Bien que la lumière soit à la base de presque toute vie sur Terre, certaines parties de ces réactions chimiques sont restées quelque peu mystérieuses jusqu’à présent. Pour la première fois, des chercheurs ont en effet observé les débuts de la photosynthèse en partant d’un seul photon. Les détails de l’étude sont publiés dans la revue Nature.
Qu’est-ce que la photosynthèse ?
La photosynthèse est un incroyable processus par lequel les plantes, les algues et certaines bactéries convertissent l’énergie lumineuse de notre étoile en énergie chimique sous forme de glucose.
Dans un premier temps, les pigments chlorophylliens présents dans les chloroplastes des cellules végétales captent les photons (les particules de lumière). L’énergie de ces photons est ensuite utilisée pour alimenter une série de réactions chimiques qui se déroulent dans les thylakoïdes. Il s’agit de structures membranaires situées à l’intérieur des chloroplastes. L’énergie lumineuse est alors convertie en adénosine triphosphate (ou ATP), une molécule qui stocke l’énergie chimique. Le processus de photosynthèse produit également du nicotinamide adénine dinucléotide phosphate réduit (ou NADPH), une molécule qui transporte des électrons et de l’énergie chimique.
Après avoir produit de l’ATP et du NADPH, la photosynthèse permet de convertir le CO2 en glucose. Ce glucose est ensuite utilisé comme source d’énergie. Rappelons également que le processus libère aussi de l’oxygène dans l’atmosphère, ce qui est essentiel pour maintenir la vie sur Terre.
Les scientifiques connaissent les contours de ce processus depuis au moins la fin des années 1700. Au cours des deux siècles suivants, les détails de ce processus incroyablement complexe ont fini par se révéler au rythme des avancées techniques. Au fil du temps, on a également réalisé que les chloroplastes devaient être très sensibles à la lumière. Nous savons en effet que les plantes peuvent photosynthétiser dans des conditions ombragées où les photons sont relativement diffus. Les scientifiques ont donc émis l’hypothèse que seul un petit nombre de ces photons était nécessaire pour enclencher le processus. Cependant, personne n’avait observé avec succès cette première étape cruciale. C’est désormais chose faite.
Un photon suffit
Dans le cadre de ces travaux, une équipe de l’Université de Berkeley, en Californie, a examiné les bactéries photosynthétiques violettes, également connues sous le nom de bactéries pourpres non soufrées. Contrairement aux plantes et aux cyanobactéries, elles utilisent des pigments différents, appelés bactériochlorophylles, pour capter la lumière et effectuer la photosynthèse. Nous savons aussi qu’elles partagent un ancêtre ancien avec les plantes et les algues modernes. C’est pourquoi les chercheurs les ont choisies comme sujet d’étude.
Pour leur expérience, les géochimistes ont mis en place une source de photons capable de libérer seulement deux photons à la fois. Lors de chaque test, le premier photon émis était absorbé par un détecteur ultra-sensible, tandis que l’autre frappait l’équivalent d’un chloroplaste de la bactérie. Ils ont alors observé que lorsque le second photon avait atteint sa cible, le processus de photosynthèse était enclenché. Les chercheurs ont effectué ce test plus de 1,5 million de fois pour s’assurer que la réaction chimique soit effectivement déclenchée par ce photon, et non pas une quelconque force extérieure.
Si nous savons que le Soleil libère plusieurs dizaines de photons par nanomètre carré par seconde, cette étude nous montre que vous n’avez en réalité besoin que d’un seul photon pour déclencher la photosynthèse.
