Les anciens microbes 'Asgard' auraient utilisé l'oxygène bien avant sa prolifération sur Terre, offrant un nouvel indice sur les origines de la vie complexe

États-Unis - Agence de presse Ekhbary

Découverte Révolutionnaire Réécrivant l'Histoire Évolutive : Les Anciens Microbes 'Asgard' Auraient Utilisé l'Oxygène Tôt

Dans une révélation scientifique susceptible de modifier fondamentalement notre compréhension des origines de la vie sur Terre, une étude récente indique qu'un groupe de microbes anciens, scientifiquement désignés sous le nom d'archées Asgard (Asgard archaea), qui sont les plus proches parents microbiens connus des plantes et des animaux, pourraient avoir développé la capacité d'utiliser l'oxygène et d'en tirer de l'énergie des millions d'années avant que ce gaz ne se répande dans l'atmosphère terrestre. Cette découverte, publiée dans la revue 'Nature,' offre une perspective nouvelle sur l'un des mystères les plus profonds de la biologie : comment les premières cellules complexes, progénitrices de toutes les formes de vie complexes que nous connaissons aujourd'hui, des arbres imposants aux humains, sont apparues.

Pendant longtemps, les scientifiques ont présumé que ces microorganismes anciens préféraient les environnements dépourvus d'oxygène. Cependant, une nouvelle enquête génétique complète menée sur des échantillons de boue marine et d'eau de mer révèle une surprise stupéfiante : ces organismes possèdent la 'machinerie moléculaire' qui leur permet de traiter l'oxygène et potentiellement de le convertir en énergie. Cette découverte conteste les hypothèses antérieures et présente une explication plausible de l'événement symbiotique pivot entre un microbe simple et une bactérie, qui a finalement conduit à la formation des premières cellules complexes (eucaryotes).

Les mitochondries, les centrales énergétiques au sein des cellules complexes, proviennent de bactéries qui nécessitent de l'oxygène pour survivre. Traditionnellement, on pensait que les 'Archées' (l'un des trois grands domaines de la vie) servaient d'hôtes à ces bactéries dans le récit évolutif, et que beaucoup étaient adaptées à survivre dans des conditions anaérobies (sans oxygène). La nouvelle étude, cependant, suggère que les archées Asgard, l'hôte probable, auraient pu être significativement plus tolérantes à l'oxygène qu'on ne le pensait auparavant.

Le Dr. Brett Baker, professeur associé en sciences marines à l'Université du Texas à Austin et co-auteur de l'étude, a déclaré dans un communiqué de presse : "La plupart des archées Asgard vivantes aujourd'hui ont été trouvées dans des environnements dépourvus d'oxygène. Mais il s'avère que les lignées les plus étroitement liées aux eucaryotes habitent des endroits riches en oxygène, tels que les sédiments côtiers peu profonds et le plancton flottant dans la colonne d'eau, et elles possèdent de nombreuses voies métaboliques qui utilisent l'oxygène. Cela suggère fortement que notre ancêtre eucaryote commun possédait probablement ces processus également."

Les archées Asgard, nommées d'après le royaume des dieux dans la mythologie nordique, ont été identifiées pour la première fois en 2015 lorsque les chercheurs ont reconstruit leurs génomes à partir d'échantillons de sédiments des grands fonds marins près de la source hydrothermale Loki’s Castle. Ces recherches ont conduit à l'établissement du superphylum Asgard, englobant des groupes d'archées comme Lokiarchaeota, Thorarchaeota et Odinarchaeota. Des études ultérieures ont indiqué que ces archées portent de multiples gènes de 'signature eucaryote', suggérant un lien ancestral étroit avec les eucaryotes – des organismes caractérisés par des cellules contenant un noyau et des organites membranaires.

Pour étudier comment les archées Asgard auraient pu tolérer l'oxygène, l'équipe de recherche a concentré ses recherches dans la mer de Bohai et le bassin de Guaymas, des environnements connus pour abriter des communautés microbiennes florissantes. Ils ont méticuleusement analysé environ 15 téraoctets d'ADN environnemental extrait de sédiments marins, reconstruisant avec succès plus de 13 000 génomes microbiens et isolant des centaines de séquences génétiques spécifiques aux Asgard.

La Dre Kathryn Appler, chercheuse postdoctorale à l'Institut Pasteur à Paris et co-auteure de l'étude, a commenté : "Ces archées Asgard sont souvent négligées dans les efforts de séquençage à faible couverture. Cependant, l'effort de séquençage extensif et l'intégration de diverses méthodologies de séquençage et structurelles nous ont permis de discerner des motifs qui étaient auparavant invisibles avant cette expansion génomique."

Parmi ces motifs identifiés figuraient des gènes associés à la respiration aérobie – le processus dépendant de l'oxygène que de nombreux organismes emploient pour extraire efficacement de l'énergie supplémentaire des nutriments. De plus, l'équipe a utilisé un outil d'intelligence artificielle, AlphaFold2, pour prédire les structures protéiques, renforçant ainsi leurs preuves de la présence de machinerie moléculaire tolérante à l'oxygène au sein de ces anciens microbes.

Notamment, une branche spécifique des archées Asgard, connue sous le nom de Heimdallarchaeia (nommée d'après le gardien des dieux nordiques), s'est révélée particulièrement significative. Les chercheurs ont rapporté que de nombreux génomes de Heimdallarchaeia contiennent des composants des systèmes moléculaires responsables du transport d'électrons et de la production d'énergie utilisant l'oxygène, ainsi que des enzymes qui aident à gérer les sous-produits toxiques de l'oxygène. Si ces capacités de gestion de l'oxygène étaient effectivement présentes chez l'ancêtre archéen des cellules complexes, cela simplifie considérablement le récit de la fusion symbiotique cruciale.

Le Dr. Baker a conclu : "L'oxygène est apparu dans l'environnement, et les archées Asgard s'y sont adaptées. Elles ont trouvé un avantage énergétique à utiliser l'oxygène, ce qui a ensuite ouvert la voie à leur évolution en eucaryotes." Ces résultats n'éclairent pas seulement les origines de la vie complexe, mais pourraient également ouvrir de nouvelles voies pour la compréhension de l'évolution microbienne et de leur remarquable adaptabilité aux conditions environnementales changeantes.

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