A la rencontre de LUCA, notre ancêtre à tous

Il était une fois, il y a trois milliards d’années, une forme de vie solitaire et unique appelé LUCA. Elle était énorme : un méga-organisme jamais revu depuis, qui avait envahi les océans de la planète. Il s’est ensuite divisé pour donner vie aux ancêtres de tous les êtres vivants : plantes, animaux, champignons...  D’où son nom, LUCA, pour Last Universal Common Ancestor (dernier ancêtre universel commun).

Attention, ne pas confondre LUCA avec la première forme de vie apparue sur Terre. Mais il est à la source de l’émergence de toutes les autres. Les tous derniers résultats publiés par The New Scientist suggèrent qu’il était la conséquence d’une lutte pour la survie. Non pas entre organismes, mais contre le milieu. Les océans primitifs constituaient alors l’âge d’or de la coopération entre formes de vie.

Les différentes cellules s’échangeaient leurs gènes et caractéristiques les plus utiles, un peu comme les bactéries contemporaines, et cette situation créa finalement un énorme organisme global. Contrairement à ses descendants, le méga-organisme ne disposait pas de génome spécifique. L’époque était une sorte de « foire aux gènes », comme l’appelle Jean-Paul Baquiast.

Il rappelle que, concernant la chronologie, si la Terre est vieille de 4,5 milliards d'années, les premières traces chimiques de vie sont apparues il y a 3,8 milliards d’années. Les fossiles de cellules pouvant correspondre à LUCA ont été identifiés, quant à eux, vers 3,4 milliards d’années.

Division et évolution

Il y a environ 2,9 milliards d’années, LUCA s’est divisé en trois entités distinctes : la bactérie et les archées, toutes les deux unicellulaires, et les plus complexes eucaryotes. Ce sont ces derniers qui ont donné naissance aux animaux et aux plantes. Les premiers organismes multicellulaires se sont constitués il y a environ 900 millions d’années. Difficile de savoir ce qu’il s’est passé avant la division. Il n’existe pratiquement aucun fossile de cette époque, et le patrimoine génétique qui y remonte est susceptible d’avoir muté.

Pour autant, ce n’est pas un obstacle insurmontable pour tenter de portraiturer LUCA, comme le souligne Gustavo Caetano-Anollés, de l’université de l’Illinois. Alors que la séquence de gènes change rapidement, la structure des protéines qu’elle code se révèle constante dans le temps. Si certaines protéines paraissent avoir traversé les millions d'années et les espèces en conservant des structures très proches, on pourrait suspecter qu'elles correspondent à des gènes présents dans LUCA. Caetano-Anollés les appelle des « fossiles vivants », qui pourraient nous donner des indices sur ce que pouvait ou ne pas faire le méga-organisme.

Caetano-Anollés conclut qu’il possédait des enzymes capables d’extraire de l’énergie à partir de nutriments. Il avait donc un métabolisme assez riche pour utiliser différents types de nourritures. Un point crucial : LUCA était cependant un « progenote », avec peu de contrôle sur les protéines qu’il produisait, comme l’explique Massimo Di Giulio, de l’Institut de génétique et biophysique de Naples. Di Giulio et Caetano-Anollés ont mis en évidence que le système permettant une synthèse précise des protéines est apparu bien après LUCA.

Apparemment, ce n’est que lorsque les cellules ont évolué de façon à produire elle-même ce dont elles ont besoin que le méga-organisme s’est divisé. Cet état de fait aurait coïncidé avec l’apparition de l’oxygène dans l’atmosphère, il y a 2,9 milliards d’années. C’est à ce moment que la vie sur Terre a changé, pour commencer à ressembler à ce que nous connaissons aujourd’hui.