Toute la vie sur Terre a un ancêtre commun. Des scientifiques pensent que ces gènes lui sont antérieurs

À la recherche des origines de l’arbre du vivant

En remontant suffisamment loin dans la lignée génétique de l’arbre du vivant, les scientifiques constatent que tous les êtres vivants de la planète Terre partagent une même origine. Qu’il s’agisse d’un être humain, d’une fougère ou d’un champignon, chaque forme de vie descend d’un dernier ancêtre commun universel, généralement désigné sous l’acronyme LUCA.

Cet organisme aurait évolué il y a environ 4,2 milliards d’années. Les chercheurs ne disposent d’aucune preuve directe de son existence, mais les éléments actuels suggèrent qu’il s’agissait probablement d’un procaryote extrémophile et anaérobie. Cet être vivant aurait prospéré dans les profondeurs des océans, à proximité des sources hydrothermales.

La question des origines ne s’arrête toutefois pas à ce stade. Des études antérieures ont déjà établi que des éléments tels que les membranes cellulaires et un génome à ADN devaient être présents avant même l’apparition de LUCA. L’investigation de ces structures primordiales reste complexe, car LUCA représente souvent une sorte d’impasse évolutive pour les biologistes, rendant difficile l’observation des événements antérieurs.

Une nouvelle méthode d’investigation scientifique

Une nouvelle étude publiée dans la revue scientifique Cell Genomics propose une méthode inédite pour regarder au-delà de cette frontière biologique. Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT), de l’Oberlin College et de l’Université du Wisconsin-Madison ont collaboré pour concevoir une approche permettant d’étudier les processus biologiques qui ont précédé cet organisme originel.

Leur travail se concentre sur l’analyse des « paralogues universels », une famille de gènes spécifique présente dans la totalité des organismes vivants actuels. Cette piste offre aux scientifiques des éléments de preuve concrets concernant les événements évolutifs qui se sont déroulés avant l’arrivée de LUCA sur Terre.

Aaron Goldman, auteur principal de l’étude et chercheur à l’Oberlin College, explique l’enjeu de cette démarche lors d’une déclaration à la presse : « Bien que le dernier ancêtre commun universel soit l’organisme le plus ancien que nous puissions étudier avec des méthodes évolutives, certains des gènes de son génome étaient beaucoup plus anciens. »

Comprendre la génétique : que sont les paralogues ?

Pour saisir la portée de cette découverte, un bref rappel de biologie s’impose. Un paralogue désigne une famille de gènes contenant de multiples membres, dont la création résulte probablement d’erreurs de copie de l’ADN survenues sur plusieurs millions d’années.

L’hémoglobine offre un exemple précis de ce phénomène. Il s’agit de la protéine contenant du fer qui est présente dans les globules rouges. Le corps humain possède huit versions de ce gène. L’ensemble de ces versions descend d’un même gène ancien de la globine, qui existait il y a 800 millions d’années.

Comme leur nom l’indique, les paralogues universels constituent une catégorie particulière de ces familles de gènes. Pour qu’un gène entre dans cette classification, il faut qu’au moins deux copies de celui-ci existent dans chaque organisme actuellement en vie. En raison de cette ubiquité à travers toutes les formes de vie sur Terre, les chercheurs concluent que ces paralogues existaient avant l’émergence de LUCA.

Les fonctions vitales avant l’apparition de LUCA

L’équipe d’Aaron Goldman a mené une enquête approfondie sur l’ensemble des paralogues universels connus à ce jour. Le chercheur précise le cadre de ces travaux : « Bien qu’il y ait très peu de paralogues universels que nous connaissions, ils peuvent nous donner beaucoup d’informations sur ce qu’était la vie avant l’époque du dernier ancêtre commun universel. »

Leurs observations ont mis en évidence des caractéristiques communes à ces gènes primordiaux. Ils ont constaté que tous ces paralogues universels étaient impliqués dans la production de protéines, ainsi que dans le mouvement des molécules à travers la membrane cellulaire.

Cette observation amène les scientifiques à une déduction claire concernant les premières étapes de la biologie terrestre. Les comportements cellulaires liés à la production protéique et aux échanges membranaires devaient déjà être présents, d’une manière ou d’une autre, avant que la vie n’évolue pour la première fois sur Terre.

L’intelligence artificielle pour sonder le passé

Les avancées technologiques actuelles ouvrent de nouvelles perspectives pour poursuivre ces investigations. L’arrivée des outils de recherche basés sur l’intelligence artificielle permet désormais de passer au crible de vastes ensembles de données, ce qui pourrait faire de l’étude de ces paralogues un domaine de recherche encore plus dynamique.

Greg Fournier, chercheur au MIT et co-auteur de cette étude, insiste sur l’importance de ces familles de gènes pour la compréhension de nos origines biologiques lointaines, dans l’attente de futures découvertes rendues possibles par ces nouvelles technologies.

Il souligne la nécessité d’exploiter cette piste génétique : « L’histoire de ces paralogues universels est la seule information que nous aurons jamais sur ces lignées cellulaires les plus anciennes, et nous devons donc en extraire soigneusement autant de connaissances que possible. »

According to the source: popularmechanics.com

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