LUCA (dernier ancêtre commun universel) : émergence, constitution et héritage génétique d'un précurseur exclusif.
Le concept de dernier ancêtre commun universel vient du fait que tout les êtres vivants connus peuvent s'insérer au sein de l'un des trois domaines de l'arbre du vivant qui sont les Bactéries, les Archées et les Eucaryotes. La question qui se pose est de savoir quelle(s) hypothèse(s) est (sont) à retenir concernant les caractéristiques de LUCA. En effet, un débat est présent entre un ancêtre biologique primitif avec un simple système d'ARN, et un ancêtre commun déjà soumis aux lois de l'Evolution avec du matériel génétique (ARN/ADN vs. ADN). Pour d'autres auteurs, LUCA serait l'ancêtre direct entre les Bactéries et les Archées. Les Eucaryotes seraient alors le produit d'un mélange entre ces deux derniers domaines. Le rôle et l'origine des virus dans l'Evolution sont des nouvelles perspectives à explorer.
Cet article focalise sur la nature de LUCA, ses relations phylogénétiques, son statut métabolique, sa redondance génétique, et sur la question de ses prédécesseurs.
Il n'y a pas vraiment d'expériences dans cet article. Il s'agit plus d'une réflexion commune entre les auteurs, basée sur les connaissances de l'époque (2008).
LUCA apparaît comme étant doté d'un grand spectre de capacités bioénergétiques, et déjà compatible avec un métabolisme de type micro- ou nano-aérophile. La notion d'ancêtre commun implique celle d'un "génome minimum" basé sur des gènes essentiels. LUCA apparaît également thermophile, voire même hyper-thermophile. Les auteurs concluent sur un LUCA proto-Eucaryote, possédant de l'ARN et étant métaboliquement et morphologiquement très hétérogène. La transition entre ARN et ADN se fait de manière indépendante, et il est très probable que les virus y aient joué un rôle prépondérant. Le dernier ancêtre commun universel est aussi présenté comme ayant une membrane composé d'acides gras (sn1,2) et capable d'évoluer dans un large spectre thermique. Enfin, deux nouveaux modèles viennent surpasser les hypothèses "replication first" et "metabolism first", ce sont les modèles de fermeture catalytique et d'hérédité de composition.
C'est article n'est pas très récent mais il décrit de manière profonde ce qu'est, selon les auteurs, le dernier ancêtre commun universel.
Background: Since the reclassification of all life forms in three Domains (Archaea, Bacteria, Eukarya), the identity of their alleged forerunner (Last Universal Common Ancestor or LUCA) has been the subject of extensive controversies: progenote or already complex organism, prokaryote or protoeukaryote, thermophile or mesophile, product of a protracted progression from simple replicators to complex cells or born in the cradle of "catalytically closed" entities? We present a critical survey of the topic and suggest a scenario.
Results: LUCA does not appear to have been a simple, primitive, hyperthermophilic prokaryote but rather a complex community of protoeukaryotes with a RNA genome, adapted to a broad range of moderate temperatures, genetically redundant, morphologically and metabolically diverse. LUCA's genetic redundancy predicts loss of paralogous gene copies in divergent lineages to be a significant source of phylogenetic anomalies, i.e. instances where a protein tree departs from the SSU-rRNA genealogy; consequently, horizontal gene transfer may not have the rampant character assumed by many. Examining membrane lipids suggest LUCA had sn1,2 ester fatty acid lipids from
which Archaea emerged from the outset as thermophilic by "thermoreduction," with a new type of membrane, composed of sn2,3 ether isoprenoid lipids; this occurred without major enzymatic reconversion. Bacteria emerged by reductive evolution from LUCA and some lineages further acquired extreme thermophily by convergent evolution. This scenario is compatible with the hypothesis that the RNA to DNA transition resulted from different viral invasions as proposed by Forterre. Beyond the controversy opposing "replication first" to metabolism first", the predictive arguments of theories on "catalytic closure" or "compositional heredity" heavily weigh in favour of LUCA's ancestors having emerged as complex, self-replicating entities from which a genetic code arose under natural selection.
Conclusion: Life was born complex and the LUCA displayed that heritage. It had the "body "of a mesophilic eukaryote well before maturing by endosymbiosis into an organism adapted to an atmosphere rich in oxygen. Abundant indications suggest reductive evolution of this complex and heterogeneous entity towards the "prokaryotic" Domains Archaea and Bacteria. The word "prokaryote" should be abandoned because epistemologically unsound.
Reviewers: This article was reviewed by Anthony Poole, Patrick Forterre, and Nicolas Galtier.
