Qu'est-ce que la vie ?

Longtemps savants et philosophes ont cherché à élucider la nature de la vie. L'idée de vie suggérait l'existence de quelque substance ou de quelque force spéciale. On pensait que la "matière vivante", comme on disait alors, différait de la matière ordinaire par une substance ou une force qui donnait des propriétés particulières. Et pendant des siècles, on a cherché à découvrir cette substance ou cette force vitale. En réalité la vie est un processus, une organisation de la matière. Elle n'existe pas en tant qu'entité indépendante qu'on pourrait caractériser. On peut donc faire l 'étude du processus ou de l'organisation, mais pas de l'idée abstraite de vie. On peut tenter de décrire, on peut tenter de définir ce qu'est un organisme vivant et non-vivant. Mais il n'y a pas de "matière vivante". Il y a de la matière qui compose les êtres vivants et cette matière n'a pas de propriété particulière que n'aurait pas ce qui compose les corps inertes.

• Auteur(s) : JACOB François

  producteur : Mission 2000 en France

  Réalisateur(s) : UTLS - la suite

LUCA, ancêtre de tous les êtres vivants

vie - 07/03/2013 par Simonetta Gribaldo, Céline Brochier-Armanet A quoi ressemblait le dernier ancêtre commun à toutes les espèces vivantes actuelles ? L’étude des génomes et l’exploration de la biodiversité de notre planète fournissent des éléments de réponse.Un article à retrouver dans son intégralité dans Les dossiers de La Recherche n°2 : Les origines de la vie, février-mars 2013.1. Qui était LUCA ?LUCA est l’acronyme anglais de « Last Universal Common Ancestor », « dernier ancêtre commun universel ». Cette dénomination a été proposée en 1996 lors d’un congrès organisé à la Fondation des Treilles (dans le Var) par le biologiste Patrick Forterre, alors chercheur à l’université Paris-Sud. Elle désigne l’ancêtre commun à tous les êtres vivants actuels, aussi connu sous d’autres noms tels que cénancêtre par exemple.Le qualificatif « dernier » souligne la place particulière qu’occupe LUCA dans l’histoire de la vie. C’est à partir de lui qu’a débuté la succession d’événements évolutifs à l’origine de la biodiversité que nous connaissons aujourd’hui. C’est de lui qu’ont émergé les lignées menant aux trois grands domaines dans lesquels on classe les êtres vivants actuels : les archées et les bactéries –qui sont des procaryotes-, et les eucaryotes*.LUCA ne doit pas être confondu avec la première cellule. C’était un organisme à la biochimie complexe, donc très éloigné, du point de vue évolutif, des origines de la vie. Il présentait déjà des caractéristiques cellulaires élaborées. Il a donc été précédé par des lignées d’organismes plus simples, aujourd’hui éteintes. LUCA était probablement un micro-organisme mais il n’était ni une bactérie, ni une archée, ni un eucaryote puisque ces trois groupes d’organismes descendent de lui. Il ne vivait pas seul et a coexisté avec des communautés de micro-organismes diversifiées, éteintes et sans descendants actuels [Fig.1].2. Comment étudier LUCA ?On ne dispose pas de fossiles de LUCA. Pour connaître ses caractéristiques, les biologistes ont construit des modèles probabilistes d’évolution permettant d’estimer le nombre et la fonction des gènes présents dans son génome. Ces modèles sont élaborés à partir de la comparaison des génomes des êtres vivants actuels. L’idée est d’identifier les gènes communs aux trois domaines du vivant, dits « homologues »* car ils dérivent d’un même gêne ancestral. Il s’agit ensuite de déterminer si ces gènes étaient présents chez LUCA en étudiant leur histoire évolutive, grâce à la phylogénie moléculaire, laquelle consiste à établir les liens de parenté entre les gênes.Une telle approche a apporté des informations essentielles sur les fonctions cellulaires présentes chez LUCA, mais elle est délicate à mener pour plusieurs raisons. D’abord, il est difficile d’établir l’homologie entre des gènes qui ont divergé depuis un temps aussi long que celui qui nous sépare de LUCA.Par ailleurs, il se produit au cours de l’évolution des transferts de gènes, dits horizontaux, entre des lignées contemporaines les unes des autres mais parfois éloignées du point de vue évolutif. Enfin, il arrive qu’un gène ancestral soit perdu indépendamment chez plusieurs descendants de cet ancêtre, ce qui peut faire apparaître comme récente l’origine évolutive d’un gène pourtant ancien.Une autre approche complémentaire consiste à reconstruire des séquences génétiques ancestrales. Elle a déjà permis de tester expérimentalement l’activité de quelques protéines supposées avoir été présentes chez LUCA.
 [Fig.1]Luca dans l’arbre phylogénétique du vivant Le dernier ancêtre commun universel est l’organisme à partir duquel les trois grand domaines actuels du vivant – les bactéries, les archées et les eucaryotes- ont émergé. Il ne doit pas être confondu avec la première cellule. Précédé par des organismes plus simples, il a coexisté avec certains d’entre eux. Leurs lignées se sont toutes éteintes sans descendance.[Cliquez sur les icônes de l'image pour plus d'informations.]3. Quand LUCA a-t-il vécu ?Il vivait très probablement il y a plus de 2,4 milliards d’années. La datation d’un organisme aussi ancien que LUCA est difficile à réaliser, car la phylogénie moléculaire permet uniquement de déterminer l’ordre de divergence des lignées les unes par rapport aux autres. Elle ne permet donc qu’une datation relative. Pour effectuer une datation absolue, il faut pouvoir situer cet ordre de divergence des lignées sur l’échelle temporelle. Cela nécessite d’avoir un nombre suffisant de fossiles pouvant être reliés à ces lignées et servant de points de repères. Or on dispose de très peu de fossiles pour les époques anciennes. Le seul jalon chronologique pouvant être utilisé est l’oxygénation massive de l’atmosphère il y a environ 2,4 milliards d’années, résultant de la photosynthèse réalisée par des cyanobactéries. Les cyanobactéries étant des descendants LUCA, ce dernier aurait donc vécu à une époque antérieure.4. Etait-ce un organisme simple ou complexe ?Les estimations du nombre de gènes que possédait LUCA varient, selon les modèles, de plusieurs centaines à plus d’un millier, ce qui est comparable au nombre de gènes des êtres vivants actuels. LUCA était donc un organisme relativement complexe. Il avait déjà des mécanismes modernes de transcription et de traduction du matériel génétique, ainsi que des protéines membranaires* et des enzymes du métabolisme central. Mais, il lui manquait la plupart des protéines impliquées dans la réplication de l’ADN. Ceci s’explique par le fait que les bactéries d’un côté, les archées et les eucaryotes de l’autre, possèdent en fait un système différent de réplication de l’ADN.Pour expliquer l’absence de ces protéines, Arcady Mushegian et Eugene Koonin des Instituts américains de la santé ont proposé en 1996 que LUCA possèdait un génome constitué d’ARN et non d’ADN. Cela implique que les deux systèmes différents de réplication de l’ADN sont apparus indépendamment chez l’ancêtre des bactéries d’un côté et chez celui des archées et des eucaryotes de l’autre. Et donc que le remplacement de l’ARN par l’ADN dans les génomes s’est produit deux fois au cours de l’évolution.Autre hypothèse : LUCA possédait déjà un génome constitué d’ADN mais son système de réplication aurait été remplacé par un système différent chez l’ancêtre des bactéries et chez celui des archées et des eucaryotes. Un scénario d’autant plus plausible que le remplacement de gènes par d’autres gènes remplissant la même fonction mais n’ayant pas la même origine n’est pas rare. Ainsi, certains caractères présents uniquement dans l’un ou l’autre des trois domaines du vivant existaient donc peut-être déjà chez LUCA.Par Simonetta Gribaldo, Céline Brochier-Armanet