Comment le cholestérol a-t-il évolué ? Le pétrole piégé dans des roches anciennes cache des indices

Des formes de vie anciennes ont peut-être laissé des traces de molécules huileuses dans les roches il y a plus d'un milliard d'années, offrant de nouvelles informations sur l'évolution du cholestérol. Les fossiles moléculaires, décrits aujourd'hui dans Nature, suggèrent que les premiers organismes qui s'appuyaient sur des précurseurs du cholestérol étaient répandus sur la Terre antique. Plus tard, l'augmentation des niveaux d'oxygène a permis aux organismes de fabriquer la version plus sophistiquée de la molécule que nous connaissons - et parfois détestons - aujourd'hui.

Le cholestérol est mal vu pour son rôle dans les maladies cardiaques, mais les cellules animales ne peuvent pas s'en passer. Nos membranes cellulaires contiennent environ 30 % de cholestérol ; la molécule maintient les membranes flexibles sur une plage de températures et joue un rôle clé dans la réception des signaux d'autres cellules. Le cholestérol appartient à une famille de molécules similaires appelées stérols. Les cellules animales fabriquent le cholestérol selon un processus complexe en 37 étapes. D'autres eucaryotes, des organismes aux cellules complexes, produisent leurs propres stérols, dont le stigmastérol chez les plantes et l'ergostérol chez les champignons.

Les géochimistes et les paléontologues se tournent vers les traces fossilisées de ces stérols comme preuve de la présence d'eucaryotes dans les écosystèmes anciens. Les chercheurs les trouvent généralement dans des roches aussi vieilles que 800 millions d'années. Mais dans les roches plus anciennes, les restes de stérols semblaient manquer. C'était déroutant, car au moins certaines preuves fossiles et génétiques suggèrent que les eucaryotes avaient évolué il y a 1,6 milliard d'années.

Une vieille idée du biochimiste Konrad Bloch a fourni une explication potentielle. Bloch, qui a reçu le prix Nobel de 1964 pour son travail sur le déchiffrement de la voie chimique utilisée par les cellules pour fabriquer du cholestérol et d'autres stérols, a émis l'hypothèse dans les années 1990 qu'à mesure que cette voie évoluait au fil du temps, les formes de vie antérieures auraient pu utiliser les produits chimiques intermédiaires dans leur cellule. membranes à la place des stérols d'aujourd'hui. Il a appelé ces composés "protostéroïdes" ou "urstérols", mais, compte tenu de la technologie disponible à l'époque, il ne pensait pas qu'il serait possible de trouver des preuves pour eux.

Depuis lors, cependant, les techniques géochimiques ont évolué. Dans la nouvelle étude, le géochimiste Jochen Brocks de l'Université nationale australienne et ses collègues sont allés à la recherche des restes fossilisés de certains de ces protostéroïdes. Tout d'abord, ils ont synthétisé des protostéroïdes appelés lanostérol, cycloarténol et 24-méthylène cycloarténol en laboratoire. Ensuite, ils ont imité le processus de fossilisation en les exposant à la chaleur et à la pression. Ce faisant, les scientifiques ont identifié des dizaines de dérivés de ces molécules qui pourraient les distinguer des autres étapes de la voie du cholestérol.

Les chercheurs ont ensuite recherché ces composés dans des roches anciennes. Dans les sédiments qui se sont formés il y a 1,64 milliard d'années, ils ont trouvé des produits chimiques correspondant aux dérivés du lanostérol et du cycloarténol. Et dans des roches vieilles de 1,3 milliard d'années, ils ont trouvé des dérivés qui correspondaient au modèle produit par le 24-méthylène cycloarténol, qui est un pas plus loin sur la voie des stérols que le cycloarténol. Les roches anciennes « débordaient de ces molécules », dit Brocks. "J'aimerais pouvoir appeler Konrad Bloch et lui dire : 'On les a trouvés !'" (Bloch est décédé en 2000 à l'âge de 88 ans.)

Dans des roches plus jeunes, formées il y a entre 800 et 720 millions d'années, les chercheurs ont trouvé un mélange d'ancien et de nouveau : comme prévu, ils ont trouvé des traces de cholestérol et d'autres stérols modernes. Mais ils ont également trouvé des quantités importantes de protostéroïdes fossilisés, suggérant que les organismes qui en dépendaient n'avaient pas encore disparu. La proportion de protostéroïdes a diminué au fil du temps, les stérols modernes dominant dans les roches de moins de 600 millions d'années.

"Les données sont magnifiques", déclare le géochimiste organique Fabien Kenig de l'Université de l'Illinois à Chicago. "Nous passons d'un monde de protostérols à un monde de stérols [modernes]."

Le travail "fournit le premier exemple clair de l'évolution des [stérols] au fil du temps", explique James Sáenz, expert en biochimie membranaire à l'Université de technologie de Dresde. Les étapes finales de la synthèse du cholestérol sont coûteuses pour les cellules, note-t-il, nécessitant beaucoup d'énergie et d'oxygène, mais elles en valent apparemment la peine.

Brocks et ses collègues proposent que lorsque l'oxygène était relativement rare sur la Terre primitive, les eucaryotes qui utilisaient des protostérols dans leurs membranes dominaient les mers, les rivières et les lacs de notre planète. Alors que l'oxygène devenait plus abondant il y a environ 800 millions d'années, certains eucaryotes ont commencé à modifier ces composés pour fabriquer de nouveaux stérols, ce qui a donné à leurs cellules un avantage évolutif. Finalement, disent les auteurs, les organismes qui dépendaient des protostérols ont disparu.

C'est possible, dit la paléontologue Susannah Porter, qui étudie les premiers eucaryotes à l'Université de Californie à Santa Barbara. Mais il y a aussi d'autres explications, dit-elle, notamment que ce sont les bactéries au lieu des premiers eucaryotes qui ont fabriqué les protostérols. "C'est un peu un saut de conclure qu'il devait s'agir d'eucaryotes." Pourtant, "c'est formidable de penser à ces molécules comme ayant une histoire évolutive", dit-elle. "Nous ne saurons peut-être jamais qui a fait quoi, mais c'est excitant d'essayer d'y penser."