Découverte d'un chaînon manquant de l’évolution


Les Lokiarchaeota ont été nommées d’après un système de cheminées hydrothermales situé sur la dorsale médio-atlantique, entre le Groenland et la Norvège, à une profondeur de 2532 mètres.
Image: Google Map


Dans une nouvelle étude, publiée dans «Nature» cette semaine, une équipe de chercheurs menée depuis l’Université d’Uppsala en Suède présente la découverte d’un nouvel organisme microbien, qui représente un chaînon manquant dans l’évolution des formes de vie plus complexes. Elle permet de mieux comprendre comment, il y a des milliards d’années, les cellules complexes – celles des plantes, des champignons, mais aussi nos cellules humaines – ont évolué à partir de simples microorganismes.

Les cellules sont les unités de base de toute vie sur notre planète. Alors que les cellules des bactéries et d’autres microbes sont simples et de petite taille, toutes les formes de vie visible – y compris nous, humains – sont constituées de cellules bien plus complexes et plus grandes. L’origine de cette complexité cellulaire a longtemps été un mystère pour la communauté scientifique, mais des chercheurs de l’Université d’Uppsala en Suède ont récemment découvert un nouveau groupe de microorganismes qui représente un chaînon manquant dans la transition évolutive entre cellules simples et complexes.

Un chaînon manquant

Dans les années 1970, le célèbre biologiste Carl Woese décrivit un nouveau groupe de microorganismes, les archées (ou Archaea), et montra que celles-ci représentaient une branche à part dans un arbre phylogénétique du vivant – une découverte qui stupéfia la communauté scientifique. Bien que les cellules des archées soient simples et de petite taille, à l’instar de celles des bactéries, Carle les chercheurs découvrirent que les archées étaient plus proches d’organismes à cellules complexes, les eucaryotes. Cette observation a intrigué les scientifiques pendant des décennies : comment des cellules aussi complexes que celles des eucaryotes ont-elles pu provenir des cellules simples des archées?

Dans l’édition de «Nature» de cette semaine, des chercheurs de l’Université d’Uppsala en Suède, en collaboration avec les universités de Bergen (Norvège) et de Vienne (Autriche), décrivent la découverte d’un nouveau groupe d’archées, les «Lokiarchaeota» (ou «Loki» pour faire court), identifiant celles-ci comme étant un chaînon manquant dans l’évolution des eucaryotes.

«L’origine des cellules eucaryotes est extrêmement compliquée, et de nombreuses pièces du puzzle manquent encore. Nous espérions que l’analyse de Loki en révèlerait quelques-unes, mais lorsque nous avons obtenu les premiers résultats, nous ne pouvions en croire nos yeux. C’était spectaculaire», raconte Thijs Ettema du Département de biologie cellulaire et moléculaire de l’Université d’Uppsala, qui a dirigé l’équipe scientifique responsable de l’étude.

«En étudiant son génome, nous avons trouvé que Loki est une forme intermédiaire entre les cellules simples des microorganismes et celles, complexes, des eucaryotes», ajoute Thijs Ettema.

Un doctorant de l'Université de Lausanne

Lorsque Loki fut placé sur l’arbre phylogénétique du vivant, cette idée fut confirmée. «Loki formait un groupe robuste avec les eucaryotes dans nos analyses», explique Lionel Guy, un des responsables scientifiques impliqué dans l’étude de l’Université d’Uppsala, et qui est aussi diplômé et ancien doctorant de l’Université de Lausanne.

«En outre, nous avons découvert que Loki partage de façon exclusive de nombreux gènes avec les eucaryotes, ce qui suggère que la complexité cellulaire est apparue à une étape précoce de l’évolution des eucaryotes», précise Anja Spang, chercheuse au Département de biologie cellulaire et moléculaire de l’Université d’Uppsala et une des principales co-auteure de l’étude.

Le Château de Loki

Les Lokiarchaeota ont été nommées d’après l’inhospitalier «Château de Loki» près duquel ils ont été trouvés: un système de cheminées hydrothermales situé sur la dorsale médio-atlantique, entre le Groenland et la Norvège, à une profondeur de 2532 mètres.

«Les cheminées hydrothermales sont des systèmes volcaniques situés sur le plancher océanique. L’endroit où Loki a été découvert est fortement influencé par l’activité volcanique sous-marine, mais en fait froid, proche de 0°C» explique Steffen Jørgensen de l’Université de Bergen en Norvège, qui a participé à la collecte des échantillons au sein desquels Loki a été trouvé.

«Les environnements extrêmes contiennent généralement beaucoup de «matière noire» microbienne, ces microorganismes encore inconnus de la science», dit Jimmy Saw, chercheur de l’Université d’Uppsala.

Réviser nos manuel de biologie?

En explorant la matière noire microbienne avec des nouvelles techniques génomiques, Thijs Ettema et son équipe espèrent trouver d’autres indices sur l’évolution des cellules complexes. «Dans un sens, nous ne faisons que commencer. Il y a encore là beaucoup à découvrir, et je suis convaincu que nous allons devoir réviser nos manuels de biologie plus souvent dans un futur proche», conclut Thijs Ettema.