Les fossiles de stéroïdes vieux de 1,6 milliard d'années suggèrent un monde perdu de la vie microbienne.

Des fossiles moléculaires découverts dans des roches sédimentaires anciennes ont révélé un monde perdu d'eucaryotes primitifs qui dominaient les écosystèmes aquatiques il y a au moins 1,6 milliard à 800 millions d'années.

Les résultats, publiés le 7 juin dans la revue Nature, proviennent d'analyses en laboratoire d'échantillons de roches du monde entier qui ont révélé des restes de composés primitifs appelés protostéroïdes. La majorité de ces molécules, qui se forment dans le processus de création de stéroïdes, ont probablement été produites par des eucaryotes primordiaux, des formes de vie relativement complexes qui incluent aujourd'hui les animaux, les plantes, les algues et les champignons, affirment les chercheurs.

Presque tous les eucaryotes produisent des molécules appelées stéroïdes, comme le cholestérol, qui sont des composants essentiels des membranes cellulaires. Les stéroïdes ne se dégradent pas facilement et leurs restes peuvent être détectés dans les roches sédimentaires sous forme de fossiles moléculaires.

Le dernier ancêtre commun de tous les eucaryotes a vécu il y a environ 1,2 à plus de 1,8 milliard d'années. Mais les scientifiques ne connaissent presque rien sur l'abondance, l'écologie et les habitats de ces premiers microorganismes. Des fossiles moléculaires et physiques d'eucaryotes datant de 800 millions d'années ont été découverts. Mais plus loin dans le temps, leurs fossiles physiques deviennent rares et les fossiles moléculaires des stéroïdes deviennent indétectables. L'existence de protostéroïdes avait été prédite, mais on ne savait pas à quoi ils ressembleraient - ou s'ils pouvaient même être détectés - jusqu'à ce que les chercheurs trouvent un moyen de recréer ces empreintes moléculaires en laboratoire.

"Cette étude explique pourquoi nous ne voyons pas de traces de ces gars-là dans les roches, car les chercheurs cherchaient la mauvaise chose", explique la biologiste Laura Katz, biologiste à Smith College à Northampton, dans le Massachusetts, qui n'a pas participé à ce nouveau travail. "Cela comble un vide dans les archives fossiles."

Une pénurie évidente de fossiles d'eucaryotes avant 800 millions d'années a conduit les scientifiques à spéculer que l'écosystème de l'époque était dominé par les bactéries. Alternativement, les eucaryotes primordiaux manquaient peut-être tout simplement de force en nombre pour laisser derrière eux des restes stéroïdiens détectables.

Certains scientifiques avaient une explication différente: et si une molécule intermédiaire du processus chimique qui produit les stéroïdes modernes était en fait le produit final du processus chez les eucaryotes primordiaux? Cette théorie avait été proposée par le biochimiste Konrad Bloch, qui a remporté le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1964 pour avoir découvert la voie de biosynthèse du cholestérol.

Pour tester cela, le géochimiste Jochen Brocks de l'Université nationale australienne à Canberra et ses collègues ont artificiellement maturé des molécules produites dans les premières étapes de la biosynthèse des stéroïdes, y compris le lanostérol et le cycloarténol. Cela a révélé à quoi ressembleraient les fossiles moléculaires de ces composés. Ensuite, les chercheurs ont cherché ces fossiles dans des bitumes et des huiles ressemblant à du goudron extraits de roches anciennes du monde entier.

Les chercheurs ont découvert un déluge de protostéroïdes dans des échantillons allant d'environnements d'eau profonde à relativement peu profonde. Le plus ancien échantillon, datant de 1,6 milliard d'années, provenait de la formation de Barney Creek en Australie.

"L'un des plus grands mystères de l'évolution primitive est de savoir pourquoi nos ancêtres eucaryotes hautement capables n'ont pas réussi à dominer les anciennes voies navigables du monde. Où se cachaient-ils?" déclare Benjamin Nettersheim, géobiologiste à l'Université de Brême en Allemagne. "Nous montrons que les micro-organismes producteurs de protostéroïdes étaient cachés en plain sight et qu'ils étaient en fait abondants dans les anciens océans et lacs du monde entier."

Alors que la plupart des bactéries produisent une molécule différente, appelée hopanoïde, certaines bactéries ont également les outils chimiques pour déclencher la production de protostéroïdes. Mais ces bactéries existent dans des environnements de niche, tels que les éruptions de méthane et les sources hydrothermales. Et leurs empreintes moléculaires n'ont pas été trouvées dans des sédiments datant de plus de 800 millions d'années, conduisant les chercheurs à conclure que les eucaryotes dominaient les anciens écosystèmes.

"Konrad Bloch aurait été ravi, s'il avait vécu, de voir cela", déclare le géobiologiste du MIT Roger Summons, qui n'a pas participé à l'étude. "Ce document a élégamment confirmé sa prédiction selon laquelle les précurseurs biosynthétiques du cholestérol reflètent la quête de l'amélioration de la vie ancienne." (Bloch est décédé en 2000.)

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La production de ces précurseurs de stéroïdes nécessite moins d'oxygène et d'énergie, ce qui aurait pu donner aux eucaryotes primordiaux un avantage pour prospérer dans les conditions de faible teneur en oxygène de la Terre primitive, proposent les chercheurs (SN : 10/30/15).

“If true, [this study] suggests that we may be able to examine the stepwise evolution of eukaryotes at [an] unprecedented level of detail,” says evolutionary biologist Yosuke Hoshino of the GFZ German Research Centre for Geosciences in Potsdam, who was not involved in the study. “This is such a great opportunity to understand the evolution of complex life, which biologists have always dreamed of.”

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