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La vie utiliserait l'oxygène depuis 2,9 milliards d'années

La découverte de la photosynthèse par la vie daterait de plus de 3 milliards d’années mais à partir de quand l’utilisation de l’oxygène par des organismes vivants est-elle avérée ? Selon un groupe de chercheurs ayant calibré une horloge moléculaire, basée sur la structure en 3D des protéines, cet événement se serait produit sur Terre il y a environ 2,9 milliards d’années.

Au moment de la Grande Oxydation, l'oxygène dissous dans l'océan a commencé à être libéré dans l'atmosphère il y a environ 2,5 à 2,4 milliards d'années. © layoutsparks.com Au moment de la Grande Oxydation, l'oxygène dissous dans l'océan a commencé à être libéré dans l'atmosphère il y a environ 2,5 à 2,4 milliards d'années. © layoutsparks.com

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On ne sait toujours pas comment la vie est apparue sur Terre. On a tout récemment proposé de nouveaux environnements possibles où la chimie prébiotique aurait pu déboucher sur les premiers organismes vivants, à savoir les pierres ponces et les volcans de boue d'Isua. En tout état de cause, il semble probable que la vie utilisait la photosynthèse pour tirer son énergie du Soleil il y a au moins 3,3 milliards d’années.

Si les premières formes de vie ont commencé à respirer l'oxygène de l'atmosphère de la Terre il y a 2,48 milliards d'années (c'est-à-dire pendant que se produisait la Grande Oxydation), la vie elle-même utiliserait l'oxygène depuis une date plus ancienne, d'après un groupe de chercheurs qui vient de publier un article sur ce sujet dans la revue Structure.

Pour arriver à cette conclusion, le bio-informaticien Gustavo Caetano-Anollés a mis au point, avec des collègues coréens et chinois, une horloge moléculaire basée sur la conformation, c'est-à-dire la structure en trois dimensions, de certaines protéines. On sait qu’il ne suffit pas de donner l’enchaînement des acides aminés d’une protéine pour comprendre ses propriétés. Le fait que la chaîne moléculaire se replie pour former des structures complexes en 3D est aussi important.

Des exemples de modélisations de différentes catalases, des enzymes. © RCSB Protein Data Bank
Des exemples de modélisations de différentes catalases, des enzymes. © RCSB Protein Data Bank

Cette structure en 3D serait plus stable d’un point de vue évolutif et permettrait donc de dater la phylogénèse des organismes sur de longues périodes de temps. Les biologistes ont étudié les protéines et leurs repliements les plus simples, sous l’hypothèse qu’il s’agissait des plus anciennes, dans environ mille types d'organismes.

Pour calibrer l’horloge obtenue, les chercheurs ont utilisé des archives géologiques de la Terre constituées de microfossiles. Au final, il semblerait que les plus anciennes réactions biochimiques faisant intervenir l’utilisation de l’oxygène par un organisme vivant soient associées à la synthèse du pyridoxal. C’est l’une des trois formes de vitamine B6, avec la pyridoxamine et la pyridoxine.

Une réponse évolutive à une abondance d'eau oxygénée ?

Cela se serait produit il y a environ 2,9 milliards d’années de façon concomitante de l’apparition de protéines particulières, des enzymes, plus particulièrement ici des catalases à manganèse. Or, on sait que celles issues de bactéries ont pour rôle biologique de détruire le peroxyde d'hydrogène (l’eau oxygénée) en catalysant sa dismutation en oxygène et en eau.

Cela a conduit les chercheurs à l’hypothèse que la découverte de la respiration s’est faite au moment où du peroxyde d'hydrogène était abondant. Selon certains géochimistes, c’était bien le cas il y a 2,9 milliards d’années du fait de la présence importante de glaciers exposés au rayonnement solaire. D’autres ne partagent pas cette hypothèse. Timothy Lyons, géochimiste à l'université de Californie (Riverside), est sceptique : « Il y a peu de preuves directes d'un pic de peroxyde d'hydrogène à ce moment-là » dit-il. Pourtant, il reconnaît que l'étude effectuée est une tentative intéressante pour dater et trouver l'origine évolutive du métabolisme aérobie, une étape importante ayant mené du Big Bang au vivant.


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