Des chercheurs de l’IRB Barcelona et du Barcelona Supercomputing Center ont publié une étude dans Nature remettant en question l’origine simpliste des cellules eucaryotes. Leurs travaux suggèrent que l’émergence de la complexité cellulaire résulte d’alliances microbiennes impliquant plusieurs groupes de bactéries et des virus géants, dépassant le modèle classique de la symbiose.
L’insuffisance du modèle à deux protagonistes
Pendant des décennies, la biologie a enseigné que la cellule complexe — celle qui compose les organismes vivants tels que les animaux, les plantes et les champignons — est née d’une rencontre unique entre un archée et une bactérie devenue mitochondrie. Cependant, une étude menée par l’ICREA et le Barcelona Supercomputing Center propose un récit bien plus nuancé de cette transition biologique majeure.
Le travail ne nie pas le rôle central de la mitochondrie, mais il indique que le processus de formation des cellules complexes a été plus long, plus graduel et plus collaboratif qu’on ne le pensait. D’autres groupes de bactéries auraient laissé une empreinte significative sur l’ancêtre commun de tous les eucaryotes.
« Pendant longtemps, nous avons expliqué l’origine des cellules complexes comme une histoire avec deux principaux protagonistes : un archée et la bactérie qui a donné naissance à la mitochondrie. Notre étude suggère que ce récit est incomplet et qu’il y avait d’autres acteurs sur scène, y compris d’autres groupes bactériens et des virus géants qui ont pu faciliter l’échange de gènes », explique le Dr Gabaldón, chercheur à l’ICREA, via l’IRB Barcelona.
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L’archéologie moléculaire via MareNostrum
Contrairement aux dinosaures, l’origine des eucaryotes ne peut être reconstruite à partir de fossiles visibles. Elle s’est produite il y a environ 2 milliards d’années au sein d’organismes microscopiques dont il ne subsiste presque aucune trace directe. Pour pallier cette absence, l’équipe de l’IRB Barcelona a adopté une approche d’archéologie moléculaire computationnelle.
En utilisant la puissance de calcul de la série de supercalculateurs MareNostrum, les scientifiques ont analysé des volumes massifs de données génomiques publiques. Après plus de cinq ans de recherches utilisant des modèles mathématiques complexes, ils ont pu identifier des signaux évolutifs qui seraient autrement restés invisibles.
L’influence des Myxococcota et des Planctomycetota
Au-delà de la mitochondrie, l’étude identifie deux signaux bactériens particulièrement pertinents qui ont contribué à la structure de la cellule moderne. Ces découvertes, détaillées dans la revue Nature, redéfinissent notre compréhension du métabolisme et de la structure cellulaire primitive.
| Groupe bactérien | Rôle biologique présumé |
|---|---|
| Myxococcota | Fonctions métaboliques, notamment les processus liés aux lipides et aux membranes |
| Planctomycetota | Apport de complexité structurelle |
La rigueur d’une reconstruction génétique
Pour garantir la fiabilité de ces conclusions, les chercheurs ont dû procéder à un nettoyage extrêmement strict des données. Le processus a impliqué la sélection de 256 protéomes de haute qualité, couvrant l’ensemble des supergroupes eucaryotes. L’équipe a utilisé des outils tels que BUSCO v.5.5 pour vérifier la complétude des génomes et MMseqs v.2 pour éliminer les redondances et les duplications récentes.
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Cette méthode de filtrage a nécessité le maintien d’un seuil d’identité d’acides aminés de 80 % pour assurer la précision des signaux détectés.
« Nous essayons de reconstruire une histoire qui s’est déroulée il y a des milliards d’années et pour laquelle nous n’avons aucun fossile direct. C’est pourquoi nous avons été très conservateurs : nous n’avons conservé que les signaux évolutifs les plus robustes — ceux dont la force est comparable aux signaux déjà acceptés pour l’archée ancestral et pour la bactérie ayant donné naissance à la mitochondrie », expliquent Moisès Bernabeu, Saioa Manzano-Morales et Marina Marcet-Houben, auteurs de l’étude.
Cette approche prudente permet de transformer l’étude d’une simple observation en une véritable cartographie de l’évolution. En identifiant ces « acteurs secondaires », la science s’approche d’une compréhension plus holistique de la manière dont la vie a acquis sa complexité structurelle et métabolique.
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