Au commencement était LUCA
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Au commencement était LUCA

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Au commencement était LUCA Grâce à Darwin et à son séjour aux îles Galápagos, l'homme a compris que tous les organismes sont apparentés les uns aux autres. Si l'on réfléchit un peu à cette idée, on ne peut arriver qu'à la conclusion d'un ancêtre commun à tous les organismes. Logique : toutes les branches de l'arbre de vie remontent à une racine commune, un être joliment baptisé LUCA (Last Universal Common Ancestor, ou dernier ancêtre commun universel). Le tableau semble donc limpide.Mais ces dernières années ont vu des avancées scientifiques susceptibles de tout compliquer. Dans le découpage des grands domaines du vivant, d'abord. Puis dans la définition même de la notion de vie. Se limite-t-elle aux eucaryotes (plantes, animaux et champignons) et aux microbes ? Quelle est la place des virus dans cette arborescence ? En font-ils seulement partie ? Ont-ils un rôle dans les mécanismes qui tissent la trame de l'évolution des espèces depuis le fameux LUCA ? Autant le dire d'emblée, on ne sait finalement que peu de choses sur le vénérable ancêtre. Après tout, près de quatre milliards d'années nous séparent de lui... Les biologistes ont malgré tout acquis quelques certitudes. En identifiant un peu moins d'une centaine de protéines universelles, c'està- dire présentes dans toutes les cellules vivantes, ils peuvent affirmer sans trop de risques que LUCA était déjà un être cellulaire, donc relativement élaboré.

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Publié le 26 juillet 2011
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Langue Français
Au commencement était LUCA

Grâce à Darwin et à son séjour aux îles Galápagos, l'homme a compris que tous les organismes sont apparentés les uns aux autres. Si l'on réfléchit un peu à cette idée, on ne peut arriver qu'à la conclusion d'un ancêtre commun à tous les organismes. Logique : toutes les branches de l'arbre de vie remontent à une racine commune, un être joliment baptisé LUCA (Last Universal Common Ancestor, ou dernier ancêtre commun universel).

Le tableau semble donc limpide.Mais ces dernières années ont vu des avancées scientifiques susceptibles de tout compliquer. Dans le découpage des grands domaines du vivant, d'abord. Puis dans la définition même de la notion de vie. Se limite-t-elle aux eucaryotes (plantes, animaux et champignons) et aux microbes ? Quelle est la place des virus dans cette arborescence ? En font-ils seulement partie ? Ont-ils un rôle dans les mécanismes qui tissent la trame de l'évolution des espèces depuis le fameux LUCA ?

Autant le dire d'emblée, on ne sait finalement que peu de choses sur le vénérable ancêtre. Après tout, près de quatre milliards d'années nous séparent de lui... Les biologistes ont malgré tout acquis quelques certitudes. En identifiant un peu moins d'une centaine de protéines universelles, c'està-dire présentes dans toutes les cellules vivantes, ils peuvent affirmer sans trop de risques que LUCA était déjà un être cellulaire, donc relativement élaboré. Les progrès de l'informatique et de la génomique donnent une idée de l'environnement dans lequel LUCA évoluait. Chaud, voire très chaud si l'on en croit ses gènes qui ont une bonne stabilité autour de 50°C. Quelle précision dans la connaissance d'un organisme si archaïque ! Et pourtant, il reste impossible de répondre à une question qui semble simple : quel était le support de son patrimoine génétique ? Était-il inscrit sur de l'ADN, comme les êtres vivants actuels, ou sur sa version simplifiée, l'ARN ? La question reste ouverte car si les biologistes sont capables de connaître certains des gènes de LUCA, ils ignorent encore la nature de leur support ! Dans les cellules vivantes actuelles, qui codent toutes leur patrimoine héréditaire sur de l'ADN, l'ARN existe encore et toujours. Il y remplit plusieurs fonctions et en particulier celle d'être un vecteur de l'information génétique. On est aujourd'hui certains que, dans l'histoire de l'évolution, l'ARN a précédé l'ADN, qui peut être clairement vu comme un ARN modifié. En regardant comment fonctionnent les cellules actuelles, on peut même définir plusieurs étapes de cette histoire. Avant l'ADN, on a des organismes à génome ARN qui avaient des protéines et, avant encore, des organismes à ARN qui n'avaient pas de protéines au sens ou on l'entend aujourd'hui.

Les trois domaines du vivant

Eucaryotes Ce groupe d'êtres vivants - dont font partie les humains, les animaux et les plantes - est caractérisé par une organisation cellulaire complexe. Chaque cellule est composée d'un noyau et de composants membranaires. Bactéries, ou eubactéries De forme sphérique ou ovoïde, ces organismes composés le plus souvent d'une seule cellule, sont présents dans l'air, l'eau, le sol... Leur taille est généralement de l'ordre du micron. Archées, ou archbactéries Ces micro-organismes unicellulaires sont aussi éloignés des bactéries que ces dernières le sont des eucaryotes. La plupart sont adaptées à des conditions physico-chimiques extrêmes (température, pH...).

Évidemment, on s'en doute, tout ne commence pas avec LUCA. L'ancêtre à toute forme de vie n'était nullement le premier être vivant. Il y avait sans doute beaucoup d'autres cellules. Mais LUCU a éliminé progressivement des lignées cellulaires au terme d'une compétition darwinienne, c'est-à-dire de sélection naturelle. Les scientifiques appellent cette période « monde ARN », par opposition au « monde ADN » actuel. Un ancien monde dans lequel le vivant codait son information génétique sur une molécule plus simple et surtout moins stable que l'ADN. La question est donc de savoir si LUCA appartenait déjà au « monde ADN » ou s'il faisait encore partie du « monde ARN ». L'affaire a son importance, car si LUCA -qui peut être vu non comme un commencement à la vie, mais comme un goulet d'étranglement dans l'histoire de son évolution- ne disposait que d'ARN, comment, alors, s'est-il doté d'ADN ? Et si les « inventeurs » de l'ADN avaient été... les virus ? Cette théorie suppose grosso modo que trois lignées de virus à ADN aient infecté de proches descendants de LUCA. Le mécanisme pourrait expliquer le transfert de l'ADN au vivant ainsi que l'existence de trois grands domaines de la vie : les bactéries, les eucaryotes et les archées. L'idée de cette « fécondation » d'un vivant archaïque par des virus à ADN est discutée, mais il est une certitude : les scientifiques ont suffisamment de données pour dire que les virus sont plus anciens que LUCA.

Les virus ont peut-être eu la primeur de l'ADN

Le fait que les chercheurs ont accès à de plus en plus de génomes complets permet aussi de suggérer l'idée que les nouveaux gènes peuvent, en quelque sorte, avoir été « inventés » par les virus, puis transmis au monde vivant. En effet, en séquençant des génomes, les scientifiques se rendent compte que, par exemple, sur les 3 500 gènes identifiés d'une bactérie, 20 à 30%ne sont retrouvés chez aucun autre organisme. D'où viennent-ils donc ? Une des possibilités est les virus. Dans tous les cas, le « conflit » entre les virus et les organismes cellulaires joue un rôle moteur dans l'évolution. Non seulement les virus ont peutêtre eu la primeur de l'ADN, non seulement ils l'ont peutêtre transmis aux organismes vivants, non seulement ils comptent sans doute au nombre des principaux « inventeurs » de gènes, mais ils forceraient aussi les mécanismes de l'évolution (cf. encadré).

Les récents travaux sur la variabilité génétique humaine montrent d'ailleurs que les agents (virus et bactéries) qui provoquent les maladies d'Homo sapiens sont des facteurs d'évolution rapide des populations humaines. Pourtant, en biologie, le dogme persiste à les classer hors du domaine de la vie. Les virus, qui disposent d'un patrimoine génétique -codé sur ADN ou ARN, c'est selon- ne sont pas vivants. Aumotif, entre autres, qu'ils sont incapables d'une existence cellulaire autonome.

Mais aussi, parce qu'ils gagnent, perdent et s'échangent constamment des gènes et qu'on ne peut donc pas construire pour le monde viral d'arbre généalogique comparable à celui que l'on peut établir pour le monde cellulaire. Mais ceci est un autre débat...

Le rôle évolutif des virus

Les virus pourraient avoir légué à la postérité des mutations ponctuelles et des événements qui semblent à l'origine de divergences majeures et de nouveaux ordres, tels que le développement du noyau eucaryote, le mécanisme de réplication eucaryote et la tolérance immunitaire adaptative. Les virus ne seraient alors pas tous dangereux, certains nous seraient même bénéfiques. Une superbe illustration du rôle des virus dans l'évolution des espèces est le cas d'un petit plancton, Emiliana huxleyi. Un gros virus présent dans ses échantillons est capable de l'infecter. Rien que de très banal jusqu'à présent. À ceci près que l'agent infectieux n'infecte que la phase dite « diploïde » du plancton, c'est-à-dire l'organisme « entier ». Lorsqu'il est en « haploïde », sous forme de gamète, le plancton en réchappe. Un peu comme si un testicule, pour échapper à une infection et à la mort, devait se transformer en spermatozoïde. Ou bien comme si le virus forçait le plancton à avoir des relations sexuelles. Du coup, on peut imaginer que la sexualité, chez les eucaryotes, a pu être inventée grâce aux virus.