Qu’est-ce que LUCA, le dernier ancêtre commun universel

LUCA est la représentation d’un nœud crucial dans l’arbre de vie. Cet organisme, identifié comme une bactérie appartenant au phylum Planctomycètes, est l’ancêtre des trois domaines que l’on connaît : les Archées, les Bactéries et les Eucaryotes. 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 ne se limitant pas aux bactéries, impliquant une plus grande complexité dans ses structures et ses fonctions.

Traditionnellement, on pensait que l’arbre de vie était divisé en trois branches : les eucaryotes, les bactéries et les archées, avec LUCA à la base. Les différences entre les bactéries et les archées se situent dans les aspects chimiques et métaboliques, tandis que les eucaryotes représentaient une innovation évolutive significative en développant des cellules dotées de noyaux et d’organites.

L’étude LUCA a également d’importantes implications astrobiologiques. Les environnements qui auraient pu accueillir LUCA, tels que les sources hydrothermales, sont courants dans des endroits comme Europe et Encelade, respectivement les lunes de Jupiter et de Saturne. L’existence d’océans souterrains sur ces lunes suggère qu’ils pourraient fournir les conditions nécessaires à la vie. Cela conduit à la conclusion que l’énergie chimique, et non la lumière du soleil, était fondamentale à l’origine de la vie. LUCA, selon des recherches récentes, pourrait prospérer dans des environnements sombres et riches en minéraux, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités pour la recherche de la vie dans des environnements extraterrestres.

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On estime que LUCA existait il y a environ 4,2 milliards 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 menées par Edmund Moody et son équipe de l’Université de Bristol, qui ont comparé les gènes de diverses espèces vivantes pour retracer les mutations survenues depuis qu’elles partageaient un ancêtre dans LUCA.

La recherche de LUCA a commencé avec les idées de Charles Darwin, qui proposait que toute vie moderne descendait d’un organisme primordial. À mesure que la science progressait, notamment après le déchiffrement du code génétique au XXe siècle, la théorie a gagné du terrain. Le code génétique s’est avéré universel pour tous les organismes sur Terre, ce qui suggère un ancêtre commun.

Des études sur LUCA indiquent que cet organisme unicellulaire aurait pu utiliser l’ARN à la fois pour stocker des informations génétiques et pour catalyser des réactions chimiques, comme le font certaines enzymes modernes. De plus, on pense que LUCA a résisté aux conditions extrêmes, vivant peut-être à proximité de sources hydrothermales au fond de l’océan.

Une analyse récente a également révélé que, sur des millions d’années, les gènes LUCA ont été redistribués entre différentes espèces via 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 n’ont pas souffert de LGT, fournissant ainsi des indices sur leur mode de vie.

• Structure et composition : ces caractéristiques incluent un système endomembranaire développé, un ADN condensé et la présence de stérols dans certaines de ses membranes, aspects qui le rapprochent des eucaryotes plutôt que des bactéries typiques.
• Système immunitaire précoce : les recherches indiquent que LUCA possédait un système immunitaire primitif, ce qui implique qu’il était déjà engagé dans une « course aux armements » avec des virus il y a même 4,2 milliards d’années.
• Écosystème interconnecté : LUCA ne vivait probablement pas en vase clos. Leurs déchets servaient de nutriments à d’autres micro-organismes, créant ainsi un écosystème de recyclage dans lequel différentes espèces coexistaient et bénéficiaient mutuellement.
• Métabolisme anaérobie et autotrophe : cet organisme ne respire pas d’oxygène, mais fabrique plutôt 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, comme l’ammoniac.
• Voie de fixation du carbone : LUCA a utilisé la voie acétyl-CoA, l’une des voies les plus anciennes et les plus simples pour fixer le CO₂, lui permettant d’assimiler efficacement le carbone dans un environnement riche en métaux.
• Génome étendu : on estime que LUCA possédait un génome d’au moins 2,5 mégabases, codant pour environ 2 600 protéines. Ceci est comparable aux génomes de nombreux procaryotes modernes, ce qui suggère un niveau élevé de diversité génétique.
• Adaptation aux environnements extrêmes : la présence d’un gène pour une enzyme appelée « gyrase inverse », trouvée chez les extrémophiles modernes, conforte l’idée selon laquelle LUCA a prospéré dans des conditions de température élevée.
• Redondance génétique : LUCA présentait une redondance génétique importante, 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 de réactions chimiques se produisant dans son environnement. Ce processus était fondamental pour son métabolisme et soutenait son activité biologique.

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