Pour étudier l’évolution du vivant, les chercheurs ont l’habitude de se baser sur des traces et marqueurs fossiles. Une démarche qui a toutefois ses limites au fur et à mesure que l’on remonte dans le temps. Les choses se compliquent en effet lorsque l’on quitte l’éon du Phanérozoïque pour entrer dans celui du Précambrien.
Au-delà de 600 millions d’années, les fossiles se font rares, pour deux raisons : la difficulté de conserver des traces interprétables dans un environnement en constante évolution et la difficulté à fossiliser ces organismes primitifs, souvent composés uniquement de tissus mous et fragiles.
De rares et précieuses traces existent cependant et ont permis ainsi de remonter jusqu’à 3,5 milliards d’années. C’est l’âge des plus anciennes traces de vie, des structures fossiles formées par des micro-organismes que l’on appelle des stromatolites.
Stromatolites retrouvés dans le craton de Pilbara et datant de 3,48 milliards d’années. © Hickman-Lewis et al. 2022, Geology
Les premiers temps de la vie : une période encore très floue
L’on sait donc que la vie terrestre est apparue très tôt dans l’histoire de la Terre, certainement aux alentours de 4 milliards d’années et qu’elle était alors de nature bactérienne. Mais comment la vie est-elle apparue et s’est-elle développée durant ces premiers millions d’années ? Le manque de données sur cette étape cruciale soulève de nombreuses hypothèses, impossibles à vérifier.
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Une nouvelle forme de vie découverte accidentellement sur la coque d’un bateau !
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Pour tenter de pallier ce problème, une équipe de chercheurs a développé une approche différente, basée sur la biologie synthétique. L’objectif ici n’est pas de retrouver les traces chimiques fossiles – par exemple, d’anciens enzymes qui ont permis à la vie primitive de se développer sur notre Planète – mais de les reconstruire à partir de souches actuelles, puis de les étudier en laboratoire.
Une enzyme ancestrale reconstituée en laboratoire
Les chercheurs ont donc reconstitué un « ancêtre » d’une enzyme appelée nitrogénase, que l’on retrouve chez certaines bactéries et qui permet la transformation du diazote (N2) en ammoniac (NH3), un composé utilisable par les organismes vivants.
Holly Rucker en train de travailler sur les bactéries portant l’enzyme reconstituée. © University of Wisconsin-Madison
« Il y a 3 milliards d’années, la Terre était très différente de ce que l’on connait aujourd’hui, explique Holly Rucker, co-auteur de l’étude publiée dans la revue Nature communications. Bien avant l’épisode de la Grande Oxydation, l’atmosphère contenait plus de dioxyde de carbone et de méthane et la vie reposait essentiellement sur des microbes anaérobies ». Comment ces microbes arrivaient-ils à extraire les nutriments comme l’azote de cet environnement ? Pour les scientifiques, la nitrogénase aurait pu jouer un rôle majeur, mais encore fallait-il le vérifier.
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La nitrogénase ancestrale reconstituée a donc été introduite dans des bactéries modernes et leur signature isotopique – telle qu’elle aurait pu être laissée dans des sédiments il y a 3 milliards d’années – a été analysée. Les résultats révèlent que cette signature chimique correspond bien à ce qui peut être détecté dans des roches fossiles. Ces travaux ont surtout permis de confirmer que cette signature isotopique pouvait bien être considérée comme une biosignature fiable.
Un résultat qui ouvre de nombreuses perspectives à la fois pour l’étude des origines de la vie terrestre, mais aussi pour la recherche de traces de vie sur d’autres planètes.