Qu’est-ce que LUCA, le dernier ancêtre commun universel : explication et importance en biologie

LUCA représente un point pivot dans l’arbre de la vie. Cet organisme, considéré comme étant une bactérie appartenant au phylum Planctomycetes, constitue le dernier ancêtre commun à l’ensemble des êtres vivants : Archaea, Bactéries et Eucaryotes. Les recherches récentes menées par Damien Devos et son équipe ont remis en question la vision classique de l’évolution biologique en suggérant que LUCA pouvait posséder des caractéristiques déjà plus complexes que celles d’une simple bactérie, ce qui laisse entendre qu’il avait une structure et des fonctions plus élaborées.

Traditionnellement, le modèle de l’arbre de la vie le représentait comme une trinité : eucariotes, bactéries et archées, avec LUCA à sa base. La différence majeure entre bactéries et archées réside dans certains aspects chimiques et métaboliques, tandis que les eucaryotes ont représenté une étape évolutive significative, grâce à la développement de cellules avec noyaux et organites spécialisés.

Étudier LUCA comporte aussi une dimension astrobiologique importante. Les environnements où il aurait pu vivre, tels que les sources hydrothermales en profondeur dans les océans, sont aussi présents dans certains lieux comme Europe, lune de Jupiter, ou Encélade, lune de Saturne. La présence d’océans souterrains dans ces mondes donne à penser que des conditions propices à la vie pourraient s’y trouver, notamment grâce à l’énergie chimique plutôt qu’à la lumière solaire. Cela laisse envisager que l’énergie chimique a été la clé du genesis de la vie. LUCA aurait donc pu évoluer dans des milieux obscurs et riches en minéraux, ce qui ouvre la voie à de nouvelles pistes dans la recherche de formes de vie extraterrestres.

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Il est estimé que LUCA a vécu il y a environ 4,2 milliards d’années, c’est-à-dire peu de temps après la formation de la Terre et de notre système solaire. Cette hypothèse repose sur des études menées par Edmund Moody et son équipe à l’Université de Bristol. En comparant différents gènes issus d’espèces vivantes, ils ont tenté de retracer les mutations survenues depuis notre dernier ancêtre commun, LUCA.

La quête de LUCA trouve ses racines dans les idées de Charles Darwin, qui postulait que toute vie moderne descendait d’un organisme primordial. Avec l’avancée de la science, notamment grâce à la découverte du code génétique au XXe siècle, cette théorie a été fortement renforcée : le code génétique est en effet universel, ce qui laisse penser que tous les organismes de la Terre ont un ancêtre commun.

Les recherches indiquent que LUCA était un organisme unicellulaire pouvant utiliser l’ARN à la fois pour stocker ses informations génétiques et pour catalyser des réactions chimiques, à l’image de certains enzymes modernes. De plus, il aurait été capable de résister à des conditions extrêmes, probablement en vivant près de sources hydrothermales dans les profondeurs océaniques.

Les analyses récentes ont aussi démontré que, sur des millions d’années, les gènes issus de LUCA ont été redistribués par un processus de transfert horizontal de gènes (LGT). Les chercheurs ont identifié 355 gènes qui semblent avoir été transmis directement par LUCA sans avoir subi de transfert horizontal, offrant ainsi des indices précieux sur sa manière de vivre et ses caractéristiques biologiques.

• Structure et composition : LUCA possédait un système de membranes internes développées, un ADN condensé, ainsi que la présence de stérols dans certaines de ses membranes, ce qui le rapproche davantage des eucaryotes que des bactéries classiques.
• Système immunitaire primitif : les études suggèrent que LUCA possédait déjà un système immunitaire rudimentaire, ce qui indique qu’il était en concurrence avec des virus dès ses premiers temps, il y a environ 4,2 milliards d’années.
• Écosystème connecté : LUCA n’évoluait probablement pas isolément ; ses déchets servaient de nutriments à d’autres microorganismes, créant ainsi un véritable écosystème de recyclage où différentes espèces coexistaient et bénéficiaient mutuellement.
• Metabolisme anaérobie et autotrophe : cet organisme ne respirait pas l’oxygène, mais produisait son propre nourriture à partir de composés environnementaux tels que l’hydrogène, le dioxyde de carbone ou l’azote. Grâce à ce métabolisme, il pouvait transformer ces éléments en composés utiles tels que l’ammoniac.
• Voie de fixation du carbone : LUCA utilisait la voie acetyl-CoA, une des plus anciennes et simples pour fixer le CO₂, ce qui lui permettait d’assimiler le carbone dans un environnement riche en métaux.
• Génomique : son génome était estimé à au moins 2,5 mégabases, codant pour environ 2 600 protéines, ce qui le compare aux génomes de nombreux procaryotes modernes et témoigne d’une grande diversité génétique.
• Adaptation aux environnements extrêmes : la présence d’un gène pour une enzyme appelée « girase inversée », que l’on trouve chez certains extrêmophiles modernes, soutient l’idée que LUCA prospérait dans des conditions thermiques élevées.
• Redondance génétique : LUCA disposait d’une importante redondance de ses gènes, ce qui laisse penser que la perte de certains d’entre eux n’affectait pas fondamentalement son fonctionnement. Ceci pourrait expliquer certaines anomalies observées dans la filogénie des organismes actuels.
• Production d’hydrogène moléculaire : LUCA utilisait très probablement l’hydrogène moléculaire comme source d’énergie, un sous-produit de réactions chimiques se produisant dans son environnement, processus essentiel pour son métabolisme et sa survie.

Si vous souhaitez approfondir vos connaissances sur ce qu’est LUCA, le dernier ancêtre commun universel, n’hésitez pas à explorer notre rubrique dédiée à la biologie.