Les biologistes sont toujours aux prises avec le mystère de l'origine de la vie sur Terre. Il est nécessaire de comprendre l'origine des bactéries primitives et d'autres formes de vie. On sait peu de choses sur l'organisme progéniteur, mais la génomique nous permet de découvrir quelque chose sur les créatures les plus anciennes qui habitaient le monde à l'aube de son existence. "Lenta.ru" raconte un article publié dans la revue Nature, dans lequel les auteurs tentent de répondre à la question de savoir qui était LUCA (dernier ancêtre commun universel), Luca est l'ancêtre commun universel de tous les organismes modernes.
Il n'y avait pas encore trois domaines (super royaumes) de la vie - bactéries, archées et eucaryotes, mais il existait déjà. Cet organisme est un lien intermédiaire entre l'environnement inanimé de la Terre primitive et les premiers microbes qui vivaient dans les roches il y a 3,8 à 3,5 milliards d'années. On ne sait pas à quoi ressemblait Luke et dans quelles conditions il vivait. Les scientifiques, comme les détectives, ont reconstitué ses caractéristiques de base pièce par pièce. Nous sommes partis du principe suivant: puisque Luc est l'ancêtre de tous les organismes vivants, cela signifie qu'ils ont hérité de lui certains traits. Sur la base des caractéristiques biologiques inhérentes à chaque être vivant, les biologistes ont créé un portrait de Luke: un organisme unicellulaire qui ressemble à une bactérie.
Une nouvelle étude menée par des scientifiques allemands a permis de clarifier l'organisation interne de l'ancêtre universel. Les scientifiques ont déterminé quels gènes pourraient inclure l'ADN de Luke. Pour ce faire, ils ont utilisé une approche phylogénétique, c'est-à-dire analysé les relations évolutives entre différents types de vie sur Terre. Cela a été fait de la manière suivante. Après avoir établi quelles protéines sont codées par le génome procaryote, les biologistes ont sélectionné celles qui répondaient à plusieurs critères. Premièrement, la protéine doit être présente dans les taxons supérieurs des bactéries et des archées. Deuxièmement, si nous construisons un arbre phylogénétique - un diagramme qui reflète les relations évolutives - alors les bactéries et les archées qui possèdent cette protéine devraient former un groupe monophylétique, c'est-à-dire avoir un ancêtre commun. Cette dernière condition augmente la probabilité que ces mêmes protéines soient présentes chez Luke,et de lui ont été transmis aux descendants.
Au total, plus de six millions de gènes codant pour des protéines ont été analysés et présents dans 1 847 génomes bactériens et 134 génomes archéologiques. Sur le total, les scientifiques ont formé 286 514 groupes (grappes), dont seulement 11 000 environ contenaient des protéines bactériennes et archéennes. Lorsque les arbres phylogénétiques ont été construits et que les groupes protéiques ont été testés pour suivre le principe monophylétique, il ne restait que 335 grappes répondant aux conditions initiales. Toutes les protéines de l'échantillon final, selon les biologistes, étaient présentes dans le génome de LUCA. Il est à noter que ces critères n'excluent pas la possibilité d'un transfert horizontal de gène. Ainsi, une protéine apparue pour la première fois dans les bactéries précoces pouvait pénétrer dans Archea et se propager parmi les représentants de chacun des domaines, bien qu'elle n'ait jamais été présente dans le corps de Luke.
Les biologistes se sont intéressés aux gènes qui constituent le «noyau d'information» des cellules des organismes vivants. On parle de 19 protéines impliquées dans la synthèse des ribosomes, ainsi que de huit enzymes qui jouent un rôle majeur dans la formation de l'ARN de transport (elles déplacent les acides aminés vers les sites de construction des molécules protéiques).
Fumeurs noirs
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Photo: NOAA / Wikipédia
Le génome reconstruit de Luke suggère qu'il s'agissait d'une créature anaérobie (adaptée à un environnement sans oxygène) qui a reçu l'énergie nécessaire à la vie à la suite de la chimiosynthèse - des réactions chimiques qui oxydent les minéraux. Apparemment, l'ancêtre universel vivait près des évents hydrothermaux, comme des fumeurs noirs. Ceci est indiqué par la présence possible de gyrases dedans - enzymes spécifiques aux organismes thermophiles (thermophiles). Aussi dans LUCA, très probablement, il y avait des enzymes qui permettent la chimiosynthèse, dans laquelle le dioxyde de carbone est la seule source de carbone. En général, cet organisme pourrait recevoir de l'énergie provenant de gaz tels que l'hydrogène, le dioxyde de carbone et l'azote.
Certaines des enzymes contiennent des grappes de fer-soufre (FeS), qui sont un groupe de molécules de cofacteur qui se lient spécifiquement aux protéines et déterminent leur activité catalytique. Cela indique que Luke vivait dans un environnement riche en fer. Un autre groupe de protéines impliquées dans le métabolisme des sucres a été identifié: les glycosylases et les hydrolases. Ces enzymes dans les cellules modernes sont importantes pour la synthèse de la paroi cellulaire, ce qui peut indiquer l'existence d'une paroi cellulaire primitive dans LUCA.
La grande source prismatique est un habitat typique des Archéens
Photo: Jim Urquhart / Reuters
Les résultats des chercheurs confirment un certain nombre de thèses importantes. Les clusters FeS, ainsi que les métaux de transition dans la composition des cofacteurs, sont l'héritage d'un métabolisme ancien. Les premiers organismes vivants sont apparus dans les évents hydrothermaux. Les réactions chimiques se produisant à la frontière du milieu aquatique et des roches rocheuses ont créé les conditions pour l'émergence de la vie. Les premiers représentants des bactéries et des archées étaient des autotrophes, dépendant de l'hydrogène et utilisant le dioxyde de carbone comme accepteur terminal dans le métabolisme énergétique (chez les animaux et les plantes, l'oxygène inhalé joue ce rôle).
Les arbres phylogénétiques construits n'ont pas permis d'isoler les protéines caractéristiques de LUCA, impliquées dans la synthèse des acides aminés qui composent les protéines et des nucléosides qui forment l'ADN et l'ARN. Néanmoins, un ancêtre universel aurait pu se former à partir de ces composants qui se sont formés à la suite de processus chimiques spontanés caractéristiques de la Terre primitive.
Fait intéressant, les résultats des biologistes allemands contredisent les résultats des scientifiques français publiés en 2008. Ils ont attribué l'oignon à des organismes qui préfèrent des températures modérées (moins de 50 degrés Celsius). On pensait que LUCA ne pouvait pas être un thermophile en raison du fait que ses protéines n'étaient pas résistantes aux températures élevées. Dans le même temps, les ancêtres des bactéries et des archées auraient bien pu vivre dans un environnement très chauffé. Le nouveau travail ne s'intéresse pas à la stabilité immédiate des enzymes, mais aux conditions environnementales pour lesquelles ces protéines sont caractéristiques.
Alexandre Enikeev
