16. L'ORIGINE DE LA VIE.L ' APPARITION DES DIFFÉRENTS TYPES CELLULAIRES 481
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
3. DES PROTOCELLULES
À LA CELLULE ANCESTRALE
Nous avons vu que toutes les cellules modernes
présentent des mécanismes génétiques fondamentaux, des biomolécules et des voies métaboliques
identiques. Il faut donc admettre qu’elles dérivent
d’une cellule ancestrale commune qui possédait
déjà toutes ces caractéristiques, et était d’une complexité voisine de celles actuelles ; elle résultait forcément elle-même d’une longue évolution.
L’invention, par les cellules primordiales dérivées
des «expériences» prébiotiques, de l’ADN comme
matériel héréditaire, du code génétique, des ribosomes, du métabolisme intermédiaire et énergétique etc., est donc extrêmement ancienne. Il est
d’ailleurs probable que plusieurs types de systèmes
répondant à la définition large de système vivant
ont existé, mais il est en tout cas sûr qu’une seule
lignée a été sélectionnée par l’évolution pour donner l’ensemble des cellules actuelles.
Quel était l’aspect de la cellule ancestrale qui a
éliminé toutes ses concurrentes ? On ne le saura
peut-être jamais, mais on est certain que les Procaryotes actuels, qui sont le résultat d’une très longue
évolution allant dans le sens de la simplification,
n’ont plus rien à voir avec la cellule procaryotique
ancestrale dont ils descendent. Le seul espoir est
dans l’exobiologie, c’est-à-dire la recherche de la
vie en dehors de la Terre ; il se peut que des traces
fossiles de ces êtres existent sur Mars, où une
forme de vie a pu apparaître, mais qui aurait été
stoppée dans son évolution, car l’histoire géologique de cette planète est fondamentalement différente de la nôtre. Il n’est pas possible de décrire en
détail les hypothèses plus ou moins fondées
concernant l’acquisition, par le ou les progénotes,
de toutes les nouveautés ayant permis de conduire
à la première cellule vraie. Nous nous contenterons ici d’énumérer les caractéristiques principales
qui différencient fondamentalement cette dernière
de ses ancêtres pré-vivants.
3.1. Compartimentation et membranes
Les premiers systèmes autoréplicatifs ne ressemblaient pas aux cellules modernes, mais ils
étaient très certainement limités par une membrane
de nature inconnue. Ceci est une nécessité absolue
car aucune réaction chimique ne peut se produire
efficacement si les enzymes ou les précurseurs en
jeu sont soumis à la libre diffusion. Les surfaces
minérales ont un moment pu remplir cette fonction
de concentration des réactants, mais il a bien fallu
que la vie naissante s’en affranchisse et passe «en
trois dimensions». Dans un milieu homogène, on
comprend mal aussi, par exemple, comment une
relation privilégiée entre un ARN (ou toute molécule informationnelle équivalente) et une protéine
primitive facilitant sa synthèse (dans un rapport
de codage) aurait pu être maintenue sans une barrière physique. Les notions de compétition et de
sélection, à la base de toute l’évolution biologique
impliquent l’isolement précoce de boucles de rétroaction.
Des bicouches se sont sans doute organisées
très tôt en vésicules de type liposome (voir chapitre 5) et ont enfermé des systèmes chimiquement
ou génétiquement variés. Ces structures membranaires n’étaient pas forcément constituées de phospholipides, mais toute molécule ayant des
propriétés amphiphiles équivalentes pouvait jouer
ce rôle. On imagine ensuite des phénomènes de
fusion entre des multitudes de vésicules différentes
correspondant à des «expériences prébiotiques»
uniques, permettant une mise en commun de ces
systèmes. Les potentialités exploratoires d’une
telle combinatoire sont considérables. Enfin, il ne
faut pas oublier la question de la perméabilité de
ces membranes vis-à-vis du milieu, qui a également
dû être réglée de façon précoce.
3.2. Apparition des métabolismes
Tous les êtres vivants actuels sont dotés, pour
assurer leur croissance, d’un métabolisme fournisseur de précurseurs chimiques et d’énergie. Si les
premiers systèmes autoréplicatifs ont pu utiliser
des molécules d’origine abiotique pendant quelque
temps, il est clair que leur perpétuation a été liée à
la mise en place de réactions catalysées (par des
ARN ou des protéines), fournissant les métabolites
épuisés sur la Terre. Une forte pression de sélection s’est exercée alors, qui a favorisé l’émergence
de nouvelles voies de synthèse ou de dégradation.
Les scénarios sur l’apparition des métabolismes
restent très spéculatifs, et seule une séquence vraisemblable d’événements est proposée ici.
On admet que les premiers systèmes, nécessairement anaérobies, étaient basés sur les fermenta-
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
3. DES PROTOCELLULES
À LA CELLULE ANCESTRALE
Nous avons vu que toutes les cellules modernes
présentent des mécanismes génétiques fondamentaux, des biomolécules et des voies métaboliques
identiques. Il faut donc admettre qu’elles dérivent
d’une cellule ancestrale commune qui possédait
déjà toutes ces caractéristiques, et était d’une complexité voisine de celles actuelles ; elle résultait forcément elle-même d’une longue évolution.
L’invention, par les cellules primordiales dérivées
des «expériences» prébiotiques, de l’ADN comme
matériel héréditaire, du code génétique, des ribosomes, du métabolisme intermédiaire et énergétique etc., est donc extrêmement ancienne. Il est
d’ailleurs probable que plusieurs types de systèmes
répondant à la définition large de système vivant
ont existé, mais il est en tout cas sûr qu’une seule
lignée a été sélectionnée par l’évolution pour donner l’ensemble des cellules actuelles.
Quel était l’aspect de la cellule ancestrale qui a
éliminé toutes ses concurrentes ? On ne le saura
peut-être jamais, mais on est certain que les Procaryotes actuels, qui sont le résultat d’une très longue
évolution allant dans le sens de la simplification,
n’ont plus rien à voir avec la cellule procaryotique
ancestrale dont ils descendent. Le seul espoir est
dans l’exobiologie, c’est-à-dire la recherche de la
vie en dehors de la Terre ; il se peut que des traces
fossiles de ces êtres existent sur Mars, où une
forme de vie a pu apparaître, mais qui aurait été
stoppée dans son évolution, car l’histoire géologique de cette planète est fondamentalement différente de la nôtre. Il n’est pas possible de décrire en
détail les hypothèses plus ou moins fondées
concernant l’acquisition, par le ou les progénotes,
de toutes les nouveautés ayant permis de conduire
à la première cellule vraie. Nous nous contenterons ici d’énumérer les caractéristiques principales
qui différencient fondamentalement cette dernière
de ses ancêtres pré-vivants.
3.1. Compartimentation et membranes
Les premiers systèmes autoréplicatifs ne ressemblaient pas aux cellules modernes, mais ils
étaient très certainement limités par une membrane
de nature inconnue. Ceci est une nécessité absolue
car aucune réaction chimique ne peut se produire
efficacement si les enzymes ou les précurseurs en
jeu sont soumis à la libre diffusion. Les surfaces
minérales ont un moment pu remplir cette fonction
de concentration des réactants, mais il a bien fallu
que la vie naissante s’en affranchisse et passe «en
trois dimensions». Dans un milieu homogène, on
comprend mal aussi, par exemple, comment une
relation privilégiée entre un ARN (ou toute molécule informationnelle équivalente) et une protéine
primitive facilitant sa synthèse (dans un rapport
de codage) aurait pu être maintenue sans une barrière physique. Les notions de compétition et de
sélection, à la base de toute l’évolution biologique
impliquent l’isolement précoce de boucles de rétroaction.
Des bicouches se sont sans doute organisées
très tôt en vésicules de type liposome (voir chapitre 5) et ont enfermé des systèmes chimiquement
ou génétiquement variés. Ces structures membranaires n’étaient pas forcément constituées de phospholipides, mais toute molécule ayant des
propriétés amphiphiles équivalentes pouvait jouer
ce rôle. On imagine ensuite des phénomènes de
fusion entre des multitudes de vésicules différentes
correspondant à des «expériences prébiotiques»
uniques, permettant une mise en commun de ces
systèmes. Les potentialités exploratoires d’une
telle combinatoire sont considérables. Enfin, il ne
faut pas oublier la question de la perméabilité de
ces membranes vis-à-vis du milieu, qui a également
dû être réglée de façon précoce.
3.2. Apparition des métabolismes
Tous les êtres vivants actuels sont dotés, pour
assurer leur croissance, d’un métabolisme fournisseur de précurseurs chimiques et d’énergie. Si les
premiers systèmes autoréplicatifs ont pu utiliser
des molécules d’origine abiotique pendant quelque
temps, il est clair que leur perpétuation a été liée à
la mise en place de réactions catalysées (par des
ARN ou des protéines), fournissant les métabolites
épuisés sur la Terre. Une forte pression de sélection s’est exercée alors, qui a favorisé l’émergence
de nouvelles voies de synthèse ou de dégradation.
Les scénarios sur l’apparition des métabolismes
restent très spéculatifs, et seule une séquence vraisemblable d’événements est proposée ici.
On admet que les premiers systèmes, nécessairement anaérobies, étaient basés sur les fermenta-