'oxygène dans l'atmosphère terrestre est nécessaire à des formes de vie complexes, qui l'utilisent pendant la respiration aérobie pour produire de l'énergie.

Les niveaux d'oxygène ont considérablement augmenté dans l'atmosphère il y a environ 2,4 milliards d'années, mais pourquoi c'est arrivé alors a été débattue. Certains scientifiques pensent qu'il y a 2,4 milliards d'années, des organismes appelés cyanobactéries ont évolué pour la première fois, qui pourrait effectuer une photosynthèse productrice d'oxygène (oxygénique).

D'autres scientifiques pensent que les cyanobactéries ont évolué bien avant il y a 2,4 milliards d'années, mais quelque chose empêchait l'oxygène de s'accumuler dans l'air.

Les cyanobactéries effectuent une forme relativement sophistiquée de photosynthèse oxygénée, le même type de photosynthèse que toutes les plantes font aujourd'hui. Il a donc été suggéré que des formes plus simples de photosynthèse oxygénée auraient pu exister plus tôt, avant les cyanobactéries, conduisant à de faibles niveaux d'oxygène disponibles pour la vie.

Maintenant, une équipe de recherche dirigée par l'Imperial College de Londres a découvert que la photosynthèse oxygénée s'est produite au moins un milliard d'années avant l'évolution des cyanobactéries. leurs résultats, publié dans la revue Géobiologie , montrent que la photosynthèse oxygénée a pu évoluer très tôt au cours des 4,5 milliards d'années d'histoire de la Terre.

Auteur principal Dr Tanai Cardona, du Département des sciences de la vie de l'Impériale, a déclaré :« Nous savons que les cyanobactéries sont très anciennes, mais nous ne savons pas exactement quelle est son ancienneté. Si les cyanobactéries sont, par exemple, Il y a 2,5 milliards d'années, cela signifierait que la photosynthèse oxygénée aurait pu commencer il y a 3,5 milliards d'années. Cela suggère qu'il ne faudra peut-être pas des milliards d'années pour qu'un processus comme la photosynthèse oxygénée démarre après l'origine de la vie. »

Si la photosynthèse oxygénée a évolué tôt, cela pourrait signifier qu'il s'agit d'un processus relativement simple à faire évoluer. La probabilité qu'une vie complexe émerge dans une exoplanète lointaine peut alors être assez élevée.

Il est difficile pour les scientifiques de savoir quand les premiers producteurs d'oxygène ont évolué en utilisant les archives rocheuses sur Terre. Plus les rochers sont vieux, plus ils sont rares, et plus il est difficile de prouver de manière concluante que les microbes fossiles trouvés dans ces roches anciennes utilisaient ou produisaient une quantité d'oxygène.

Au lieu, l'équipe a étudié l'évolution de deux des principales protéines impliquées dans la photosynthèse oxygénée.

Au premier stade de la photosynthèse, les cyanobactéries utilisent l'énergie lumineuse pour diviser l'eau en protons, des électrons et de l'oxygène à l'aide d'un complexe protéique appelé Photosystème II.

Le photosystème II est composé de deux protéines appelées D1 et D2. Initialement, les deux protéines étaient les mêmes, mais bien qu'ils aient des structures très similaires, leurs séquences génétiques sous-jacentes sont maintenant différentes.

Cela montre que D1 et D2 ont évolué séparément - chez les cyanobactéries et les plantes, elles ne partagent que 30 pour cent de leur séquence génétique. Même sous leur forme originale, D1 et D2 auraient pu effectuer une photosynthèse oxygénée, Donc, savoir depuis combien de temps ils étaient identiques pourrait révéler quand cette capacité a évolué pour la première fois.

Pour connaître la différence de temps entre D1 et D2 étant 100 pour cent identique, et ils n'étant qu'à 30 pour cent les mêmes dans les cyanobactéries et les plantes, l'équipe a déterminé à quelle vitesse les protéines changeaient - leur taux d'évolution.

En utilisant des méthodes statistiques puissantes et des événements connus dans l'évolution de la photosynthèse, ils ont déterminé que les protéines D1 et D2 du photosystème II évoluaient extrêmement lentement, même plus lentement que certaines des protéines les plus anciennes de la biologie que l'on pense être présentes dans les premières formes de vie.

De là, ils ont calculé que le temps entre les protéines identiques D1 et D2 et les versions similaires à 30 pour cent dans les cyanobactéries et les plantes est d'au moins un milliard d'années, et pourrait être plus que cela.

Le Dr Cardona a déclaré :« Habituellement, l'apparition de la photosynthèse oxygénée et des cyanobactéries sont considérées comme la même chose. Donc, pour savoir quand l'oxygène était produit pour la première fois, les chercheurs ont essayé de trouver quand les cyanobactéries ont évolué pour la première fois.

"Notre étude montre plutôt que la photosynthèse oxygénée a probablement commencé bien avant l'apparition de l'ancêtre le plus récent des cyanobactéries. Ceci est en accord avec les données géologiques actuelles qui suggèrent que des bouffées d'oxygène ou des accumulations localisées d'oxygène étaient possibles il y a trois milliards d'années.

"Par conséquent, l'origine de la photosynthèse oxygénée et l'ancêtre des cyanobactéries ne représentent pas la même chose. Il pourrait y avoir un très grand écart de temps entre l'un et l'autre. C'est un énorme changement de perspective."

Maintenant, l'équipe essaie de recréer à quoi ressemblait le photosystème avant que D1 et D2 n'évoluent en premier lieu. En utilisant la variation connue des codes génétiques du photosystème parmi toutes les espèces vivantes aujourd'hui, ils essaient de reconstituer le code génétique ancestral du photosystème.