15 – Des procaryotes aux eucaryotes

Au cours des articles précédents, nous avons vu les cycles chimiques à l’origine concurrents entrer en collaboration pour former des ensembles autocatalytiques. Comme nos entreprises actuelles, ces ensembles autocatalytiques se font aussi concurrence. La nature introduit alors des barrières douanières sous forme de membranes incitant ces ensembles à coopérer. Les accords de coopération sont bientôt scellés sous la forme d’une molécule d’ADN.

La vie peut alors s’organiser à l’intérieur des premières cellules. Ce sont les procaryotes (1). Ceux-ci se multiplient rapidement et évoluent formant une incroyable variété d’espèces différentes, chacune adaptée à son environnement particulier. Certains vivent à la température de l’eau bouillante près de sources hydrothermales. D’autres s’adaptent à de l’eau très salée. La plupart cependant se développent dans des conditions moins insolites. Ce sont les bactéries (2) ordinaires. On peut les distinguer par leurs habitudes alimentaires. Certaines à l’appétit frugal vivent de l’air du temps, c’est-à-dire de gaz carbonique comme les plantes. D’autres obtiennent leur carbone de la matière organique environnante comme les animaux. D’autres enfin recyclent les déchets des précédents. Ainsi de nouveaux cycles se forment et tout un écosystème (3) s’établit.

Les bactéries sont comme nous des êtres grégaires. Lorsque deux bactéries se rencontrent, elles se serrent volontiers la main (ou pilus) (4), s’étreignent, puis échangent un brin d’information sous la forme d’un morceau d’ADN. Cela s’appelle une conjugaison (5). Elles peuvent ainsi se maintenir au courant des dernières nouveautés de l’évolution (6).

Elles aiment vivre en colonies. Lorsqu’il y a de la nourriture disponible, les bactéries se reproduisent très rapidement. Leur population double en moins d’une heure. Lorsque la nourriture est épuisée, elles partent en file indienne à la recherche de nourriture. La première qui en trouve en avertit aussitôt les autres. Les messages sont échangés sous forme de molécules organiques, un mode de communication qui nous est resté sous la forme de l’odorat.

La scène se passe il y a plus de 3,7 milliards d’années. Le bombardement de la Terre par des météores a beaucoup diminué. Le soleil commence à percer à travers les nuages. A la surface de l’océan, certaines bactéries découvrent l’énergie solaire et adoptent la photosynthèse. Ce sont les cyanobactéries (7) ou algues bleues. Elles vont rapidement proliférer et envahir la planète. On retrouve la trace de leurs colonies dans des stromatolithes (8) datant de 3,5 milliards d’années.

stromatolites
Comme il y a 3,5 milliards d’années, les cyanobactéries fabriquent encore aujourd’hui des stromatolithes (photo Wikipédia)

Pendant 2 milliards d’années les procaryotes règnent en maîtres sur notre planète. Il n’y a aucun autre être vivant. Toutefois, les bactéries vivant de la photosynthèse produisent un déchet chimiquement très actif: l’oxygène. Au début celui-ci est absorbé par le fer que l’on trouve alors en abondance sous forme métallique. Le fer rouille laissant des traces sous forme de bandes rouges (9) dans certains sédiments. Mais bientôt l’oxygène se répand dans l’atmosphère. Celle-ci est de plus en plus “polluée”.

Pour beaucoup de procaryotes la situation devient dramatique car l’oxygène oxyde (brûle lentement) la matière organique. Ils doivent s’en protéger. Certains (les anaérobies) se réfugient dans la vase au fond de l’eau. D’autres (les aérobies) se débarrassent de l’oxygène en brûlant leurs déchets, découvrant ainsi une nouvelle source d’énergie. Celle-ci devient vite populaire. Le taux de dissipation d’énergie fait un nouveau bond en avant à la surface de notre planète.

Il y a environ 1,5 milliards d’année, le pourcentage d’oxygène dans l’air se stabilise vers sa valeur actuelle (20%). Le rayonnement ultraviolet solaire est alors arrêté grâce à la transformation de l’oxygène de la haute atmosphère en ozone. La vie va se développer en dehors de l’eau. Une symbiose s’établit vraisemblablement entre des bactéries aérobies et des anaérobies. Elle donne naissance aux eucaryotes (10).

Leur évolution peut être comparée à celle actuelle de l’urbanisme. Protégés par leur épais mur cellulaire, les premiers procaryotes ressemblent à des châteaux forts du moyen-âge. Ils doivent faire venir leur nourriture de l’extérieur en sécrétant un suc digestif. Peu à peu l’économie se développe. Le château s’entoure d’un village. Les fortifications s’étendent. Chez les procaryotes, l’évolution se manifeste par l’allongement de la molécule d’ADN qu’ils contiennent.

Ce développement économique n’est pas sans provoquer de convoitise. Des hordes barbares s’attaquent aux villages fortifiés. De même, les bactéries sont attaqués par des hordes de molécules errantes, des molécules d’ARN appelées bactériophages (11). Les bactéries apprennent à se défendre.

La paix revenue, certains villages s’étendent en dehors des fortifications et deviennent de gros bourgs. L’économie s’y développe. Il faut restructurer le village. Devenues inutiles, certaines fortifications disparaissent. Il en est de même chez les procaryotes qui évoluent en eucaryotes. Chez les eucaryotes les restes de l’enceinte extérieure devient une structure interne, le cytosquelette (12).

En s’étendant les villes nouvelles englobent souvent des villages voisins. Les eucaryotes n’hésitent pas eux non plus à englober un procaryote qui traîne dans le voisinage. C’est la phagocytose (13). Le procaryote est alors en général digéré. De même, le village englobé est souvent remplacé par une nouvelle zone d’urbanisme. Certains monuments anciens peuvent être cependant conservés. Les eucaryotes eux-aussi ont gardé d’anciennes structures. Leur noyau (14), centre administratif de la cellule contenant l’ADN, est entouré d’une enceinte réminiscente de celle des premiers procaryotes. C’est leur citadelle.

Parmi les anciennes structures on trouve aussi des organites (15) en particulier les mitochondries (16). Ce sont les banques. La molécule d’adénosine triphosphate (17) ou ATP y tient lieu de monnaie. Elle permet de se procurer l’énergie indispensable au fonctionnement de l’ensemble. De même que la banque frappe la monnaie, de même la mitochondrie fabrique l’ATP. La monnaie est enfermée dans des coffres à la banque. L’ATP est enfermée à l’intérieur de la membrane de la mitochondrie.

Comme il se doit pour une banque, les mitochondries ont gardé une certaine indépendance. Elles ont leur propre ADN. Toutefois, celui-ci ne lui permet pas de se reproduire. Elles auraient alors une trop grande liberté. L’ADN contenu dans une mitochondrie ne permet de reproduire que sa membrane. L’ADN qui permet de reproduire l’intérieur de la mitochondrie a été transféré dans le noyau (18). Celle-ci est donc sous contrôle de l’administration centrale. La mitochondrie ne contrôle que sa membrane, c’est-à-dire l’accès aux coffres. Pour y avoir accès, il faut une double clé, sous forme de protéines. L’une est fournie par la mitochondrie, l’autre par le noyau.

En se développant, certaines villes deviennent des cités c’est-à-dire de grandes agglomérations. On voit apparaître également des agglomérations d’eucaryotes. Ce sont les organismes multicellulaires dont nous faisons partie. Leurs cellules se sont différentiées formant des organes. On parle aussi du cœur d’une cité, de ses grandes artères, de son centre nerveux et même de ses poumons (les jardins publics).

J’arrêterai ici ma description de l’évolution. J’espère avoir suffisamment montré à quel point on y retrouve la plupart des problèmes économiques et sociaux qui nous préoccupent. Dans mon prochain article je parlerai des grandes lois qui régissent cette évolution, lois découvertes par Darwin au 19ème siècle mais souvent mal comprises. Je suis personnellement convaincu que nous avons maintenant les éléments nécessaires pour interpréter ces lois correctement.

(1) http://fr.wikipedia.org/wiki/Procaryote
(2) http://fr.wikipedia.org/wiki/Bactérie
(3) http://fr.wikipedia.org/wiki/Écosystème
(4) http://fr.wikipedia.org/wiki/Pilus
(5) http://fr.wikipedia.org/wiki/Conjugaison_(génétique)
(6) C’est ainsi que de nos jours les bactéries deviennent peu à peu insensibles aux antibiotiques.
(7) http://fr.wikipedia.org/wiki/Cyanobacteria
(8) http://fr.wikipedia.org/wiki/Stromatolite. Voir aussi: http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s4/stromatolites.html
(9) http://en.wikipedia.org/wiki/Banded_iron_formation
(10) http://fr.wikipedia.org/wiki/Eukaryota
(11) http://fr.wikipedia.org/wiki/Bactériophage
(12) http://fr.wikipedia.org/wiki/Cytosquelette
(13) http://fr.wikipedia.org/wiki/Phagocytose
(14) http://fr.wikipedia.org/wiki/Noyau_(biologie)
(15) http://fr.wikipedia.org/wiki/Organite
(16) http://fr.wikipedia.org/wiki/Mitochondrie
(17) http://fr.wikipedia.org/wiki/Adénosine_triphosphate
(18) John Maynard Smith and Eörs Szathmary. The origins of life (Oxford, 1999)


2 réflexions au sujet de « 15 – Des procaryotes aux eucaryotes »

  1. « Comme il se doit pour une banque, les mitochondries ont gardé une certaine indépendance. Elles ont leur propre ADN. Toutefois, celui-ci ne lui permet pas de se reproduire. Elles auraient alors une trop grande liberté. L’ADN contenu dans une mitochondrie ne permet de reproduire que sa membrane. L’ADN qui permet de reproduire l’intérieur de la mitochondrie a été transféré dans le noyau (18). Celle-ci est donc sous contrôle de l’administration centrale. La mitochondrie ne contrôle que sa membrane, c’est-à-dire l’accès aux coffres. Pour y avoir accès, il faut une double clé, sous forme de protéines. L’une est fournie par la mitochondrie, l’autre par le noyau. »

    Concernant la problématique du contrôle démocratique de la production et de l’allocation monétaire voir :

    http://allocation-universelle.net/creation-monetaire.php#analyse-local-global

  2. Je vois Roddier comme quelqu’un qui tente d’organiser le cimetière des faits biologiques (voire économiques, sociologiques, etc.) à partir de principes thermodynamiques. Sa tentative me paraît parfaitement légitime et dans la lignée des incontestables succès accomplis par les physiciens dans l’élaboration de principes toujours plus généraux pour organiser le cimetière des faits physiques.

    Je continue avec mes commentaires indiquant en contrepoint par deux citations la position de Thom qui tente, quant à lui, d’organiser les mêmes cimetières à partir d’une théorie hors substrat, tentative qui peut paraître à certains parfaitement illégitime pour cette raison.

    « Historiquement la notion de « matériel génétique » est apparue avec la distinction -due à Weismann- des lignées somatique et germinale chez les métazoaires. C’est par extrapolation qu’on en est venu à considérer que les unicellulaires (en particulier les procaryotes) sont eux aussi dotés de matériel génétique. Extrapolation justifiée par la synthèse semiconservatrice de l’ADN chromosomique. mais il faut remarquer que la duplication de l’ADN connu chez les procaryotes présente chez les eukaryotes un caractère beaucoup plus complexe: multiplicité des points d’initiation du dédoublement, rôle de la membrane nucléaire, etc. La présence, souvent massive, d’ADN dit non-sens chez ces derniers, le fait qu’un gène peut avoir un grand nombre de représentants, le caractère moléculairement très complexe de l’échange des chromatides dans l’appariement méiotique des chromosomes en conjugaison (« crossing over »), tous ces caractères font qu’il est difficile de croire que la structure linéaire du chromosome eucaryote, telle qu’elle ressort de la loi de Morgan définissant la distance génétique de deux gènes, puisse avoir un représentant moléculaire unique et canoniquement défini, comme c’est le cas du chromosome bactérien.
    La découverte récente des gènes morcelés n’a fait que rendre plus manifeste la différence entre ces deux types de génomes dont les vocations fonctionnelles sont a priori si différentes. Le génome des métazoaires, même s’il ne code pas l’embryogénèse stricto sensu, joue certainement un grand rôle dans la modulation quantitative (sinon qualitative) des des mécanismes épigénétiques -ce que n’a pas à faire le génome procaryotique. Les effets d’inscription soma –> germen, à caractère lamarckien, que j’évoquerai plus loin, doivent être recherchés à ce niveau: amplification de gènes, translocation, délétion, concaténation de gènes permettant sans doute de faire surgir -à partir de l’ADN non-sens qui est un matériel plastique- un ADN « informé », sculpté en quelque sorte par les prégnances présentes dans le milieu ambiant. De même pour les effets de mémoire phylogénétique qui apparaissent dans la loi de récapitulation de Haeckel-Müller. Le chromosome procaryote me semble au contraire tirer son origine d’une contrainte géométrique. »

    « Il est typique que la cellule immortelle, la cellule prokaryote comme disent les biologistes, la cellule qui vit par elle-même, ne produit pas d’artefacts. En tout cas je ne vois pas ce qui pourrait jouer le rôle d’artefact dans la physiologie d’une cellule. Et de même tous ses instruments, ses outils, ses organes, sont réversibles. On peut se demander de ce point de vue si l’apparition de l’artefact n’est pas quelque chose qui est fondamentalement lié au caractère multicellulaire, au caractère composé des organismes et si donc cette prolifération des artefacts n’est pas le premier symptôme de la mort. »

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