Toute vie sur Terre vient d’un ancêtre unique, bien plus ancien qu’on ne le croyait.

Bien avant les dinosaures, les forêts ou même les océans tels que nous les connaissons, un unique ancêtre microscopique a, en silence, mis toute l’histoire du vivant en marche.

De nouvelles recherches repoussent encore l’origine de ce récit, plus loin dans le temps que ne l’imaginaient les scientifiques. Elles suggèrent que l’ancêtre commun à tout ce qui vit sur Terre serait apparu dans un monde tout juste né, violent et instable, bien plus tôt que ne l’indiquaient les estimations précédentes.

L’ancêtre mystérieux à l’origine de tous les êtres vivants : LUCA

Les biologistes donnent un nom à cet organisme ancestral : LUCA, pour « dernier ancêtre commun universel ». Il ne s’agit ni d’un fossile précis ni d’une créature qu’on aurait observée. LUCA correspond plutôt à un point logique dans l’arbre du vivant, reconstruit à partir de gènes que l’ensemble des organismes portent encore aujourd’hui.

Des chênes aux pieuvres, des baleines bleues aux bactéries intestinales, toutes les espèces connues peuvent être suivies le long de lignées évolutives qui se ramifient. En remontant suffisamment loin ces branches, elles finissent par converger vers un nœud unique : ce nœud, c’est LUCA.

LUCA is not the first life on Earth, but the last ancestor shared by every living thing that has survived to the present day.

La nouvelle étude, dirigée par le paléogénéticien Edmund Moody (Université de Bristol) et publiée dans Nature Ecology & Evolution, avance que LUCA aurait vécu il y a environ 4,2 milliards d’années. Les évaluations antérieures le plaçaient plutôt autour de 3,8 milliards d’années.

Ces 400 millions d’années supplémentaires comptent. Elles repoussent les racines de notre arbre généalogique jusqu’à une période où la Terre jeune achevait à peine de refroidir après des impacts dévastateurs, avec une atmosphère toxique et des océans chargés de substances chimiques riches en métaux.

Comment dater un être qui n’a laissé aucun fossile ?

À la différence des dinosaures ou des forêts anciennes, LUCA n’a laissé ni os, ni coquilles, ni cernes d’arbres. C’était un organisme unicellulaire très simple, et toute trace directe a été effacée depuis longtemps par l’activité géologique.

L’équipe s’est donc appuyée sur un autre type d’archive : l’ADN. À chaque génération, un petit nombre de modifications s’insèrent dans le matériel génétique. Ces mutations s’accumulent, très lentement, sur des millions puis des milliards d’années.

By treating mutations as the ticks of a “molecular clock”, researchers can estimate how long ago two lineages shared a common ancestor.

Le mécanisme de « l’horloge génétique » au cœur de l’étude

Les chercheurs ont rassemblé des données génétiques issues d’un vaste éventail d’organismes, notamment :

• Les humains et d’autres animaux
  
• Les plantes et les algues
  
• Les bactéries et les archées (microbes anciens)

Ils ont ensuite comparé des gènes partagés entre ces groupes très éloignés. Le principe est simple : lorsque deux espèces possèdent des versions presque identiques d’un gène, leur ancêtre commun est relativement récent. À l’inverse, si ces gènes diffèrent fortement, l’ancêtre se situe bien plus profondément dans le passé.

En comptabilisant ces écarts à travers de nombreux gènes et de multiples lignées, puis en intégrant ces données dans des modèles mathématiques, l’équipe a produit une nouvelle estimation de la date à laquelle toutes les branches convergent vers LUCA : environ 4,2 milliards d’années, avec des marges d’incertitude, mais nettement plus ancien que les datations proposées auparavant.

À quoi LUCA aurait-il pu ressembler ?

LUCA n’avait rien d’un humain, d’une plante, ni même d’une cellule de levure. Il s’agissait d’un procaryote : une petite cellule dépourvue de noyau et de compartiments internes. Toutefois, « simple » ne signifie pas forcément « primitif » à tous les égards.

D’après les caractéristiques communes aux cellules actuelles, l’étude indique que LUCA disposait déjà d’un ensemble d’outils internes relativement élaboré. Il transportait probablement ses instructions génétiques sous forme d’ADN, utilisait l’ARN comme messager et s’appuyait sur un noyau de protéines essentielles pour copier et réparer son code génétique.

Surprisingly, LUCA may also have had a basic immune system, allowing it to resist viruses in an already competitive microscopic ecosystem.

L’existence d’un système immunitaire à une époque aussi ancienne implique que la vie n’est pas restée seule très longtemps. Si LUCA devait se défendre, c’est qu’il était vraisemblablement confronté à des infections causées par des virus anciens, ainsi qu’à des microbes concurrents se disputant les mêmes ressources chimiques.

Une existence dans des conditions extrêmes

Où LUCA vivait-il ? La plupart des indices convergent vers un milieu aquatique. Pas des mers calmes et bleues, mais des environnements agités, chargés en minéraux, façonnés par un volcanisme intense.

De nombreux chercheurs pensent que LUCA prospérait près de sources hydrothermales : des fractures du plancher océanique d’où jaillit une eau surchauffée, chargée de métaux. Ces sites offrent de forts gradients chimiques et thermiques, capables d’alimenter les réactions fondamentales dont la vie a besoin.

Les conditions autour de LUCA auraient pu inclure :

Caractéristique	État probable il y a 4,2 milliards d’années
Température	Très élevée, proche de l’ébullition dans certains micro-habitats
Pression	Forte, en grande profondeur ou sous une épaisse couche rocheuse
Chimie	Riche en fer, en soufre et en autres métaux
Atmosphère	Peu ou pas d’oxygène, dominée par des gaz comme le CO₂ et le méthane

Dans ce paysage rude, LUCA se nourrissait sans doute de molécules simples telles que l’hydrogène et le dioxyde de carbone, qu’il utilisait pour fabriquer des composés organiques. Ses déchets sont probablement devenus la nourriture d’autres microbes, amorçant les tout premiers cycles de recyclage au sein de la biosphère terrestre.

Pourquoi reculer l’âge de LUCA change le récit

Fixer LUCA à 4,2 milliards d’années soulève une question dérangeante : la vie aurait-elle commencé presque immédiatement après la formation de la planète ?

La Terre a environ 4,5 milliards d’années. Pendant une grande partie de ses premiers centaines de millions d’années, sa surface a été martelée par des astéroïdes et des comètes. Certains scientifiques soutenaient que ces impacts auraient pu stériliser la planète à répétition.

If LUCA already existed 4.2 billion years ago, then the earliest life must be even older – which leaves a surprisingly narrow window for life to appear.

Ce calendrier plus serré relance les débats sur l’origine du vivant. Deux grandes hypothèses restent en concurrence :

• Hypothèse de la « soupe primordiale » : la vie serait apparue dans des mares peu profondes ou dans des océans riches en molécules organiques, produites par la foudre, les UV ou apportées par des météorites.
  
• Hypothèse des sources hydrothermales : la vie se serait mise en place autour de sources chaudes riches en minéraux au fond de l’océan, où des gradients chimiques naturels auraient entraîné des réactions auto-organisées.

Aucun scénario n’a été prouvé de façon définitive, et il est possible que les deux aient contribué. La nouvelle datation de LUCA ne tranche pas, mais elle souligne que le processus ayant conduit à la vie a dû se dérouler relativement vite à l’échelle des temps géologiques.

Ce que LUCA implique pour la vie au-delà de la Terre

Si la vie peut émerger et évoluer jusqu’à un ancêtre déjà complexe comme LUCA aussi rapidement sur une planète jeune et instable, les conséquences sont importantes pour l’astrobiologie.

Des mondes comme Mars, Europe (une lune de Jupiter) et Encelade (autour de Saturne) ont tous abrité, ou abritent encore, de l’eau liquide et une géologie active. Certains pourraient même posséder des sources hydrothermales sous une croûte de glace ou dans des océans souterrains.

Les scientifiques qui étudient ces mondes posent souvent une question simple : avec de l’eau, de la chimie et du temps, la vie a-t-elle tendance à apparaître ? L’âge révisé de LUCA pousse la réponse vers « peut-être plus facilement qu’on ne le pensait », du moins lorsque les conditions s’y prêtent.

Termes clés pour comprendre LUCA et cette recherche

Plusieurs notions techniques se trouvent au centre de ces travaux. Les clarifier aide à comprendre comment les scientifiques reconstituent un événement aussi ancien :

• Procaryote : cellule sans noyau, comme les bactéries et les archées. LUCA appartenait presque certainement à ce groupe.
  
• Phylogénétique : étude des relations évolutives entre espèces à partir de données génétiques, anatomiques ou autres.
  
• Horloge moléculaire : approche fondée sur le rythme relativement constant des mutations génétiques pour estimer la date de séparation de deux lignées.
  
• Paléogénétique : discipline qui associe génétique et « temps profond », en reconstituant souvent des génomes anciens ou des traits ancestraux.

Lorsque les chercheurs font tourner des simulations informatiques de l’évolution avec ces outils, ils peuvent tester divers scénarios pour l’arbre du vivant. Par exemple, ils peuvent examiner comment la date estimée de LUCA varie si les taux de mutation étaient un peu plus rapides ou plus lents, ou si des extinctions majeures avaient fait disparaître des branches entières de la vie primitive.

Ces simulations ne fournissent pas une date d’anniversaire unique et exacte pour LUCA. Elles établissent plutôt des plages de probabilité. Pour l’instant, l’ensemble des indices pointe vers un ancêtre solidement ancré dans l’histoire la plus ancienne de la Terre : un être vivant dans un environnement dur, mais déjà doté des mécanismes fondamentaux qui font encore fonctionner chaque cellule de votre corps.