Jusqu'à présent, il était admis que la photosynthèse, le processus par lequel les plantes, les algues et les cyanobactéries convertissent l’énergie lumineuse en énergie chimique, n’était possible qu’avec la lumière visible. Mais des chercheurs de l’Imperial College de Londres viennent de montrer que des cyanobactéries sont capables d’effectuer un autre type de photosynthèse à partir d’un rayonnement infrarouge, une lumière non perceptible par l’homme.
La photosynthèse fait intervenir des centaines de molécules, organisées en unités – des photosystèmes – qui comportent chacune de la chlorophylle et d’autres pigments photosensibles qui captent l’énergie lumineuse. Ensuite se déroule une chaîne de transferts d’électrons, de molécules en molécules, du donneur primaire (une molécule de chlorophylle du centre réactionnel) à l’accepteur final. La théorie dominante était jusqu'à présent que le donneur primaire d’électron était obligatoirement la chlorophylle de type a, seul pigment connu capable de céder un électron lorsqu’il est éclairé avec un rayonnement rouge compris entre 680 et 700 nanomètres de longueur d’onde (le domaine visible allant de 400 à 700 nanomètres).
Mais l'équipe de l'Imperial College a montré que chez Chroococcidiopsis thermalis, une cyanobactérie très répandue sur Terre, la chlorophylle f, un autre pigment, peut jouer le rôle de donneur primaire lorsqu’il est soumis à un rayonnement de 750 nanomètres de longueur d’onde, dans l’infrarouge.
Contre toute attente, cette cyanobactérie est donc capable, lorsqu’elle ne reçoit plus assez de lumière visible, de mettre en place une autre voie de photosynthèse dans l’infrarouge. Ce processus est réversible : si ces cyanobactéries sont à nouveau en plein soleil, elles reviennent à la photosynthèse classique.
Cette découverte est fondamentale pour la recherche de vie extraterrestre, car elle conduit à redéfinir la « limite rouge », l’énergie lumineuse minimale requise pour que la photosynthèse puisse se produire. Repousser la limite de longueur d’onde admise de 700 à 750 nanomètres revient à abaisser la limite rouge à une énergie inférieure. Or 70 % des étoiles de la Voie lactée sont des naines rouges, émettant essentiellement un rayonnement peu énergétique dans le rouge et l’infrarouge. Cette découverte invite donc à reconsidérer de nombreuses planètes en orbite autour de naines rouges, où la photosynthèse était jugée jusqu’à présent impossible.
Ces travaux entraînent également une révolution dans la compréhension d’un processus que l’on pensait bien connaître : la photosynthèse classique. Dans ce processus, chaque photosystème contient des centaines de molécules de chlorophylle a disposées d’une façon bien précise. L’étude des photosystèmes de C. thermalis montre que ce n'est pas le cas. En fait, les photosystèmes de cette cyanobactérie contiennent à la fois des molécules de chlorophylle a et f. Or les chlorophylles a et f absorbant des longueurs d’ondes différentes, elles sont facilement distinguables. Les chercheurs ont donc localisé facilement le donneur primaire chez cette cyanobactérie.
Mais ce qu'ils ont alors découvert, c'est que les molécules de chlorophylle ne se trouvent pas au centre du photosystème, mais juste à côté ! "Depuis des années, on pensait que cette molécule de chlorophylle était accessoire, alors que c’est elle qui initie toute la chaîne de transfert d’électrons !", explique Bill Rutherford, auteur principal de l’étude. Le professeur Bill Rutherford, directeur du Département des sciences de la vie à l'Impérial College, souligne pour sa part que "La découverte de cette nouvelle forme de photosynthèse est une avancée scientifique majeure qui nous oblige à remettre en cause nos certitudes sur les limites supposées de la photosynthèse et nous montre que cet extraordinaire mécanisme naturel de production et de conversion d'énergie est bien plus subtil que nous le pensions".
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
