La première forme de vie sur Terre : enquête sur cet ancêtre disparu sans laisser de trace

Le mystère vertigineux des premiers instants de la vie

Bien avant l’apparition des êtres humains, des mammifères ou même des dinosaures, notre planète abritait déjà ses premiers habitants. Les scientifiques estiment que des microbes unicellulaires régnaient alors en maîtres absolus sur la Terre. Ces organismes précurseurs possédaient cependant des corps mous, une caractéristique anatomique qui n’a laissé pratiquement aucune trace fossile pour témoigner de leur existence.

Au cœur de cette généalogie lointaine se trouve ce que les chercheurs nomment LUCA, l’acronyme anglophone pour le Dernier Ancêtre Commun Universel. Cette entité biologique constitue le tronc même de l’arbre de la vie moderne, ayant précédé absolument tout ce qui vit actuellement sur notre globe. Une autre forme, apparue nécessairement plus tard, porte le nom de LECA, le Dernier Ancêtre Commun Eucaryote. Cet organisme est l’ancêtre de tous les eucaryotes, c’est-à-dire des êtres dont la ou les cellules sont dotées d’un noyau défini.

Déterminer le moment exact où ces organismes géniteurs ont émergé représente un défi scientifique majeur, précisément en raison de cette absence de fossiles préservés. Pour pallier ce manque de preuves matérielles directes, les scientifiques modernes se tournent aujourd’hui vers l’utilisation des horloges moléculaires et l’analyse minutieuse des données génomiques afin de remonter aux sources de LUCA et de LECA.

La théorie de l’Archéen face au paysage infernal de l’Hadéen

La datation de ces toutes premières étincelles biologiques fait l’objet de discussions continues au sein de la communauté scientifique. Certains experts ont longtemps soutenu que la vie microbienne avait pris racine durant la période de l’Archéen. Cette ère géologique, qui s’est levée dans un brouillard de méthane, s’est étendue d’il y a environ 4 milliards d’années jusqu’à 2,5 milliards d’années.

D’autres spécialistes proposent aujourd’hui de repousser l’émergence de la vie à une époque encore plus lointaine. Les chercheuses Morgan Sobol, de l’Université d’État du Texas, et Carolina Martinez-Gutierrez, de l’Université de Californie à Santa Barbara, avancent l’hypothèse que les géniteurs de la vie auraient pu apparaître pendant l’Hadéen. Cette période correspond aux 700 premiers millions d’années ayant suivi la formation de la Terre.

L’Hadéen décrivait un véritable paysage infernal. La planète subissait une pluie constante de roches spatiales tombant du ciel, générant des températures de surface brûlantes. La force de ces impacts fondait les débris rocheux pour les transformer en magma. Dans ces conditions, la possibilité même de maintenir de l’eau en surface reste discutable, la chaleur extrême l’ayant théoriquement transformée en vapeur. L’idée qu’un environnement aussi hostile ait pu abriter le vivant soulève de vastes interrogations.

Les zircons, témoins indestructibles d’un monde disparu

Une étude récemment publiée dans la revue scientifique PNAS apporte de nouveaux éléments sur ce climat primordial. Les chercheuses Morgan Sobol et Carolina Martinez-Gutierrez y exposent leurs conclusions : « Les preuves géochimiques ont affiné notre compréhension du contexte environnemental dans lequel la vie est apparue et de son calendrier potentiel ».

Elles ajoutent dans cette même publication : « Les analyses d’anciens zircons suggèrent que les températures de surface il y a environ 4,4 milliards d’années étaient suffisamment basses pour permettre la persistance d’eau liquide — une condition préalable au maintien de l’activité biologique — repoussant ainsi le moment potentiel de l’origine de la vie. » Les roches les plus anciennes de la Terre sont en effet datées grâce à ces fameux zircons, des minéraux formés par la cristallisation du magma et capables de résister à presque tout. Ils conservent les traces des événements géologiques en développant des anneaux supplémentaires, tandis que leur noyau reste totalement intact.

Si ces minéraux ne permettent pas de déterminer l’instant précis où la vie s’est extirpée d’une roche ancienne ou d’un limon primordial, d’autres outils entrent en jeu. La comparaison des caractéristiques génétiques des microbes modernes avec les plus anciens fossiles microbiens découverts à ce jour pourrait révéler des informations cruciales sur LUCA et LECA. Les scientifiques s’appuient notamment sur les horloges moléculaires, qui sont des fragments d’ADN dont les mutations génétiques aident à suivre les changements évolutifs, pour évaluer le calendrier de la première forme de vie terrestre.

Le portrait-robot de LUCA, un survivant de l’extrême

En utilisant une horloge moléculaire pour estimer l’apparition de LUCA, les chercheurs ont obtenu une date remontant à 4,2 milliards d’années. Cette chronologie situe son émergence à la fin de la période de l’Hadéen, seulement quelques centaines de millions d’années après l’impact cosmique responsable de la formation de la Lune.

Les recherches prédisent que LUCA était un procaryote, un organisme qui n’est pas si éloigné des espèces existantes actuelles. Bien qu’il fût dépourvu de noyau, il présentait une relative complexité et prospérait prétendument dans des environnements anaérobies. Il s’agissait très probablement d’un extrémophile, une caractéristique indispensable pour survivre aux conditions brutales qui régnaient sur la Terre durant l’Hadéen.

La reconstruction métabolique de ce premier ancêtre universel suggère une grande faculté d’adaptation. LUCA aurait été capable d’alterner entre deux modes de fonctionnement : l’autotrophie, qui consiste à produire ses propres composés organiques pour se nourrir en utilisant l’énergie solaire ou chimique, et l’organohétérotrophie, qui implique la consommation de composés organiques existants pour en tirer de l’énergie.

De LECA aux mitochondries : la complexification de l’arbre du vivant

Une fois la genèse du procaryote LUCA établie, le défi suivant consiste à dater l’eucaryogenèse. Ce processus correspond à la naissance des organismes eucaryotes, marquant l’entrée en scène de LECA. L’apparition de ces cellules eucaryotes, caractérisées par des noyaux définis et des membranes cellulaires, résulterait originellement de la fusion de différents procaryotes entre eux.

L’origine des mitochondries illustre parfaitement cette évolution complexe. De récentes études phylogénétiques soutiennent l’hypothèse que ces éléments auraient été acquis à partir d’Alphaprotéobactéries, telles que les Rickettsiales. La branche exacte de l’arbre de la vie à laquelle appartiennent ces mitochondries, souvent considérées comme les centrales énergétiques de la cellule, fait toujours l’objet de débats. Certains chercheurs estiment qu’elles font partie d’une lignée sœur des Rickettsiales, tandis que d’autres pensent qu’elles proviennent d’une espèce qui a bifurqué des Alphaprotéobactéries très tôt. La phylogénomique, qui utilise les données du génome pour élaborer des hypothèses sur les liens évolutifs, devrait aider les scientifiques à résoudre ce mystère.

L’avenir de ces recherches repose sur des analyses toujours plus pointues. « La récupération de génomes de haute qualité à partir d’échantillons environnementaux […] permettra de découvrir des lignées qui étaient auparavant inaccessibles », précisent Carolina Martinez-Gutierrez et Morgan Sobol. Elles complètent l’exposé de leurs travaux par cette perspective : « Ensemble, ces développements amélioreront grandement notre capacité à discerner les tendances historiques codées dans les molécules biologiques et à comprendre comment les processus évolutifs ont façonné la vie sur Terre. »

Selon la source : popularmechanics.com