Les plus anciens thylakoïdes de cellules fossiles : une découverte majeure dans l’évolution des cyanobactéries

Des chercheurs du laboratoire Early Life Traces & Evolution de l’Université de Liège ont identifié des structures photosynthétiques au sein de cellules fossiles vieilles de 1 et de 1,75 milliard d’années. Ces structures, appelées membranes thylakoïdes, sont les plus anciennes jamais découvertes. Elles repoussent de 1,2 milliard d’années le registre fossile des thylakoïdes et apportent des informations nouvelles sur l’évolution des cyanobactéries responsables de l’accumulation de dioxygène (O₂) sur Terre. Cette découverte majeure est présentée dans la revue Nature.

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Catherine Demoulin, Yannick Lara, Alexandre Lambion et Emmanuelle Javaux du laboratoire Traces et évolution de la petite enfance de l’Unité de Recherche Astrobiologie à l’ULiège ont examiné des microfossiles appelés Navifusa majensis (N. majensis) dans des schistes argileux de trois formations en RDCongo et au Canada vieux de  1 milliard d’années et en Australie, datant de 1,75 milliard d’années. Dans les microfossiles des formations canadiennes et australiennes, les analyses ultrastructurales ont révélé la présence de membranes internes dont l’arrangement, la structure fine et les dimensions permettent de les interpréter sans aucun doute comme des thylakoïdes, là où la photosynthèse oxygénique se produit. Ceci a permis d’élucider l’identité de N. majensis comme étant des cyanobactéries à thylakoïdes.

Cette découverte remet ainsi en perspective le rôle des cyanobactéries pourvues de membranes thylakoïdes dans l’oxygénation de la Terre. La présence de dioxygène a joué un rôle important dans l’évolution de la vie précoce mais la chronologie de l’origine de la photosynthèse oxygénique et le type de cyanobactéries impliquées durant le Grand événement d’oxygénation (GOE), il y a environ 2,4 milliards d’années, sont débattus (proto-cyanobactéries ? cyanobactéries avec ou sans thylakoïdes ?). La découverte des chercheurs de l’ULiège offre une nouvelle approche pour résoudre ces questions.

« Les plus anciens fossiles de thylakoïdes connus dataient de 550 millions d’années environ. Ceux que nous avons identifiés permettent donc de repousser les archives fossiles de 1,2 milliard d’années », explique la Professeure Emmanuelle Javaux, paléobiologiste et astrobiologiste, directrice du laboratoire Traces et évolution de la petite enfance à l’ULiège.

« La découverte de thylakoïdes préservés au sein de N. majensis fournit une preuve directe d’un âge minimum d’environ 1,75 milliard d’années pour la divergence entre les cyanobactéries portant des thylakoïdes et celles sans thylakoïdes. »

Mais la découverte de l’équipe de l’ULiège laisse entrevoir la possibilité de découvrir des thylakoïdes dans des cyanobactéries fossiles plus anciennes encore, et de tester l’hypothèse selon laquelle le développement de thylakoïdes aurait pu jouer un rôle majeur au moment de l’accumulation massive d’oxygène sur la Terre, autour de 2,4 milliards d’années. Cette approche permet aussi d’examiner le rôle de l’oxygénation dans l’évolution de la vie complexe (eucaryote) sur notre planète et l’origine et la diversification des premières algues contenant des chloroplastes dérivés de cyanobactéries.

« La vie microscopique est belle et constitue la forme de vie la plus diversifiée et la plus abondante sur Terre depuis l’origine de la vie. Étudier ses archives fossiles avec de nouvelles approches permet de comprendre comment la vie a évolué depuis au moins 3,5 milliards d’années. Certaines de ces recherches nous expliquent même comment rechercher des traces de vie au-delà de la Terre !», conclut Emmanuelle Javaux.

Référence scientifique

Demoulin , CF , Lara , YJ , Lambion , A . et coll. Les thylakoïdes les plus anciens des cellules fossiles témoignent directement de la photosynthèse oxygénée. Nature (2024).

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Catherine Demoulin

Yannick Lara

Alexandre Lambion

Emmanuelle Javaux