Les premiers eucaryotes prospéraient sur des fonds marins oxygénés il y a 1,75 milliard d’années

Un nouvel éclairage sur l’origine de la vie complexe

L’histoire des premières formes de vie complexe sur Terre pourrait être différente de ce que l’on pensait. L’analyse de microfossiles exceptionnellement anciens découverts dans le nord de l’Australie suggère que certains des premiers eucaryotes — les cellules complexes à l’origine des plantes, des animaux et des algues — vivaient déjà il y a environ 1,78 à 1,73 milliard d’années dans des environnements marins peu profonds riches en oxygène.

Pendant longtemps, de nombreux chercheurs imaginaient que les premiers eucaryotes s’étaient développés dans des océans profonds pauvres en oxygène. Les nouvelles données indiquent au contraire que ces organismes occupaient plutôt des fonds marins oxygénés, où l’oxygène était localement disponible.

Les microfossiles de la formation de McDermott

Les indices proviennent de roches appartenant à la formation de McDermott, dans le bassin de McArthur, en Australie. Ces dépôts géologiques datent d’environ 1,78 à 1,73 milliard d’années, ce qui en fait l’un des témoignages les plus anciens de cellules eucaryotes.

Dans ces roches, les chercheurs ont identifié une grande variété de microfossiles présentant des caractéristiques compatibles avec des cellules eucaryotes. Contrairement aux bactéries simples (procaryotes), ces organismes possédaient probablement des structures internes plus complexes — par exemple un cytosquelette et des systèmes membranaires internes.

Les sédiments indiquent que ces organismes vivaient dans des mers intérieures peu profondes, comprenant des zones côtières, des vasières et des sédiments du fond marin, plutôt que dans la colonne d’eau de l’océan ouvert.

Des indices géologiques d’un environnement oxygéné

Pour comprendre l’habitat de ces organismes, les chercheurs ont combiné plusieurs types d’indices scientifiques :

• Distribution des fossiles : les microfossiles sont concentrés dans des couches de sédiments associées au plancher océanique, ce qui suggère que les organismes vivaient sur ou dans les sédiments du fond marin.
• Contexte sédimentaire : les roches correspondent à des environnements côtiers peu profonds, comme des lagunes ou des vasières soumises aux marées.
• Signatures géochimiques : la chimie des sédiments révèle la présence d’oxygène dans ces habitats locaux, même si une grande partie de l’océan profond restait pauvre en oxygène à cette époque.

Pris ensemble, ces éléments indiquent que les premiers eucaryotes connus étaient probablement des organismes benthiques, adaptés à des niches oxygénées du fond marin.

Un indice sur l’apparition des mitochondries

Le lien entre ces fossiles et des environnements riches en oxygène renforce une idée importante : ces organismes utilisaient probablement un métabolisme dépendant de l’oxygène.

Cela implique qu’ils possédaient déjà des mitochondries — ou des structures similaires, les organites qui permettent aux cellules d’exploiter efficacement l’oxygène pour produire de l’énergie. Aujourd’hui, toutes les cellules eucaryotes connues descendent d’ancêtres dotés de mitochondries, ce qui suggère que ces organites sont apparus très tôt dans l’évolution de la vie complexe.

Pourquoi la vie complexe est restée rare si longtemps

Même si les eucaryotes existaient déjà il y a 1,7 à 1,8 milliard d’années, ils sont restés relativement rares pendant des centaines de millions d’années. Les écosystèmes marins étaient alors dominés par des microbes plus simples — les procaryotes.

Une raison probable tient à l’environnement planétaire. Malgré l’augmentation progressive de l’oxygène dans l’atmosphère, de vastes zones de l’océan profond restaient pauvres en oxygène, limitant les habitats disponibles pour les organismes qui en dépendaient.

Les premiers eucaryotes auraient donc été confinés à des zones côtières et des fonds marins localement oxygénés, ce qui aurait freiné leur diversification pendant une grande partie de l’ère protérozoïque.

Un tournant dans l’histoire de la biosphère

Ces fossiles offrent une image d’une planète en transition. Les cellules complexes existaient déjà, mais les conditions environnementales nécessaires à leur expansion n’étaient pas encore généralisées.

Avec le temps, l’oxygène s’est progressivement répandu dans les océans. Cette transformation a permis aux eucaryotes de coloniser de nouveaux habitats, d’entrer dans la colonne d’eau et de se diversifier.

Cette expansion a finalement conduit à l’apparition d’écosystèmes marins complexes, puis beaucoup plus tard à l’émergence des animaux — une étape majeure dans l’évolution de la biosphère terrestre.