Les tubes de connexion entre les bactéries et une sorte de microbe appelé Archaea peut refléter une relation symbiotique qui a conduit à des cellules complexes il y a plus de 2 milliards d'années
Les stromatolites sont des structures en forme de roche formées par des bactéries dans l'eau peu profonde
Les microbes d'une baie isolée en Australie occidentale semblent se connecter les uns aux autres avec de minuscules tubes, formant une relation qui peut refléter une étape précoce de l'évolution de la vie complexe.
À Shark Bay, ou Gathaagudu dans le langage malgane indigène, les microbes forment des communautés multi-couches visqueuses appelées tapis microbiens. Il s'agit d'un environnement sévère battu par les marées et les oscillations de température, mais ces communautés de bactéries et un autre type d'organisme à cellule appelé Archaea ont survécu ici pendant des dizaines de milliers d'années. Ils vivent souvent dans une symbiose les uns avec les autres, construisant leurs communautés en formations sédimentaires en couches appelées stromatolites.
«Les tapis se forment dans des conditions hyper-salines avec des niveaux UV élevés. Ils sont touchés par des cyclones. Presque tout semble briser ces choses, mais ils semblent toujours traîner», explique Brendan Burns à l'Université de Nouvelle-Galles du Sud à Sydney.
Ce sont des analogues modernes de la façon dont les communautés de microbes ont peut-être vécu ensemble il y a des milliards d'années lorsque la vie complexe a évolué pour la première fois, dit-il. Ceci est théorisé qu'il s'est produit lorsque les bactéries et les archées sont devenus si dépendant mutuellement que les bactéries ont fini par vivre à l'intérieur de l'Archaea, créant des cellules plus complexes appelées eucaryotes.
Burns et ses collègues ont ramené certaines de ces communautés de tapis microbiennes à leur laboratoire et ont essayé de développer les organismes dans des conditions de sel élevé et à faible teneur en oxygène.
Ils se sont retrouvés avec une culture d'une seule espèce de bactéries, Stromatodesulfovibrio nilemahensiset un archaeon nouvellement nommé, Nerearchaeum marumarumayaed'un groupe appelé Asgard Archaea. Ces archées sont nommées d'après la maison des dieux de la mythologie nordique et sont considérées comme les plus proches parents vivants des cellules eucaryotes, qui composent notre corps et celles d'autres animaux et plantes.
«Ces organismes semblent interagir directement les uns avec les autres et échanger des nutriments», explique Iain Duggin, membre de l'équipe à l'Université de technologie de Sydney. L'équipe n'a pas de preuves directes à cela, mais elle a des séquences de génome complètes, qui leur permettent de déduire comment fonctionnent les métabolismes des deux organismes.
Le séquençage a montré que la bactérie fabrique des acides aminés et des vitamines, et l'archéon produit de l'hydrogène et des composés tels que l'acétate, le formiate et le sulfite. Les deux ensembles de produits ne sont pas fabriqués par les autres espèces, mais ils auraient besoin d'eux.
Les chercheurs ont également vu des indices que les deux espèces interagissaient directement. «Ce que nous avons observé, c'est ce que nous appelons nanotubes», explique Duggin. « Les petits tubes qui semblent être fabriqués par la bactérie et se connectent directement à l'extérieur de la cellule Asgard. »
Membranes cellulaires d'une bactérie (vert) et d'un archéon (bleu) relié par des nanotubes (rose)
Dans ce qui peut avoir fait partie de la coopération, les cellules d'archéon ont produit des chaînes de vésicules, des structures de type sac que les cellules utilisent pour transporter des molécules, attachées par des fibres extracellulaires. Duggin dit que les petites vésicules de l'archéon semblent interagir avec les nanotubes générés par la bactérie.
«Les nanotubules peuvent être trop minces pour être des conduits, mais ils pourraient aider à lier les cellules ensemble dans une sorte d'union multicellulaire qui leur permet de mieux partager des ressources», explique Duggin.
Les chercheurs ont également trouvé des séquences de génomes qui codent des protéines qui n'ont jamais été vues auparavant, et une protéine qui fait environ 5500 acides aminés de long, ce qui est très important pour une espèce archéique, qui présente des similitudes avec les protéines des muscles humains. «Je ne fais pas l'hypothèse qu'il s'agit d'une protéine musculaire humaine, mais cela suggère que l'évolution de ces protéines aurait pu commencer il y a très longtemps», explique Kate Michie, membre de l'équipe à l'Université de Nouvelle-Galles du Sud.
«Ce que je trouve le plus intéressant, ce sont ces liens directs des nanotubes entre les bactéries et les archées», explique Puri López-García à l'Université de Paris-Saclay en France. « Cela n'a pas été observé dans les cultures précédentes. »
Cependant, il est difficile de savoir ce que font les bactéries et les archées, explique Buzz Baum au Laboratoire MRC de biologie moléculaire à Cambridge, au Royaume-Uni. «Les bactéries et les archées sont en guerre et la paix les uns avec les autres», dit-il. «Ils se touchent, partagent, se battent et qui sait ce qui se passe.»
Duggin pense que dans ce cas, il est plus susceptible d'être la paix que la guerre. « Parce que ces organismes se sont en quelque sorte retrouvés ensemble dans nos cultures après quatre ans ou plus, nous pensons qu'ils ne se soucient pas de la compagnie de l'autre et s'entendent probablement assez bien », dit-il.
Les Burns et ses collègues proposent que ce qu'ils ont vu puisse refléter une étape précoce de l'évolution des cellules eucaryotes sur les tapis microbiens, qui, selon Roland Hatzenpichler de l'Université d'État du Montana.
«Les résultats de l'étude montrent que les Asgard Archaea nouvellement trouvés interagissent directement avec les bactéries réductrices de sulfate, qui pourraient fournir une force motrice à une interaction beaucoup plus proche – et finalement obligatoire (dépendante) -», dit-il.
Ce n'est peut-être pas ce qui s'est passé il y a plus de 2 milliards d'années, cependant, dit López-García. «Ce sont des archées modernes et des bactéries modernes, bien que les boues microbiennes dans lesquelles ils vivent peuvent être considérées comme des analogues de certains écosystèmes passés.»
Nous pourrions ne jamais savoir dans quelle mesure les microbes modernes ressemblent aux cellules qui se sont associées pour former la cellule proto-eucaryote, explique Hatzenpichler. « Mais nous sommes maintenant mieux que pour aborder la vérité. »
