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Luca, le père de nos pères, préférait l’ARN à l'ADN

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Les premières formes de vie sur Terre auraient été composées d'ARN et non d'ADN, selon une étude récemment publiée par des chercheurs du CNRS et des universités de Lyon et de Montréal. Ce monde à ARN se serait formé dans des milieux à température modérée.

L'arbre phylogenetique de la vie, basé sur une origine ARN proposé par Carl Woese dès 2006 et montrant la séparation entre bacteries, archées et eucaryotes. Source : NASA Astrobiology Institute

Faute de traces fossiles, les premiers instants de la vie cellulaire sur Terre restent mystérieux. L'une des méthodes consiste à partir de la structure génétique des organismes actuels et de tenter de retracer l'histoire évolutive en remontant le temps. On peut ainsi espérer aboutir au dernier ancêtre commun de tous les êtres vivants actuels, baptisé Luca (acronyme de Last Universal Common Ancestor).

Une hypothèse classique fait de ce Luca un organisme thermophile, c'est-à-dire vivant en milieu très chaud, ou même hyperthermophile. Ses descendants se seraient ensuite progressivement adaptés à de plus basses températures. Une autre décrit un monde primitif où les organismes auraient utilisé l'ARN (acide ribonucléique) pour enregistrer l'information génétique et non pas l'ADN (acide désoxyribonucléique). Mais l'ARN est plus fragile et se dégrade facilement quand la température est élevée...

Cette hypothèse du « monde à ARN » vient d'être relancée par le bioinformaticien Samuel Blanquart (CNRS), le biochimiste Nicolas Lartillot (CNRS, université de Montréal), Manolo Gouy (directeur de recherche CNRS, Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive à l'université de Lyon et leurs collaborateurs. Leur étude vient de paraître dans la revue Nature.

Comparaison entre une molécule d'ARN (à gauche) et d'ADN (à droite). Source : GNU Free Documentation License

Une nouvelle clé pour expliquer l’évolution

Selon Nicolas Lartillot, l'ancêtre de toute vie sur Terre, apparu voici 3,8 milliards d'années, n'était pas l'organisme que l'on se plaît à imaginer. L'équipe a comparé l'information génétique des organismes modernes afin d'en extraire les points communs et pouvoir caractériser l'ancêtre primordial de toute forme de vie sur Terre. « Notre recherche s'apparente à l'étude étymologique des langues modernes, résume Nicolas Lartillot, nous tentons d'élucider les fondements de leur évolution. Nous avons identifié les caractères génétiques communs entre les animaux, les végétaux, les bactéries, à partir de quoi nous avons construit un arbre de la vie dont les ramifications représentent des espèces distinctes. Elles proviennent toutes d'un tronc commun, Luca en l'occurrence, dont nous nous sommes efforcés d'établir plus à fond la composition génétique. »

L'étude de l'ARN ribosomal de Luca penche en faveur d'une hypothèse non thermophile. Selon les chercheurs, les séquences de l'ARN et des protéines ont évolué de façon indépendante et spécifique à deux environnements de températures différentes.

Luca, affirment ces chercheurs, a pu se développer dans un microclimat plus froid, puis des microdomaines environnementaux ont pu jouer un rôle déterminant dans la diversification des organismes.

« Ce n'est qu'après que les descendants de Luca ont découvert la molécule plus thermostable de l'ADN, qu'ils ont acquise indépendamment (probablement issue d'un virus) et qu'ils l'ont utilisée à la place de l'ancien support plus fragile constitué d'ARN, affirme le professeur Lartillot. Cette transformation leur a permis de s'éloigner de leur petit microclimat froid, d'évoluer et de se diversifier en une variété d'organismes sophistiqués capables de tolérer la chaleur ».