De nouvelles recherches montrent que toute vie actuelle provient d’une cellule qui vivait il y a 4,2 milliards d’années, quelques centaines de millions d’années seulement après la formation de la Terre. Ce dernier ancêtre commun universel, affectueusement surnommé LUCA par les biologistes, n’était pas si différent des bactéries plutôt complexes qui existent aujourd’hui et vivait dans un écosystème regorgeant d’autres formes de vie et de virus.
“Ce qui est vraiment intéressant, c’est qu’il disposait clairement d’un système immunitaire précoce, ce qui montre qu’il y a déjà 4,2 milliards d’années, notre ancêtre était engagé dans une course aux armements avec des virus”, Davide Pisani, chercheur en génomique à l’Université de Bristol au Royaume-Uni et co-auteur de la nouvelle étude.
Toute vie cellulaire sur Terre présente certaines caractéristiques clés: elle utilise les mêmes éléments constitutifs de protéines, la même monnaie énergétique pour alimenter ses cellules (ATP) et toutes les cellules utilisent l’ADN pour stocker des informations. Ces similitudes ne sont pas une coïncidence; ils soulignent tous que la vie telle que nous la connaissons aujourd’hui provient de la même source.
Avant cette étude, les scientifiques estimaient que LUCA vivait il y a 3,9 milliards d’années. Cependant, il est difficile de dater avec précision des événements génétiques survenus il y a si longtemps.
Une illustration de la façon dont LUCA était déjà attaqué par des virus il y a 4,2 milliards d’années. Conception graphique scientifique
Dans une nouvelle étude publiée le 12 juillet dans la revue Nature Ecology & Evolution, les chercheurs ont cherché à mieux identifier les origines de LUCA. L’équipe a comparé tous les gènes de 700 espèces vivantes de bactéries et d’archées (germes similaires aux bactéries et vivant souvent dans des environnements extrêmes). Ils ont choisi des organismes dans ces domaines parce qu’ils sont considérés comme les formes de vie les plus anciennes et que les eucaryotes ont évolué à partir d’une union entre les deux types de cellules. Les chercheurs ont ensuite compté les mutations survenues au fil du temps dans les génomes et dans 57 gènes communs aux 700 organismes, en utilisant les taux de mutation estimés pour rétrocalculer la durée de vie de LUCA. Ils ont étayé leur estimation de l’âge en utilisant des fossiles contenant des traces de vie ancienne, tels que les restes de tapis microbiens vieux de 3,48 milliards d’années en provenance d’Australie. Les fossiles anciens leur ont donné un aperçu des conditions atmosphériques de la Terre primitive et ont fourni une estimation inférieure du moment où LUCA aurait pu survivre.
Cela nous a permis d’établir que LUCA vivait il y a environ 4,2 milliards d’années.
“Nous ne nous attendions pas à ce que LUCA soit si ancienne, étant donné qu’elle est apparue seulement des centaines de millions d’années après la formation de la Terre”, a déclaré la co-auteure Sandra Alvarez-Carretero, chercheuse à l’UCL au Royaume-Uni. À cette époque, durant la période Hadéenne (il y a 4,6 à 4 milliards d’années), la Terre était un endroit inhospitalier avec des océans chauds et très peu d’oxygène dans l’atmosphère.
De plus, en triant les gènes en fonction de leur fonction cellulaire, les chercheurs ont pu apprendre comment et où LUCA vivait et ce qu’il mangeait. Leurs analyses n’ont pas déterminé l’habitat exact de LUCA, mais suggèrent qu’il vivait probablement dans un environnement océanique, une bouche hydrothermale peu profonde ou une source chaude. Ils ont également découvert que LUCA pouvait probablement tolérer des températures extrêmes et «respirer» sans oxygène, en s’appuyant plutôt sur les déchets des autres qui partageaient son écosystème.
La preuve que LUCA n’était pas seul provient de la reconstruction des voies métaboliques de LUCA. Cela suggère que LUCA pourrait utiliser des matières organiques déjà décomposées par d’autres microbes pour produire de l’énergie. Une autre preuve à l’appui vient de la découverte surprenante selon laquelle LUCA était déjà doté de gènes susceptibles de contribuer à la protection contre les virus infectieux.
Le fait que LUCA vivait déjà dans un écosystème prospère a des implications intéressantes pour la vie sur d’autres planètes, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Philip Donoghue, professeur de paléobiologie à l’Université de Bristol, dans un communiqué.
“Cela suggère que la vie pourrait prospérer dans des biosphères semblables à la Terre ailleurs dans l’univers”, a déclaré Donohue.
Un groupe de scientifiques a découvert que le dernier ancêtre commun universel de la vie aurait pu exister il y a environ 4,2 milliards d’années, et les auteurs d’une autre étude ont suggéré que les nodules polymétalliques des grands fonds pourraient être une autre source d’oxygène vital, en plus des processus photosynthétiques. se produisant sous l’influence de la lumière à proximité de la surface de la planète.
Aujourd’hui, une autre nouvelle étude (dirigée par des scientifiques de l’Université de Cardiff) complique encore davantage la chronologie du développement de la Terre antique, en proposant la théorie selon laquelle les premières formes de vie complexes sont réellement apparues à l’ère Paléoprotérozoïque, soit environ 1,5 milliard d’années plus tôt qu’on ne le pensait auparavant.
Ernest Chi Fru, qui a dirigé l’étude, a déclaré que ces formes de vie se sont probablement formées dans un « laboratoire riche en nutriments » dans une région géologique sédimentaire connue sous le nom de bassin de Franceville, située dans l’actuel Gabon. Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue Precambrian Research.
“Nous pensons que les volcans sous-marins qui ont suivi la collision et la fusion des cratons du Congo et de San Francisco en un seul massif principal ont encore limité et même coupé cette étendue d’eau des océans du monde, créant une mer intérieure peu profonde et riche en nutriments”, Chi a déclaré Fru dans un communiqué de presse. “Cela a créé un environnement localisé où la photosynthèse cyanobactérienne était abondante sur une longue période, oxygénant l’eau de mer locale et créant une importante ressource alimentaire.”
Alors que l’explosion cambrienne est souvent présentée comme l’événement géologique étonnant qui a donné naissance à une vie complexe sur Terre (et c’est certainement le cas), les scientifiques savent que la vie multicellulaire existait au cours de la période édiacarienne précédente sous la forme d’organismes tubulaires en forme de feuilles. Dans une interview avec la BBC, Chi Fru a décrit ses hypothétiques formes de vie multicellulaires comme ressemblant davantage à des moisissures visqueuses modernes et insensées.
Les principales preuves de l’existence de ce «laboratoire» primitif de la vie proviennent de l’analyse chimique de carottes de sédiments forées dans un bassin du Gabon. L’équipe a émis l’hypothèse que les niveaux élevés d’oxygène et de phosphore présents dans ces carottes pourraient provenir de l’activité volcanique provoquée par la collision de deux plaques: les cratons du Congo et de San Francisco. Alors que le reste du monde était trop pauvre en nutriments pour supporter une vie complexe à cette époque. Mais ces conditions, affirme Chi Fru, «ont fourni suffisamment d’énergie pour augmenter la taille du corps et un comportement plus complexe» et ont présenté une incroyable opportunité pour la vie multicellulaire d’établir son premier pied sur Terre.
Cependant, selon Chi Fru, cette première chance d’émergence d’une vie complexe n’a pas duré longtemps : l’environnement peu favorable entourant cette mer intérieure fermée a limité la croissance de ces formes de vie et a réduit leur capacité à dominer le monde.
Cependant, le bassin de Franceville a une longue histoire de controverse. Les premiers “fossiles” indiquant une vie complexe dans ce bassin ont été découverts en 2008, et depuis lors, d’autres scientifiques ont avancé des théories suggérant que les échantillons étaient simplement des cristaux de pyrite abiotiques formés par diagenèse – des changements physiques et chimiques dans la sédimentation découverts lors de l’interaction de la sédimentation. de l’eau et des rochers.
De même, les scientifiques se méfient des découvertes de Chi Fru. Par exemple, Graham Shields, géologue à l’University College de Londres, a déclaré à la BBC que même si le bassin contenait plus de nutriments que d’habitude il y a 2,1 milliards d’années, cela ne suffirait pas nécessairement à suggérer que la vie multicellulaire a commencé à ce moment-là.
Une nouvelle étude suggère que d’anciennes bactéries en forme de L pourraient expliquer d’étranges microfossiles trouvés dans certaines des roches les plus anciennes du monde. Les microfossiles trouvés partout dans le monde contiennent des spécimens qui ne ressemblent pas aux cellules modernes.
Une nouvelle étude, analysant certaines bactéries de la Mer Morte dépourvues de parois cellulaires, propose une théorie sur la naissance de ces étranges microfossiles. Bien que cette idée permette d’illustrer certaines des morphologies étranges de ces fossiles, elle ne constitue pas une preuve définitive que c’est ainsi que la vie a commencé sur Terre.
Les microfossiles ont tendance à brouiller notre chronologie de la formation de la vie sur Terre. Comme leur nom l’indique, ces roches anciennes contiennent de minuscules restes fossilisés de protozoaires et de bactéries, et lorsque le géologue Stanley Tyler de l’Université du Wisconsin-Madison a découvert les premiers microfossiles dans les roches précambriennes en 1953, il a repoussé l’origine de la vie de plus d’un milliard années.
70 ans plus tard, de nouveaux microfossiles ont repoussé cette échelle de temps très loin dans l’éon archéen. La plupart supposent que les premières cellules étaient probablement plus simples que les bactéries de 1 à 2 micromètres de large que nous avons aujourd’hui, qui n’ont pas de structures internes comme les eucaryotes. Cependant, les cellules trouvées dans ces roches sédimentaires – dont certaines sont vieilles d’environ 3,8 milliards d’années – ne confortent pas cette hypothèse.
Au lieu de cela, ces anciens microfossiles, qui ont été découverts dans certaines régions du monde, peuvent mesurer jusqu’à 70 micromètres de diamètre et soutenir des structures internes. Cela a inspiré Dheeraj Kanaparthi, scientifique à l’Institut Max Planck de biochimie de Munich, en Allemagne, à poser la question séculaire: pourquoi?
“Ces fossiles semblent trop complexes”, a déclaré Canaparti au New Scientist. Il a publié une prépublication évaluée par des pairs dans la revue eLife. «Ils sont aussi trop gros. Ce que nous trouvons est toujours déroutant.»
Curieusement, il a trouvé des indices d’explication en examinant les sources d’eau douce situées au fond de la mer Morte, très salée. Ces structures ont été découvertes pour la première fois en 2011 lors de la toute première expédition de plongée dans la mer Morte et, contrairement au nom du plan d’eau, elles ont rencontré une gamme de micro-organismes autour de ces sources. Certaines bactéries de cet écosystème unique présentaient des formes étranges par rapport à d’autres bactéries, car elles étaient en réalité en forme de L.
Nommées d’après l’Institut Lister de Londres, qui les a découvertes dans les années 1930, ces formes L ont une caractéristique spécifique qui les distingue des autres bactéries: elles n’ont pas de paroi cellulaire. Généralement, ces cellules gonflent et éclatent à cause de l’osmose (il s’avère que les parois cellulaires sont très importantes à cet égard), mais dans certaines conditions particulières, elles peuvent survivre et se développer.
Il avait déjà été suggéré que ces formes en L auraient pu servir de modèle pour les protocellules de la Terre ancienne, mais Kanaparti et ses collègues montrent que les formes créées par ces formes en L lorsqu’elles sont placées dans un environnement à haute salinité dont les scientifiques pensent qu’elles existent le long des côtes de l’Archéen, commencent à ressembler aux microfossiles trouvés dans ces roches anciennes.
Kanaparti et son équipe soutiennent également que la structure interne de ces microfossiles n’est en réalité qu’une illusion créée par la formation de nouvelles cellules en forme de L.
Bien sûr, si vous regardez autour de vous aujourd’hui, vous verrez que ne pas avoir de paroi cellulaire n’est pas exactement une stratégie évolutive gagnante, et cela serait également vrai pour ces hypothétiques anciennes formes en L. Ils seraient «à la merci de leur environnement», a déclaré Canaparti au New Scientist, et ne seraient pas très efficaces pour se reproduire.
Il s’agit simplement d’une théorie qui tente d’expliquer les différentes morphologies trouvées dans les microfossiles du monde entier. Parce qu’il est difficile de reproduire véritablement les conditions de la Terre paléoarchéenne ou de capturer sa variabilité globale, il y a beaucoup d’inconnu sur cette époque, mais les formes en L pourraient être la première étape pour résoudre le mystère de plusieurs décennies sur la raison pour laquelle ces microfossiles ne le font pas. correspond tout à fait à notre compréhension de la vie et de la manière dont elle s’est formée.