Blog

Oct 12, 2023

Restes d'un monde éteint d'organismes disque

Jusqu'à présent, certains biomarqueurs, les « protostéroïdes », ont

Jusqu'à présent, certains biomarqueurs, les « protostéroïdes », ont été négligés en tant que témoins fossiles de la vie primordiale.

GFZ GeoResearch Center Potsdam, Centre Helmholtz

image : Imagination d'artiste d'un assemblage d'organismes eucaryotes primordiaux du « Protosterol Biota » habitant un tapis bactérien au fond de l'océan. Sur la base de fossiles moléculaires, les organismes du Protosterol Biota vivaient dans les océans il y a environ 1,6 à 1,0 milliard d'années et sont nos premiers ancêtres connus (crédit : Orchestrated in MidJourney by TA 2023).Voir plus

Crédit : Orchestré à MidJourney par TA 2023

Les signatures de biomarqueurs récemment découvertes indiquent toute une gamme d'organismes jusque-là inconnus qui dominaient la vie complexe sur Terre il y a environ un milliard d'années. Ils différaient de la vie eucaryote complexe telle que nous la connaissons, comme les animaux, les plantes et les algues dans leur structure cellulaire et leur métabolisme probable, qui était adapté à un monde qui avait beaucoup moins d'oxygène dans l'atmosphère qu'aujourd'hui. Une équipe internationale de chercheurs, dont le géochimiste du GFZ Christian Hallmann, rend compte maintenant de cette percée dans le domaine de la géobiologie évolutive dans la revue Nature.

Les "protostéroïdes" jusque-là inconnus se sont avérés étonnamment abondants tout au long du Moyen Âge de la Terre. Les molécules primordiales ont été produites à un stade antérieur de la complexité eucaryote, prolongeant le record actuel de stéroïdes fossiles au-delà de 800 et jusqu'à 1 600 millions d'années. Eucaryotes est le terme désignant un royaume de la vie comprenant tous les animaux, plantes et algues et se distinguant des bactéries en ayant une structure cellulaire complexe qui comprend un noyau, ainsi qu'une machinerie moléculaire plus complexe. "Le point culminant de cette découverte n'est pas seulement l'extension de l'enregistrement moléculaire actuel des eucaryotes", déclare Hallmann : "Étant donné que le dernier ancêtre commun de tous les eucaryotes modernes, y compris nous, les humains, était probablement capable de produire des stérols modernes" réguliers ", il y a de fortes chances que les eucaryotes responsables de ces signatures rares appartenaient à la tige de l'arbre phylogénétique ».

Aperçu sans précédent d'un monde perdu

Cette "tige" représente la lignée ancestrale commune qui était un précurseur de toutes les branches encore vivantes des eucaryotes. Ses représentants ont disparu depuis longtemps, mais des détails sur leur nature peuvent éclairer davantage les conditions entourant l'évolution de la vie complexe. Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour évaluer le pourcentage de protostéroïdes pouvant avoir une source bactérienne rare, la découverte de ces nouvelles molécules non seulement réconcilie les archives géologiques des fossiles traditionnels avec celle des molécules lipidiques fossiles, mais donne un aperçu rare et sans précédent d'un monde perdu de la vie antique. La disparition compétitive des eucaryotes du groupe souche, marquée par la première apparition de stéroïdes fossiles modernes il y a environ 800 millions d'années, peut refléter l'un des événements les plus incisifs de l'évolution d'une vie de plus en plus complexe.

"Presque tous les eucaryotes biosynthétisent des stéroïdes, tels que le cholestérol produit par les humains et la plupart des autres animaux", ajoute Benjamin Nettersheim de l'Université de Brême, premier auteur de l'étude - "en raison des effets potentiellement néfastes sur la santé des taux élevés de cholestérol chez l'homme, le cholestérol n'a pas la meilleure réputation d'un point de vue médical. Cependant, ces molécules lipidiques font partie intégrante des membranes cellulaires eucaryotes où elles contribuent à diverses fonctions physiologiques. En recherchant des stéroïdes fossilisés dans des roches anciennes, nous pouvons suivre l'évolution de plus en plus vie complexe".

Ce que le lauréat du prix Nobel croyait impossible...

Le lauréat du prix Nobel Konrad Bloch avait déjà spéculé sur un tel biomarqueur dans un essai il y a près de 30 ans. Bloch a suggéré que les intermédiaires à courte durée de vie dans la biosynthèse moderne des stéroïdes n'étaient peut-être pas toujours des intermédiaires. Il croyait que la biosynthèse des lipides évoluait parallèlement à l'évolution des conditions environnementales tout au long de l'histoire de la Terre. Contrairement à Bloch, qui ne croyait pas que ces anciens intermédiaires pourraient jamais être trouvés, Nettersheim a commencé à rechercher des protostéroïdes dans des roches anciennes qui ont été déposées à une époque où ces intermédiaires auraient pu en fait être le produit final.

Mais comment trouver de telles molécules dans les roches anciennes ? "Nous avons utilisé une combinaison de techniques pour convertir d'abord divers stéroïdes modernes en leur équivalent fossilisé, sinon nous n'aurions même pas su quoi chercher", explique Jochen Brocks, professeur à l'Université nationale australienne qui partage la première paternité de la nouvelle étude avec Nettersheim. Les scientifiques avaient négligé ces molécules pendant des décennies parce qu'elles ne se conformaient pas aux images de recherche moléculaire typiques. "Une fois que nous avons connu notre cible, nous avons découvert que des dizaines d'autres roches, extraites de cours d'eau vieux d'un milliard d'années à travers le monde, suintaient de molécules fossiles similaires."

Les échantillons les plus anciens avec le biomarqueur proviennent de la formation de Barney Creek en Australie et ont 1,64 milliard d'années. Les archives rupestres des 800 millions d'années suivantes ne donnent que des molécules fossiles d'eucaryotes primordiaux avant que les signatures moléculaires des eucaryotes modernes n'apparaissent pour la première fois à la période tonienne. Selon Nettersheim "la Transformation Tonienne apparaît comme l'un des tournants écologiques les plus profonds de l'histoire de notre planète". Hallmann ajoute que "les groupes souches primordiaux et les représentants eucaryotes modernes tels que les algues rouges peuvent avoir vécu côte à côte pendant plusieurs centaines de millions d'années". Pendant ce temps, cependant, l'atmosphère terrestre s'est de plus en plus enrichie en oxygène - un produit métabolique des cyanobactéries et des premières algues eucaryotes qui aurait été toxique pour de nombreux autres organismes. Plus tard, des glaciations mondiales "Snowball Earth" se sont produites et les communautés de protostérols se sont en grande partie éteintes. Le dernier ancêtre commun de tous les eucaryotes vivants a peut-être vécu il y a 1,2 à 1,8 milliard d'années. Ses descendants étaient probablement mieux à même de survivre à la chaleur et au froid ainsi qu'aux rayons UV et ont déplacé leurs parents primordiaux.

Étant donné que tous les eucaryotes du groupe souche sont éteints depuis longtemps, nous ne saurons jamais avec certitude à quoi ressemblaient la plupart de nos premiers parents, mais les efforts artistiques ont créé des visualisations provisoires (voir les images ci-jointes), tandis que les stéroïdes primordiaux pourraient éventuellement éclairer davantage leur biochimie et mode de vie. "La Terre a été un monde microbien pendant une grande partie de son histoire et a laissé peu de traces." conclut Nettersheim. La recherche à l'ANU, au MARUM et au GFZ continue de retracer les racines de notre existence - la découverte des protostérols nous rapproche maintenant de la compréhension de la façon dont nos premiers ancêtres ont vécu et évolué.

Nature

10.1038/s41586-023-06170-in

Étude observationnelle

N'est pas applicable

Monde perdu de la vie complexe et montée tardive de la couronne eucaryote

7 juin 2023

Aucun déclaré

Clause de non-responsabilité: AAAS et EurekAlert ! ne sont pas responsables de l'exactitude des communiqués de presse publiés sur EurekAlert! par les institutions contributrices ou pour l'utilisation de toute information via le système EurekAlert.