D'où viennent les algues ?

Tentons de schématiser les grandes étapes de l'apparition des algues sur la planète Terre.

1. La formation de l'Univers

Jusqu'au début du XX° siècle, on considérait l'Univers comme statique et formé d'étoiles.

C'est en 1927 que G. Lemaître avance l'idée que notre Univers est "de masse homogène et de rayon croissant". Plus tard, c'est Hubble qui démontre l'éloignement des galaxies les unes des autres à des vitesses proportionnelles à leur éloignement à partir de l'étude des modifications de leurs fréquences spectrales (effet Doppler).

C'est à partir de 1950 que la théorie de l'expansion de l'Univers a été admise;  sa formation a débuté par "l'explosion" d'une boule très chaude et trés dense de gaz (hydrogène, hélium à 99% et de "poussiéres cosmiques solides") ; c'est le big bang qui aurait donné naissance aux galaxies il y a 13,7 milliards d'années.

Mais, aujourd'hui l'Univers primitif est considéré comme étant "tout l'espace" contenant un plasma chaud et instable, à une température supérieure à 10³²°K !, une "soupe primitive" de particules et d'antiparticules, de matière et d'antimatière; dans cet espace, matière, énergie et temps sont intriqués selon la Théorie de la Relativité Générale.

2. Formation des particules élémentaires et des atomes.

Ainsi schématiquement apparaissent d'abord les premières particules élémentaires comme les électrons à charge négative, les bosons ou les quarks (constituants des protons à charge positive et des neutrons) qui, par association donneront les premiers noyaux et les premiers atomes d'hydrogène apès capture d'un électron ; l'atome d'hyrogène est formé d'un proton et d'un neutron.

Des lors les atomes d'hydrogéne s'attirent proportionnellement à leur masse et au carré de leur distance (force gravitationnelle) formant des nuages de plus en plus denses et de température de plus en plus élevée (la température d'un gaz dépendant de sa densité). Quand cette température atteint 15 millions de degrés celsius le nuage devient une étoile.

Au fur et à mesure du vieillissement d'une étoile la température augmente en son cœur jusqu'à plusieurs milliards de degrés et les fusions donnent successivement des atomes d'hélium, de carbone, de magnésium, de soufre, de phosphore et de fer; atomes qui entreront dans la formation de molécules essentielles à l'apparition de la Vie.

Ce sont les vieilles étoiles ou supernovea qui fabriquent les noyaux lourds (fer, plomb, or...) par association d'atomes plus légers ; en fin de vie elles explosent en libérant tous ces atomes dans les espaces interstellaires vides et froids.

3. Formation du systéme solaire

Le systéme solaire lui apparaît il y a 4,57 milliards d'années ou 4,57 gyr à partir d'un nuage de gaz dont une étoile centrale, notre Soleil (composé principalement d'hydrogéne qui brûle).

Les "poussiéres" de matiéres cosmiques (planétoïdes et météorites) et de molécules lourdes qui s'agglomérent au sein d'un disque entourant le soleil, sont capturées par un objet compact central par suite de la gravitation et par grossissement progressivement ou accrétion vont former des planétes dont la Terre.

Formation de la Terre selon la théorie de l'accrétion homogéne

La masse est telle, que les forces de gravitation provoquent :

1. une fusion des matériaux et leur ségrégation : il s'en suit une différenciation des enveloppes (noyau formé par la migration vers le centre des noyaux les plus lourds, fer et nickel), manteau formé par la migration vers l'extérieur des noyaux les plus légers.
2. un dégazage (dioxyde de carbone, hydrogène sulfuré et vapeur d'eau) avec formation d'une atmosphére vers 4,5 gyr.
3. l'écorce à laquelle s'ajoute des roches volcaniques et par accrétion de matériaux provenant de l'intense bombardement météoritique entre 4,5 et 3,2 gyr, forme la croûte qui commence à se solidifier il y a 4,3 gyr.
4. Les océans se seraient formés à partir de 4,4 gyr.

4. Formation des molécules.

A leur tour les atomes nés dans les étoiles vont par gravité s'attirer et donner naissance aux premières molécules dont la molécule d'eau (H₂O) par association de 2 molécules d'hydrogène et d'une molécule d'oxygène puis les molécules d'ammoniac, d'acétylène, d'acide formique, des oxydes.... Les molécules forment de vastes nuages qui seront à l'origine de nouvelles étoiles dont notre Soleil.

L'atmosphére du soleil comme de la plupart des étoiles est formée des atomes-gaz de carbone, hydrogéne et azote qui s'éloignent progressivement du soleil pour former l'atmosphére primitive de la Terre.
Les forces de gravitation les retiennent mais les gaz les plus volatiles s'échappent vers sa surface (dégazage); le méthane (CH₄), l'ammoniac (NH₃), la vapeur d'eau (H₂O), le monoxyde de carbone (CO), le diazote (N₂), l'hydrogéne sulfuré (H₂S) et le formaldéhyde issus des matiéres en fusion constituent la jeune planéte...
La vie n'était pas encore possible sur Terre à cause de l'intense bombardement de météorites, l'absence de dioxygène, d'eau liquide, et l'intense chaleur.

On n'a aucune preuve certaine des conditions d'apparition ni des premiéres molécules (protéines et molécules capables de transmettre des informations génétiques et de catalyser les réactions comme l'ARN ou l'ADN) ni des formes de vie; aussi en est-on réduit à envisager des scénarios sur les modalités de cette création, à imaginer des théories scientifiques, à essayer de les tester et de recréer au laboratoire la formation de molécules organiques précurseurs du vivant.

5. Apparition de la Vie.

 5 .1. Quand ?
De la matiére organique vieille de 3,85 milliards d'années a été découverte dans des roches du Groenland qui renferment une proportion d'isotopes radioactifs du carbone C12/C13 semblable à celle rencontrée chez les êtres vivants.
Des vestiges de cellules vivantes (eu-bactéries) âgées de 3,7/3,5 Ga ou gyrs ont été découverts en Australie. Les premières formes vivantes seraient apparues il y a un peu moins de 1 milliard d'années.

 5.2. A partir de quoi et Où ?
Plusieurs hypothèses possibles : la vie est apparue sur Terre (théories endogènes) ou ailleurs (théories exogènes)? à partir de minéraux (théorie abiogène) ou à partir de composés organiques (théorie biogène) et d'eau.

   5.2.1. Théories abiogènes
    5.2.1.1. Théorie de la génération spontanée (Hypothèse 1).
De l'Antiquité jusqu'au XIX° siécle (D'Aristote à Van Helmont) la théorie explicative de l'apparition de la Vie était la théorie de la génération spontanée. Ainsi Van Helmont indiquait que pour obtenir des souris, il suffisait de mettre en contact pendant 21 jours, à l'humidité et à la chaleur, quelques grains de blé et une chemise sale!

Il a fallu attendre les célébres expériences de Pasteur (1862) avec ses flacons à "col de cygne" pour rejeter définitivement cette théorie. Pasteur a établi que "La Vie vient de la Vie" puisque tout être vivant est issu de la reproduction d'organismes prééxistants.

    5.2.1.2. Théorie abiogène de l'origine terrestre des composés organiques (Hypothèse 2).

"Les premiéres formes de Vie auraient pris naissance à partir de la matiére inanimée sur la Terre primitive où les conditions étaient particuliéres".

En 1924 A.I. Oparine suggère qu'à partir de composés minéraux inertes C, H, O, N du milieu interstellaire se forment du méthane (CH₄) de l'ammoniac (NH₃) et de la vapeur d'eau (H₂O) qui s'ajouteront aux produits de dégazage de la terre primitive (H₂O, CO); à leur tour ces atomes vont par gravité s'attirer et donner naissance aux premières molécules dont la molécule d'eau (H₂O) par association de 2 molécules d'hydrogène et d'une molécule d'oxygène. Les molécules forment de vastes nuages qui seront à l'origine de nouvelles étoiles dont notre Soleil. pour former l'atmosphère primitive de la Terre. C'est sous l'effet des radiations solaires (rayonnement U.V.), de la chaleur (de refroidissement de la Terre, du volcanisme, de l'énergie produite par les éclairs et la foudre) que la naissance de composés organiques a été possible; les liaisons entre atomes s'ouvrant permettent l'accrochage d'autres atomes ou combinaisons d'atomes donnant naissance à des radicaux libres extrêmement réactifs qui en se recombinant sont à l'origine de "briques" ou monoméres comme les acides aminés formés de C H O N, puis de molécules plus complexes, les polyméres à l'origine des macromolécules, futurs matériaux des êtres vivants.

Ainsi il a été montré qu'il existe une forte probabilité (compte tenu des matériaux chimiques et des conditions du milieu primitif) pour qu'apparaissent les premiers acides aminés qui donneront les protéines, les acides gras qui en se combinant formeront les lipides, et les oses ou sucres simples qui sont à l'origine des glucides (sucres et polysaccharides comme l'amidon et la cellulose).

A la fin du XIX° siècle, Von Helmotz et Lord Kelvin suggèrent aussi que des cellules vivantes ont pu voyager à l'intérieur des comètes. Mais quelque temps après, Becquerel montra que le rayonnement solaire détruisait toute forme de vie et en particulier les bactéries.

En 1951, Calvin tente la synthèse de matériaux organiques à partir d'éléments minéraux, de formaldéhyde (HCHO) présente dans l'atmosphère primitive. Son expérience est contestée.

En 1953, Stanley Miller à partir d'une source d'énergie (décharges électriques simulant des éclairs lumineux) dans une atmosphère contenant des substances minérales (ammoniac, méthane et eau) obtient au laboratoire 5 des acides aminés qu'on trouve dans des cellules vivantes (briques nécessaires à la construction des protéines!), du cyanure d'hydrogène HCN et de la formaldéhyde. Ainsi, les premiéres synthéses "abiotiques" (c'est à dire sans l'intervention de systémes vivants) de composés organiques ont pu se réaliser à partir de l'atmosphère primitive.

En 1960 Joan Oro obtient dans des conditions prébiotiques à partir d'acide cyanhydrique soumis à un bombardement de photons de l'adénine:

L'adénine est une base azotée, brique élémentaire qui entre dans la constitution de l'ARN et de l'ADN, molécules indispensables à l'information, la synthèses des protéines et la reproduction du vivant.

Depuis, ont été obtenus abiotiquement, 17 acides aminés sur 20, des sucres, 2 bases azotées sur 4, des acides gras, de l'ATP qui est le combustible cellulaire...

    5.2.1.3. Théorie de la naissance des matériaux de la Vie au sein de l'Océan primitif (Hypothèse 3).

La Terre primitive ne permettant pas l'apparition de la vie telle que nous la connaissons, (atmospère dépourvue de dioxygène, températures très élevées, aucune protection contre les rayons ultra-violets solaires biocides), c'est dans l'océan primitif formé pendant des millions d'années, par l'eau de l'atmosphére primitive qui en se condensant tombait en pluie continuelle, où s'accumulaient à saturation, des sels minéraux et des argiles issus du lessivage des Terres émergées, où les manifestations volcaniques étaient intenses et les sources hydrothermales présentes comme les "fumeurs noirs", qu'à une certaine profondeur (200 m environ?), à l'abri des rayons ultra-violets, il y a environ 4 milliards d'années, se serait formée une "soupe primitive" qui donnerait par des sythèses prébiotiques (sans intervention d'enzymes), des protomolécules, briques du vivant (acides aminés, bases azotées, sucres)  qui engendreront les premiéres formes de vie, les protocellules.

  5.2.2. Théorie biogène de l'origine des composants organiques (Hypothèse 4).

La Vie sur Terre aurait une origine extra-terrestre (milieu interstellaire ou exoplanètes).

Pour Richter en 1865 la Terre aurait été ensemencée par des cométes et des météorites qui ont déposé des germes de micro organismes formés spontanément dans le milieu interstellaire.

En 1969 Murchinson découvre dans une météorite (chondrite carbonée) âgée de 4,6 milliards d'année (âge du système solaire) tombées sur terre, des molécules organiques (acides aminés, bases azotés et glucides) dont certaines sont présentes dans les protéines des êtres vivants.

Récemment, les radio astronomes ont pu montrer que plus de 100 types de molécules organiques se forment dans les étoiles, puis se retrouvent dans le milieu interstellaire et qu'environ 100 tonnes de micro météorites bombardent chaque jour, la Terre.
Par ailleurs de nombreuses substances organiques ont été découvertes emprisonnées dans les glaces du Groenland

6. Les premiéres structures organiques.

Quelles seraient les premières structures organiques sachant que les caractéristiques de la Vie sont:
- l'existence d'une membrane (séparant le milieu intérieur du milieu externe) permettant les échanges,
- l'existence d'un métabolisme (c'est à dire la faculté d'élaborer de la matiére protéinique à partir de composés plus simples et d'énergie, en présence de catalyseurs indispensables)
- la capacité à se reproduire ?

Les premiéres molécules complexes se seraient polymérisées et assemblées pour donner des micro-gouttes organiques (Fox) ou coacervats (Oparin) à partir d'une certaine profondeur d'eau qui les mettait à l'abri des redoutables rayons ultra-violets. Ces chercheurs ont montré que ces sphéres de lipides et de protéines isolant un milieu aqueux, étaient capables d'échanges d'énergie et de matiéres avec le milieu environnant et étaient douées de propriétés du Vivant; en effet elles ont des fonctions d'autoconservation, d'autorégulation et d'autoreproduction.
Aujourd'hui on peut reproduire au laboratoire la formation de coacervats par condensation thermique à partir d'acides aminés ou d'acides gras.

7. Les premiéres formes de vie (Protobiontes)
 7.1. Apparition de Protobiontes hétérotrophes. Dés 1977, Carl Woese pense que les micro-gouttes vont être remplacées par des protoorganismes ancêtres des bactéries actuelles qu'il nomme Archéobacteries ou Archæbactéries du groupe primitif des Archées.

G. Wachtershauser  montre le rôle qu'auraient pu jouer des surfaces minérales  comme les argiles et les sulfures de fer dans l'apparition des molécules biochimiques nécessaires à l'apparition de la vie :

    FeS              +         H2S-----------------------> FeS2  + 2H+ + 2e
Sulfure de fer + sulfure d'hydrogène ------> pyrite + 2H+ + 2 électrons

Or on a découvert en 1977  à proximité des dorsales océaniques  la présence de sources hydrothermales chaudes et de petits cônes volcaniques ,"les fumeurs noirs",  qui crachent des eaux sulfureuses  contenant des métaux dissous, à 3000 mètres de profondeur.

Au contact de l'eau froide, les métaux dissous précipitent formant des concrétions de pyrite. Au contact de ces sources se développent de nombreux êtres vivants formant un riche écosystème  à l'origine duquel se trouvent des archébactéries et des bactéries  qui synthétisent des molécules organiques non pas à partir du dioxyde de carbone et d'énergie fournie par la lumière solaire grace à la chlorophylle comme chez tous les autotrophes, premier maillon des chaines alimentaires mais  par oxydation du sulfure d'hydrogène qui libère énergie et électrons. Ces bactéries sont donc des hétérotrophes, des organismes chimio-autotrophes.

D'où une autre hypothèse (Hypothèse 5) a vu le jour, les premiers organismes vivants seraient donc des chimio-autotrophes, des Procaryotes (unicellulaires dépourvus de vrai noyau) anaérobies (dont la vie se déroulait en absence de dioxygéne), hétérotrophes (ne possédant pas de chlorophylle a, qui puisent nourriture et énergie à partir des sulfures), vivant dans des conditions extrêmes comparables aux conditions qui régnaient sur la terre il y a 3,5 à 3,8 Ga.

A. Les Procaryotes

Ce sont des organismes (quelques micromètres) dont le cytoplasme ne renferme pas de vrai noyau entouré d'une enveloppe formée d'une double membrane (les premiers fossiles de procaryotes ont été découverts il y a 3,45 Ga dans les stromatolithes d'Australie (cf. ci-dessous). Ils ne possèdent qu'un seul chromosome circulaire, libre dans le cytoplasme. La division se fait par scissiparité (bipartition d'un individu engendrant 2 nouveaux individus). Il n'y a pas de véritable reproduction sexuée (pas de fuseau achromatique) mais échanges de matériel génétique par conjugaison (échange d'un fragment ADN ou plasmide), par transduction (échange par l'intermédiaire d'un virus ou phage) ou par absorption d'ADN externe. Ces organismes sont répartis actuellement en 2 groupes: les archées et les bactéries vraies.

Les archées

-ce sont des organismes procaryotes (0,1 à 15 micrométres de diamétre et jusqu'à 200 micrométres de long pour certaines formes filamenteuses) dont la structure est considérée comme ancestrale; elle comprend un cytoplasme, une membrane cytoplasmique composée de lipides particuliers et des molécules porteuses de l'information génétique (ARN) mais pas de vrai noyau à ADN.

-ce sont des organismes soit isolés, soit formant des agrégats ou des filaments aérobies ou anaérobies; ils comprennent des bactéries méthanogénes (présentent dans l'estomac des ruminants), des halobactéries (des milieux trés salés), des bactéries thermoacidophiles qu'on rencontre dans les sources hydrothermales trés chaudes, aériennes ou sous-marines profondes, des bactéries des eaux antarctiques....

Ils pourraient ressembler vraisemblablement aux actuelles bactéries de la fermentation ou à celles qui utilisent l'énergie produite par chimiosynthése comme les bactéries qu'on trouve dans les fosses marines, les cheminées abyssales ou les geysers (où pression, température et teneurs en sels minéraux sont élevées).

Certains chercheurs, suite à la découverte dans des roches volcaniques d'origine hydrothermale, datées de 3,2 Ga, de traces fossiles attribuées à un microorganisme, pensent que ces archéobactéries seraient des descendants d'un ancêtre commun et Cavalier-Smith (2004) pense que la "source" du vivant se trouve au niveau des eubactéries (cf. l'arbre de vie proposé par cet auteur).

Les eubactéries

-ce sont des organismes procaryotes (dépourvu de noyau bien individualisé à ADN) mais possédant des ARN

-on les trouve dans toute la biosphére et certaines dans le tube digestif des animaux

-on y trouve aujourd'hui des protéobactéries, des mycoplasmes, des actinobactéries, les cyanobactéries connues aussi sous le nom d"'algues bleues". Certaines sont photosynthétiques autotrophes comme les Cyanobactéries filamenteuses dont l'activité métabolique (elles provoquent la précipitation des bicarbonates solubles sous forme de carbonate de calcium qui les emprisonnent) a donné naissance à des formations sédimentaires fossiles et calcaires connues en Australie sous le nom de stromatolithes (du grec stroma=filament et lithos=pierre).

Les plus anciennes sont datées de 3,7 milliards d'années! Elles renferment des traces de substances issues du métabolisme photosynthétique, des produits de dégradation de la chlorophylle et des oxydes.

-d'autres sont hétérotrophes, elles recyclent la matiére organique qu'elles décomposent en minéraux et énergie

-d'autres sont chémo-autotrophes, capables d'oxyder des composés minéraux (nitrites, nitrates...) pour en tirer l'énergie nécessaire.

Schéma de la structure procaryote (bactérie)

Dans de nombreux protoorganismes vont apparaître successivement les molécules et les grandes fonctions nécessaires à l'épanouissement et à l'expansion de la Vie: ainsi les bases azotées donneront naissance à des molécules essentielles à la vie (comme l'ARN = Acide RiboNucléique puis l'ADN= Acide DésoxyriboNucléique qui seront les molécules de l'hérédité permettant la conservation et la transmission des caractéres héréditaires entre les générations, les protéines notamment les enzymes et l'ATP = Adénosine TriPhosphorique, molécule qui permettra le transport de l'énergie dans le vivant).
Suite à la découverte d'ARN à pouvoir catalytique (ARNs ou ribozyme) capables de transmettre aussi une information dans les 3 lignées du vivant, dés 1986 Walter Gilbert émis l'hypothése de l'existence d'un monde à ARN (apparu vers 4,4 gyr) de type rétrovirus, capable de donner naissance à la molécule d'ADN et aux protéines donc d'être à l'origine d'un métabolisme primitif. En 2000, on démontra que le site des ribosomes de la cellule responsable de la liaison peptidique entre 2 acides aminés était entiérement formé d'ARN, ce qui semble confirmer qu'à l'origine il y avait bien "un monde à ARN" (rétrovirus, virus, archées, bactéries) qui précéda le monde à ADN....

 7.2. Apparition de Protoorganismes autotrophes chlorophylliens.
Outre l'ARN qui posséde aussi des fonctions catalytiques (accélératrices de certaines réactions chimiques), apparaîtront aussi les enzymes, catalyseurs biologiques, la chlorophylle molécule capable de capter l'énergie des radiations solaires. Ainsi ces protoorganismes chlorophylliens vont-ils être capables d'élaborer les substances organiques qui leur sont indispensables à partir d'eau, de substances minérales (sels minéraux et dioxyde de carbone) en utilisant l'énergie solaire captée par la chlorophylle. On les dits autotrophes (du grec autos= soi-même et trophê = nourriture).

 7.3. Apparition des Cyanobactéries.
Rappelons que les roches les plus anciennes sont datées de -3,85 gyrs et qu'elles renferment des traces de matière organique, que les plus vieux fossiles procaryotiques ont été trouvés dans des stromatolithes datées de -3,5 gyrs et que se sont des eubactéries de type cyanobactéries capables d'une activité photosynthétique (la chlorophylle est portée par les thylacoïdes qui se trouvent dans le cytoplasme) n'étant possible que grace à la présence d'un pigment complémentaire bleu, la phycocyanine. Les premiers végétaux apparus dans l'océan, il y a 3,7 milliards d'années avant notre ère, seraient des cyanobiontes (du grec Kuanos=bleu sombre et biont=être vivant) plus précisément des algues bleues ou cyanophytes qui proviendraient d'une bactérie pourvue de chlorophylle qui se serait associée à une bactérie contenant un pigment bleu donnant un nouvel organisme capable d'utiliser avec le complexe chlorophylle + pigment bleu, la faible luminosité parvenant à cette profondeur à l'abri des rayons ultra violets. Les traces de Cyanobactéries fossiles datent au moins de -2,7 gyr.

Ainsi pendant 2 milliards d'années (de l'apparition des Cyanophycées photosynthétiques jusqu'à l'apparition des eucaryotes unicellulaires) les Cyanobactéries vont provoquer l'élévation du taux de dioxygéne dans l'atmosphére et permettre la formation de la couche d'ozone capable d'arrêter les rayons ultraviolets toxiques pour toutes formes de vie. Elles vont entrainer, outre la diminution du ph acide de l'océan en piégeant le dioxyde de carbone dans le calcaire et en fixant l'azote atmosphérique, un processus favorable à l'apparition d'autres formes de vie.

Spiruline actuelle : filament spiralé mobile chlorophyllien aux parois sans cellulose (diamétre = 0,01 mm, longueur = 0,3 mm) vit dans des lacs alcalins (Procaryote autotrophe du groupe des Cyanobactéries proche des fossiles découverts dans les plus anciennes roches sédimentaires, en Afrique du Sud, âgées de 3,7 milliards d'années.

Stromatolites contenant des Procaryotes fossiles photosynthétiques du groupe des Cyanobactéries

8. Apparition des premiéres cellules
Il semble donc qu'un monde à ADN ait succédé au monde à ARN par l'apparition de virus à ADN plus résistants aux défenses des bactéries qu'ils infectaient. Puis des virus auraient introduit des ADN dans des bactéries ou des archées et les premiéres cellules vivantes eucaryotiques (nées suite à des mécanismes de fusion entre bactérie et archée).

Les eucaryotes
Ce sont tous les autres organismes apparus à partir d'organismes procaryotes ayant perdu leur paroi; ils possédent un cytoplasme renfermant un noyau individualisé (entouré d'une double membrane), des organites cellulaires (mitochondries, chloroplastes, flagelles ou cils, un système membranaire endocellulaire avec réticulum endoplasmique, corps de Golgi, lysosomes..). Lors de la division cellulaire qui est une mitose, l'ADN (molécule codée qui porte l'information génétique) se fragmente en chromosomes. Ils présentent une véritable reproduction sexuée, chaque partenaire sexuel apportant une moitié du matériel génétique par l'intermédiaire des gamètes (suite à une méiose).

-la cellule eucaryote posséde un vrai noyau (4) contenant l'ADN entouré d'une membrane;
- cette structure est considérée comme dérivant de la structure procaryote; elle est caractérisée par un cytoplasme (3) et sa membrane cytoplasmique (2), un noyau, un appareil de golgi (7), un réticulum (5) et des mitochondries (6).
-les eucaryotes ont une véritable sexualité
-leur cycle de vie comprend 2 phases chromosomiques, la phase diploïde (2n chromosomes) et la phase haploïde (n chromosomes).

Schéma de l'ultrastructure d'un eucaryote (cellule végétale) 1 = membrane pectocellulosique 8 = chloroplaste 9 = grains d'amidon; 10 = vacuole

Structure d'une algue verte en microscopie optique

La fusion et l'association = endosymbiose (cf. ci-dessous) d'un organisme procaryote hôte, avec des procaryotes (hétérotrophes, porteurs de chlorophylle), auraient donné le premier organisme unicellulaire, le premier Protiste (avec ses organites cellulaires et avec son réseau membranaire d'échanges issu d'invaginations de la membrane cellulaire).

Des études récentes portant sur l'analyse de la phylogénie (= étude de la filiation des gènes) chez les archéobactéries, les eubactéries et les eucaryotes ont conduit à émettre l'hypothése que tous les êtres vivants dériveraient d'un ancêtre commun LUCA (Last Universal Common Ancestor)............

La découverte de substances bithumineuses vieilles de -2,6 gyr qui n'ont pu être synthétisées que par des membranes d'eucaryotes permet de situer l'apparition de ces organismes. Les fossiles d'eucaryotes les plus anciens seraient des algues datées de 1,8 à 2,1 gyr.

Conclusion.

Ainsi de -3,8/3,7 Gyr jusqu'à l'apparition de cellules eucaryotes unicellulaires autotrophes il y a -2,6 gyr avant notre ére une formidable diversification du monde bactérien a lieu dans l'océan.

L'endosymbiose. Les cellules eucaryotes sont des chimères qui auraient acquis leurs organites cellulaires comme les mitochondries à partir de protéobactéries ou les chloroplastes à partir de cyanobactéries par endosymbiose (de endo=à l'intérieur et symbiose=vie; la symbiose étant une association à bénéfices réciproques entre 2 partenaires, l'endosymbiose se faisant entre un hôte et un symbionte qu'il abrite).

Origine des plastes. Dès la fin du XIX° siècle, on avait remarqué que la taille des plastes correspond à la taille d'une cyanobactérie, que les plastes et les mitochondries des Chlorobiontes (végétaux verts terrestres+algues vertes), des Rhodophytes et des Glaucophytes possèdent un génome, un ADN de type circulaire, comme les procaryotes, que leurs plastes se multiplient par bipartition comme le font les Cyanophycées, qu'ils sont les seuls à posséder avec ces dernières, une double paroi et un système membranaire indépendant de la membrane plasmique, les thylacoïdes. Ce qui suggère d'ailleurs que ces 3 phylums dérivent de cette endosymbiose.

On a alors émis l'hypothèse que les plastes seraient d'origine endosymbiotique, c'est à dire qu'à l'origine ils dériveraient d'une bactérie, une cyanobactérie (qui est photosythétique grace à la présence de thylacoïdes épars dans le cytoplasme) capturée par une cellule hôte (eucaryote hétérotrophe); abritée dans une vacuole, le symbionte aurait établi alors une relation symbiotique avec l'eucaryote hétérotrophe. L'analyse récente des séquences génétiques des membranes du plaste et des Cyanophytes a montré qu'ils avaient même origine et constituaient un même clade, vérifiant ainsi l'hypothèse précédente.

Une partie du patrimoine génétique du symbionte passant dans le noyau de la cellule hôte au cours de l'endosymbiose; cette dernière devient alors un nouvel organisme autotrophe capable de photosynthèse.

Le premier virus géant découvert par le professeur Didier Raoult  à Marseille en 2003 a ouvert un vaste champ de recherches qui a permis la mise à jour de plusieurs familles de ce type de virus dans de nombreux milieux et notamment à des profondeurs de plus en plus grande dans le permafrost.

Ces virus sont visibles au microscope optique, en effet leur taille, 1 micromètre, est celle d'une bactérie (contrairement aux virus connus jusque là); certains renferment 2500 gènes (contre une dizaine pour le virus de la grippe ou du SIDA !) des gènes communs aux plantes et aux animaux !!

Compte tenu que le parasitisme des virus se retrouve aussi chez des bactéries et que certains virus ATV (Acidianus Two-tailed Virus), parasites d'une Archée qui vit près des sources hydrothermales acides sont capables d'effectuer une partie de leur assemblage en dehors de la cellule hôte puis de "bourgeonner" dans la cellule en fabriquant 2 appendices protéiques.

Les virus qui jusque là ne faisaient pas partie du vivant le serait!
Une nouvelle hypothèse à vu le jour : l'existence d'une grande biodiversité à tout les niveaux y compris chez  les virus et qu'il y aurait un continum depuis les premières particules élémentaires, le protovivant jusqu'au vivant.