Selon les chercheurs du MIT, des bactéries capables de photosynthèse existaient au moins 360 millions d’années avant le Grand événement d’oxydation.
Sur Terre, respirer signifie vivre. Pourtant, pendant les deux premiers milliards de l’existence de notre planète, l’oxygène était rare. Cela ne veut pas dire qu’il n’y a jamais eu de vie sur Terre depuis tout ce temps, mais que la vie était plus rare et très différente de ce que nous connaissons. Alors que des bactéries plus complexes entraient en scène, tout a commencé à changer, déclenchant ce que les scientifiques appellent un grand événement d’oxydation. Mais quand tout cela est-il vraiment arrivé ? Et comment ça s’est passé ?
Une nouvelle technique d’analyse génétique a fourni des indices sur une nouvelle chronologie. Les estimations suggèrent qu’il a fallu 400 millions d’années de lumière solaire et d’émission d’oxygène avant que la Terre puisse vraiment prospérer. En d’autres termes, il y avait probablement sur notre planète des organismes capables de photosynthèse bien avant la Grande Oxydation. « Dans l’évolution, les choses commencent toujours petit – dit le géobiologiste Greg Fournier du Massachusetts Institute of Technology -. Bien qu’il existe des preuves d’une photosynthèse oxygénée précoce, qui est la percée évolutive la plus importante et la plus surprenante sur Terre, il a quand même fallu des centaines de millions d’années pour décoller.« .
Actuellement, il existe deux théories pour expliquer l’évolution de la photosynthèse chez une espèce particulière de bactéries, appelées cyanobactéries. Certains chercheurs pensent que le processus naturel de transformation de la lumière du soleil en énergie est arrivé assez tôt sur la scène évolutive, mais il a progressé comme « un fusible lent« . D’autres pensent que la photosynthèse a évolué plus tard, mais « a décollé comme une traînée de poudre ». Une grande partie du désaccord concerne l’hypothèse de la vitesse à laquelle les bactéries évoluent et les différentes interprétations des archives fossiles.
Fournier et ses collègues ont ajouté un nouvel élément analytique à l’évaluation des échantillons en examinant comment les bactéries peuvent parfois hériter de leur matériel génétique non seulement de leurs parents, mais aussi d’autres espèces éloignées. Cela peut se produire lorsqu’une cellule en « mange » une autre en incorporant ses gènes. Les scientifiques utilisent ces informations pour comprendre les âges liés à différents groupes bactériens, par exemple, en reliant ceux qui ont acquis de nouveaux gènes avec les espèces dont ils les ont obtenus et qui existaient simultanément sur Terre.
Ces relations peuvent donc être comparées à des tentatives de datation plus spécifiques, et à cette fin, les scientifiques ont analysé les génomes de milliers d’espèces bactériennes, dont des cyanobactéries, à la recherche de signes de transfert génétique horizontal. Au total, ils montrent dans une étude publiée sur Actes de la Royal Society B, 34 exemples clairs de transfert ont été identifiés, et en comparant six modèles de datation qui utilisent les séquences génétiques d’organismes pour retracer l’historique des changements génétiques, les auteurs ont constaté que l’un d’eux correspondait de manière plus cohérente. En choisissant ce modèle, l’équipe a fait des estimations pour déterminer l’âge réel des bactéries photosynthétiques.
Les résultats suggèrent que toutes les espèces de cyanobactéries vivant aujourd’hui ont un ancêtre commun, qui existait il y a environ 2,9 milliards d’années. Pendant ce temps, les ancêtres de cet ancêtre étaient dérivés de bactéries non photosynthétiques, il y a environ 3,4 milliards d’années. La photosynthèse a probablement évolué dans une période comprise entre ces deux dates.
Selon le modèle évolutif développé par l’équipe, les cyanobactéries ont effectué la photosynthèse au moins 360 millions d’années avant le grand événement d’oxygénation. Si elles étaient confirmées, ces données soutiendraient davantage l’hypothèse de « mèche lente« . « Ce nouvel article jette un nouvel éclairage essentiel sur l’histoire de l’oxygénation de la Terre en reliant les archives fossiles aux données génomiques, y compris les transferts horizontaux de gènes de nouvelles manières – a déclaré le biogéochimiste Timothy Lyons de l’Université de Californie à Riverside -. Les résultats parlent des débuts de la production biologique d’oxygène et de son importance écologique, d’une manière qui fournit des contraintes vitales sur les modèles et les contrôles sur la première oxygénation des océans et les accumulations ultérieures dans l’atmosphère « .