Sujet

Trouver l’origine de la cellule eucaryote.

Résumé

Les origines de la cellule eucaryote, très complexe par rapport aux bactéries, restent un mystère. Pourtant, l’ADN droit permet une meilleure capacité d’adaptation et donc d’évolution qu’un ADN circulaire. Donc, c’est la structure de l’ADN qui doit avoir changé en premier.

Introduction

Nous commençons par l’observation : ce qui distingue les eucaryotes des protistes, ce sont les mitochondries. Les eucaryotes en ont, alors que les protistes n’en ont pas. Ensuite, nous comparons les procaryotes et les protistes : les procaryotes ont un arrangement d’ADN circulaire alors que l’arrangement des protistes est droit. Ces différences nous permettent de deviner comment elles sont apparues.

Le résultat :

L’évolution a ouvert l’ADN circulaire d’un procariote qui est devenu la première cellule du noyau.

Enfin, cette cellule a finalement acquis des mitochondries par symbiose avec des bactéries aérobies.

Revues littéraires

Les biologistes ont compris la valeur des mitochondries. Ces organites à l’intérieur de nos cellules produisent de l’ATP, autrement dit de l’énergie. L’efficacité énergétique qu’ils donnent lors du traitement de l’oxygène est très ergonomique. Ils ont aussi compris que cela vient d’une symbiose avec une bactérie aérobie. Mais pendant longtemps, ils ont négligé les protistes.

 

Les protistes sont des cellules nucléées mais elles n’ont pas de mitochondries. Néanmoins, les protistes étaient considérés comme des eucaryotes, c’est-à-dire des cellules nucléaires avec des mitochondries. Mais ce ne sont que des cellules nucléaires. Alors, qu’est-ce qui s’est passé ? Les protistes auraient été débarrassés de leurs mitochondries ? Se débarrasser d’un système très ergonomique n’est pas logique. Ce qui est logique, c’est de l’acquérir et non de s’en débarrasser. Ainsi, les protistes sont des cellules nucléées qui n’ont pas acquis de mitochondries. Ce sont des cellules nucléées n’ayant aucune symbiose avec les bactéries aérobies. Bref, ce sont des espèces primitives. Elles sont arrivées avant les eucaryotes. La cellule eucaryote n’est qu’une de leur évolution. Une évolution qui avait dit : « J’ai besoin de traiter l’oxygène ! »

 

Mais comment cette évolution est-elle apparue ? À cause de l’environnement. Un environnement qui change. Une déglaciation ! Probablement une des déglaciations du cryogène. Une déglaciation est beaucoup plus rapide que son contraire. Par conséquent, une déglaciation introduit un changement climatique global et brutal. La déglaciation fournit non seulement de l’ozone dans l’atmosphère, mais aussi de l’eau oxygénée dans les océans et les mers. Cependant, l’oxygène est perturbateur, surtout s’il est instable comme c’est le cas avec le peroxyde d’hydrogène.

 

« Ce n’est pas la plus forte des espèces qui survit, ni la plus intelligente. C’est celle qui s’adapte le mieux au changement.» Charles Darwin

Trouvailles

Voici donc la cellule nucléaire qui lutte avec l’oxygène. C’est la lutte pour la survie. Dans ces eaux, le protiste doit évoluer ou disparaître. Par conséquent, beaucoup sont ceux qui disparaissent. Mais nous luttons. Ils luttent contre l’oxygène pour survivre et le seul moyen efficace est d’utiliser les bactéries aérobies pour la neutraliser. Ceux qui le font survivent et évoluent. En conséquence, ils symbiosent avec des bactéries qui deviennent des mitochondries.

 

Bref, c’est la nécessité qui a amené la symbiose mitochondriale. Elle est apparue après les cellules du noyau. Mais ce n’est pas ce qui a créé les cellules nucléées. Celles-ci existaient déjà depuis longtemps. Elles existaient depuis les protistes.

Discussion

Voici donc les protistes : ce sont des cellules nucléées mais elles n’ont pas de mitochondries parce qu’elles n’ont pas symbiosé avec des bactéries aérobies. Les eucaryotes l’ont fait, mais pas les protistes. Les eucaryotes sont donc une évolution des anciens protistes. Des protistes qui ont finalement symbiosé suite aux changements de l’environnement.

 

Mais comment les premières cellules du noyau sont-elles arrivées ? Il faut revenir au contexte : dans cette époque ancienne, il n’y avait que des virus, des bactéries et des archaea. Donc, à cette époque, à part les virus, il n’y avait que de l’ADN dans une boucle. Cependant, les cellules du noyau sont ouvertes et en brins droits. Les brins qui ont été fermés avec une enveloppe. C’est là que la cellule du noyau est née.

 

Ainsi, le règne des vivants s’est amélioré de l’ADN fermé et circulaire des procaryotes à l’ADN ouvert et droit des protistes ! Comment un tel changement pourrait-il se produire? Réponse : avec le changement de l’environnement... comme toujours! Mais quel environnement peut causer un tel changement? Réponse : une autre déglaciation. Cette fois, c’était la déglaciation de l’Huronien.

En effet, le peroxyde d’hydrogène est un perturbateur. En se versant dans l’eau après le dégel, il affecte les vivants, autrement dit non seulement des bactéries ou des archées... mais aussi des virus ! Ainsi, lors d’une déglaciation, le nombre de viroses perturbées augmente fortement. Par conséquent, l’augmentation du taux de mutations rend probable ce qui est improbable, autrement dit, la mutation qui change tout ! Les mutations spontanées sont rares, aléatoires et dangereuses à moins qu’un mutagène ne perturbe l’environnement. Elles deviennent donc inévitables. Cela ne signifie pas qu’il y aura des évolutions mais des perturbations à moins que cette perturbation ne soit généralisée et constante. Dans ce cas, la probabilité d’une mutation spontanée avantageuse augmente avec le taux de mutations jusqu’à devenir inévitable. Voici le fameux : « ça ne pouvait qu’arriver ».

 

Les mutagènes sont généralement des composés chimiques, des rayonnements ou des virus. Les deux premières causes donnent des conséquences aléatoires désorganisées puisque l’ADN est altéré n’importe où alors qu’une attaque virale est plus ciblée. Or, en combinant deux phénomènes, le changement environnemental et l’attaque virale, nous obtenons une probabilité beaucoup plus élevée de mutations avantageuses. Dans ce cas, les procaryotes sont plus attaqués par des virus « endommagés », autrement dit : des virus dont l’attaque ciblée sur le matériel génétique ne peut qu’échouer ! Il y aura donc tôt ou tard un avantage génétique. Un avantage qui permettra à la cellule de s’améliorer. Le but est de comprendre cette amélioration grâce aux conséquences qu’elle a générées : l’apparition de la cellule du noyau, c’est-à-dire une cellule capable de se compartimenter, créant ainsi un réseau fibreux, créant ainsi une nouvelle protéine, créant ainsi un nouveau ribosome dont le code est dans l’ADN ! ADN qui a changé à la suite d’une mutation. Une mutation spontanée.

 

En effet, une attaque virale a ouvert le code ADN d’une archaea. Cependant, elle n’a pas tué l’archaea puisque l’attaque a été perturbée par l’oxygène. Mais cela affectait l’archée et il ne pouvait pas fermer son code parce que « quelque chose » y était introduit, donc il est resté définitivement ouvert. Mais les archaea, bien que malades, ont néanmoins survécu. Il s’est adapté parce que ce « quelque chose » lui a donné un avantage sélectif qui lui a permis de s’adapter à l’oxygène. Un avantage qui donne aussi la possibilité de tisser un réseau fibreux à l’intérieur de la cellule et de guérir les archéens de leur maladie en fermant son code avec une enveloppe.  Ainsi, la médecine doit être accompagnée de la maladie, ce qui a permis à l’archaea de survivre et de compartimenter son propre corps. Ainsi, elle évoluera et la cellule deviendra plus complexe. Ainsi apparaissent des membranes qui divisent la cellule. L’un d’eux est le noyau. Il entoure l’ADN pour fermer les brins, bien que l’ADN reste ouvert. Cette nouvelle disposition apporte une plus grande adaptabilité puisque l’ADN ouvert/droit s’adapte plus facilement aux changements alors qu’un ADN circulaire est sourd et aveugle : il ne change pas aussi facilement.

 

En général, les procaryotes n’ont qu’une seule molécule d’ADN circulaire et donc qu’une seule origine de réplication (l’unité de réplication à deux brins d’ADN). Les eucaryotes ont plusieurs origines de réplication sur chaque chromosome. Cela fait plusieurs « ori » (sites promoteurs) par réplication (plus petite unité d’ADN reproductible)... sur chaque chromosome ! Cela fait beaucoup de « ori ». Ainsi, le procaryote ne présente habituellement qu’un seul site de réplication pouvant modifier son ADN. Par conséquent, ses chances de développement sont faibles. Donc, elle évolue très lentement. La cellule du noyau, par contre, avec ses nombreuses « entrées » (ori), permet plus de possibilités de mutations. Ainsi, ses chances d’évolution sont plus grandes. Cependant, cela nécessite aussi des mécanismes de contrôle pour maintenir un ADN viable. Ainsi, un ADN ouvert (droit) est plus susceptible d’évoluer qu’un ADN circulaire.

Conclusion

Ainsi apparaît une nouvelle forme de vie, le protiste. C’est la première cellule du noyau. Et comme elle s’adapte plus facilement, l’évolution va faire un bond en avant. Ainsi apparaissent de nouveaux composés d’ARN qui permettent une meilleure gestion de l’information. RNA Messenger entre autres qui devient de plus en plus complexe. Ainsi, la nouvelle cellule devient de plus en plus autonome et elle grandit toujours pour contenir tous les nouveaux compartiments.

Conflits d’intérêt

Cette théorie est liée à un livre français : « Les origines de la vie ». Ce livre appartient à un catalogue intitulé « Les Enseignements de l’Ange ». Cette collection a beaucoup de théories. Donc, il y a conflit d’intérêts : avoir raison fait des ventes alors qu’avoir tort fait des idiots ! Cela peut conduire à des erreurs humaines. Il faut donc faire preuve de prudence : parce que le conflit est inévitable, ces observations ne peuvent être validées que si elles sont confirmées par des pairs.

Le débat

La science est étrange : nous faisons des découvertes extraordinaires mais comme nous ne les comprenons pas, nous ratons souvent de petites merveilles. Voici un exemple : les perturbations conduisent à des adaptations. Le grand événement d’oxygénation est celui qui pousse le plus les microbes vers l’évolution. Et dans cet événement, les faits saillants ont été des déglaciations. Deux périodes sont marquantes : le Huronien et le Cryogénien. Les deux ont donné des déglaciations globales et chacune est liée à une évolution microbienne : l’apparition de la protestation pour le premier et celle des eucaryotes pour le second.

Références

• Woese CR, Fox GE. Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proc Natl Acad Sci U S A. 1977;74(11):5088-90.

 

• Pace NR, Sapp J, Goldenfeld N. Phylogenetic Comparative Analysis and the Origin of Prokaryotes. Science (80- ). 2012;276(5319):734 LP-740.

 

• Cavicchioli R, Ripple WJ, Timmis KN, Azam F, Bakken LR, Baylis M, et al. Scientists’ warning to humanity: microorganisms and climate change. Nat Rev Microbiol. 2019;

 

• Philip M. Microbial Evolution and Co-Adaptation: A Tribute to the Life and Scientific Legacies of Joshua Lederberg: Workshop Summary. National Academies Press; 2009.

 

• Adl, S. M., et al. "The revised classification of eukaryotes." Journal of eukaryotic microbiology 59.5 (2012): 429-493.

 

• Moreira, D., & Lopez-Garcia, P. (2009). Ten reasons to exclude protists from the evolutionary synthesis. Nature Reviews Microbiology, 7(4), 306-311.

 

• Archibald, J. M. (2012). The eocyte hypothesis and the origin of eukaryotic cells. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(40), 167453.

 

• Deschamps, P., Durand, N., Bard, E., Hamelin, B., Camoin, G., Thomas, A. L., ... & Bassinot, F. (2012). Ice-sheet collapse and sea-level rise at the Bølling warming 14,600 years ago. Nature, 483(7391), 559-564.