Origine de la vie complexe : le mystère des archées d’Asgard

Dans les profondeurs abyssales de l’Atlantique Nord, là où l’obscurité est totale et la pression écrasante, des sédiments boueux abritent des microorganismes qui pourraient détenir la clé de l’une des plus grandes énigmes de la biologie terrestre. Ces créatures appartiennent au domaine des archées, des organismes unicellulaires qui, sous l’œil d’un microscope, ressemblent à s’y méprendre à des bactéries. Pourtant, leur patrimoine génétique raconte une tout autre histoire, nous liant de manière inattendue à ces formes de vie primitives vieilles de trois milliards d’années.

Les archées d’Asgard : des microbes aux frontières du vivant

Il y a dix ans, un nouveau groupe de microorganismes a été identifié dans les sédiments marins : les archées d’Asgard. Ces lignées ancestrales vivent principalement dans des environnements dépourvus d’oxygène. En 2015, une étude a démontré que ces microbes étranges pourraient expliquer l’origine des eucaryotes, le domaine du vivant qui regroupe tous les organismes dont les cellules possèdent un noyau, des plantes aux êtres humains. Depuis, les recherches se sont multipliées, confirmant que ces archées pourraient être nos plus proches parents dans l’arbre de la vie.

Tout a commencé en 2008 avec la découverte du Château de Loki, un champ de sources hydrothermales situé sur la dorsale médio-atlantique, entre la Scandinavie et le Groenland. Les expéditions y ont collecté des sédiments abritant des communautés microbiennes uniques. Anja Spang, microbiologiste évolutionniste aujourd’hui à l’Institut royal néerlandais de recherche marine, a entrepris de reconstruire les génomes de ces mystérieux organismes par métagénomique, une technique permettant d’analyser l’ADN directement prélevé dans l’environnement.

Les résultats, publiés dans Nature en 2015, ont révélé l’existence des Lokiarchaeota. Leur génomeGénome Génome désigne l'ensemble du matériel génétique d'un organisme vivant, constitué de longues molécules d'ADN (ou d'ARN pour certains virus) qui contiennent toutes les instructions biologiques nécessaires à son développement, son… contenait des gènes typiquement eucaryotes, impliqués notamment dans le remodelage des membranes cellulaires. Cette découverte a conduit à la création du super-groupe d’Asgard, incluant par la suite les Thorarchaeota, les Heimdallarchaeia et d’autres lignées nommées d’après les divinités nordiques.

Le mystère de l’apparition des premières cellules complexes

L’émergence des eucaryotes est l’un des événements les plus cruciaux de l’histoire terrestre. Sans elle, la vie se limiterait à des couches de bactéries et d’archées. Contrairement à ces dernières, les cellules eucaryotes sont plus grandes, possèdent des compartiments internes comme le noyau et les mitochondries, et peuvent s’assembler pour former des organismes multicellulaires complexes.

Pendant longtemps, cette transition a été perçue comme un accident évolutif extrêmement rare. La manière dont ces cellules organisent leur matériel génétique et structurent leur métabolismeMétabolisme Métabolisme désigne l'ensemble complexe des réactions chimiques et biologiques qui se produisent continuellement dans les cellules d'un organisme vivant pour assurer sa survie, en transformant les nutriments en énergie nécessaire… énergétique via les mitochondries suggérait une discontinuité biologique majeure. La question centrale restait : comment une cellule simple a-t-elle pu acquérir une telle complexité ?

De la théorie de l’endosymbiose aux tentacules de Prométhée

La théorie de l’endosymbiose, proposée dès 1910 par Konstantin Mereschkowsky et popularisée par Lynn Margulis en 1967, postule qu’une cellule hôte a absorbé une bactérie, laquelle est devenue la mitochondrie. Mais l’identité de l’hôte restait inconnue jusqu’à l’identification des archées d’Asgard. Pour confirmer cette hypothèse, il fallait observer ces cellules vivantes, un défi que le microbiologiste japonais Hiroyuki Imachi a mis douze ans à relever.

En utilisant un bioréacteur à flux continu pour simuler l’environnement des suintements de méthane profonds, Imachi et son collègue Masaru Nobu ont réussi à cultiver ces organismes en laboratoire. La souche MK-D1, nommée Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum, a révélé une morphologie surprenante : de longs prolongements filamenteux, ou tentacules, s’étendant depuis le corps cellulaire.

Contrairement à l’idée d’une ingestion brutale par phagocytosis, Imachi suggère que l’archée hôte a utilisé ses tentacules pour enlacer une bactérie partenaire dont elle dépendait pour sa survie. Au fil du temps, ces prolongements auraient fusionné autour de la bactérie, l’enfermant définitivement. Cette relation syntrophique, où chaque partenaire bénéficie des sous-produits métaboliques de l’autre, offre un scénario bien plus plausible pour l’origine de la vie complexe.

Des implications majeures pour la recherche de vie extraterrestre

Si l’émergence des eucaryotes n’est pas un coup de chance biologique unique mais le résultat d’une évolution graduelle et inévitable au sein des archées d’Asgard, les conséquences pour l’exobiologie sont considérables. Daniel Mills, géobiologue à l’Université Heinrich Heine de Düsseldorf, souligne que si les étapes menant à la complexité ne sont pas aussi ardues qu’on le pensait, la vie complexe pourrait être répandue dans l’univers.

Le débat reste toutefois ouvert sur la structure interne de ces archées. Alors que certains chercheurs comme Burak Avcı de l’Université d’Aarhus pensent avoir identifié des prémices de noyau dans certaines lignées, d’autres, comme Christa Schleper de l’Université de Vienne, restent prudents. La diversité des archées d’Asgard est telle que nous n’en avons exploré qu’une infime fraction. Ce qui est certain, c’est que ces sentinelles des abysses ont définitivement effacé la frontière stricte que nous avions tracée entre la simplicité microbienne et la complexité humaine.

À l’avenir, l’étude de nouvelles souches d’Asgard, notamment les Heimdallarchaeia, pourrait nous permettre de reconstituer précisément le portrait de notre ancêtre commun. Si la vie complexe a pu émerger sur Terre à partir de ces étranges cellules à tentacules, il est permis d’imaginer que sur d’autres planètes rocheuses, des processus similaires ont pu donner naissance à des formes de vie dont nous commençons à peine à concevoir la nature.