Les scientifiques ont reconstitué les processus biologiques de certaines des premières formes de vie sur Terre, une avancée qui pourrait aider à trouver de la vie extraterrestre sur d’autres planètes ayant des atmosphères similaires à celles de la Terre primitive.
Les chercheurs, dont ceux de l’Université de Californie (UC) – Riverside aux Etats-Unis, affirment que les premières formes de vie sur Terre, y compris les bactéries et les organismes unicellulaires appelés archées, vivaient sur une planète principalement océanique sans couche d’ozone pour les protéger des radiations du soleil.
Ces microbes possédaient des protéines appelées rhodopsines qui ont la capacité de transformer la lumière du soleil en énergie, l’utilisant pour alimenter les processus cellulaires.
Les rhodopsines sont liées aux cellules des bâtonnets et des cônes de l’œil humain qui permettent aux gens de différencier la lumière de l’obscurité et de voir les couleurs. Elles sont également présentes dans les organismes modernes et dans des environnements tels que les étangs salés qui présentent un arc-en-ciel de couleurs vives.
Dans la nouvelle étude, publiée récemment dans le journal Molecular Biology and Evolution, les scientifiques ont utilisé l’intelligence artificielle pour analyser les séquences des éléments constitutifs de la protéine rhodopsine dans le monde entier, et ont suivi leur évolution dans le temps.
Ils ont ensuite créé une sorte d’arbre généalogique qui leur a permis de reconstituer la protéine il y a 2,5 à 4 milliards d’années, ainsi que les conditions auxquelles elle était probablement confrontée lorsque la vie est apparue sur Terre.
“Sur la Terre primitive, l’énergie pouvait être très rare. Les bactéries et les archées ont trouvé le moyen d’utiliser l’énergie abondante du soleil sans les biomolécules complexes nécessaires à la photosynthèse”, a déclaré Edward Schwieterman, co-auteur de l’étude et astrobiologiste de l’UC Riverside, dans un communiqué.
Alors que les versions modernes de la protéine absorbent la lumière bleue, verte, jaune et orange, les scientifiques affirment que les rhodopsines anciennes étaient réglées pour absorber principalement la lumière bleue et verte.
“La vie telle que nous la connaissons est autant une expression des conditions de notre planète que de la vie elle-même. Nous avons ressuscité d’anciennes séquences d’ADN d’une seule molécule, et cela nous a permis d’établir un lien avec la biologie et l’environnement du passé”, a déclaré le responsable de l’étude, Betul Kacar, de l’université du Wisconsin-Madison.
Dans la Terre ancienne, sans l’avantage d’une couche d’ozone, les scientifiques affirment que des microbes vieux de plusieurs milliards d’années vivaient à plusieurs mètres de profondeur dans la colonne d’eau pour se protéger du rayonnement UVB intense à la surface.
Ils affirment que les rhodopsines les plus anciennes absorbaient principalement la lumière bleue et verte qui pénètre le mieux dans l’eau.
“Cela pourrait être la meilleure combinaison de protection et de capacité d’absorption de la lumière pour l’énergie”, a déclaré le Dr Schwieterman.
Lorsque l’atmosphère terrestre a commencé à connaître une augmentation de la quantité d’oxygène il y a plus de 2 milliards d’années, les chercheurs affirment que les rhodopsines ont évolué pour absorber d’autres couleurs de lumière.
Les versions modernes de la protéine absorbent des couleurs de lumière que les pigments de chlorophylle des plantes ne peuvent pas absorber.
“Cela suggère une coévolution, en ce sens qu’un groupe d’organismes exploite la lumière non absorbée par l’autre. Cela pourrait être dû au fait que les rhodopsines se sont développées en premier et ont éliminé la lumière verte, de sorte que les chlorophylles se sont développées plus tard pour absorber le reste. Ou bien cela a pu se produire dans l’autre sens”, a déclaré le Dr Schwieterman.
Dans des études ultérieures, les scientifiques espèrent ressusciter des rhodopsines modèles en laboratoire en utilisant des techniques de biologie synthétique.
“Nous fabriquons l’ADN ancien à l’intérieur de génomes modernes et reprogrammons les insectes pour qu’ils se comportent comme nous pensons qu’ils le faisaient il y a des millions d’années. La rhodopsine est un excellent candidat pour les études de laboratoire sur les voyages dans le temps”, explique le Dr Kacar.
Les chercheurs espèrent également appliquer leurs nouvelles connaissances à la recherche dans le ciel de signes de vie sur d’autres planètes.
Ils affirment que les caractéristiques de la protéine rhodopsine, notamment sa simplicité structurelle et sa variabilité fonctionnelle, en font un banc d’essai pour l’évaluation des molécules caractéristiques de la vie sur d’autres “planètes à dominante microbienne” potentielles.”
“La Terre primitive est un environnement étranger par rapport à notre monde actuel. Comprendre comment les organismes d’ici ont changé avec le temps et dans différents environnements va nous apprendre des choses cruciales sur la façon de rechercher et de reconnaître la vie ailleurs”, a déclaré le Dr Schwieterman.
