Quelle est la première espèce d’être vivant sur Terre ?

Une lectrice curieuse nous a demandé quelle était la première espèce d’être vivant à être apparue sur la Terre ? Merci pour cette question passionnante. En y répondant, nous allons faire un voyage dans le temps, dans l’infinité du passé ! Les premiers êtres vivants sont apparus il y a plus de 3.8 milliards d’années. C’est un passé si lointain. Nous sommes là (les espèces humaines) depuis à peu près 3 millions d’années, il nous est donc difficile de savoir avec précision à quoi les premières espèces ressemblaient.

Pour autant, on a quand même une petite idée :

D’abord les premiers êtres vivant sont apparus très sûrement au fond des océans. Nous avons un article de Martin qui en dit un peu plus sur l’apparition de la vie. 

 

La vie et ses composantes primordiales sont apparues près des évents hydrothermaux : des cheminées par lesquelles les gaz s’échappent du fond des océans et rencontrent l’eau salée. Cette rencontre permet des réactions chimiques rapides et faciles dont certaines font encore partie de notre métabolisme (des réactions que l’on retrouve dans nos cellules). Cette vie primitive ne pouvait pas s’éloigner des évents hydrothermaux car ils sont une source inépuisable d’énergie (de nourriture primitive). Pour qu’elle s’éloigne, elle a dû, entre autre chose, créer une membrane qui est comme une valise pour se mettre dedans et pour stocker l’énergie.
Les détails de cette délivrance sont encore peu connus des chercheurs. Pour en savoir plus, ils essaient de recréer la vie, comme dans l’article de Martin, mais aussi, ils cherchent des indices, sur Terre et dans les océans.

 

Les plus vieux fossiles

Il est établi que les fossiles les plus vieux proviennent de bactéries vivants il y a plus de 3.4 milliards d’années ! En fait, ces fossiles, les stromatolithes, sont des structures de minéraux calcaires qui ont été formées par des colonies de bactéries.

Les bactéries sont très simples, juste une seule cellule (voir cet article sur les cellules) où tout est mélangé à l’intérieur. Par opposition, dans les cellules de notre corps, il y a de nombreux rangements pour séparer les activités de stockage d’information, de fabrication de protéines ou de “digestion”. Les bactéries ont dominé la vie sur Terre, pendant 1.5 milliards d’années avant que des organismes plus complexes apparaissent. On ne sait pas si ces bactéries étaient les premières, les seules, ni comment elles vivaient.

Le plus récent ancêtre de tous les êtres vivants connus

Heureusement, grâce à Darwin, qui a découvert que tous les êtres vivants sont liés, et grâce à Rosalind Franklin, Watson et Crick qui ont photographié l’ADN (voir cet article sur les gènes et les OGM), on peut lire l’ensemble des gènes de tous les êtres vivants qui existent maintenant sur Terre. On peut ainsi comparer les gènes entre espèces et jouer au jeu des différences, mais aussi au jeu des comparaisons. Cela permet de mieux comprendre qui était l’ancêtre le plus récent de toutes les espèces connues ! En anglais, cet ancêtre commun s’appelle ”LUCA”, pour Last Universal Common Ancestor.

Qu’est-ce qu’on retrouve à l’identique dans toutes les espèces vivantes ? On a appris que le vivant se regroupe en trois grands groupes : bactéries, archées et eucaryotes.
Les archées sont semblables aux bactéries, on les a d’ailleurs longtemps confondues avec des bactéries, cependant leur façon de fonctionner est très différente, on en parlera un peu plus tard.
Quant aux eucaryotes, il s’agit de tous les êtres vivants dont les cellules possèdent des noyaux. On sait que les premiers groupes à apparaître sont les bactéries et les archées. Les eucaryotes sont apparus plus tard, il y a un ou deux milliards d’années et ont, eux aussi, une histoire mouvementée. Mais revenons à nos êtres premiers : les bactéries et les archées !

En poussant plus loin le jeu des comparaisons, on peut décrire l’ancêtre commun à tous, donc l’ancêtre des bactéries et des archées, comme étant une cellule unique déjà capable de se reproduire, se nourrissant comme les plantes (de composés chimiques), aimant l’eau chaude sans oxygène, et avec une membrane (tu te souviens, la membrane est comme une valise pour se transporter soi-même). Cette cellule est capable d’utiliser la même énergie que nos cellules et contient également des gènes. Ca tombe bien, à l’époque, la Terre est dominée par la mer, parsemée de quelques îles volcaniques. L’activité volcanique, très importante, rend la vie dans l’eau infernale. L’air est épais, trouble et sans oxygène.

Un ou plusieurs ancêtres ?

Sauf que les bactéries et les archées n’ont pas les mêmes membranes ! Alors, peut être, LUCA avait une membrane simple qui a ensuite été modifiée. Mais comment en être sûr ? Comment ne pas envisager plusieurs ancêtres communs, une “population” de cellules avec des tas de membranes (ou valises) différentes, qui se seraient pour la plupart éteintes pour ne laisser la place qu’aux bactéries et aux archées.

Le mystère qui repose autour des membranes n’est pas le seul. D’autres particularités sont profondément différentes entre les archées et les bactéries. Pour autant ils ont en commun des éléments essentiels qui laissent à penser que leurs ancêtres ont vécu proches l’un de l’autre à un moment donné.

De manière générale, il est difficile de reconstruire les étapes entre l’apparition de la vie et l’apparition des cellules, des bactéries et des archées. Quelle était la diversité de ces premiers êtres vivants ? Comment ont-il fait pour quitter les évents hydrothermaux ? J’ai lu dans un article qu’à ce stade de la vie, les dépendances et les interactions entre les êtres vivants étaient très importantes en nombre et en intimité. Ils pouvaient copier des parties de l’information génétique de leurs voisins, et créer des chimères ou des hybrides (mélange de deux êtres) facilement. Cela devait être un joyeux mélange et complique encore notre recherche !
Alors, si tu veux partir sur les traces des premiers êtres vivants, sache qu’il faut s’y connaître non seulement en biologie, mais surtout en chimie !

Auteure : Emilie / Sense the Science

Pour aller plus loin :

Parmi les premiers composants des êtres vivants, partagés par presque tous les organismes, il y a :

• L’énergie sous forme d’ATP
• Le cycle de Krebs, permettant de produire de l’énergie, ATP, à partir de molécules organiques (c’est une suite de réactions chimiques), peut aussi être inversé et produire des molécules organiques à partir de l’ATP https://fr.wikipedia.org/wiki/Cycle_de_Krebs_inverse
• l’ARN,  et l’ADN

Des différences se retrouvent, entre autres, dans :

• Les membranes capables de chimiosmose pour stocker l’énergie (comme un barrage hydraulique mais ici, on ne stocke pas l’eau d’un côté mais des eaux avec des charges électriques différentes)
• La façon de copier l’ADN, la photocopieuse chimique mentionné par Martin.

 

Quelques références

Les fossiles, stromatolites : https://www.nature.com/articles/nature04764

Un livre en anglais seulement : Life ascending: the ten great inventions of evolution, Nick Lane ( premier et deuxième chapitre)