Entre le début et la fin de cet article, vous aurez inspiré quelques dizaines de litres de diazote, un gaz neutre composé de deux atomes d’azote. Il a beau être l’élément le plus abondant de notre atmosphère, l’azote n’entre pas si facilement dans le cycle du vivant. En l’occurrence, dans la composition des acides aminés, briques fondamentales des protéines de tout organisme vivant.
Seuls des micro-organismes (bactéries et archées) sont capables de fixer l’azote, contrairement à l’oxygène, qui est directement absorbé par la majorité des organismes vivants. Identifier l’origine de cette capacité d’assimilation reste une gageure. « En s’appuyant sur les réactions impliquant l’azote, on essaie de comprendre comment on est passé d’une chimie prébiotique à une chimie du vivant », explique Simon Duval, chercheur au Laboratoire de bioénergétique et d’ingénierie des protéines, à Marseille.
Pour capter l’azote, les bactéries et archées ont recours à une famille d’enzymes, les nitrogénases. Elles l’utilisent pour produire de l’ammoniac. Retracer l’histoire de l’apparition des nitrogénases et de leur évolution permettrait de mieux connaître le fonctionnement métabolique des premiers organismes vivants. Mais les rares traces fossilisées de bactéries ou d’archées ne permettent pas de savoir quand elles ont commencé à produire ce type d’enzymes.
Aide d’algorithmes
Une étude parue dans Nature Communications, le 22 janvier, esquisse une réponse. L’équipe dirigée par Betül Kaçar, exobiologiste et professeur de bactériologie à l’université de Wisconsin-Madison, a remonté le temps en reconstituant artificiellement des nitrogénases ancestrales.
Les chercheurs ont utilisé les structures de centaines de nitrogénases actuelles pour estimer, à l’aide d’algorithmes, celles de leurs ancêtres. En s’appuyant sur les données évolutives des bactéries et des archées, ils ont également évalué l’âge de ces enzymes ancestrales numériques, compris entre 700 millions et 2,3 milliards d’années.
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