Un événement évolutif qui n’arrive qu’une fois par milliard d’années : la fusion de deux êtres vivants
(newatlas.com)- Il a été confirmé que l’algue Braarudosphaera bigelowii héberge la cyanobactérie UCYN-A à l’intérieur de sa cellule et l’utilise comme un organite, un cas remarqué comme un exemple en cours d’une rare endosymbiose primaire
- L’endosymbiose primaire est le processus par lequel un micro-organisme en engloutit un autre, l’utilise ensuite comme une structure interne, puis le symbiote perd sa capacité à survivre de façon autonome et devient un organite
- Dans les quelque 4 milliards d’années d’histoire de la vie sur Terre, les seuls grands cas connus sont la formation des mitochondries il y a environ 2,2 milliards d’années et celle des chloroplastes il y a environ 1,6 milliard d’années, chacune marquant un tournant dans l’évolution de la vie complexe et des plantes
- Chez UCYN-A, le rapport de taille avec l’algue hôte, le métabolisme et la division cellulaire sont couplés, et près de la moitié des protéines nécessaires dépendent de l’hôte, ce qui conduit à le considérer comme un organite appelé nitroplast
- L’étude du nitroplast pourrait ouvrir la voie à l’introduction de la fixation de l’azote chez les plantes, ce qui en fait un sujet de recherche envisagé à long terme pour l’amélioration des cultures
Une endosymbiose primaire observée à nouveau
- Des scientifiques ont confirmé un cas où un événement évolutif menant à la fusion de deux êtres vivants en un seul organisme est en cours
- Les protagonistes sont l’algue Braarudosphaera bigelowii et la cyanobactérie UCYN-A
- UCYN-A permet à l’algue d’accomplir ce qu’elle ne peut généralement pas faire
- fixer directement l’azote de l’air
- combiner l’azote avec d’autres éléments pour former des composés plus utiles
Comment l’endosymbiose devient un organite
- L’endosymbiose primaire (primary endosymbiosis) est le phénomène par lequel un micro-organisme en engloutit un autre puis l’utilise comme une structure interne
- La cellule hôte apporte au symbiote des avantages comme des nutriments, de l’énergie et une protection
- Avec le temps, le symbiote devient incapable de vivre seul et finit par s’installer comme un organite (organelle) à l’intérieur de la cellule microbienne
Les précédents tournants créés par les mitochondries et les chloroplastes
- Dans les quelque 4 milliards d’années d’histoire de la vie sur Terre, on considère qu’il n’y a eu que deux cas connus d’endosymbiose primaire
- Le premier cas s’est produit il y a environ 2,2 milliards d’années
- une archée a englouti une bactérie
- cette bactérie est devenue une mitochondrie
- spécialisées dans la production d’énergie, les mitochondries ont rendu possible l’évolution des formes de vie complexes
- Le deuxième cas s’est produit il y a environ 1,6 milliard d’années
- une cellule plus évoluée a absorbé une cyanobactérie capable de capter l’énergie solaire
- cette cyanobactérie est devenue un chloroplaste
- les chloroplastes ont donné aux plantes la capacité d’utiliser la lumière du soleil ainsi que leur couleur verte
Pourquoi l’association entre B. bigelowii et UCYN-A est particulière
- Les plantes et les algues obtiennent habituellement leur azote via une symbiose avec des bactéries distinctes
- Au départ, on pensait que B. bigelowii entretenait elle aussi ce type de relation symbiotique séparée avec UCYN-A
- Des investigations plus poussées ont montré que la relation entre les deux êtres vivants est bien plus étroite
Ce qui conduit à considérer UCYN-A comme un nitroplast
- Une équipe de recherche a confirmé que le rapport de taille entre l’algue et UCYN-A reste similaire même entre différentes espèces d’algues apparentées
- le processus de croissance semble être régulé par l’échange de nutriments
- cela correspond à la manière dont les mitochondries et les chloroplastes s’ajustent à la taille de la cellule
- Une étude de suivi a observé l’intérieur de cellules d’algues vivantes grâce à une puissante technique d’imagerie aux rayons X
- la réplication et la division cellulaire de l’hôte et du symbiote sont synchronisées
- c’est une preuve supplémentaire que l’endosymbiose primaire est bien en fonctionnement
- L’équipe a comparé les protéines d’UCYN-A isolé avec celles d’UCYN-A à l’intérieur des cellules d’algues
- UCYN-A isolé ne peut produire lui-même qu’environ la moitié des protéines nécessaires
- le reste doit être fourni par l’algue hôte
- c’est une caractéristique observée lorsque l’endosymbiote évolue vers un organite
- UCYN-A est considéré comme un organite complet appelé nitroplast
- L’évolution du nitroplast semble avoir commencé il y a environ 100 millions d’années, une période très courte comparée aux mitochondries et aux chloroplastes
Une possible voie vers la fixation de l’azote chez les plantes
- Les chercheurs prévoient de continuer à étudier si le nitroplast existe aussi dans d’autres cellules et quels effets il produit
- L’un des bénéfices potentiels serait de fournir une nouvelle voie pour introduire la fixation de l’azote chez les plantes
- Cette capacité pourrait être utilisée pour cultiver de meilleures récoltes
- L’étude a été publiée dans Cell00182-X.pdf) et Science
1 commentaires
Avis sur Hacker News
J’ai fait trois ans de biologie au lycée, et je ne comprends pas pourquoi on ne m’a jamais dit que l’origine de capacités aussi extraordinaires venait du fait qu’un organisme en ait absorbé un autre
On a bien étudié les mitochondries et les chloroplastes, mais de façon très aride
Avec ce contexte, l’enseignement primaire et secondaire pourrait devenir beaucoup plus intéressant pour les enfants
La théorie de l’origine endosymbiotique voyait encore ses liens connexes se préciser jusque dans les années 2000
https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-origin-of-mito...
Cela dit, si je demandais aujourd’hui à mes anciens camarades de lycée, il y aurait à peu près une chance sur deux qu’ils s’en souviennent
Ce serait pareil pour n’importe quelle information donnée au moment d’étudier les organites, et même pour le mot organite, je pense qu’il y aurait une chance sur deux qu’ils s’en souviennent
Si je leur avais posé la question sans l’article, ils n’auraient pas non plus su dire approximativement quand ces événements se sont produits
Mais tous mes anciens camarades se souviennent probablement du mème de la « centrale énergétique de la cellule »
Et aussi que, comme nos mitochondries viennent de l’ovule, l’ADN mitochondrial provient toujours des mitochondries de la mère
Ou alors on a peut-être joué à Parasite Eve [0]
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Parasite_Eve_(video_game)#Plot
Le premier événement de symbiose a été un million de fois plus difficile que le deuxième ou le troisième
Au départ, l’hôte devait résoudre un problème extrêmement difficile : gérer l’ADN et l’ARN produits au cours de la vie et de la mort du symbiote
Pour survivre, l’hôte a dû faire évoluer des choses comme le noyau cellulaire et la reproduction sexuée, et il a aussi fallu l’épissage alternatif pour gérer une situation où tous les gènes étaient endommagés par des éléments génétiques égoïstes venus du symbiote
Intégrer ensuite un symbiote reste difficile, mais pas autant que cette toute première étape
La première symbiose qui a conduit à l’origine des eucaryotes pourrait être un événement rare qui ne se produit pas une fois tous les milliards d’années, mais une fois tous les billions d’années, voire moins d’une fois tous les 10^20 ans
Cela pourrait signifier qu’une seule planète sur un milliard abritant une vie simple « produit » une vie complexe de type animal, et que cela pourrait être le grand filtre à l’origine du paradoxe de Fermi
Le grand filtre pourrait être quelque chose que nous avons déjà franchi, parce que la combinaison de contraintes qui a mené jusqu’à nous aujourd’hui était incroyablement rare
Un autre événement à probabilité infime pourrait être le développement de l’intelligence abstraite
Les conditions qui ont fait de notre forme d’intelligence un avantage évolutif semblent particulièrement uniques : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK210002/
Rien qu’au titre, on dirait que c’est arrivé la semaine dernière, mais en réalité cela s’est produit il y a 100 millions d’années et on ne vient que de le découvrir
Si ça avait ressemblé à une nouvelle espèce tout juste apparue, ça aurait été terrifiant
J’imaginais une espèce de ce genre submerger notre écosystème, provoquer le chaos, puis voir émerger un nouvel équilibre, de nouveaux gagnants et une nouvelle espèce dominante
Je trouvais suspecte la probabilité d’être justement en train de regarder au microscope au moment où un événement aussi rare se produit
Donc, vu que l’article n’en parle pas, j’imagine qu’au final il ne s’est pas encore passé grand-chose d’intéressant
Si la relation symbiotique a commencé à se développer il y a 100 millions d’années, tout ce temps a peut-être été nécessaire pour que la bactérie devienne un organite entièrement dépendant de la cellule algale hôte, comme aujourd’hui
L’algue en question vaut le coup d’œil : https://en.m.wikipedia.org/wiki/Braarudosphaera_bigelowii
Elle s’entoure de douze plaques pentagonales pour former un dodécaèdre régulier parfait
C’est vraiment un organisme incroyablement cool
Difficile de croire que ce soit une structure naturelle et organique avec des arêtes aussi nettes
https://paleonerdish.wordpress.com/2013/06/10/an-introductio...
https://www.mediastorehouse.com/science-photo-library/diatom...
Ce sont les sources primaires
[1] https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(24)00182-X.pdf
[2] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38603509/
Il y a aussi le communiqué de presse du LBL
[3] https://newscenter.lbl.gov/2024/04/17/scientists-discover-fi...
[1] est en accès libre
Est-il plus probable que ce soit un événement qui se produit une fois tous les milliards d’années et que nous ayons justement capturé exactement cet échantillon, ou plutôt que cela arrive bien plus souvent, mais que nous ayons observé un cas qui, en général, n’est simplement pas aussi influent ou mémorable que les exemples cités ?
Le traitement sensationnaliste est vraiment excessif
La symbiogenèse n’a que deux cas connus, les mitochondries et les plastes, dont les chloroplastes ; l’expression « une fois tous les milliards d’années » se justifie donc dans une certaine mesure
D’autres cas sont également suspectés : https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis
On connaît de nombreux endosymbiotes
Ce sont des organismes distincts qui vivent dans le corps ou les cellules d’autres organismes, et constituent une condition préalable à la symbiogenèse
https://en.wikipedia.org/wiki/Endosymbiont
Cela s’est produit il y a 100 millions d’années, pas dans une boîte de Petri en laboratoire
Cela dit, le titre mériterait d’être un peu retouché
J’ai du mal à être convaincu par l’affirmation selon laquelle l’endosymbiose primaire serait aussi rare
Presque tous les insectes possèdent des endosymbiotes hérités : https://doi.org/10.3389/fphys.2013.00046
Ici, il est question d’endosymbiose au niveau cellulaire
Avoir des bactéries intestinales, et les voir s’intégrer à l’intérieur de la cellule au niveau moléculaire pour devenir un organite, ce n’est pas la même chose
Cela dit, le scepticisme face à l’exagération médiatique est plutôt justifié
Il existe d’autres exemples bien connus de ce type d’endosymbiose, primaire comme secondaire
Ce n’est peut-être pas une symbiose primaire avec des cyanobactéries, mais par rapport à d’autres cas que nous connaissons déjà, il est difficile d’y voir un énorme « bond scientifique », que ce soit en termes de compréhension ou d’émerveillement
Ironiquement, ce type de symbiose au niveau cellulaire s’observe aussi chez les symbiotes intestinaux d’insectes ; l’exemple le plus extrême est probablement Mixotricha paradoxa : https://en.wikipedia.org/wiki/Mixotricha_paradoxa
Hatena arenicola https://en.wikipedia.org/wiki/Hatena_arenicola est très proche de cette découverte, mais comme elle concerne une algue et non une cyanobactérie, il s’agit d’une endosymbiose secondaire, et c’est peut-être même plus intéressant et étrange
Nous savons aussi que le génome de Smybiodinium a connu plusieurs événements de capture endosymbiotique ; certains étaient des symbioses secondaires avec des algues, et il est très probable que d’autres aient été des symbioses primaires avec des bactéries : https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiodinium
Une meilleure source a été publiée ici, mais sans discussion : https://news.ycombinator.com/item?id=40101317