Proterocladus antiquus, une algue verte fossile d’un milliard d’années. © Virginia Tech
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Cette algue d'un milliard d'années pourrait être à l'origine de toutes les plantes

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Un fossile d'algue verte multicellulaire découvert en Chine et daté d'un milliard d'années repousse la date d'apparition de cette forme de vie, qui a donné lieu par la suite à toutes les plantes vertes que nous connaissons. Cette espèce ressemble à des algues modernes qui tapissent l'océan.

À l'œil nu, cette trace de filament brun mesure à peine deux millimètres. Il s'agit pourtant de la plus ancienne algue verte multicellulaire du monde, affirme une nouvelle étude du Virginia Tech parue dans Nature Ecology & Evolution. Âgée d'un milliard d'années, elle constituerait l'ancêtre commun de toutes les plantes terrestres, qui sont apparues sur Terre 500 millions d’années plus tard. Cette minuscule algue, nommée Proterocladus antiquus, a été découverte dans la formation rocheuse de Nanfen, au nord de la province de Liaoning, à la frontière entre la Chine et la Corée du Nord. Vivant probablement dans un océan peu profond, elle a été « cuite » sous un épais tapis de sédiments, la préservant ainsi à l'intérieur de la roche.

Algue rouge ou algue verte, qui fut la première ?

La question de l'apparition des plantes, vitales à l'équilibre de la planète grâce à la photosynthèse et à leur rôle dans l'écosystème global, demeure hautement débattue dans la communauté scientifique. Les fossiles sont rares, fragmentés, et souvent sujets à controverses. En 2017, un fossile d’algue rouge de 1,6 milliard d'années a été découvert en Inde, mais de nombreux chercheurs sont restés dubitatifs aussi bien sur la nature de l'algue que sur sa datation. En 2018, une autre algue rouge de 1,05 milliard d'années avait été décrite. Les plantes vertes (chlorophytes) seraient donc apparues sensiblement au même moment. La question est aussi de savoir si les algues ont colonisé les eaux douces depuis la mer, ou si elles sont au contraire nées dans les lacs et rivières avant d'atteindre les océans.

Proterocladus antiquus poussait en touffes denses au fond de l’océan, ce qui lui permettait de coloniser de grandes surfaces. © Dinghua Yang

Une ressemblance frappante avec certaines algues modernes

En examinant la structure et les ramifications de l'algue, les chercheurs ont pu déduire que Proterocladus antiquus poussait probablement dressée au fond de la mer, en s'agrégeant sous forme de touffes denses. « Le fossile que nous avons trouvé ressemble d'ailleurs à de nombreuses algues vertes modernes, notamment les siphonocladaceae », explique Shuhai Xiao, coauteur de l'étude. Si Proterocladus antiquus appartient bien à cette famille, cela suggère qu'elle serait bien native de l'océan et non pas dérivée d'une algue d'eau douce. « La présence abondante de Proterocladus dans la formation de Nanfen indique que les chlorophytes ont certainement joué un rôle écologique et géobiologique important, au moins au niveau local », soulignent les auteurs, en favorisant notamment l'enfouissement du carbone dans les environnements côtiers.

  • Âgée d’un milliard d’années, Proterocladus antiquus est la plus ancienne algue chlorophyte connue à ce jour.
  • Elle serait à la base de toutes les plantes terrestres que nous connaissons aujourd’hui.
  • Cette algue a certainement joué un grand rôle écologique dans le développement des écosystèmes côtiers.
Pour en savoir plus

Toutes les plantes descendraient bien d'un unique ancêtre lointain

Article de Bruno Scala publié le 22/02/2012

Il y a plus d'un milliard d'années, une cellule à noyau concluait un accord avec une cyanobactérie : la photosynthèse de la seconde contre l'hébergement dans la quiétude de la première. En français, c'est une endosymbiose. Elle est à l'origine des plantes actuelles, ou « lignée verte ». Comment s'est passé cet événement fondateur ? Combien de fois a-t-il eu lieu ? Le génome d'un glaucophyte, organisme unicellulaire, indique qu'il ne s'est produit qu'une seule fois. Oui, la lignée verte serait monophylétique...

Toutes les plantes et les algues chlorophylliennes (ce que l'on appelle la lignée verte) sont issues d'une endosymbiose entre une cyanobactérie et un organisme unicellulaire. L'ensemble a évolué en un organisme contenant un chloroplaste et se développant grâce à la photosynthèse. Mais se prononcer sur le nombre d'occurrences de cet événement est une tâche difficile qui fait débat au sein de la communauté scientifique. De nouveaux travaux indiquent que cette endosymbiose n'a eu lieu qu'une seule fois et que les plantes (au sens strict, Archaeplastida ou lignée verte) constituent donc un groupe monophylétique.

Cet ancêtre monocellulaire de toutes les plantes est rapproché d'un groupe actuel, celui des glaucophytes. Ces modestes organismes intéressent particulièrement les évolutionnistes car ils sont ce que certains appellent (faussement) des fossiles vivants. C'est-à-dire qu'ils n'ont pas beaucoup changé depuis leur formation, il y a plus d'un milliard d'années. Tellement peu qu'il a fallu du temps afin que les chloroplastes qu'ils contiennent soient identifiés comme tels.

La même endosymbiose pour toutes les plantes

Un autre atout de ces organismes, et plus particulièrement de Cyanophora paradoxa, est au centre des travaux en question : ils forment une branche basale de l'arbre contenant toutes les plantes et les algues dont l'existence découle d'une endosymbiose.

Phylogénie globale de la lignée verte. © D'après Tree of Life Project

Les chercheurs (une large équipe internationale) ont analysé le génome de C. paradoxa, qui contient environ 70 millions de paires de bases. Ils y ont trouvé des traces d'un ancien parasite bactérien, de type Chlamydia. Une caractéristique que partagent également les organismes en apex de l'arbre phylogénétique. Leurs résultats sont présentés dans Science.

Ménage à trois : endosymbiose et parasitisme

Au cours d'un transfert horizontal, ce parasite bactérien a fourni au couple cyanobactérie-cellule (chloroplaste-glaucophyte) les gènes nécessaires aux échanges de nourriture. Un outil indispensable à l'endosymbiose, donc, et que les scientifiques n'avaient jusqu'à présent pas retrouvé chez C. paradoxa.

Que les glaucophytes d'une part et les algues et plantes d'autre part soient issus d'une endosymbiose utilisant les mêmes mécanismes est une preuve suffisante pour conclure que cette endosymbiose a eu lieu une seule fois, avant la divergence des glaucophytes, et que les Archaeplastida forment un groupe monophylétique. La thèse de la paraphylie nécessite en effet l'occurrence de davantage de transferts de gènes horizontaux ou de réversions.

Selon les auteurs, cet événement se serait produit il y a 1,6 milliard d'années environ, à un moment où, à cause du manque de nourriture et de l'augmentation de lumière du soleil, il était plus avantageux pour les organismes prédateurs de cyanobactéries de profiter de cette capacité à utiliser la lumière via la photosynthèse.

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