La photosynthèse chez les plantes date de 1,25 milliard d’années

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Le « milliard d’années ennuyeux » était peut-être plus fascinant qu’on le croyait

 

Selon une nouvelle analyse effectuée par des spécialistes des sciences de la Terre de l’Université McGill, les plus anciennes algues fossilisées au monde dateraient d’un milliard d’années. S’inspirant des données ainsi colligées, les chercheurs sont d’avis que les fondements de la photosynthèse observés aujourd’hui chez les plantes ont été établis il y a 1,25 milliard d’années.

Publiée dans la revue Geology, l’étude pourrait contribuer à la résolution d’un mystère de longue date au sujet de l’âge des algues fossilisées (Bangiomorpha pubescens) découvertes dans des roches de l’Arctique canadien au cours des années 1990. On croit que cet organisme microscopique serait le plus vieil ancêtre direct connu des plantes et des animaux modernes, mais dont l’âge estimé n’était que très approximatif, soit entre 720 millions et 1,2 milliard d’années.

Cette nouvelle découverte s’ajoute aux récentes données qui semblent indiquer que le milliard d’années ennuyeux, une vaste période de l’histoire de la Terre, était peut-être plus fascinant qu’on le croyait, après tout. Il y a environ de 1,8 à 0,8 milliard d’années, les archées, les bactéries et les quelques organismes complexes aujourd’hui disparus qui peuplaient les océans de la planète étaient soumis à bien peu de changements biologiques ou environnementaux… c’est du moins ce que l’on croyait. En fait, c’est possiblement durant cette ère que se serait amorcée la prolifération de formes de vie plus complexes, qui a culminé il y a 541 millions d’années, au cours de l’explosion cambrienne.

« Un nombre grandissant d’indices nous laissent supposer que la biosphère et l’environnement de la Terre durant cette dernière portion du milliard d’années ennuyeux pourraient avoir été plus dynamiques que ce qu’on croyait jusqu’ici », mentionne Timothy Gibson, doctorant de McGill et auteur principal de ce nouvel article.

Établir l’âge des fossiles avec précision

En vue d’établir l’âge des fossiles avec précision, les chercheurs ont installé un campement dans la région accidentée de la lointaine île de Baffin, à l’endroit où les fossiles de Bangiomorpha pubescens ont été découverts. En dépit de quelques blizzards d’été et de vents qui allaient jusqu’à faire virevolter leurs tentes, ils sont parvenus à recueillir des échantillons de schiste noir à partir de couches rocheuses qui emprisonnaient la roche contenant les fossiles de cette algue. Puis, à l’aide d’une méthode de datation par le rhénium-osmium (ou Re-Os), qui, depuis quelques années, est de plus en plus appliquée aux roches sédimentaires, ils ont établi que les roches dataient de 1,047 milliard d’années.

« Elles seraient donc 150 millions d’années moins âgées que ce que les estimations généralement admises indiquent, ce qui vient confirmer que la découverte de ce fossile est extraordinaire », affirme Galen Halverson, auteur principal de l’étude et professeur agrégé au Département des sciences de la Terre et des planètes de l’Université McGill. « Les scientifiques seront ainsi en mesure d’évaluer avec plus de précision l’évolution des premières formes d’eucaryotes», des organismes cellulaires propres aux végétaux et aux animaux.  

Étant donné que Bangiomorpha pubescens est pratiquement identique à l’algue rouge moderne, des scientifiques avaient précédemment conclu que l’algue ancienne, à l’instar des plantes vertes, utilisait les rayons du soleil pour synthétiser les nutriments contenus dans le dioxyde de carbone et dans l’eau. Ils avaient également établi que le chloroplaste, la structure des cellules végétales où se produit la photosynthèse, a été formé il y a très longtemps, lorsqu’un eucaryote a engouffré une simple bactérie photosynthétique. L’eucaryote est ensuite parvenu à transmettre l’ADN de cette cellule à sa propre descendance, dont les plantes et les arbres qui produisent la majeure partie de la biomasse mondiale d’aujourd’hui.

Origine du chloroplaste

Après avoir estimé l’âge des fossiles à 1,047 milliard d’années, les chercheurs ont saisi ce nombre dans une « horloge moléculaire », un modèle informatisé permettant de séquencer les événements évolutifs selon la fréquence des mutations génétiques. Ils sont arrivés à la conclusion que le chloroplaste a été intégré aux eucaryotes il y a environ 1,25 milliard d’années.

« Nous prévoyons et espérons que d’autres scientifiques inséreront l’âge de l’algue Bangiomorpha pubescens dans leurs propres horloges moléculaires, afin de séquencer d’autres événements importants de l’évolution et ainsi mettre à l’épreuve nos résultats », ajoute M. Gibson. « Si d’autres chercheurs envisagent un meilleur moyen d’établir le moment où est apparu le chloroplaste, la communauté scientifique décidera quelle estimation est la plus réaliste et trouvera de nouvelles façons de la vérifier. »

Des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory, de l’Institut de technologie de la Californie, de l’Université de l’Alberta et de la Commission géologique du Canada ont également contribué à cette étude.

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Cette étude a été financée par l’Institut Agouron, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, le Programme du plateau continental polaire, l’Association géologique du Canada et la Geological Society of America.
 

L’article Precise age of Bangiomorpha pubescens dates the origin of eukaryotic photosynthesis, par Timothy M. Gibson et coll., a été publié dans la revue Geology le 8 décembre 2017.

https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/524864/precise-age-...

PHOTO : La formation rocheuse Angmaat surplombant le détroit de Tremblay, sur l’île de Baffin. Des fossiles de l’algue Bangiomorpha pubescens se trouvent dans cette unité lithostratigraphique de quelque 500 mètres d’épaisseur. Source : Timothy Gibson

 

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