Une enquête scientifique récente a révélé que le processus de développement de la vie complexe a commencé à une époque plus lointaine et a duré plus longtemps qu’on ne l’imaginait auparavant. L’ouvrage offre de nouvelles perspectives sur les circonstances essentielles de l’évolution des premiers êtres vivants et remet en question des concepts scientifiques largement acceptés dans le domaine.
Menée par l’université de Bristol et publiée le 3 décembre dans la prestigieuse revue Nature, l’étude souligne que des êtres vivants complexes sont apparus bien avant la présence de quantités importantes d’oxygène dans l’atmosphère terrestre. Cette découverte contredit l’opinion précédente selon laquelle l’oxygène atmosphérique était une condition indispensable au développement d’une vie complexe.
La co-auteure Anja Spang, du Département de microbiologie et de biogéochimie de l’Institut royal néerlandais de recherche marine, a expliqué que la planète Terre a environ 4,5 milliards d’années, les manifestations les plus anciennes de la vie microbienne remontant à plus de 4 milliards d’années. Elle a expliqué que ces premiers organismes étaient divisés en bactéries et archées, deux groupes distincts mais interconnectés collectivement appelés procaryotes.
Pendant des centaines de millions d’années, les procaryotes sont restés la seule forme de vie présente sur Terre. Cette réalité a persisté jusqu’au développement des cellules eucaryotes, à la structure plus élaborée, qui ont donné naissance à des organismes tels que des algues, des champignons, des plantes et des animaux.
Davide Pisani, professeur de phylogénomique à l’École des sciences biologiques de l’Université de Bristol et l’un des co-auteurs de l’étude, a précisé que les hypothèses précédentes sur la transition des premiers procaryotes aux eucaryotes complexes étaient pour la plupart conjecturales. Il a ajouté que les projections temporelles variaient autour d’un milliard d’années, en raison du manque de formes intermédiaires et de la rareté de preuves fossiles concluantes.
Cependant, le groupe de scientifiques impliqués dans la recherche collaborative a conçu une stratégie innovante pour explorer ces questions. Ils ont amélioré la méthodologie dite des « horloges moléculaires », qui permet de calculer la période pendant laquelle deux espèces ont eu un ancêtre commun.
Le professeur Tom Williams, du Département des sciences de la vie de l’Université de Bath et co-auteur principal, a détaillé cette approche à deux volets. Il a expliqué qu’en rassemblant des informations sur le séquençage génétique de centaines d’espèces et en les intégrant à des archives fossiles déjà connues, il était possible de construire un arbre de vie avec une haute résolution temporelle. Cette structure a ensuite été utilisée pour établir plus précisément la chronologie des occurrences historiques dans différentes familles de gènes.
En rassemblant des preuves provenant de plus d’une centaine de familles de gènes distinctes, provenant de divers systèmes biologiques, et en se concentrant sur les particularités qui différencient les eucaryotes des procaryotes, l’équipe de chercheurs a réussi à commencer à reconstruire le chemin évolutif d’une vie complexe.
Étonnamment, les scientifiques ont découvert des preuves que cette transition cruciale a commencé il y a environ 2,9 milliards d’années, soit une période de près d’un milliard d’années plus tôt que ne le suggéraient certaines projections précédentes. Cela indique que le noyau cellulaire et d’autres structures internes semblent s’être développés considérablement avant les mitochondries.
Gergely Szöllősi, chef de l’unité de génomique évolutive basée sur un modèle à l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa (OIST), a déclaré que « le processus de complexification cumulative s’est étendu sur une période de temps considérablement plus longue qu’on ne le pensait auparavant ».
Les données recueillies ont permis aux chercheurs de réfuter plusieurs hypothèses avancées sur l’eucaryogenèse, qui est l’évolution d’une vie complexe, puisque les informations ne correspondaient pleinement à aucune théorie scientifique préexistante. Compte tenu de cela, l’équipe a présenté un modèle sans précédent, fondé sur des preuves, pour l’avènement d’une vie complexe, appelé Archéon complexe « CALM », mitochondrie tardive.
Le Dr Christopher Kay, chercheur associé à l’École des sciences biologiques de l’Université de Bristol et auteur principal des travaux, a expliqué que la différence dans l’enquête réside dans l’analyse détaillée de la fonction des familles de gènes, en identifiant les interactions protéiques, le tout dans un calendrier précis. Il a ajouté que l’entreprise nécessitait l’intégration de plusieurs domaines de connaissances : la paléontologie pour définir la chronologie, la phylogénétique pour développer des arbres phylogénétiques robustes et utiles, et la biologie moléculaire pour contextualiser ces familles de gènes.
Philip Donoghue, professeur de paléobiologie à l’École des sciences de la Terre de l’Université de Bristol et l’un des auteurs, a déclaré que l’une des découvertes les plus importantes était l’émergence des mitochondries à un stade beaucoup plus tardif que prévu. Il a noté que cette période coïncide avec le premier ajout notable d’oxygène dans l’atmosphère.
Il a conclu en expliquant que cette révélation établit un lien direct entre la biologie évolutive et la trajectoire géochimique de la planète. L’ancêtre archéen des eucaryotes avait déjà commencé à former des structures complexes environ un milliard d’années avant que l’oxygène ne devienne répandu, dans un contexte où les océans étaient complètement dépourvus d’oxygène.
