Premières cellules complexes

Le récit

Deux types de cellules

Tous les êtres vivants sont faits de cellules, mais toutes les cellules ne sont pas pareilles. Il en existe deux grands types. Les cellules les plus simples, celles des bactéries et des archées, sont petites et leur ADN flotte librement à l’intérieur. Les cellules complexes, dites eucaryotes, sont beaucoup plus grandes, souvent dix fois plus en longueur ou davantage, et leur ADN est gardé dans un compartiment séparé, le noyau. À l’intérieur, elles ont aussi plein de petites structures aux rôles différents, qu’on appelle des organites. Les plantes, les animaux, les champignons et tous les organismes unicellulaires plus grands, comme les amibes, sont faits de cellules eucaryotes. Toi aussi.

Les cellules eucaryotes sont apparues après au moins un milliard et demi d’années de vie faite uniquement de bactéries et d’archées. Le moment exact n’est pas clair. Les plus anciens fossiles sûrs, de petites sphères à la surface décorée appelées acritarches, ont environ 1,8 milliard d’années, même s’ils sont rares et discutés. Les études sur l’ADN des êtres vivants d’aujourd’hui suggèrent que les cellules eucaryotes sont nées il y a entre 2 et 1,6 milliard d’années, à une date que les scientifiques estiment avec une large marge d’erreur.

Une grande alliance

Comment une cellule aussi compliquée est-elle née ? L’idée la plus admise s’appelle la théorie endosymbiotique, c’est-à-dire « de l’alliance à l’intérieur de la cellule ». Elle dit que certaines parties des cellules complexes étaient à l’origine des bactéries indépendantes. Un jour, une cellule plus grosse a avalé une bactérie plus petite ; au lieu de la digérer, les deux ont commencé à collaborer. La bactérie à l’intérieur recevait protection et nourriture, et la cellule hôte recevait de l’énergie. Au fil de nombreuses générations, les deux sont devenues inséparables.

La bactérie qui s’est transformée en mitochondrie, la « centrale électrique » de la cellule, était capable d’utiliser l’oxygène pour tirer de l’énergie de la nourriture. Plus tard, dans certaines cellules, s’est ajouté un second hôte : une cyanobactérie devenue chloroplaste, l’organe de la photosynthèse. Les preuves sont nombreuses. Les mitochondries et les chloroplastes ont leur propre petit ADN, circulaire comme celui des bactéries ; ils se divisent tout seuls à l’intérieur de la cellule, comme le feraient des bactéries ; ils ont une double membrane, comme s’ils avaient été avalés. L’ADN des mitochondries d’une personne, par exemple, ne compte que 37 gènes et se transmet presque toujours par la mère.

L’idée a été proposée au début du XXe siècle par des scientifiques russes et reprise avec force en 1967 par la biologiste américaine Lynn Margulis. Au début, elle a été accueillie avec beaucoup de scepticisme ; aujourd’hui, elle figure dans les manuels scolaires du monde entier.

Qui était l’hôte ?

Il reste à comprendre qui était la cellule hôte. Ces dernières années, les généticiens ont trouvé la réponse la plus probable dans un groupe d’archées, découvertes à partir de 2015 au fond de la mer près du Groenland, près d’une zone de sources chaudes appelée Château de Loki, d’où leur nom d’« archées d’Asgard ». Leur ADN contient beaucoup de gènes que l’on croyait auparavant propres aux cellules eucaryotes. Il est donc probable (même si tous les spécialistes ne sont pas d’accord) que nos cellules soient nées de l’union entre une archée de ce type et une bactérie capable d’utiliser l’oxygène. L’ordre des étapes reste ouvert : par exemple, savoir si le noyau est apparu avant ou après la mitochondrie.

Pourquoi ce fut un si grand pas

Une bactérie a peu de place pour garder son énergie : elle la produit le long de sa surface. Une cellule eucaryote, avec beaucoup de mitochondries à l’intérieur, peut produire bien plus d’énergie et donc se permettre un ADN plus grand, beaucoup plus de protéines et des structures complexes. C’est comme passer d’une bicyclette à une usine avec plein de petites centrales. Cette énergie supplémentaire a rendu possibles d’autres innovations, comme le squelette interne de la cellule, qui permet de changer de forme et d’avaler la nourriture, et plus tard la reproduction sexuée, où l’ADN de deux parents se mélange et où naissent des individus toujours un peu différents.

Presque tout ce que nous appelons la « vie visible » commence ici. Pendant longtemps, cependant, les cellules eucaryotes sont restées microscopiques et ont vécu isolées : l’étape suivante, se réunir dans un corps, est racontée dans la fiche suivante.