Formation des premières cellules eucaryotes

[hlbnet]

Bonjour,

On lit parfois que les premières cellules eucaryotes sont apparues après qu'une cellule (procaryote) ait "avalé" une autre cellule (procaryote) sans la détruire.
D'où la question suivante : observe-t-on aujourd'hui dans la nature des cas où une cellule procaryote "avale" une autre cellule procaryote sans la détruire ?
Si oui, est-ce que ce mécanisme porte un nom particulier et avec quels organismes cela s'observe-t-il (pour que je cherche dans google) ?
Si non, que vaut cette explication ?

Merci d'avance.
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[Loupsio]

Ce n'est pas la seule hypothèse,, il y a une hypothèse qui veut que le noyau ait été formé par invagination de la membrane
sinon comme comme exemple de ce que tu cherche, il semblerai que les mitochondries soient des procaryotes avalées par une autre cellules (ou encore, la mitochondrie aurait pu infester une cellule plutôt qu'etre avalée)

mais la théorie du noyau qui serait un procaryote me semble bizarre car la cellule "mangeuse" aurait vu son génome disparaitre? (ou avalé par le procaryote mangé) puisqu'il n'y a pas de génome a l'extérieur du noyau
de plus le noyau possède des pores pour faire transiter des éléments à travers le noyau, donc a l'origine rien ne pouvait être échangé entre les deux symbiotes, et le procaryote avalé aurait changé la formation de sa membrane

sans parler du fait que dès le début, le procaryote mangé aurait réglé ses divisions selon le procaryote mangeur, (sinon il y aurait eu plusieurs procaryotes mangés a l'intérieur du procaryote mangeur (donc plusieurs noyaux)

[hlbnet]

Merci pour ces éléments.

J'ai l'impression que le modèle que j'avais en tête est peut-être trop simpliste (je ne suis pas du tout biologiste, juste informaticien, intéressé par curiosité).

Aujourd'hui, on distingue les procaryotes et les eucaryotes. Donc, je me suis dit naïvement qu'avant que les eucaryotes n'existent, il n'y avait que des procaryotes.
Du coup, je me suis dit : a t-on déjà assisté à l'intégration d'un procaryote dans un autre procaryote, où, quand, comment ?
Mais, en me baladant dans Wikipedia, je crois bien que la réponse est non.
A ma connaissance, les procaryotes se nourrissent par contact, donc ne risquent pas d'incorporer d'autres cellules lors de leurs repas.
Du coup, j'ai du mal à voir par quel mécanisme un procaryote pourrait se retrouver encapsulé à l'intérieur d'un autre, même par accident !

Mais, finalement, en y réfléchissant par moi-même, je me dis qu'il a peut-être existé des formes intermédiaires, qui ne s'observent peut-être plus aujourd'hui, que j'appellerai des pré-eucaryotes. Ils ne seraient plus totalement des procaryotes mais pas encore vraiment eucaryotes. Ils n'auraient pas d'organites et se nourriraient par une sorte de "phagocytose" d'autres cellules. Du coup, ils auraient pu incorporer d'autres procaryotes, formant ensuite des mitochondries et plastes, pour peu que la cellule phagocytée parvienne à survivre à l'intérieur de son agresseur. Si cette forme intermédiaire de cellule a existé mais n'existe plus, cela pourrait expliquer qu'on ne puisse pas assister ce mécanisme de phagocytose aujourd'hui.

Qu'en pensez-vous ? Je délire ?

[Loupsio]

Donc, je me suis dit naïvement qu'avant que les eucaryotes n'existent, il n'y avait que des procaryotes.

Et tu a eu raison, techniquement les procaryotes sont arrivés avant les eucaryotes,
les premières cellules sont les cyanobactéries, qui sont bien des procaryotes

a t-on déjà assisté à l'intégration d'un procaryote dans un autre procaryote, où, quand, comment ?

il existe quatre sorte de symbiose : ectosymbiose et mesosymbiose (ne concernent pas le cas que t u parle) ainsi que endosymbiose et endocytobiose
l'endosymbiose est la présence d'une celulle directement dans une autre (cas de la mitochondrie) et l'endocytobiose c'est la présence d'une cellules dans une vésicule d'une autre cellule (pas de contact avec direct de la cellule "mangée" avec le cytoplasme de la cellule "mangeuse")

A ma connaissance, les procaryotes se nourrissent par contact, donc ne risquent pas d'incorporer d'autres cellules lors de leurs repas.

effectivement, elle va envoyer des enzyme dans le milieu extérieur pour digérer (par exemple du bois) en molécules simples qu'elles vont pouvoir faire entrer en elles

Du coup, j'ai du mal à voir par quel mécanisme un procaryote pourrait se retrouver encapsulé à l'intérieur d'un autre,

la cellule qui se trouve a l’intérieur peut ne pas avoir été ingérée, mais avoir infestée elle même une cellule plus grosse

j'espère t'avoir aidé

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amanuensis]

les premières cellules sont les cyanobactéries

Pas vraiment...

[Amanuensis]

Aujourd'hui, on distingue les procaryotes et les eucaryotes. Donc, je me suis dit naïvement qu'avant que les eucaryotes n'existent, il n'y avait que des procaryotes.

Les termes "procaryotes" et "eucaryotes" sont adaptés à la description du vivant aujourd'hui ; pas nécessairement à la description du passé. Tout le vivant actuel est le résultat d'une évolution de même durée.

A ma connaissance, les procaryotes se nourrissent par contact, donc ne risquent pas d'incorporer d'autres cellules lors de leurs repas.

Le procaryotes actuels, peut-être. Mais cela ne nous apprend pas grand chose sur les ancêtres des eucaryotes : les eucaryotes ne descendent pas de lignées existant maintenant.

Mais, finalement, en y réfléchissant par moi-même, je me dis qu'il a peut-être existé des formes intermédiaires, qui ne s'observent peut-être plus aujourd'hui, que j'appellerai des pré-eucaryotes. Ils ne seraient plus totalement des procaryotes mais pas encore vraiment eucaryotes. Ils n'auraient pas d'organites et se nourriraient par une sorte de "phagocytose" d'autres cellules. Du coup, ils auraient pu incorporer d'autres procaryotes, formant ensuite des mitochondries et plastes, pour peu que la cellule phagocytée parvienne à survivre à l'intérieur de son agresseur. Si cette forme intermédiaire de cellule a existé mais n'existe plus, cela pourrait expliquer qu'on ne puisse pas assister ce mécanisme de phagocytose aujourd'hui.

C'est bien l'hypothèse dominante, bien décrite d'ailleurs (pas vraiment du délire !). Ce qui suit n'est qu'un petit complément.

Il y a des différences fondamentales entre les eucaryotes et les autres lignées autres que les organites. L'une d'elle est le "squelette". Toutes les cellules doivent lutter d'une manière ou d'une autre contre la pression osmotique. La plupart des bactéries et archées le font par une "coque" extérieure, une sorte de squelette externe qui oppose le gonflement de la cellule par osmose. Une telle coque empêche de "capturer" d'autres cellules entières.

Les cellules eucaryotes ont un "squelette interne" (microtubules qui "tirent" la membrane), qui permet plein de choses, et en particulier de capturer de la nourriture par invagination--ou le mouvement par déformation des amibes. (Et a aussi, point intéressant, un rôle important lors de la division cellulaire, en particulier la distributions des chromosomes.)

On peut imaginer que des cellules "pré-eucaryotes" ont développé ce type de "squelette interne" (et le mode de nutrition correspondant) avant l'endosymbiose qui a amené aux mitochondries, et que les eucaryotes soient les seuls descendants actuels de ces "pré-eucaryotes". Et appeler ces "pré-eucaryotes" des procaryotes est à la fois inadapté (procaryotes n'est pas un clade), et éventuellement trompeur : l'organisation cellulaire de ces pré-eucaryotes devait apparaître assez différente de celle des bactéries et archées actuelles, avec une belle incertitude quand au noyau.

[Loupsio]

les premières cellules sont les cyanobactéries

Pas vraiment...

Au temps pour moi, c'est vrai que les cyanobactéries sont les premiers organismes photosynthétique, petit détail important, j'ai pensé d'abord à eux car je préfère la biologie végétale a la biologie animale donc les cours de botanique et surtout Bio V m'ont plus marqués,

[AurelienSTE]

Je suis curieux de savoir quels étaient ces premières cellules susceptibles de s'être développées sur Terre.. Je pensais que c'étaient les cyano il y a 3.6 Ga. Non ? Quelles sont les théories actuelles à ce sujet ?

[Amanuensis]

Le terme de cyanobactéries décrit un taxon actuel ; on peut l'employer par extension pour le plus récent ancêtre commun aux cyanobactéries actuelles, et tous ses descendants, éventuellement pour les ancêtres de cette cellule jusqu'à et non compris la divergence avec le clade sœur des cyanobactéries, mais pas pour des cellules plus anciennes.

Ce qui est propre (et intéressant) est d'employer des descriptions en terme de physiologie, de mode de vie.

Les plus anciennes cellules étaient certainement non photosynthétiques, mais chimiolithotrophes : elles tiraient leur énergie de déséquilibres chimiques d'origine minérale et leur carbone du CO2.

Le développement de la photosynthèse (et les cyanobactéries) est "relativement" récent, et la fenêtre de datation est 3.5 à 2.4 millions d'années. La fenêtre de datation courante de LUCA (le plus récent ancêtre commun de toute la vie cellulaire actuelle) est 3.5 à 3.8 milliards d'années. Et les plus anciennes "cellules" sont nécessairement antérieures à LUCA, possiblement d'un nombre conséquent de centaines de millions d'années.

Si vous voulez une idée de la place des cyanobactéries dans l'arbre du vivant, vous pouvez les chercher dans http://www.arb-silva.de/fileadmin/si...6_SSU_tree.pdf (7 lignes perdues au sein des quelque 9000 entrées...).

Pour plus de détails, il y a eu plein de discussions spécifiquement sur l'origine de la vie dans ce forum, et plus généralement une littérature très riche sur le sujet, qui excite la curiosité de pas mal de monde.

[Geb]

Bonjour,

Je vous suggère la lecture de ceci : On the origin of biochemistry at an alkaline hydrothermal vent

The acetyl-CoA pathway has several biochemical features that point to its antiquity (Fuchs & Stupperich 1985), as listed by Fuchs (1989):
(i) occurrence in anaerobes and extremophiles,
(ii) occurrence in eubacteria and archaebacteria,
(iii) minimal energy requirement,
(iv) utilization of carbon monoxide (CO), formate, formaldehyde and methanol in addition to CO2,
(v) requirement for ubiquitous but varied coenzyme structures, and
(vi) the importance of metals in the catalysis of CO2 fixation and reduction.

Ce papier de Martin & Russell (2007) indique donc, comme d'autres avant lui que la voie de l'acétyl-coenzyme A est probablement la voie métabolique la plus ancienne. Cela a été mis en évidence pour la première fois par les travaux de Fuchs dès les années 1980. Hors, cette voie de l'acétyl-coenzyme A est utilisée à la fois par les eubactéries (acétogènes) et les archées (méthanogènes). Il faut donc s'intéresser d'une manière plus détaillée à leurs différences métaboliques pour pouvoir dire lequel des 2 domaines à précédé l'autre.

Du point de vue métabolique, il y a une seule différence fondamentale qui est mentionnée dans le papier de Martin & Russell. Il s'agit de l'utilisation d'une coenzyme (dans les 2 cas, une ptérine) de nature légèrement différente dans le cycle métabolique. Les acétogènes utilisent le tétrahydrofolate, tandis que les méthanogènes utilisent la tétrahydrométhanoptérine. Cette dernière a pour caractéristique de posséder un potentiel d'oxydoréduction légèrement supérieur à celle du tétrahydrofolate. Cela veut donc dire que l'utilisation de la méthanoptérine permet au méthanogènes de retirer un peu plus d'énergie du cycle de l'acétyl-CoA, et ainsi, de fournir un travail biochimique un peu plus important.

Auparavant, on pensait que l' acétogenèse était réservée au domaine des eubactéries. Depuis 2004, on connaît une seule exception : l'archée Methanosarcina acetivorans C2A. En présence de CO2, elle produit du méthane comme les autres archées basées sur la même voie métabolique. Cependant, elle est capable de croître et de produire des quantités substantielles d'acétate en présence de CO plutôt que de CO2 et d'H2. Le fait que cette archée méthanogène ait besoin de CO pour produire de l'acétate (devenir acétogène) conforte l'idée que les bactéries acétogènes seraient plus anciennes.

D'après ce même papier, on suggère donc que les bactéries acétogènes sont celles dont le métabolisme se rapproche le plus des organismes vivants les plus anciens.

Cordialement.

[Geb]

Le procaryotes actuels, peut-être. Mais cela ne nous apprend pas grand chose sur les ancêtres des eucaryotes : les eucaryotes ne descendent pas de lignées existant maintenant.

À propos des ancêtres des eucaryotes, je vous suggère la (re)lecture de cet article de Futura-sciences : L’ancêtre des eucaryotes est une archée originale

Ainsi que le papier correspondant : Archaeal phylogenomics provides evidence in support of a methanogenic origin of the Archaea and a thaumarchaeal origin for the eukaryotes

En passant, le papier de Russell et Martin cité plus haut est en référence [35]. Quoiqu'il en soit, l'analyse phylogénétique suggère que l'ancêtre des eucaryotes semble proche des archées Thaumarchaea actuelles.

Cordialement.

[hlbnet]

J'ai beaucoup appris sur ce fil. Et j'ai de nouveaux pointeurs pour aller chercher des informations.
Je ne connaissais pas Thaumarchaea et j'avais certainement des idées trop simplistes sur l'apparition des eucaryotes.
Merci à tous.

[AurelienSTE]

Le développement de la photosynthèse (et les cyanobactéries) est "relativement" récent, et la fenêtre de datation est 3.5 à 2.4 millions d'années.


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Cette fenêtre de datation ne serait elle pas plutôt -3,5 à -2,4 milliards d'années ?

Tout ceci est tout de même assez complexe. Il est vrai que même les cours de licence de biologie ne précisent pas tout cela; les ouvrages courants, les sites internet sur les cyano mentionnent les cyanobactéries comme étant les premières formes de vie il y à -3,6 Ga. Les archées seraient alors plus anciennes.... mais de combien? Sait on quand serait apparue la première forme de vie? Elle serait en tout cas antérieure aux cyano, donc plus lointaines que -3,6 Ga.......

[Amanuensis]

Cette fenêtre de datation ne serait elle pas plutôt -3,5 à -2,4 milliards d'années ?

Oui, désolé.

Tout ceci est tout de même assez complexe. Il est vrai que même les cours de licence de biologie ne précisent pas tout cela; les ouvrages courants, les sites internet sur les cyano mentionnent les cyanobactéries comme étant les premières formes de vie il y à -3,6 Ga

C'est un peu léger... Les plus anciennes traces fossiles (au sens de visible dans les roches) attribuées à la vie sont datées de 3,6 milliards. Elles sont attribuées à des cynaobactéries, mais c'est disputé. Les traces (chimiques) considérées comme clairement dues à des cyanobactéries est vers 2,5 milliards d'années.

Les données génétiques indiquent que la séparation entre les cyanobactéries actuelles et leur clade soeur est "tardive" au sein des bactéries.

Par ailleurs les archées ne sont pas plus anciennes que les bactéries (et ni vice-versa), puisque ce sont des clades soeurs.

[Svenn]

Cette fenêtre de datation ne serait elle pas plutôt -3,5 à -2,4 milliards d'années ?

Tout ceci est tout de même assez complexe. Il est vrai que même les cours de licence de biologie ne précisent pas tout cela; les ouvrages courants, les sites internet sur les cyano mentionnent les cyanobactéries comme étant les premières formes de vie il y à -3,6 Ga. Les archées seraient alors plus anciennes.... mais de combien? Sait on quand serait apparue la première forme de vie? Elle serait en tout cas antérieure aux cyano, donc plus lointaines que -3,6 Ga.......

J'aurais tendance à penser que contrairement à ce que leur nom indique, les archées ne sont pas les plus anciennes et qu'elles sont issues des eubactéries. On lit fréquemment (et c'est mon opinion) que le premier phylum à s'être séparé des autres est celui des chlorobacteries et donc LUCA serait le dernier ancêtre commun aux chlorobacteries et à n'importe quel autre organisme.

[AurelienSTE]

Merci. Cela dit à mesure que je construis ce que je commence à connaitre de la biologie, je vois qu'il est difficile de trouver une "architecture" de la vie. On ne sait donc que peu de choses sur celle ci, les archées sont elles simultanées ou antérieures aux bactéries, quand sont apparues les premières cyano etc. Et puis les postulat sur elsquels les scientifiques ne sont pas d'accord entre eux n'arrangent pas les choses
Ca rend les choses difficiles quand on est en première année de licence..

[kamor]

Aujourd'hui, on distingue les procaryotes et les eucaryotes.

Et encore... L'idée qu'il existe des Procaryotes à noyau commence enfin à être acceptée et reconnue. Pendant longtemps, c'était une erreur, un effet d'optique, la faute à un stagiaire qui bosse mal (mais comme y a que eux qui bossent...) mais à finalement certains admettent que la classification est un peu plus compliquée que cela, ou que du moins il y a des exceptions.

Après assister à un évènement de symbiose veut dire regarder à fort grossissement des bactéries vivantes non fixées, chose qui est rarement faite. De plus, on peut supposer que cela nécessite un état peut être particulier de la cellule. A moins de chercher absolument à recréer cet évènement (ce qui signifie chercher le bon couple de bactéries, les bonnes conditions, etc.), les chances d'observer ça par hasard dans le champ d'un microscope doivent pas être plus grandes que de gagner au Loto.

[Amanuensis]

L'idée qu'il existe des Procaryotes à noyau

J'imagine qu'il s'agit d'un oxymore "normal", genre les serpents sont des tétrapodes...

L'idée serait (par exemple) que le clade des bactéries contienne non seulement les bactéries "usuelles", mais aussi des cellules à noyau (qui ne seraient pas des membres du clade "Eucaryotes" ? C'est bien ça ?

[AurelienSTE]

Oui là aussi je ne comprends pas trop.. Des bactéries à noyaux? Donc eucaryotes...