L'évolution de la photosynthèse mieux documentée grâce à la découverte des plus anciens thylakoïdes chez les cyanobactéries fossiles

Catherine Demoulin, Yannick Lara, Alexandre Lambion et Emmanuelle Javaux du laboratoire Early Life Traces & Evolution de l'unité de recherche en astrobiologie de l'ULiège ont examiné d'énigmatiques microfossiles appelés Navifusa majensis (N. majensis) dans les schistes de la Formation McDermott en Australie, vieux de 1,75 milliard d'années, et dans les formations vieilles d'un milliard d'années de la RDCongo et de l'Arctique canadien. Des analyses ultrastructurales de cellules fossiles de 2 formations (Australie, Canada) ont révélé la présence de membranes internes dont la disposition, la structure fine et les dimensions permettent de les interpréter sans ambiguïté comme des membranes thylakoïdes, où se produit la photosynthèse oxygénée. Ces observations ont permis d'identifier SUBST majensis comme une cyanobactérie fossile.

Cette découverte met en perspective le rôle des cyanobactéries à membranes thylakoïdes dans l'oxygénation précoce de la Terre. Ils ont joué un rôle important dans l’évolution précoce de la vie et ont été actifs lors du Grand Événement d’Oxygénation (GOE), il y a environ 2,4 milliards d’années. Cependant, la chronologie des origines de la photosynthèse oxygénée et le type de cyanobactéries (protocyanobactéries — Avec ou sans thylakoïdes — ) en cause restent débattus, et la découverte des chercheurs de l'ULiège propose une nouvelle approche pour clarifier ces questions.

“Les plus anciens thylakoïdes fossiles connus remontent à environ 550 millions d'années. Ceux que nous avons identifiés prolongent donc le registre fossile de 1,2 milliard d'années”, explique le Professeur Emmanuelle Javaux, paléobiologiste et astrobiologiste, directrice du laboratoire Early Life Traces & Evolution à l'ULiège. .

“La découverte de thylakoïdes préservés dans N. majensis fournit la preuve directe d'un âge minimum d'environ 1,75 milliard d'années pour la divergence entre les cyanobactéries avec thylakoïdes et celles sans thylakoïdes.

Mais la découverte de l'équipe de l'ULiège ouvre la possibilité de découvrir des thylakoïdes dans des fossiles de cyanobactéries encore plus anciens, et de tester l'hypothèse selon laquelle l'émergence des thylakoïdes aurait pu jouer un rôle majeur dans la grande oxygénation de la Terre primitive il y a environ 2,4 milliards d'années. Cette approche permet également d'examiner le rôle du dioxygène dans l'évolution de la vie complexe (eucaryote) sur notre planète, incluant l'origine et la diversification précoce des algues qui hébergent des chloroplastes issus de cyanobactéries.

“La vie microscopique est belle, c'est la forme de vie la plus diversifiée et la plus abondante sur Terre depuis l'origine de la vie. L'étude de ses archives fossiles à l'aide de nouvelles approches nous permettra de comprendre comment la vie a évolué sur au moins 3,5 milliards d'années. Certaines de ces recherches racontent également nous comment rechercher des traces de vie au-delà de la Terre ! », conclut Emmanuelle Javaux.