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La vie microbienne dans le bassin inférieur des geysers de Yellowstone pourrait fournir des indices sur l’évolution de l’exploitation de l’oxygène par la vie, selon une analyse récente réalisée par des chercheurs de l’université d’État du Montana.

Les habitants des sources Octopus et Conch du bassin vivent dans des structures gélatineuses en forme de varech qui s’agitent furieusement dans les courants surchauffés, qui oscillent autour de 88 degrés Celsius (190 degrés Farenheit). Génétiquement similaires aux anciennes bactéries et archées, leur existence est une fenêtre sur la soupe primordiale à partir de laquelle la vie a émergé.

Bien que ces communautés microbiennes partagent de nombreux traits, les environnements des sources sont différents sur quelques points fondamentaux.

La source Octopus a des niveaux d’oxygène dissous beaucoup plus élevés (environ 20 micromolaires) que la source Conch voisine, qui, avec moins de 1 micromolaire d’oxygène dissous, n’en a pratiquement pas.

Par ailleurs, la source Conch contient beaucoup plus de sulfure dissous hautement toxique (plus de 120 micromolaires) que la source Octopus (moins de 2 à 3 micromolaires).

Ces différences chimiques signifient que les comparaisons entre les communautés de chaque source peuvent nous aider à comprendre comment la vie a survécu avant – et pendant – le grand événement d’oxydation (GOE) qui a inondé l’atmosphère presque dépourvue d’oxygène de la Terre avec notre gaz favori il y a environ 2,5 milliards d’années.

Les premiers microbes de la Terre ont sans aucun doute développé des moyens d’intégrer des traces d’oxygène dans leur biochimie, mais l’apparition d’un oxygène moléculaire hautement réactif aurait exigé l’évolution de toutes nouvelles tactiques de défense.

De plus, à des concentrations élevées, les sulfures peuvent bloquer les mécanismes de respiration des organismes aérobies actuels, ce qui soulève des questions sur la manière dont la vie ancienne dans les sources thermales a pu évoluer pour combattre et utiliser les niveaux croissants d’oxygène.

Avec leurs niveaux d’oxygène et de sulfure radicalement différents, les sources peuvent être considérées comme des substituts de la vie de part et d’autre du GOE, ce qui donne aux chercheurs un terrain idéal pour trouver des indices sur cette transition vitale.

L’étude a été dirigée par le géomicrobiologiste Bill Inskeep, qui étudie les microbes de Yellowstone qui aiment la chaleur depuis 1999.

« Il serait très difficile de reproduire ce type d’expérience en laboratoire ; imaginez que vous essayez de créer des courants d’eau chaude avec les bonnes quantités d’oxygène et de sulfure », explique M. Inskeep.

« C’est ce qui est si intéressant dans l’étude de ces environnements. Nous pouvons faire ces observations dans les conditions géochimiques exactes dont ces organismes ont besoin pour prospérer ».

En analysant les gènes des échantillons de microbes et leurs produits, l’équipe a pu comparer la diversité microbienne et l’activité respiratoire dans les deux sources.

« Les communautés de streamers sont des structures suffisamment grandes pour être visibles à l’œil nu », a écrit Inskeep pour Nature’s Research Communities.

« Cette réalité physique nous informe que l’échange de gaz est nécessaire pour une croissance optimale, qui est également influencée par l’oscillation rapide de grandes structures filamenteuses qui créent des turbulences et augmentent probablement les taux d’échange de gaz avec l’atmosphère.

Dans l’environnement à forte teneur en oxygène de la source Octopus, il y avait une plus grande diversité de microbes avides d’oxygène qui doivent manger d’autres organismes pour survivre (plutôt que de fabriquer leur propre nourriture par des réactions chimiques, comme le font parfois d’autres microbes).

En fait, la vie dans la source Octopus était plus diversifiée en général. Presque tous les micro-organismes qui s’y trouvaient possédaient des gènes actifs pour la respiration de l’oxygène.

Mais même dans la source Conch, sulfureuse et asphyxiante, qui présentait une diversité microbienne beaucoup plus faible dans ses courants « très morveux », le potentiel d’utilisation de l’oxygène semble être latent.

Une variété d’enzymes qui désamorcent l’oxygène en ajoutant de l’hydrogène ont été trouvées parmi les populations les plus communes et ont été produites dans les deux sources. Il est significatif que les enzymes ayant la plus grande affinité pour l’oxygène n’aient été exprimées que dans l’habitat présentant de fortes concentrations de sulfure.

« Ces oxygénases à forte affinité sont actives à des niveaux nanomolaires d’oxygène et expliquent la transcription élevée observée dans les conditions sulfureuses de Conch Spring », écrit Inskeep.

Leurs résultats montrent que ces microbes génétiquement anciens, qui aiment la chaleur, respirent à des niveaux d’oxygène habituellement considérés comme trop faibles pour permettre une telle tâche dans des conditions que nous considérerions aujourd’hui comme trop toxiques. Et s’ils y parviennent, pourquoi les formes de vie apparues avant le grand événement d’oxydation n’y parviendraient-elles pas ?

Il n’y avait peut-être pas grand-chose à faire dans les premiers jours de la Terre, mais certains métabolismes aérobies ont pu se contenter de juste assez d’oxygène pour transmettre des gènes qui se développeraient un jour dans une atmosphère riche en oxygène.

La prochaine fois que vous respirerez profondément, rappelez-vous que cela n’a pas toujours été aussi facile.

L’étude a été publiée dans Nature Communications.

Adaptation Terra Projects

Source : https://www.sciencealert.com/

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