Voici environ 3 milliards d'années, les bactéries et organismes rudimentaires qui existaient sur Terre ont enregistré un pic d'«innovation génétique» intense qui a fini par donner naissance à plus d'un quart des gènes existant aujourd'hui chez les espèces vivantes.

Parvenir à décrire l'apparition de la vie sur notre planète constitue l'un des principaux défis des biologistes et des paléontologues.

Grâce aux nombreux fossiles, on sait que la vie sur Terre a entamé une ère de changement rapide il y a environ 580 millions d'années, une période baptisée «explosion cambrienne». Cette évolution des espèces s'est poursuivie durant des millions d'années pour aboutir à la diversité biologique que nous connaissons actuellement.

Les premiers indices connus de vie sur Terre sont estimés aux alentours de 3,8 milliards d'années. Mais l'évolution qu'elle a suivie est bien plus difficile à identifier, les seules formes de vie à l'ère pré-cambrienne se limitant à des bactéries ou autres organismes unicellulaires dépourvus de coquilles et de squelettes, qui n'ont donc laissé que très peu de traces fossilisées.

Tous les êtres vivants ont en revanche un bagage génétique, le génome. Et comme tous les organismes ont hérité leur génome, ou au moins une partie, de leurs ancêtres, des biologistes américains spécialisés en modélisation ont eu l'idée de se servir des génomes modernes pour reconstituer l'évolution des micro-organismes ancestraux.

Pour se lancer sur la piste de nos lointains ancêtres précambriens, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Cambridge (USA) sont donc partis d'une centaine de génomes actuels, désormais bien connus.

Puis ils ont injecté ces informations dans leur modèle mathématique, en prenant en compte tous les types d'évolution qu'ils ont pu connaître au fil du temps: apparition ou disparition de gènes, transmission par hybridation ou «pillage» d'une espèce par une autre, etc.

Surprise! Ces «fossiles génomiques» reconstitués suggèrent qu'entre 3,3 et 2,8 milliards d'années, une période relativement brève au regard de l'évolution, les organismes vivants ont fait preuve d'une intense innovation génétique, dopant la biodiversité de l'époque par l'apparition d'une multitude d'espèces nouvelles.

C'est durant cette période que 27% des familles de gènes actuels seraient apparues, selon les deux auteurs de cette étude, publiée dimanche dans la revue britannique Nature.

«Ce qui est vraiment remarquable dans cette découverte, c'est qu'elle prouve que l'histoire d'événements très anciens est enregistrée dans l'ADN partagé par les organismes vivants», estime l'un des auteurs de l'étude, Eric Alm.

Les deux ingénieurs en biologie ont également découvert qu'un grand nombre de ces nouveaux gènes étaient liés d'une façon ou d'une autre à l'oxygène, plus précisément un processus biochimique régissant le «transport d'électron».

Un phénomène révolutionnaire pour les organismes vivants de l'époque (microbes et plantes), car il permet le mouvement des électrons au sein des membranes de la cellule, et donc de respirer de l'oxygène et d'absorber l'énergie du soleil par photosynthèse.

Ce n'est qu'autour de 2,5 milliards d'années que l'oxygène a commencé à s'accumuler dans l'atmosphère terrestre. Un événement qui a vraisemblablement tué un grand nombre d'organismes incapables de respirer ce gaz et qui a été baptisé «Grande oxydation» ou encore «catastrophe de l'oxygène», en référence à cette crise écologique.