5.7 : Évolution des eucaryotes
Évolution des eucaryotes
Nos propres cellules eucaryotes protègent l’ADN dans les chromosomes avec une membrane nucléaire, fabriquent de l’ATP avec des mitochondries, se déplacent avec des flagelles (dans le cas des spermatozoïdes) et se nourrissent de cellules qui fabriquent notre nourriture avec des chloroplastes. Tous les organismes multicellulaires et les protistes unicellulaires partagent cette complexité cellulaire. Les cellules bactériennes (procaryotes) sont beaucoup plus petites et ne présentent aucune de ces complexités. Quel saut quantique dans l’évolution a créé ce vaste gouffre de différences ?
Les premières cellules eucaryotes – cellules dotées d’un noyau et d’organites internes liés à une membrane – ont probablement évolué il y a environ 2 milliards d’années. Ceci est expliqué par la théorie endosymbiotique. Comme le montre la figure ci-dessous, l’endosymbiose s’est produite lorsque de grandes cellules ont englouti de petites cellules. Les petites cellules n’ont pas été digérées par les grandes cellules. Au lieu de cela, elles ont vécu à l’intérieur des grandes cellules et ont évolué en organites.
De la cellule indépendante à l’organite. La théorie endosymbiotique explique comment les cellules eucaryotes ont évolué.
Les grandes et les petites cellules ont formé une relation symbiotique dans laquelle les deux cellules ont bénéficié. Certaines des petites cellules étaient capables de décomposer les déchets de la grande cellule pour en tirer de l’énergie. Elles fournissaient de l’énergie non seulement à elles-mêmes mais aussi à la grande cellule. Elles sont devenues les mitochondries des cellules eucaryotes. D’autres petites cellules étaient capables d’utiliser la lumière du soleil pour fabriquer de la nourriture. Elles partageaient cette nourriture avec la grande cellule. Elles sont devenues les chloroplastes des cellules eucaryotes.
Mitochondries et chloroplastes
Quelles sont les preuves de cette voie d’évolution ? La biochimie et la microscopie électronique apportent un soutien convaincant. Les mitochondries et les chloroplastes au sein de nos cellules eucaryotes partagent les caractéristiques suivantes avec les cellules procaryotes :
- Leur ADN d’organite est court et circulaire, et les séquences d’ADN ne correspondent pas aux séquences d’ADN trouvées dans le noyau.
- Les molécules qui composent les membranes des organites ressemblent à celles des membranes procaryotes – et diffèrent de celles des membranes eucaryotes.
- Les ribosomes de ces organites sont similaires à ceux des ribosomes bactériens, et différents des ribosomes eucaryotes.
- La reproduction se fait par fission binaire, et non par mitose.
- Les voies et les structures biochimiques montrent des relations plus étroites avec les procaryotes.
- Deux membranes ou plus entourent ces organites.
La membrane de la cellule « hôte » et la biochimie sont plus semblables à celles des Archaebactéries, de sorte que les scientifiques pensent que les eucaryotes descendent plus directement de ce grand groupe (figure ci-dessous). La chronologie de cet événement évolutif spectaculaire (plus probablement une série d’événements) n’est pas claire. Le plus ancien fossile clairement lié aux eucaryotes modernes est une algue rouge datant de 1,2 milliard d’années. Cependant, de nombreux scientifiques situent l’apparition des cellules eucaryotes à environ 2 milliards d’années. À un moment donné au cours de l’Eon protérozoïque, donc, les trois grands groupes de vie – les bactéries, les archées et les eucaryotes – se sont bien établis.
Que signifie tout cela ?
Les cellules eucaryotes, rendues possibles par l’endosymbiose, étaient puissantes et efficaces. Cette puissance et cette efficacité leur donnaient la possibilité d’évoluer vers de nouvelles caractéristiques : multicellularité, spécialisation cellulaire et grande taille. Elles étaient la clé de la diversité spectaculaire des animaux, des plantes et des champignons qui peuplent notre monde actuel. Néanmoins, alors que nous clôturons l’histoire des débuts de la vie, réfléchissons une fois de plus aux modèles et processus remarquables mais souvent méconnus des débuts de l’évolution. Souvent, en tant qu’humains, nous concentrons notre attention sur les plantes et les animaux, et ignorons les bactéries. Nos sens humains ne peuvent pas percevoir directement l’inimaginable variété des cellules individuelles, l’architecture des molécules organiques ou la complexité des voies biochimiques. Laissez votre étude des débuts de l’évolution vous donner une nouvelle perspective – une fenêtre sur la beauté et la diversité des mondes invisibles, aujourd’hui et tout au long de l’histoire de la Terre. Outre les mitochondries qui constituent le foyer de vos 100 000 milliards de cellules, votre corps contient plus de cellules bactériennes que de cellules humaines. Vous, les mitochondries et vos bactéries résidentes partagent une ascendance commune – une histoire continue du don de la vie.
Les trois principaux domaines de la vie avaient évolué il y a 1,5 milliard d’années. Des similitudes biochimiques montrent que les eucaryotes ont des ancêtres communs plus récents avec les Archées, mais nos organites descendent probablement des bactéries par endosymbiose.
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