Africa-Press – Cameroun. De la plus petite bactérie aux plus grands des mammifères, tous les êtres vivants font partie d’une seule grande famille. Même s’il est vraisemblable que l’émergence de la vie a donné naissance à un grand nombre de lignées cellulaires, on sait aujourd’hui qu’une seule a survécu: celle de notre aïeul à tous, Luca (pour Last universal common ancestor). Un ancêtre dont on n’a aucune photo, mais dont on commence à dessiner un portrait de plus en plus précis… et de plus en plus étonnant.
C’est notamment une étude publiée en juillet 2024 dans Nature Ecology & Evolution qui a ébranlé plusieurs des idées que nous avions sur ce fameux Luca. Dans celle-ci, des chercheurs de l’université de Bristol (Royaume-Uni) ont tenté de reconstruire son génome en comparant ceux de 700 bactéries et archées (mais pas d’eucaryotes qui sont probablement issus d’une symbiose entre ces deux branches). Objectif: identifier les familles de gènes qu’ils ont en commun et ainsi inférer leur évolution.
Ces arbres évolutifs des gènes ont ensuite été comparés avec les arbres phylogénétiques des espèces analysées, pour détecter d’éventuelles duplications ou disparitions de gènes, ainsi que des transferts horizontaux (où un organisme s’approprie une partie du matériel génétique d’un membre d’une autre espèce). Ainsi, ils ont estimé que le génome de Luca aurait contenu environ 2600 gènes. Une quantité comparable à celle de plusieurs bactéries actuelles, alors qu’on imaginait une entité bien plus simple !
Eucaryotes: la chute d’un paradigme
Pendant longtemps les experts pensaient que Luca avait enfanté trois branches distinctes: les bactéries, les archées et les eucaryotes. Mais ce paradigme s’est effondré ces dix dernières années. « La découverte de la lignée des archées d’Asgard a tout changé, car ils avaient beaucoup de gènes semblables à ceux des eucaryotes, explique Purificación López-García, experte en évolution microbienne à l’université Paris-Saclay. L’analyse de leurs génomes montre en fait que les eucaryotes se placent à l’intérieur des archées, au moins pour ces gènes. »
Mais les eucaryotes ne sont pas simplement une lignée des archées: « Ils sont le résultat d’une biogenèse, c’est-à-dire la construction d’une cellule plus complexe qui résulte de l’intégration de plusieurs cellules, dont une archée et au moins une bactérie, qui est devenue la mitochondrie [l’usine énergétique de la cellule], précise-t-elle. Cette symbiose a été probablement un processus long de coévolution des partenaires, qui, petit à petit, s’intègrent dans une seule cellule. » Certains chercheurs n’en sont pas encore convaincus, mais la réalité est que les données actuelles soutiennent cette hypothèse. « Les phylogénies moléculaires sont unanimes, martèle Purificación López-García. Les hypothèses doivent s’accommoder aux données existantes. »
La date de son apparition ne fait pas consensus
« Les résultats de nos travaux indiquent que les organismes complexes ont émergé très tôt et que l’évolution de cette complexité a été très rapide « , explique Philip Donoghue, expert en paléontologie moléculaire à l’université de Bristol et directeur de l’étude. En d’autres termes, notre ancêtre à tous ne se situait pas au début de l’histoire, mais avait au contraire parcouru un sacré bout de chemin… en très peu de temps. De plus, selon l’étude, Luca aurait existé bien plus tôt qu’on ne le pensait.
Pour le dater, les chercheurs ont analysé la quantité de mutations génétiques qui se seraient accumulées, de Luca à nos jours. Puisque l’on sait à peu près à quelle fréquence surviennent ces mutations, il est possible d’établir une sorte d’horloge moléculaire pour inférer le temps passé entre Luca et aujourd’hui. Résultat: celui-ci aurait vécu il y a environ 4,2 milliards d’années, plusieurs centaines de millions d’années plus tôt que toutes les estimations précédentes. Une datation surprenante, car elle le place à peine 300 millions d’années après le grand impact qui a entraîné la formation de la Lune – où un autre astre de la taille de Mars aurait percuté la Terre – il y a 4,5 milliards d’années.
Cet événement cataclysmique a sûrement rendu notre planète stérile pendant un bon moment: on estime qu’il aurait fallu au moins 100 millions d’années après ce choc pour que la Terre devienne habitable. Ce qui aurait laissé très peu de temps pour toute cette préhistoire biologique avant Luca. La vie aurait donc évolué du premier être vivant, qui était forcément très simple, à toute la complexité qu’on imagine chez Luca (comparable à celle d’une bactérie moderne) en moins de 200 millions d’années !
Cette conclusion ne fait pas consensus: pour Patrick Forterre, microbiologiste à l’Institut Pasteur et l’un des créateurs du terme Luca, « cela paraît improbable que la vie ait autant évolué en si peu de temps « . Sans oublier que cet impact cosmique a été suivi d’un bombardement d’astéroïdes (dont témoignent les cratères sur la Lune), il y a environ 3,9 milliards d’années, qui aurait probablement rendu très difficiles les conditions de vie sur Terre.
Luca et ses prédécesseurs étaient probablement terriens
Aussi, dans une revue publiée en août 2024 dans le Journal of Molecular Evolution, le microbiologiste français a riposté en publiant son propre portrait de Luca, qui aurait, selon lui, émergé plutôt entre cette période (-3,9 milliards) et celle des premiers microfossiles connus (qui datent d’il y a 3,5 milliards d’années). Tout en soulignant qu’on n’arrivera sûrement jamais à le dater avec précision, car le tempo évolutif aurait pu être plus rapide au début de la vie, lorsque les systèmes de réparation génomique n’étaient pas encore au point (favorisant ainsi un taux mutationnel plus élevé).
« Les barres d’erreur pour ces calculs sont énormes, de l’ordre de centaines de millions d’années, et il est possible qu’elles sous-estiment la véritable incertitude autour de cette échelle de temps, concède Philip Donoghue. Nos résultats suggèrent bien que Luca a émergé en à peine quelques centaines de millions d’années, mais je ne parierais pas ma maison sur ces chiffres ! » Il n’y a donc pas de certitude, mais imaginons que cette estimation soit juste et que l’étonnante complexité de Luca ait bien émergé très rapidement après la création de la Terre: comment pourrait-on l’expliquer?
Pour le chercheur britannique, il y a deux possibilités: « Soit les étapes évolutives que l’on imaginait comme étant très difficiles, telles que l’origine de la cellule ou de la réplication génétique, n’étaient pas si difficiles finalement et n’ont pas pris beaucoup de temps à émerger, soit la vie, à ses débuts, n’a pas évolué sur Terre. » Il souligne toutefois que la première hypothèse est bien plus probable: « Le Système solaire n’est pas beaucoup plus vieux que notre planète, et je vois mal comment la vie cellulaire aurait pu être transportée à travers l’espace à partir d’une autre galaxie et survivre à ces conditions. Je pense plutôt que ces premières étapes clés de l’émergence de la vie cellulaire sur Terre n’ont pas été ces barrières difficiles à franchir que l’on pouvait imaginer. »
Donc, Luca et ses ancêtres étaient probablement terriens, et de ce fait dépendaient des ressources disponibles sur Terre à leur époque pour produire de l’énergie. « Il est probable que leur métabolisme reposait sur la chimie déjà présente, et que les enzymes ont évolué à partir de réactions préexistantes dans la nature « , explique Juli Peretó, expert en biochimie évolutive à l’université de Valence (Espagne). De la même façon que l’humain a appris à maîtriser le feu pour s’en servir à volonté, les premières cellules auraient intégré des réactions chimiques naturelles pour enrichir leur métabolisme. « Avec cette approche, on peut imaginer quelles réactions biochimiques Luca aurait pu effectuer pour avoir une idée de ce métabolisme primitif « , ajoute-t-il.
Un métabolisme très adaptable, clé de sa survie
Dans un article publié en octobre 2025 dans Philosophical Transactions of the Royal Society, Juli Peretó met en lumière à quoi aurait pu ressembler la Terre il y a 4 milliards d’années, et quels composés chimiques auraient été disponibles pour le métabolisme de Luca. « Notre planète était un endroit relativement riche d’un point de vue chimique: il n’y avait pas d’oxygène mais il y avait beaucoup de dioxyde de carbone et il devait y avoir aussi du méthane, les deux générant probablement un effet de serre qui aurait maintenu une température convenable pour la vie « , résume le chercheur.
En plus des sources énergétiques présentes naturellement, notre ancêtre et ses contemporains pouvaient également utiliser les molécules produites par les métabolismes de l’ensemble de ces premiers êtres vivants. « Notre étude montre que le métabolisme de Luca était très adaptable: il pouvait vivre comme un autotrophe, produisant de l’énergie de façon autonome à partir des molécules dans l’environnement, mais il pouvait aussi vivre comme un hétérotrophe, se nourrissant des ressources produites par d’autres organismes « , affirme Philip Donoghue. Cette adaptabilité aurait pu être la clé pour survivre à des changements de conditions environnementales, permettant à sa lignée de persister jusqu’à nos jours.
Luca était en effet construit pour la survie, car, en plus d’un métabolisme assez riche, il avait aussi un début de système immunitaire pour se protéger des virus, avec une partie du système Crispr-Cas utilisé par des bactéries actuelles. « C’est une des découvertes les plus surprenantes, on ne s’y attendait pas ! s’exclame Philip Donoghue. Cela suggère qu’il vivait parmi des virus, qui auraient pu être des vecteurs efficaces pour permettre des transferts génétiques entre espèces. » Grâce à quoi Luca aurait été en mesure d’acquérir des capacités de ses contemporains, jusqu’à cumuler les outils nécessaires qui ont permis à sa descendance de survivre et de conquérir la planète entière.
Cette reconstruction génomique de Luca montre aussi qu’il vivait probablement à la surface de l’océan. Il avait en effet des gènes pour réparer des dégâts causés par les UV, ce qui laisse penser qu’il y était exposé et donc ne vivait pas dans les profondeurs des eaux. L’ensemble des découvertes de cette étude nous dessine ainsi un portrait très précis de Luca, qui reste cependant à confirmer. « Maintenant, nous devons faire un travail de détective pour étudier de près l’évolution de chacun de ces gènes et déterminer si ces hypothèses tiennent toujours, prévient Luis José Delaye Arredondo, chercheur en génomique évolutive au centre de recherche Cinvestav, au Mexique. Les avancées technologiques nous permettront sûrement d’aller plus loin et d’émettre de meilleures hypothèses sur la nature de Luca, mais on ne pourra jamais savoir avec certitude comment il était. »
Un arbre phylogénétique qui restera imprécis
Car plus on en apprend sur l’évolution depuis Luca, plus on voit que le joli arbre phylogénétique qu’on imaginait ressemble plutôt à une plante grimpante qui saute de branche en branche, rendant très difficiles les analyses. « Il y a eu probablement beaucoup d’échanges de protéines entre les virus et les descendants de Luca, qui auraient pu apporter une même protéine aux trois branches séparément, ce qui nous donnerait l’idée, fausse, que ce gène viendrait de Luca « , illustre Patrick Forterre.
Il est possible aussi que certains gènes présents chez les descendants de Luca ne viennent pas de ce dernier, mais d’une autre lignée aujourd’hui disparue, de la même façon que certains Homo sapiens ont encore des gènes d’origine néandertalienne, reflets de la cohabitation de ces deux espèces il y a des milliers d’années. « Luca restera très mystérieux… à moins d’inventer une machine pour voyager dans le temps « , conclut-il. L’ébauche du portrait de notre lointain ancêtre gagnera sûrement en précision, mais elle ne sera jamais une photo de haute résolution.
Les premières briques essentielles à la vie
Longtemps avant Luca, il y a eu Fuca (pour First universal common ancestor), le premier de nos ancêtres. Comme pour l’évolution, il serait le produit du hasard, qui aurait causé l’assemblage des molécules nécessaires à la vie à l’intérieur d’un compartiment fermé, la première cellule. En 1953, les chimistes états-uniens Harold Urey et Stanley Miller montrent en effet que des molécules probablement présentes sur la Terre primitive pouvaient s’assembler et générer plus de complexité chimique. Les assemblages les plus stables auraient perduré, augmentant toujours en complexité jusqu’à produire, par exemple, de l’ARN et des protéines, qui peuvent coopérer entre eux. Et ces premières briques essentielles à la vie auraient été englobées par des couches d’acides gras, où elles auraient continué leur jeu évolutif, protégées par ces barrières. À terme, ces ébauches cellulaires auraient acquis les qualités propres au vivant, dont la capacité de produire de l’énergie et de se reproduire… commençant une longue histoire qui continue de s’écrire aujourd’hui.
