Comment la vie a-t-elle appris à respirer ? Une découverte majeure 🌱

La question de l'œuf ou de la poule prend une tournure scientifique lorsqu'il s'agit de déterminer si la production d'oxygène par la photosynthèse ou sa consommation par le métabolisme aérobie (comme la respiration) est apparue en premier. Une découverte fortuite pourrait bien apporter une réponse à ce mystère de l'évolution.

Une équipe internationale de chercheurs a identifié une molécule qui pourrait être le chaînon manquant entre la photosynthèse et le métabolisme aérobie. Cette molécule, appelée méthyl-plastoquinone, a été trouvée dans une bactérie utilisant l'azote, Nitrospirota, et présente des caractéristiques similaires à celles utilisées par les plantes pour la photosynthèse.


Les quinones, des molécules présentes dans toutes les formes de vie, étaient jusqu'à présent classées en deux catégories: celles nécessitant de l'oxygène et celles n'en nécessitant pas. La découverte de la méthyl-plastoquinone suggère l'existence d'un troisième type, potentiellement à l'origine des deux autres.

Cette découverte éclaire d'un nouveau jour le Grand Événement d'Oxydation, une période il y a environ 2,3 à 2,4 milliards d'années où les cyanobactéries ont commencé à produire de l'oxygène en quantité significative grâce à la photosynthèse. La présence de la méthyl-plastoquinone dans des bactéries respirant de l'oxygène avant cette période suggère que certaines bactéries avaient déjà la capacité d'utiliser l'oxygène avant même que les cyanobactéries ne commencent à en produire.

Les chercheurs estiment que cette molécule est une capsule temporelle, un fossile vivant qui a survécu pendant plus de 2 milliards d'années. Elle pourrait être la forme ancestrale des quinones, qui se sont ensuite diversifiées pour donner naissance à celles utilisées par les plantes et les mitochondries humaines.

Cette étude, publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, ouvre de nouvelles perspectives sur l'évolution du métabolisme aérobie et la manière dont les organismes ont appris à respirer l'oxygène en toute sécurité. Elle souligne également la sophistication des systèmes chimiques qui permettent à nos cellules de survivre dans un environnement riche en oxygène.


Cette recherche met également en lumière l'importance des mécanismes de protection contre les dommages causés par l'oxygène, qui ont permis la diversification de la vie telle que nous la connaissons aujourd'hui. La découverte de la méthyl-plastoquinone pourrait bien être la clé pour comprendre comment la vie a évolué pour s'adapter à un monde riche en oxygène.

Qu'est-ce que le Grand Événement d'Oxydation ?

Le Grand Événement d'Oxydation est une période cruciale dans l'histoire de la Terre, survenue il y a environ 2,3 à 2,4 milliards d'années. Il marque le moment où les cyanobactéries, un type d'algues, ont commencé à produire de l'oxygène en quantité significative grâce à la photosynthèse.

Cette production d'oxygène a radicalement transformé l'atmosphère terrestre, la rendant riche en oxygène et propice à la vie aérobie. Avant cet événement, l'atmosphère terrestre était pauvre en oxygène et la vie était principalement anaérobie.

Le Grand Événement d'Oxydation a permis l'émergence et la diversification des organismes aérobies, qui utilisent l'oxygène pour leur métabolisme. Cela a ouvert la voie à une complexification de la vie sur Terre, menant finalement à l'apparition des organismes multicellulaires et, bien plus tard, des humains.

Cependant, l'augmentation de l'oxygène dans l'atmosphère a également entraîné des changements environnementaux majeurs, y compris des extinctions massives d'organismes anaérobies qui ne pouvaient pas tolérer les niveaux élevés d'oxygène.

Comment les quinones influencent-elles le métabolisme ?

Les quinones sont des molécules essentielles présentes dans toutes les formes de vie. Elles jouent un rôle clé dans les processus métaboliques, notamment dans la chaîne de transport d'électrons, qui est cruciale pour la production d'énergie dans les cellules.

Il existe deux types principaux de quinones: les quinones aérobies, qui nécessitent de l'oxygène pour fonctionner, et les quinones anaérobies, qui n'en ont pas besoin. Les quinones aérobies sont utilisées par les plantes pour la photosynthèse et par les animaux et les bactéries pour respirer.

La découverte de la méthyl-plastoquinone, une troisième variante de quinone, suggère une transition évolutive entre les quinones anaérobies et aérobies. Cette molécule pourrait être un chaînon manquant dans l'évolution du métabolisme aérobie.

Les quinones sont donc fondamentales pour comprendre comment les organismes ont évolué pour utiliser l'oxygène de manière efficace et sûre, permettant ainsi la diversification de la vie sur Terre.