À première vue, les stromatolites et leurs proches parents, les tapis microbiens, peuvent ressembler à de simples roches sombres et anciennes. En réalité, ce sont des communautés denses et stratifiées construites par des microbes. Il y a des milliards d'années, avant l'existence des animaux et des plantes, les stromatolites ont contribué à libérer une partie des premières molécules d'oxygène dans l'atmosphère terrestre. Aujourd'hui, une étude publiée dans Current Biology suggère que ces formations inhabituelles pourraient également préserver des indices sur un autre événement majeur de l'histoire de la Terre : l'émergence de la vie complexe.

Le professeur agrégé Brendan Burns, microbiologiste évolutionniste à l'UNSW Sydney, fait partie d'une équipe de recherche qui a découvert un microbe jusqu'alors inconnu vivant en étroite association avec un autre organisme à l'intérieur de ces « fossiles vivants ». Le projet, codirigé avec des chercheurs de l'Université de technologie de Sydney et de l'Université de Melbourne, pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre un mystère évolutionniste fondamental : comment des cellules relativement simples ont commencé à coopérer et ont finalement donné naissance à des formes de vie beaucoup plus complexes.

« Les stromatolites pourraient être plus qu'un simple berceau de la vie où la vie microbienne primitive prospérait », explique le professeur Burns. « Ils pourraient aussi nous dire comment la vie complexe a émergé pour la première fois. »

Les stromatolites et les tapis microbiens sont apparus pour la première fois il y a des milliards d'années, mais ils n'ont pas disparu. Ils se forment encore aujourd'hui à Shark Bay, un site classé au patrimoine mondial en Australie-Occidentale. Des échantillons prélevés là-bas ont finalement conduit le professeur Burns et ses collègues à isoler un membre des archées d'Asgard, un groupe inhabituel de microbes considérés comme étroitement liés aux ancêtres des eucaryotes, qui sont les cellules qui composent tous les plantes et animaux, y compris les humains.

Une idée de longue date en biologie propose que la première cellule eucaryote se soit développée grâce à un partenariat intime entre une archée ancienne et une bactérie. Selon cette théorie, un organisme a finalement englouti l'autre, et cette relation a finalement produit les mitochondries, les structures productrices d'énergie trouvées dans les cellules complexes. Cependant, les scientifiques manquaient de preuves directes montrant à quoi un tel partenariat précoce aurait pu ressembler. La nouvelle recherche fournit la première preuve visuelle d'une archée d'Asgard interagissant physiquement avec une bactérie par des connexions extrêmement fines en forme de tubes appelées nanotubes.

« Cela pourrait être un petit modèle pour comprendre comment ces types de partenariats ont commencé et ont finalement formé les eucaryotes », déclare le professeur Burns.

Le séquençage génétique a montré que l'ADN des organismes était présent dans les échantillons, mais faire pousser les microbes en laboratoire pour que les chercheurs puissent les étudier directement s'est avéré beaucoup plus difficile. « Cela a pris quatre ou cinq ans en laboratoire », dit le professeur Burns. « Beaucoup de temps, d'optimisation et de poursuite de différentes ombres. » Les archées d'Asgard sont notoirement difficiles à cultiver en dehors de leurs habitats naturels. Les chercheurs n'ont pas pu faire pousser les organismes seuls, et le professeur Burns dit que cette difficulté pourrait elle-même révéler quelque chose d'important sur leur biologie. « Le fait que nous n'ayons jamais pu obtenir ces organismes en culture pure est probablement parce qu'ils dépendent toujours d'autres organismes pour survivre », dit-il.

Les chercheurs ont finalement progressé en utilisant la cryotomographie électronique, une méthode d'imagerie 3D à haute résolution capable de révéler des structures à l'échelle d'un millionième de millimètre. Les images ont montré l'archée et la bactérie physiquement connectées par des nanotubes bactériens. Les chercheurs ont également observé l'archée produisant des chaînes de vésicules bourgeonnantes ainsi que des structures tubulaires élaborées. Les deux microbes semblaient se compléter chimiquement, chacun produisant des composés que l'autre pouvait utiliser, notamment des vitamines, des nutriments et de l'hydrogène.

Le coauteur, le professeur agrégé Debnath Ghosal de l'Université de Melbourne, déclare que capturer directement une interaction entre une archée d'Asgard et une bactérie est particulièrement significatif. « Cette découverte nous rapproche de quelques étapes de la compréhension de la manière dont la coopération