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Article. L'origine de la photosynthèse: un hasard jamais renouvelé ?
Jean-Paul Baquiast 04/04/2017

Image microscopique du Cyanobacterium (Oxyphotobacteria) Source Caltech

L'origine de la vie sur Terre, il y a environ 4 milliards d'années, n'a jamais à ce jour été vraiment explicitée. Fut-ce un événement unique, jamais renouvelé depuis? Est-il survenu par hasard ou en application de lois fondamentales de l'univers, elles-mêmes non encore clairement décrites? En fonction des réponses à ces questions, il est légitime de se demander si des évènements analogues pourraient se produire sur d'autres planètes potentiellement habitables.

La même question a été posée à propos de l'origine des cyanobactéries, qui ont « inventé » la photosynthèse, ou capacité de produire à partir de la lumière solaire l'oxygène nécessaire à la vie des organismes supérieurs, notamment les animaux et les humains. Ce sont les plantes et les algues qui réalisent la photosynthèse de l'oxygène, mais comment ces dernières ont-elles acquis cette propriété? Or aujourd'hui il apparaît que le mécanisme est apparu une fois et une seule, il y a environ 2,3 milliards d'années, à la suite de l'évolution d'organismes existant précédemment.

Selon la théorie dite endosymbiotique, tous les organismes réalisant la photosynthèse l'ont fait en incorporant dans leurs cellules, en tant qu'organelles, des organismes pré-existants, c'est-à-dire des cyanobactéries. Celles-ci deviennent ainsi les chloroplastes des algues, leur permettant de fabriquer de l'oxygène puis de se répandre sur la terre ferme. Or il apparaît aujourd'hui que ce fut un événement unique, jamais reproduit depuis – et encore jamais reproductible aujourd'hui, malgré les possibilités offertes par la biologie de synthèse. Pourrait-il apparaître sur d'autres planètes? Nul ne peut encore l'affirmer.

Il est donc étonnant de constater que peu de recherches n'avaient été à ce jour consacrées aux cyanobactéries. Le manque de compréhension de leur taxonomie, permettant de les décrire et de les classer au regard d'autres espèces, explique qu'il est quasiment impossible de décrire les modalités de leur évolution.

Des chercheurs de Caltech et de l'université de Queesland en Australie viennent de préciser l'arbre évolutif des cyanobactéries. L'étude est publiée par le journal Science du 30 mars 2017. Elle est référencée ci-dessous. En manipulant les génomes de 41 espèces de cyanobactéries ne comportant pas de gènes permettant la photosynthèse, ils ont pu préciser le moment de l'évolution où des bactéries photosynthétiques seraient apparues.

Ils ont constaté qu'une seule branche de cyanobactéries, qu'ils ont nommé des Oxyphobactéries, fut la seule capable d'évoluer en organismes photosynthétiques. Sans leur apparition, jamais renouvelée depuis, il n'y aurait pas de vie supérieure sur Terre. Sur la base de ces premières observations, les chercheurs espèrent pouvoir étudier leur physiologie et leur écologie. L'article décrit la méthode complexe ayant abouti à ce résultat.

Il est clair qu'en mettant à jour le mystère de l'apparition de la photosynthèse, des enseignements précieux pourront en être tirés, tant dans l'utilisation des bactéries photosynthétiques naturelles ou de synthèse, que pour éclairer des questions concernant une vie extraterrestre.

Référence

Science. On the origins of oxygenic photosynthesis and aerobic respiration in Cyanobacteria

http://science.sciencemag.org/content/355/6332/1436