La question "comment exactement la vie a-t-elle commencé?" est l'un des plus grands mystères de la science moderne. Alors que la plupart des scientifiques pensent que toutes les formes de vie ont évolué à partir d'un ancien micro-organisme primitif commun, les détails s'arrêtent là. Quel genre de gènes cette forme de vie possédait-elle et où vivait-elle? Une nouvelle étude publiée dans Nature Microbiology met en lumière l'origine et le développement de cet ancien organisme.
Les scientifiques expérimentés intéressés par l'origine de la vie abordent généralement ce problème de deux manières différentes. L'une d'elles est une approche ascendante, où ils essaient d'imaginer depuis combien de temps la vie a commencé, puis recréent les principales étapes de son origine en laboratoire. Une autre approche descendante consiste à analyser et à «couper» les cellules modernes pour les simplifier et en déduire les étapes clés de l'évolution de la complexité des cellules.
Les informaticiens qui tentent de résoudre ce problème exploitent les énormes quantités de données qui ont émergé à la suite de la révolution - le séquençage de l'ADN. Il a inondé les scientifiques d'informations sur les génomes d'organismes, des bactéries aux humains. Ils peuvent cacher des informations sur les séquences d'ADN de cellules primitives - les premières cellules de la planète à utiliser le code génétique moderne - qui ont été transmises à travers des milliards de générations.
Le «dernier ancêtre commun universel» est hypothétiquement l'une des toutes premières cellules d'où toute vie sur Terre est née. La relation entre cet ancêtre et les organismes modernes est souvent visualisée sous forme d'arbres évolutionnaires, dont les premiers exemples connus remontent à Charles Darwin.
Le séquençage de l'ADN fournit une mesure excellente et hautement quantitative de la connectivité génétique qui imprègne toute la biologie. Presque tous les organismes de la planète utilisent le même code de quatre bases A, C, G et T. Par conséquent, en principe, il pourrait être utilisé pour construire des arbres évolutionnaires de toute vie. Nous savons que certains gènes existaient à l'aube de la vie cellulaire et ont été hérités par toutes les formes de vie ultérieures. Au cours de quatre milliards d'années, des copies, par exemple, d'un petit gène d'ARNr 16S ont progressivement changé au cours de mutations aléatoires dans des lignées individuelles qui ont conduit à différentes formes de vie. Il s'ensuit que chacun d'eux a une séquence caractéristique, qui sera similaire dans les organismes nouvellement développés, mais de plus en plus différente dans les généalogies.qui est apparu plus tôt sur le segment évolutif.
Les premières analyses de ces séquences d'ADN «universelles», réalisées il y a une trentaine d'années, ont conduit à des changements significatifs dans notre appréciation de la diversité de la vie sur Terre, et en particulier de la diversité des organismes unicellulaires sans noyau (procaryotes). Ils ont également identifié un tout nouveau domaine de la vie procaryote, qui est maintenant appelé archées.
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Les tentatives de développement d'arbres véritablement universels qui détermineront l'origine de toutes les cellules modernes de leurs derniers ancêtres universels ont été limitées par un certain nombre de problèmes techniques. L'un des problèmes est le grand nombre de groupes qui se sont séparés depuis le tout début de la vie. De plus, les bactéries peuvent également échanger des gènes entre elles, ce qui rend plus difficile la détermination de leur origine.
Mangeurs d'hydrogène?
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé une méthode intelligente et de pointe pour organiser les gènes procaryotes séquencés en familles. Ensuite, ils ont cherché des similitudes et des modèles dans tous les groupes bactériens et ont trouvé un petit ensemble de gènes qui étaient présents à la fois dans les archées et les bactéries. Les scientifiques ont pu montrer que ces gènes étaient très probablement hérités directement d'un ancêtre commun et n'étaient pas obtenus par échange.
Ce résultat est significatif car il identifie les groupes spécifiques de bactéries (clostridia) et archées (méthanogènes) qui portent les premières versions de ces gènes, et indique qu'ils sont très anciens et peuvent être similaires aux tout premiers organismes qui ont conduit à l'émergence de lignées distinctes de bactéries et archées.
Plus important encore, la nature des gènes qui ont survécu raconte une histoire étonnante sur l'environnement dans lequel vivait leur dernier ancêtre - y compris la façon dont il recevait de l'énergie. Les recherches montrent que le monde habité par ces organismes il y a quatre milliards d'années était très différent du nôtre. Il n'y avait pas d'oxygène disponible, mais si vous croyez aux gènes, l'ancêtre commun a reçu de l'énergie de l'hydrogène, produit, apparemment, par l'activité géochimique de la croûte terrestre. Les gaz «inertes», y compris le dioxyde de carbone et l'azote, ont fourni les éléments de base pour la production de toutes les structures cellulaires. Le fer était disponible en abondance et le manque d'oxygène ne le transformait pas en rouille insoluble, donc cet élément était utilisé par les enzymes de la première cellule. On pense que plusieurs de ces gènes ont été impliqués dans l'adaptation aux températures élevées,ce qui suggère le contraire: des organismes développés dans un environnement hydrothermal - similaire aux évents hydrothermaux modernes ou aux sources chaudes, où les bactéries vivent encore avec plaisir.
Malheureusement, sans machine à remonter le temps, nous ne pouvons pas vérifier directement ces résultats. Mais ces informations sont d'un grand intérêt, en particulier pour les scientifiques qui tentent de recréer les formes de la vie primitive. C’est effrayant de penser que nos premiers ancêtres (les tout premiers) se sont privés d’oxygène.
Ilya Khel
