Fusion rare de deux formes de vie
Les scientifiques ont été témoins d’un événement évolutif unique en son genre, survenant une fois tous les milliards d’années, où deux formes de vie fusionnent pour créer un organisme aux capacités améliorées. La dernière occurrence a conduit à l’émergence des plantes sur Terre.
Connu sous le nom d’endosymbiose primaire, ce phénomène se produit lorsque un organisme microbien englobe un autre, l’utilisant comme organe interne. En retour, la cellule hôte fournit des nutriments, de l’énergie, une protection et d’autres avantages à l’organisme symbiotique. Avec le temps, le symbiote devient indispensable à l’hôte, se transformant essentiellement en un organite à l’intérieur des cellules microbiennes.
De créatures rénales à auto filtrantes
Imaginez les reins comme de minuscules créatures qui se précipitent et les humains filtrant manuellement leur sang à travers des machines de dialyse. Puis, un jour, quelqu’un réussit d’une manière ou d’une autre à piéger l’une de ces petites créatures rénales à l’intérieur de lui-même (ne nous attardons pas sur le comment) et découvre qu’il n’a plus besoin de dialyse.
Ce changement se transmet aux générations suivantes et, finalement, nous naissons tous avec ces petites créatures bénéfiques à l’intérieur de nous. C’est un peu ce qui se passe dans ce scénario.
Dans les 4 milliards d’années d’histoire de la Terre, l’endosymbiose primaire est supposée ne s’être produite que deux fois, marquant des étapes évolutives majeures. La première, il y a environ 2,2 milliards d’années, a vu une archée engloutir une bactérie, entraînant la formation des mitochondries.
Impact évolutif des organites spécialisés
Ouvrant la voie à l’évolution de formes de vie complexes, cette organelle spécialisée produit activement de l’énergie et est révérée comme la « centrale énergétique de la cellule ».
Le deuxième événement s’est produit il y a environ 1,6 milliard d’années, lorsque des cellules avancées ont incorporé des cyanobactéries capables de capter l’énergie solaire. Celles-ci se sont transformées en chloroplastes, offrant la capacité de capturer la lumière solaire et conférant une teinte verte vibrante à un groupe d’organismes que nous connaissons sous le nom de plantes.
Les scientifiques ont identifié une endosymbiose primaire chez l’algue Braarudosphaera bigelowii, qui a incorporé une cyanobactérie, permettant la fixation d’azote atmosphérique, une fonction rare chez les algues et les plantes.
Initialement, on pensait que B. bigelowii avait une relation symbiotique avec UCYN-A, mais l’association avec la bactérie a été davantage confirmée après un examen plus approfondi.
Rapports de taille et échange de nutriments dans la symbiose algale
Une étude récente a révélé des rapports de taille constants entre les algues et UCYN-A à travers différentes espèces, indiquant une régulation de la croissance par échange de nutriments et des métabolismes interconnectés.
Jonathan Zehr a noté que cette relation est parallèle à celle des organites comme les mitochondries et les chloroplastes, qui sont proportionnels à la taille de la cellule.
En utilisant l’imagerie par rayons X avancée, les chercheurs ont observé une réplication et une division cellulaire synchronisées entre l’hôte et les organismes symbiotiques, confirmant l’endosymbiose primaire.
Dépendance de UCYN-A vis-à-vis de son hôte algal pour les protéines essentielles
L’équipe a mené une comparaison des protéines isolées de UCYN-A avec celles trouvées à l’intérieur des cellules algales. Ils ont découvert que la bactérie isolée ne peut produire qu’environ la moitié des protéines requises, dépendant ainsi de l’hôte algal pour le reste.
En effet, Jonathan Zehr a noté : « Cela est caractéristique d’une transition d’un endosymbiote à un organite. Au fur et à mesure qu’ils réduisent leur contenu d’ADN et la taille de leur génome, ils dépendent de plus en plus de la cellule hôte pour le transport des produits géniques ou des protéines à l’intérieur de la cellule. »
Les résultats suggèrent que UCYN-A fonctionne comme un organite complet, appelé nitroplaste. Cette évolution a probablement commencé il y a environ 100 millions d’années, ce qui est relativement récent comparé aux mitochondries et aux chloroplastes.
L’équipe prévoit de poursuivre les recherches sur les nitroplastes pour déterminer leur présence dans d’autres cellules et leurs impacts potentiels. Cependant, un avantage potentiel pourrait être d’exploiter les nitroplastes pour introduire des capacités de fixation de l’azote dans les plantes, améliorant ainsi la croissance des cultures.
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