L'azote atmosphérique : un élément abondant mais inaccessible
Entre le début et la fin de cet article, vous aurez inspiré plusieurs dizaines de litres de diazote, un gaz neutre composé de deux atomes d'azote. Bien qu'il constitue l'élément le plus abondant de notre atmosphère, l'azote n'entre pas facilement dans le cycle du vivant. Plus précisément, il peine à s'intégrer dans la composition des acides aminés, ces briques fondamentales des protéines essentielles à tout organisme vivant.
Le privilège des micro-organismes
Contrairement à l'oxygène, qui est directement absorbé par la majorité des organismes, seuls certains micro-organismes – notamment des bactéries et des archées – possèdent la capacité extraordinaire de fixer l'azote. Identifier l'origine de cette aptitude reste un défi scientifique majeur. « 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.
Le rôle crucial des nitrogénases
Pour capter l'azote, ces micro-organismes utilisent une famille d'enzymes spécialisées : les nitrogénases. Ces dernières transforment l'azote en ammoniac, une forme assimilable. Retracer l'histoire de l'apparition et de l'évolution des nitrogénases permettrait de mieux comprendre le fonctionnement métabolique des premiers organismes vivants. Cependant, les rares traces fossilisées de bactéries ou d'archées ne fournissent pas d'indices sur le moment où elles ont commencé à produire ces enzymes.
Une percée scientifique grâce aux algorithmes
Une étude publiée dans Nature Communications le 22 janvier apporte des éléments de réponse significatifs. L'équipe dirigée par Betül Kaçar, exobiologiste et professeur de bactériologie à l'université de Wisconsin-Madison, a entrepris de remonter le temps en reconstituant artificiellement des nitrogénases ancestrales.
La reconstitution numérique d'enzymes anciennes
Les chercheurs ont utilisé les structures de centaines de nitrogénases contemporaines pour estimer, à l'aide d'algorithmes sophistiqués, 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. Les résultats indiquent que ces nitrogénases primitives seraient apparues il y a entre 700 millions et 2,3 milliards d'années.
Cette approche innovante ouvre de nouvelles perspectives pour comprendre comment la vie a surmonté l'un de ses obstacles majeurs : l'assimilation de l'azote, un élément pourtant omniprésent dans notre environnement.
