LUCA, ancêtre commun : Définition et signification

LUCA est la représentation d'un nœud crucial dans l'arbre de la vie. Cet organisme, identifié comme une bactérie appartenant à l'embranchement des Planctomycètes, est l'ancêtre des trois règnes que nous connaissons : Archaea, Bacteria et Eukaryota. Des recherches récentes menées par Damien Devos et son équipe ont remis en question la vision traditionnelle de l'évolution de la vie, suggérant que LUCA possédait des caractéristiques uniques qui ne sont pas limitées aux bactéries, ce qui implique une plus grande complexité dans ses structures et ses fonctions.

Traditionnellement, on pensait que l'arbre de la vie était divisé en trois branches ; eucaryotes, bactéries et archées, avec LUCA à la base. Les différences entre bactéries et archées se trouvent dans des aspects chimiques et métaboliques, alors que les eucaryotes ont représenté une innovation évolutive significative en développant des cellules avec des noyaux et des organites.

L'étude de LUCA a aussi des implications astrobiologiques très importantes. Les environnements qui auraient pu accueillir LUCA, comme les cheminées hydrothermales, sont courants sur Europa et Encelade, des lunes de Jupiter et Saturne. L'existence d'océans souterrains sur ces lunes suggère qu'elles pourraient offrir les conditions nécessaires à la vie. Cette analyse nous permet d'arriver à la conclusion que l'énergie chimique, et non la lumière du soleil, a été fondamental pour l'origine de la vie. LUCA, selon les recherches récentes, pourrait prospérer dans des environnements sombres et riches en minéraux, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour la recherche de la vie dans des environnements extraterrestres.

Dans l'article suivant, on vous parle plus en détails de la cellule eucaryote !

On estime que LUCA est apparu il y a de cela 4.200 millions d'années, ce qui représente une période relativement courte après la formation de la Terre et de notre Système Solaire. Cette conclusion découle des recherches d'Edmund Moody et de son équipe de Bristol, qui ont comparé les gènes de diverses espèces vivantes afin de remonter la piste des mutations qui se sont produites depuis qu'elles partagent un ancêtre en LUCA.

Les recherches sur LUCA indiquent que cet organisme cellulaire pourrait avoir utilisé l'ARN pour emmagasiner l'information génétique et pour catalyser des réactions chimiques, à l'instar de certaines enzymes modernes. On pense aussi que LUCA aurait résisté à des conditions extrêmes, vivant peut-être à proximité de cheminées hydrothermales au fond de l'océan.

L'analyse récente a aussi révélé que, au fil des millions d'années, les gènes de LUCA ont été redistribué entre différentes espèces par le biais d'un processus connu sous le nom de transfert horizontal de gènes (LGT). Les chercheurs ont pu identifier 355 gènes qui semblent avoir été directement hérités de LUCA et qui n'ont pas subi de LGT, fournissant ainsi des indices sur leur mode de vie.

• Structure et composition : ces caractéristiques comprennent un système endomembranaire développé, un ADN condensé et la présence de stérols dans certaines de ses membranes, des caractéristiques qui le rapprochent davantage des eucaryotes que des bactéries typiques.
• Système immunitaire précoce : les recherches indiquent que LUCA possédait un système immunitaire primitif, ce qui implique qu'elle était déjà engagée dans une « course aux armements » avec les virus il y a 4,2 milliards d'années.
• Un écosystème interconnecté : LUCA ne vivait probablement pas en vase clos. Ses déchets servaient de nutriments à d'autres micro-organismes, créant ainsi un écosystème de recyclage dans lequel différentes espèces coexistaient et profitaient les unes des autres.
• Métabolisme anaérobie et autotrophe : cet organisme ne respirait pas d'oxygène, mais fabriquait sa propre nourriture à partir de composés présents dans l'environnement, tels que l'hydrogène, le dioxyde de carbone et l'azote. Son métabolisme lui permettait de convertir ces éléments en composés utiles, tels que l'ammoniac.
• Voie de fixation du carbone : LUCA utilisait la voie de l'acétyl-CoA, l'une des voies les plus anciennes et les plus simples pour fixer le CO₂, ce qui lui permettait d'assimiler efficacement le carbone dans un environnement riche en métaux.
• Grand génome : on a estimé que LUCA possédait un génome d'au moins 2,5 mégabases, codant pour environ 2 600 protéines. Ce chiffre est comparable aux génomes de nombreux procaryotes modernes, ce qui laisse supposer un niveau élevé de diversité génétique.
• Adaptation aux environnements extrêmes : la présence d'un gène pour une enzyme appelée « gyrase inverse », que l'on trouve chez les extrêmophiles modernes, renforce l'idée que LUCA a prospéré dans des conditions de température élevée.
• Redondance génétique : LUCA présentait une importante redondance génétique, ce qui suggère que la perte de certains gènes n'a pas radicalement affecté son fonctionnement. Cela pourrait expliquer certaines anomalies dans la phylogénétique des organismes actuels.
• Production d'hydrogène moléculaire : LUCA a probablement utilisé l'hydrogène moléculaire comme source d'énergie, un sous-produit des réactions chimiques se produisant dans son environnement. Ce processus était fondamental pour son métabolisme et soutenait son activité biologique.

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