LUCA, Ancêtre Commun A Tous être Vivant

A quoi ressemblait le dernier ancêtre commun à toutes les espèces vivantes actuelles ? L’étude des génomes et l’exploration de la biodiversité de notre planète fournissent des éléments de réponse.

Un article à retrouver dans son intégralité dans Les dossiers de La Recherche n°2 : Les origines de la vie, février-mars 2013.

1. Qui était LUCA ?

LUCA est l’acronyme anglais de « Last Universal Common Ancestor », « dernier ancêtre commun universel ». Cette dénomination a été proposée en 1996 lors d’un congrès organisé à la Fondation des Treilles (dans le Var) par le biologiste Patrick Forterre, alors chercheur à l’université Paris-Sud. Elle désigne l’ancêtre commun à tous les êtres vivants actuels, aussi connu sous d’autres noms tels que cénancêtre par exemple.

Le qualificatif « dernier » souligne la place particulière qu’occupe LUCA dans l’histoire de la vie. C’est à partir de lui qu’a débuté la succession d’événements évolutifs à l’origine de la biodiversité que nous connaissons aujourd’hui. C’est de lui qu’ont émergé les lignées menant aux trois grands domaines dans lesquels on classe les êtres vivants actuels : les archées et les bactéries –qui sont des procaryotes-, et les eucaryotes*.

LUCA ne doit pas être confondu avec la première cellule. C’était un organisme à la biochimie complexe, donc très éloigné, du point de vue évolutif, des origines de la vie. Il présentait déjà des caractéristiques cellulaires élaborées. Il a donc été précédé par des lignées d’organismes plus simples, aujourd’hui éteintes. LUCA était probablement un micro-organisme mais il n’était ni une bactérie, ni une archée, ni un eucaryote puisque ces trois groupes d’organismes descendent de lui. Il ne vivait pas seul et a coexisté avec des communautés de micro-organismes diversifiées, éteintes et sans descendants actuels [Fig.1].

2. Comment étudier LUCA ?

On ne dispose pas de fossiles de LUCA. Pour connaître ses caractéristiques, les biologistes ont construit des modèles probabilistes d’évolution permettant d’estimer le nombre et la fonction des gènes présents dans son génome. Ces modèles sont élaborés à partir de la comparaison des génomes des êtres vivants actuels. L’idée est d’identifier les gènes communs aux trois domaines du vivant, dits « homologues »* car ils dérivent d’un même gêne ancestral. Il s’agit ensuite de déterminer si ces gènes étaient présents chez LUCA en étudiant leur histoire évolutive, grâce à la phylogénie moléculaire, laquelle consiste à établir les liens de parenté entre les gênes.

Une telle approche a apporté des informations essentielles sur les fonctions cellulaires présentes chez LUCA, mais elle est délicate à mener pour plusieurs raisons. D’abord, il est difficile d’établir l’homologie entre des gènes qui ont divergé depuis un temps aussi long que celui qui nous sépare de LUCA.

Par ailleurs, il se produit au cours de l’évolution des transferts de gènes, dits horizontaux, entre des lignées contemporaines les unes des autres mais parfois éloignées du point de vue évolutif. Enfin, il arrive qu’un gène ancestral soit perdu indépendamment chez plusieurs descendants de cet ancêtre, ce qui peut faire apparaître comme récente l’origine évolutive d’un gène pourtant ancien.

Une autre approche complémentaire consiste à reconstruire des séquences génétiques ancestrales. Elle a déjà permis de tester expérimentalement

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