Une représentation numérique illustrant comment LUCA était déjà attaquée par des virus il y a 4,2 milliards d'années. Crédit : Science Graphic Design
UN Université de BristolUne étude menée par des chercheurs américains a révélé que la vie sur Terre, issue d'un ancêtre commun appelé LUCA, s'est épanouie peu de temps après la formation de la planète.
Grâce à l'analyse génétique et à la modélisation évolutive, les chercheurs ont localisé l'existence de LUCA il y a environ 4,2 milliards d'années, révélant qu'il s'agissait d'un organisme complexe doté d'un système immunitaire précoce faisant partie intégrante des premiers écosystèmes de la Terre.
Le schéma génétique de LUCA et ses descendants
Tout ce qui vit aujourd’hui dérive d’un seul ancêtre commun connu affectueusement sous le nom de LUCA (Last Universal Common Ancestor).
LUCA est l'ancêtre commun hypothétique duquel descend toute la vie cellulaire moderne, des organismes unicellulaires comme les bactéries aux séquoias géants (ainsi que nous, les humains). LUCA représente la racine de l'arbre de la vie avant qu'il ne se divise en groupes, reconnus aujourd'hui, les bactéries, les archées et les eucaryotes. La vie moderne a évolué à partir de LUCA à partir de diverses sources différentes : les mêmes acides aminés utilisé pour construire des protéines dans tous les organismes cellulaires, la monnaie énergétique partagée (ATP), la présence de machines cellulaires comme le ribosome et d'autres associées à la fabrication de protéines à partir des informations stockées dans ADNet même le fait que toute vie cellulaire utilise l’ADN lui-même comme moyen de stockage de l’information.
Méthodes de recherche et l'ère de LUCA
L'équipe a comparé tous les gènes des génomes vivants espècesen comptant les mutations qui se sont produites dans leurs séquences au fil du temps depuis qu'ils ont partagé un ancêtre dans LUCA.
Le moment de la séparation de certaines espèces est connu grâce aux fossiles et l'équipe a donc utilisé un équivalent génétique de l'équation familière utilisée pour calculer la vitesse en physique pour déterminer quand LUCA existait, arrivant à la réponse d'il y a 4,2 milliards d'années, environ quatre cents millions d'années après la formation de la Terre et de notre système solaire.
Sandra Álvarez-Carretero, co-auteure de l'étude et professeure à l'École des sciences de la Terre de Bristol, a déclaré : « Nous ne nous attendions pas à ce que LUCA soit si ancienne, à quelques centaines de millions d'années de la formation de la Terre. Cependant, nos résultats concordent avec les conceptions modernes sur l'habitabilité de la Terre primitive. »
Aperçus physiologiques et modélisation évolutive de LUCA
L’équipe a ensuite élaboré la biologie de LUCA en modélisant les caractéristiques physiologiques des espèces vivantes à travers la généalogie de la vie jusqu’à LUCA. Le Dr Edmund Moody, auteur principal de l’étude, a expliqué : « L’histoire évolutive des gènes est compliquée par leur échange entre les lignées. Nous devons utiliser des modèles évolutifs complexes pour réconcilier l’histoire évolutive des gènes avec la généalogie des espèces. »
Le co-auteur, le Dr Tom Williams de la School of Biological Sciences de Bristol, a déclaré : « L’un des avantages réels de cette approche est d’appliquer l’approche de réconciliation arbre génétique-espèce-arbre à un ensemble de données aussi diversifié représentant les principaux domaines de la vie des archées et des bactéries. Cela nous permet de dire avec une certaine confiance et d’évaluer ce niveau de confiance sur la façon dont LUCA a vécu. »
La complexité et l'impact environnemental de LUCA
Le professeur Davide Pisani, co-auteur de l'étude, a déclaré : « Notre étude a montré que LUCA était un organisme complexe, pas trop différent des procaryotes modernes, mais ce qui est vraiment intéressant, c'est qu'il est clair qu'il possédait un système immunitaire précoce, ce qui montre que même il y a 4,2 milliards d'années, notre ancêtre se livrait à une course aux armements avec les virus. »
Tim Lenton (Université d'Exeter, École de géographie), co-auteur, a déclaré : « Il est clair que LUCA exploitait et modifiait son environnement, mais il est peu probable qu'il ait vécu seul. Ses déchets auraient pu servir de nourriture à d'autres microbes, comme les méthanogènes, qui auraient contribué à créer un écosystème de recyclage. »
Conséquences plus larges de l’étude sur la petite enfance
« Les résultats et les méthodes employés dans ce travail éclaireront également les études futures qui examineront plus en détail l'évolution ultérieure des procaryotes à la lumière de l'histoire de la Terre, y compris les archées moins étudiées avec leurs représentants méthanogènes », a ajouté la co-auteure, la professeure Anja Spang (Institut royal néerlandais pour la recherche marine).
Le professeur Philip Donoghue, co-auteur de l’étude, a déclaré : « Notre travail rassemble des données et des méthodes issues de plusieurs disciplines, révélant des informations sur la Terre primitive et la vie qui ne pourraient être obtenues par une seule discipline. Il démontre également la rapidité avec laquelle un écosystème s’est établi sur la Terre primitive. Cela suggère que la vie pourrait prospérer dans des biosphères semblables à la Terre ailleurs dans l’univers. »
L'étude a également impliqué des scientifiques de l'University College London (UCL), de l'Université d'Utrecht, du Centre de recherche écologique de Budapest et de l'Université des sciences et technologies d'Okinawa.
Cette recherche a été financée par la Fondation John Templeton. Les opinions exprimées dans cette publication sont celles des auteurs et ne reflètent pas nécessairement celles de la Fondation John Templeton.
