Publié le 11 avril 2017
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Phylogénie - interview Lopez-Garcia @David MOREIRA/ESE/CNRS Photothèque

De récentes découvertes ont montré que l’ancêtre commun aux animaux, aux plantes, aux champignons et à bien des microbes est en réalité issu d’une incroyable symbiose. Purificación López-García, directrice de recherche au laboratoire CNRS Écologie, Systématique et Évolution à l’Université Paris Sud, a publié une revue dans Journal of Theoretical Biology dans laquelle elle revient notamment sur cet étonnant phénomène.

Pouvez-vous nous rappeler quelles sont les trois grandes branches du vivant ?

On connaît 3 grands domaines d’organismes cellulaires : les archées, les bactéries et les eucaryotes. Ces derniers sont caractérisés au niveau cellulaire par la présence d’un noyau contenant le matériel génétique. Ils regroupent une grande diversité de micro-organismes ainsi qu’une grande part de la vie macroscopique.

Les bactéries et les archées sont qualifiées de procaryotes, car leur structure cellulaire est plus simple, et leur matériel génétique se trouve directement dans leur cytoplasme.

Dans les années 70, Carl Woese eut l’idée d’utiliser de nouvelles méthodes dites de phylogénie moléculaire pour classifier les procaryotes. Ceci lui permit de démontrer l’existence d’un groupe d’organismes unicellulaires habitués aux milieux extrêmes, morphologiquement proches des bactéries mais très différents d’un point de vue moléculaire. C’est ce groupe que l’on appelle aujourd’hui archées.

Il faut bien noter que la grande majorité de la biodiversité est microbienne. Les eucaryotes tels que les animaux et les plantes sont presque anecdotiques dans l’arbre du vivant : ils sont apparus après 3 milliards d’années d’évolution de lignées microbiennes et, malgré les apparences, sont génétiquement beaucoup moins divers que les bactéries et les archées

Comment met-on en évidence l’existence de nouveaux groupes d’organismes ?

Grâce à la phylogénie moléculaire et la microbiologie environnementale. Le problème avec les procaryotes, c’est que la plupart ne peut pas être cultivée en laboratoire. Grâce à la métagénomique et la phylogénie moléculaire, on peut extraire des séquences puisées directement dans l’environnement et ensuite utiliser l’information portée par les différents gènes découverts comme un « registre moléculaire fossile ». On a une bonne connaissance de la diversité des séquences qui nous entourent aujourd’hui et cela rend plus facile la reconnaissance de séquences nouvelles ! Depuis l’avènement de ces méthodes, on voit une explosion de la diversité microbienne, avec l’apparition de nombreux nouveaux groupes.

Alors, grâce à ces nouvelles méthodes, a-t-on bientôt classifié l’intégralité des êtres vivants ou peut-on découvrir une quatrième branche de la vie encore inconnue ?

Les méthodes moléculaires qu’on utilise depuis 40 ans sont bien plus performantes pour déceler des nouveaux groupes d’organismes que les méthodes anciennes basées sur la morphologie. Tous les nouveaux groupes que l’on détecte sont soit des bactéries, soit des archées, soit des eucaryotes. Aujourd’hui, nous ne découvrons plus souvent de nouveaux groupes (ou « clades »), mais toujours à l’intérieur de ces trois domaines. Ces découvertes permettent d'affiner l’histoire évolutive du vivant, y compris celle des symbiotes à l’origine des organites eucaryotes. Par exemple, on a récemment découvert une branche de cyanobactéries qui est à l’origine des chloroplastes des plantes. Mais il y a peu de chance de découvrir une quatrième branche du vivant. Même si nos outils moléculaires peuvent potentiellement ne pas détecter certains groupes très éloignés, maintenant qu’on peut analyser l’intégralité de l’ADN prélevé dans un échantillon de sol, c’est fort improbable.

Vous citez souvent Lynn Margulis. Qui est-elle et en quoi ses idées révolutionnent-elles notre approche de l’origine des eucaryotes ?

La phylogénie moléculaire a montré que les eucaryotes possèdent des traits appartenant parfois aux archées, mais également parfois aux bactéries. Dans son article On the origin of mitosing cells (Sagan, 1967), Lynn Margulis a défendu l’hypothèse selon laquelle les eucaryotes seraient non pas une des branches originelles de l’arbre du vivant, mais une chimère, le résultat d’une symbiose entre des archées et des bactéries !

À l’époque, cette idée a été vivement débattue, mais les différentes preuves apportées par les nombreuses innovations en analyse phylogénétique finirent par l’imposer comme hypothèse la plus probable quant à l’apparition des eucaryotes.

Ce fut en 2015 qu’on découvrit un groupe d’archées appelé Asgard, décrits aujourd’hui comme le clade archéen à l’origine de la symbiose qui a donné naissance aux eucaryotes.

Vous parlez de symbiose. Quelle différence avec du parasitisme ?

Le terme symbiose signifie en grec « vivre ensemble ». Cela ne précise pas s’il s’agit de vivre ensemble tout en échangeant avec l’autre (mutualisme), ou en profitant de l’autre (parasitisme) ! On peut même passer de l’un à l’autre en fonction des conditions environnementales… Mais de manière générale, quand on parle de symbiose, il s’agit plutôt de mutualisme.

Vous êtes une spécialiste de la diversité de la vie microbienne. Où se placent vos recherches vis-à-vis de ces questions ?

Pour répondre à la question de l’origine de la vie, nous nous intéressons à l’évolution des grands groupes du vivant, dont l’essentiel de la diversité correspond à des lignées microbiennes, pour comprendre les premières ramifications du vivant et comment elles se sont produites. Nos recherches touchent également à l’exobiologie. L’étude des organismes vivant en milieux extrêmes peut donner des informations sur les limites physico-chimiques ou environnementales de la vie, importantes pour la recherche de la vie sur d’autres planètes.

 

Pour en savoir plus :

  • Purificatión López-Garcia a publié un livre en 2009 intitulé « Le soleil, la terre… la vie » et a participé à l’élaboration du documentaire « Expédition Dallol : aux frontières de la vie ».
  • Purificación López-García, Laura Eme and David Moreira, Symbiosis in eukaryotic evolution, Journal of Theoretical Biology

 

Quelques outils du chercheur en écologie systémique

La phylogénétique moléculaire est une méthode de reconstitution de l’histoire évolutive des organismes vivants en utilisant des séquences de molécules biologiques telles que l’ADN ou l’ARN. On lui adjoint la métagénomique, outil permettant d’analyser l’intégralité du contenu génétique issu d’un échantillon complexe (provenant par exemple du sol, d’un lac ou de la mer). On peut comparer ainsi les séquences s’y trouvant avec celles que l’on connaît déjà, et ainsi avoir une idée de la diversité des organismes vivant dans cet échantillon.

Arbre phylogénétique @Lopez‐Garcia, Eme & Moreira