La photosynthèse prend de l’âge : elle a 3,8 milliards d’années Par Quentin Mauguit

La photosynthèse prend de l’âge : elle a 3,8 milliards d’années

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La ville de Barberton (Afrique du Sud) et ses montagnes environnantes
peuvent être observées sur cette image prise par le satellite Landsat.
Les roches rouges dateraient de plus de trois milliards d'années. Elles
abritaient les plus vieilles traces connues de photosynthèse... jusqu'à
ce jour.



Voilà 3,8 milliards d’années, des bactéries oxydaient le fer présent en suspension dans l’eau. Elles étaient même assez sélectives, puisqu’un isotope leur convenait mieux que d’autres. Quoi qu’il en soit, cette découverte démontrerait l’existence d’une première forme de photosynthèse. Les plus vieilles roches sédimentaires du monde viennent de parler.


La photosynthèse pratiquée par les végétaux et certaines bactéries exploite la lumière solaire pour rompre des molécules d’eau, produire de l’énergie et rejeter un déchet
nommé dioxygène. Le fait est avéré avec certitude, ce processus
biologique serait au minimum vieux de 2,4 milliards d’années puisqu’il
participa à la crise écologique de la Grande Oxydation.

La photosynthèse serait cependant bien plus vieille, d’autant que sa
première version ne devait pas libérer de dioxygène dans le milieu, mais
oxyder des ions fer en suspension dans l’eau (Fe²⁺).


Les premières traces de cette photosynthèse
anoxygénique remonteraient à 3,4 milliards d’années selon une étude
parue en 2011. Elle s’appuie sur la découverte de films bactériens
dans la région de Barberton, en Afrique du Sud. La vie existait
cependant bien avant cette période.

La photosynthèse pourrait-elle être
encore plus ancienne qu’on le pense, comme le croit Andrew Czaja
de l’université de Cincinnati (Ohio, États-Unis) ? Pour le savoir, ce
chercheur a adopté une approche radicale : étudier les plus vieilles
roches sédimentaires de la planète, puisqu’elles pourraient avoir
conservé de précieux indices.


L’oxydation du fer dissous au sein des océans l’amène par la suite à précipiter puis à former des dépôts sur les fonds marins. Certains d’entre eux sont depuis remontés en surface dans la chaîne montagneuse d'Isua (au sud-ouest du Groenland), là où les roches ont environ 3,8 milliards d’années. Des résidus d’oxydes de fer de l'époque ont dès lors pu être récoltés puis analysés. Seule
l’existence d’une forme de photosynthèse permettrait d’expliquer les
résultats obtenus avec les analyses isotopiques !



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Vue aérienne de la chaîne d'Isua dans le sud-ouest du Groenland. Ce site fait 30 km de long et entre 1 et 4 km de largeur.




Des bactéries friandes de fer


Les échantillons ont subi diverses analyses afin de livrer leur composition précise en isotopes du fer. Une première conclusion s’est imposée : l’un d’entre eux, le ⁵⁶Fe,
le plus fréquent, est surreprésenté. Problème : sa présence dans le
dépôt ne peut pas être expliquée par une oxydation en présence de
dioxygène dans le milieu océanique.
Autre point important, la composition en isotopes varie subtilement au
sein des échantillons. Il n’en fallait pas plus à Andrew Czaja et à ses
collaborateurs.


Seule l’action de bactéries photosynthétiques permettrait d’obtenir ces résultats. En effet, ces organismes n’oxydaient qu’une petite fraction du Fe²⁺ en suspension dans l’eau. Par ailleurs, elles affichaient des préférences vis-à-vis
des isotopes de fer qu’elles consommaient en fonction des conditions
environnementales. Ces tendances expliquent donc pourquoi un isotope est
surreprésenté dans les échantillons et, puisque les degrés d’oxydoréduction des océans archéens ont varié avec le temps, les subtils changements de composition observés au sein même des prélèvements.


Ainsi, la première apparition de la photosynthèse
vient d’être repoussée de 370 millions d’années, selon l’article paru
dans le journal Earth and Planetary Science Letters. Elle serait donc apparue peu de temps après la vie.

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