​C'est en France, en Dordogne, que les scientifiques du BIAM (CEA-CNRS-Aix Marseille Université) ont identifié ce groupe d'organismes atypiques, grâce à une étude de l'organisme à l'échelle de la cellule et sous plusieurs angles complémentaires.

Des bactéries réduites à l'état de « sacs » de nano-aimants

La capacité de s'orienter grâce à des bactéries formant des biominéraux magnétiques avait déjà été observée par la même équipe de scientifique en 2019.  Les bactéries magnétiques responsables de cette fonction recouvraient entièrement la surface de l'hôte, formant un assemblage appelé holobionte.
​​Le fait marquant de cette nouvelle étude repose sur la découverte de bactéries complètement internalisées dans la cellule, apparentées à un autre groupe de bactéries sulphato-réductrices, dont les cellules sont quasiment entièrement remplies de cristaux de fer magnétiques. Une demi-douzaine de ces « sacs » de nano-aimants alignés dans le sens antéro-postérieur de l'hôte permet à ce groupe de cilié, jamais caractérisé auparavant, d'acquérir une fonction sensorielle unique leur permettant de s'orienter dans le champ magnétique terrestre.

Image de microscopie confocale du protiste capable de magnétoréception, ses endosymbiontes formant des cristaux de fer magnétiques sont indiqués par des flêches blanches (A) et image de microscopie électronique en transmission d'une bactérie magnétotactique endosymbiotique produisant de nombreux cristaux magnétiques en forme de balles de fusil (B). ©​ BIAM

Des bactéries à l'origine de la magnétoréception, mais pas que…

Les bactéries magnétiques ne sont pas les seules partenaires endosymbiotiques de ce consortium complexe. Grâce à des approches de biologie moléculaire, les chercheurs ont identifié et localisé trois autres espèces de bactéries dans différentes régions de leur hôte. L'analyse de leurs génomes suggère que ces partenaires bactériens jouent un rôle clé dans le métabolisme de l'organisme. Ils permettraient notamment à l'hôte eucaryote de respirer là où il vit, c'est-à-dire dans les zones des sédiments dépourvus en oxygène. Comment ? L'équipe du BEAMM (BIAM) explique : « Lorsque nous respirons, nous utilisons de l'oxygène comme accepteur terminal d'électrons. En l'absence d'oxygène, cet organisme pourrait transférer les électrons qu'il génère à ses symbiontes, qui réduiraient alors les sulfates et autres composés soufrés abondants. C'est une forme d'adaptation à son habitat ».​

Une piste pour comprendre l'évolution de la magnétoréception ?

Plusieurs scientifiques ont tenté de faire le rapprochement entre les protistes magnétotactiques et l'origine de la magnétoréception chez les animaux, notamment les oiseaux, les poissons et les insectes, qui possèdent naturellement cette capacité de géolocalisation pour s'orienter sur de longues distances. Cependant, cette analogie apparait pour l'instant scientifiquement infondée car les mécanismes impliqués pourraient avoir des origines différentes. Les scientifiques du BIAM gardent toutefois l'espoir d'apporter de futurs éléments de réponse à ces questions.
« Ce qui rend nos résultats particulièrement intéressants, c'est que le génome de la bactérie symbiotique qui produit les biominéraux montre des signes d'une très forte dépendance vis-à-vis de son hôte. Nous sommes potentiellement à une étape évolutive intermédiaire, à la frontière entre une bactérie libre, et ce qui pourrait, à terme, devenir un organite spécialisé, un peu comme les mitochondries dans nos cellules. On sait que dans l'histoire de l'évolution, ce type de relation peut aller encore plus loin, avec des transferts de gènes de la bactérie vers le noyau de la cellule hôte. Si, dans le futur, la recherche démontre que ce genre d'événements s'est produit chez les ancêtres de certains groupes d'eucaryotes, cela pourrait aider à mieux comprendre comment ce sens complexe a pu émerger chez les animaux. »