Si l’on ne sait pas exactement comment la vie est apparue sur Terre, une chose est sûre : c’est le « domptage » de la lumière qui a permis aux organismes primitifs de conquérir la planète et de rendre l’atmosphère respirable.
Tout a commencé il y a environ 3,8 milliards d’années par l’apparition, encore mystérieuse, de minuscules organismes unicellulaires au fond des océans. L’époque est pourtant peu propice à la vie : « La couche d’ozone n’existe pas et les premières bactéries doivent donc résister aux ultraviolets qui bombardent la Terre », explique Philippe Juneau, professeur au Département des sciences biologiques de l’UQAM.
Quant au taux d’oxygène dans l’atmosphère, il équivaut à 0,001% du taux actuel. La planète bleue est irrespirable ! Un peu plus d’un milliard d’années plus tard, pourtant, tout change : c’est la « Grande Oxydation », qui correspond à une augmentation brutale de la concentration d’oxygène dans l’air.
Que s’est-il passé entre temps ? Cette bouffée d’oxygène, c’est majoritairement aux cyanobactéries qu’on la doit. « Ce sont les bactéries qu’on appelle à tort des algues bleu-vert. Elles font partie des premiers organismes apparus sur Terre », précise le biologiste.
Leur coup de génie, c’est d’avoir « inventé » la photosynthèse, cette capacité à exploiter la lumière du Soleil pour produire de l’énergie…en libérant de l’oxygène. Une innovation qui permettra à la vie de quitter les fonds océaniques et de conquérir progressivement toute la planète. Car sous l’effet du rayonnement UV, l’apparition d’oxygène a permis l’accumulation d’ozone dans les couches supérieures de l’atmosphère, créant ainsi un milieu plus clément et permettant l’émergence de formes de vie plus complexes.
Aujourd’hui encore, la photosynthèse est à la base de la chaîne du vivant, permettant la prolifération du phytoplancton. Et on lui doit bien sûr notre survie, puisque c’est le seul mécanisme capable d’assurer le renouvellement constant de l’oxygène.
« La photosynthèse est le cœur de la vie sur Terre, reprend le chercheur. Il y a plusieurs hypothèses quant à la date d’apparition des premières réactions photosynthétiques, mais c’est très tôt dans l’histoire de la Terre ».
En se nourrissant littéralement de lumière pour créer de la matière carbonée, les premières cyanobactéries ont ouvert la voie de la photosynthèse à tous les végétaux, apparus des millions d’années plus tard. En effet, les chloroplastes, ces petits organites qui réalisent la photosynthèse chez les plantes, sont très probablement issus d’une cyanobactérie « absorbée » par une autre cellule – un phénomène appelé endosymbiose.
Ces bactéries ancestrales n’ont pas disparu pour autant. Au contraire : elles constituent la majorité du phytoplancton, et on les trouve absolument partout sur le globe, que ce soit dans l’eau douce ou salée, dans la glace ou les déserts, dans les eaux thermales brûlantes ou même sur les rochers, où elles vivent en symbiose avec un champignon pour former du lichen. À quoi doivent-elles leur succès ? « Les cyanobactéries possèdent des pigments qui leur permettent d’exploiter la vaste majorité du spectre de la lumière », précise Philippe Juneau, spécialiste de ces microorganismes. Il faut savoir que pour capter la lumière, les organismes photosynthétiques font appel à plusieurs pigments, le plus connu et le plus abondant étant la chlorophylle. Au contact des photons, les électrons de ces pigments s’excitent – sont « énergisés » – et sont transférés de molécules en molécules. Grâce à ces réactions en chaîne, les cellules parviennent à produire de l’énergie chimique à partir d’eau ; ce qui leur permet, dans un second temps, de fabriquer des glucides à partir du dioxyde de carbone de l’air.
Pour exploiter au mieux la matière première lumineuse, les pigments doivent pouvoir capter le plus de longueurs d’ondes possible – c’est-à-dire le plus de couleurs du spectre possible. La chlorophylle, à elle seule, est loin du compte. « Elle n’absorbe pas dans le vert, c’est pourquoi les plantes apparaissent vertes. D’autres pigments, les caroténoïdes, sont aussi omniprésents chez les plantes, mais les cyanobactéries possèdent en plus des phycocyanines et des phycoérythrines qui absorbent la lumière là où la chlorophylle n’est pas efficace », ajoute Philippe Juneau. Résultat : elles tirent un maximum de profit des photons du Soleil. Certaines études ont même montré que les cyanobactéries pouvaient changer leur pigmentation en quelques jours lorsqu’on les expose à une lumière d’une certaine longueur d’onde, histoire de capter plus efficacement cette couleur dominante.
« Au laboratoire, les cyanobactéries sont utilisées comme des organismes modèles pour étudier la photosynthèse », indique le biologiste. Hélas, les « algues bleu-vert » ont aujourd’hui mauvaise presse. Avec leur forte capacité d’adaptation, elles ont une fâcheuse tendance à envahir les lacs, libérant des substances toxiques. « En réalité, ces organismes ont toujours existé. Le problème, aujourd’hui, c’est les variations dans l’état de notre environnement qui engendrent dans certains cas un déséquilibre entre les algues et les cyanobactéries, et favorisent leur prolifération », déplore Philippe Juneau, qui étudie le phénomène. Pas de quoi nous faire oublier les fiers services qu’elles ont rendus au monde du vivant.
Et la lumière fut…
Comment est née la lumière ? De légendes en croyances, de contes en mythologies, les peuples du monde entier ont imaginé toutes sortes d’histoires pour expliquer la naissance du Soleil ou celle de la lumière, souvent perçus comme des incarnations du divin. Mais la lumière et ses origines fascinent aussi les cosmologistes. Il faut dire qu’il est encore possible d’observer, aujourd’hui, la première lueur de l’Univers, émise 380 000 ans après le big bang.
Petit retour en arrière : juste après sa naissance, l’Univers ressemble à une soupe extrêmement dense et chaude de particules (de noyaux d’hydrogène et d’électrons), totalement opaque. Avec l’inflation, c’est-à-dire l’expansion brutale du cosmos, cette purée de pois se dilate et se refroidit, jusqu’à atteindre 2700 degrés Celsius au bout de 380 000 ans. C’est à cette température que les atomes commencent à se former, libérant d’un coup les photons jusqu’ici englués dans la « soupe » : le cosmos devient soudainement transparent ; la lumière fuse. Ce « flash » originel nous parvient encore aujourd’hui, du fond des âges : c’est le fond diffus cosmologique, constitué de ces premiers photons qui nous parviennent de toutes les directions du ciel, après un long voyage de 13,8 milliards d’années. Cette « lumière » arrive en fait sous forme d’émission très faible, dans le domaine de longueur d’onde des micro-ondes (entre l’infrarouge et les ondes radio). Elle est décelable par certains télescopes, notamment le télescope Planck, qui l’a cartographiée récemment avec précision.
