LUCA, énigmatique cellule mère Universelle (2005)

> Les premieres cellules vivantes apparaissent sans doute sur Terre il y a 3,5 milliards d’annees, la fourchette d’incertitude restant grande : de plus de 3,8 a 3,2 milliards d’annees. Les cellules originelles, comme leurs equivalents modernes, devaient etre caracterisees par une membrane separant un milieu interieur d’un milieu exterieur ; une capacite de croissance par metabolisme de molecules exterieures, ce qui implique l’utilisation d’une source d’energie ; une capacite pour la cellule de se diviser, et donc de proliferer ; et, enfin, un programme genetique assurant une certaine stabilite des proprietes biologiques de la cellule et leur transmission aux cellules filles. Une autre caracteristique de ce programme genetique des origines est de n’etre pas recopie exactement a l’identique lors de la division des cellules. Il s’ensuit une diversite biologique, accrue par les transferts horizontaux de materiel genetique, qui constitue le substratum de l’evolution des especes. Ceux des descendants d’un organisme parental ayant, par hasard, herite de modifications ou, par transfert, de combinaisons de caracteres nuisant a leur reproduction dans un ecosysteme donne en sont progressivement elimines. A l’inverse, les etres dotes de traits favorisant leur prolificite ont une descendance nombreuse, ce qui assure la large diffusion, et donc le succes des genes et combinaisons de genes conferant un tel avantage selectif. C’est de ces premieres protocellules qu’emergeront toutes les formes de vie que l’on connait aujourd’hui. Depuis les travaux de Carl Woese, un bacteriologiste de l’Illinois, a la fin des annees 60, on distingue trois embranchements fondamentaux des formes de vie, les bacteries (ou eubacteries), les archaeas (archaeabacteries) et les eucaryotes [1]. Ces derniers sont pourvus d’un noyau, ce qui n’est pas le cas des bacteries et des archaeas qui sont des procaryotes. Initialement, l’observation selon laquelle certaines familles d’archaeas se trouvent vivre dans des conditions extremes de temperature, de salinite ou (et) de pH, suggera qu’elles representaient le rameau initial dont ont diverge les bacteries et les eucaryotes. Carl Woese avait fonde ses premiers travaux sur la comparaison de la sequence des ARN ribosomiques des etres vivants, ce qui ne donnait strictement aucune indication quant a l’arbre evolutif qui a preside a l’emergence de ces types de cellules. L’analyse genetique et biochimique d’un plus grand nombre de bacteries, d’archaeas et d’eucaryotes allait cependant jeter un serieux doute sur la precession des archaeas. En effet, par certains cotes, les eucaryotes ressemblent plus aux archaeas qu’aux bacteries. Tel est le cas des enzymes de la machinerie de replication et de transcription. De plus, l’ADN des archaeas forme des complexes avec des assemblees proteiques evoquant les nucleosomes eucaryotiques. En revanche, eucaryotes et bacteries presentent plus de similarites quant aux enzymes gouvernant le metabolisme. Globalement, les genes codant les fonctions nucleaires ont tendance a evoquer plutot les archaeas alors que ceux codant les etapes du metabolisme ont un type plutot bacterien. Ces observations ont conduit a formuler l’hypothese selon laquelle les eucaryotes deriveraient d’une symbiose datant d’il y a environ 2,6 a 2,8 milliards d’annees entre une α-proteobacterie et une archaea methanogene, expliquant a la fois l’origine double du genome eucaryotique et l’apparition des mitochondries [2, 3]. Selon ce schema, la cellule originelle serait bacterienne ; elle aurait diverge pour donner les archaeas puis, apres fusion de descendants des deux lignages derivant de cet embranchement, les eucaryotes, d’emblee dotes de mitochondries qui auraient par la suite ete perdues dans de rares rameaux. LUCA (Last Universal Common Ancester), le dernier ancetre commun a toutes les cellules vivantes, serait par consequent une bacterie. Les travaux de phylogenie moleculaire ne sont pas incompatibles avec ce schema mais ne permettent pas de determiner, dans l’hypothese ou les cellules bacteriennes auraient precede toutes les autres, a quelles familles vivant a l’heure actuelle elles pouvaient ressembler le plus. Pour certains, il pourrait s’agir de bacteries thermophiles de type Aquificales ou Thermotogales. Cependant, il n’est pas aise de comprendre comment, aux origines de la vie, des enzymes thermostables auraient deja pu exister. De fait, d’autres groupes privilegient l’hypothese selon laquelle notre mere superieure serait une bacterie vivant a temperature moderee, ressemblant par exemple aux Planctomycetales dont la membrane, comme celle des archaeas, est depourvue de peptidoglycane et dont les chromosomes sont entoures d’une membrane, ce qui evoque bien entendu le possible ancetre d’un noyau [4, 5]. Patrick Forterre favorise quant a lui une hypothese revolutionnaire selon laquelle, apres tout, ce serait les eucaryotes, les cellules dont nous sommes constitues, qui constitueraient l’ancetre universel de la vie moderne [4, 5]. Par certains aspects, observe Patrick Forterre, les bacteries semblent s’etre modernisees par rapport aux eucaryotes, voire aux archaeas. Les eucaryotes ont des chromosomes lineaires, ce qui exige la mise en œuvre d’une procedure compliquee de reparation permanente des extremites via la constitution des telomeres. Les nombreux introns des