Apparus il y a plus de 1,5 milliard d’années (Ga), les eucaryotes sont des organismes dont le matériel génétique est contenu dans un noyau au sein de leur(s) cellule(s), contrairement aux procaryotes (en particulier les bactéries). Ainsi, ils comprennent de nombreux groupes : animaux, plantes, champignons et bien d’autres. Au cours des 540 derniers millions d’années (il y a des millions d’années), de nombreux eucaryotes ont survécu sous forme de fossiles. Mais avant cette date, avant l’apparition de leurs premiers représentants, leur histoire reste encore floue. Une étude publiée en août 2022 dans la revue Precambrian Research par un groupe de chercheurs chinois propose une meilleure compréhension des principaux chapitres après une revue de la littérature scientifique.
Fossiles, biomarqueurs et horloges moléculaires racontent une longue histoire
Les fossiles sont les éléments les plus importants pour reconstituer l’histoire de la vie. Cependant, l’étude des premiers eucaryotes connus se heurte à des difficultés. Premièrement, il s’agissait souvent de petits organismes, ce qui les rendait difficiles à repérer. Deuxièmement, ils ne sont pas faciles à conserver, de sorte que leurs fossiles sont relativement rares. Enfin, des structures délicates, telles que des pointes sur les parois cellulaires, considérées comme caractéristiques des eucaryotes, peuvent se décomposer avec le temps. Ces lacunes rendent difficile la recherche et l’identification de fossiles eucaryotes très anciens et ainsi la reconstitution précise d’une histoire qui pourrait s’étaler sur deux milliards d’années.
Pour tenter de compenser ces défauts, les auteurs ont identifié des traces de biomarqueurs dans la littérature scientifique. Ce sont des molécules organiques complexes, dont certaines ne sont produites que par des eucaryotes (comme les stéranes) et peuvent laisser des traces dans les roches même après des centaines de millions d’années. Leur identification signifie que dans l’environnement où la race étudiée s’est formée, il y avait des eucaryotes. Ils ont également identifié des articles scientifiques utilisant la méthode de « l’horloge moléculaire » sur les anciens eucaryotes. Il utilise le taux de mutations génétiques (considéré comme constant) entre deux groupes d’organismes. Sur cette base, vous pouvezd’estimer le temps de divergence entre ces deux groupes et, donc, de savoir quand a vécu l’ancêtre commun. Combinant fossiles, biomarqueurs et horloges moléculaires, les chercheurs ont proposé de diviser le début de l’histoire des eucaryotes (il y a 2,3 milliards d’années – 541 millions d’années) en quatre chapitres.
1) Origine « ambiguë » des eucaryotes (il y a 2,3-1,8 milliards d’années)
Bien que les fossiles d’organismes anciens soient rares, ils existent après 2 milliards d’années.
Apparus il y a plus de 1,5 milliard d’années (Ga), les eucaryotes sont des organismes dont le matériel génétique est contenu dans un noyau au sein de leur(s) cellule(s), contrairement aux procaryotes (en particulier les bactéries). Ainsi, ils comprennent de nombreux groupes : animaux, plantes, champignons et bien d’autres. Au cours des 540 derniers millions d’années (il y a des millions d’années), de nombreux eucaryotes ont survécu sous forme de fossiles. Mais avant cette date, avant l’apparition de leurs premiers représentants, leur histoire reste encore floue. Une étude publiée en août 2022 dans la revue Precambrian Research par un groupe de chercheurs chinois propose une meilleure compréhension des principaux chapitres après une revue de la littérature scientifique.
Fossiles, biomarqueurs et horloges moléculaires racontent une longue histoire
Les fossiles sont les éléments les plus importants pour reconstituer l’histoire de la vie. Cependant, l’étude des premiers eucaryotes connus se heurte à des difficultés. Premièrement, il s’agissait souvent de petits organismes, ce qui les rendait difficiles à repérer. Deuxièmement, ils ne sont pas faciles à conserver, de sorte que leurs fossiles sont relativement rares. Enfin, des structures délicates, telles que des pointes sur les parois cellulaires, considérées comme caractéristiques des eucaryotes, peuvent se décomposer avec le temps. Ces lacunes rendent difficile la recherche et l’identification de fossiles eucaryotes très anciens et ainsi la reconstitution précise d’une histoire qui pourrait s’étaler sur deux milliards d’années.
Pour tenter de compenser ces défauts, les auteurs ont identifié des traces de biomarqueurs dans la littérature scientifique. Ce sont des molécules organiques complexes, dont certaines ne sont produites que par des eucaryotes (comme les stéranes) et peuvent laisser des traces dans les roches même après des centaines de millions d’années. Leur identification signifie que dans l’environnement où la race étudiée s’est formée, il y avait des eucaryotes. Ils ont également identifié des articles scientifiques utilisant la méthode de « l’horloge moléculaire » sur les anciens eucaryotes. Il utilise le taux de mutations génétiques (considéré comme constant) entre deux groupes d’organismes. Sur cette base, vous pouvezd’estimer le temps de divergence entre ces deux groupes et, donc, de savoir quand a vécu l’ancêtre commun. Combinant fossiles, biomarqueurs et horloges moléculaires, les chercheurs ont proposé de diviser le début de l’histoire des eucaryotes (il y a 2,3 milliards d’années – 541 millions d’années) en quatre chapitres.
1) Origine « ambiguë » des eucaryotes (il y a 2,3-1,8 milliards d’années)
Bien que les fossiles d’organismes anciens soient rares, ils existent après 2 milliards d’années. Mais la plupart d’entre eux sont des procaryotes. Certains microfossiles (petits fossiles) de forme filamenteuse ou tubulaire, âgés de 2,5 à 3,5 Ga, ont été identifiés comme de possibles eucaryotes, mais ils restent trop incertains à ce jour. Les premiers vrais fossiles eucaryotes potentiels remontent à 2,1 milliards d’années. Mais là encore, leur appartenance à ce groupe reste incertaine. Ici, l’impossibilité de distinguer formellement les eucaryotes des procaryotes, voire la faible quantité de matériel fossile retrouvé, sont les principaux freins à leur identification. Ainsi, il n’existe aucune preuve indéniable de la présence d’eucaryotes avant 1,8 milliard d’années, que ce soit des traces directes avec des fossiles ou des traces indirectes avec des biomarqueurs. Cependant, l’horloge moléculaire indique l’émergence d’eucaryotes il y a environ 2,3 milliards d’années. Mais seuls des fossiles ambigus sont connus pour le moment. Cela peut s’expliquer par le fait qu’à cette époque elles étaient encore absentes, ou trop peu nombreuses, voire morphologiquement indiscernables des bactéries.
Photographie d’un mystérieux et possible fossile eucaryote découvert au Gabon en 2010. Il n’y a toujours aucune preuve permettant d’affirmer avec certitude qu’il s’agit d’un eucaryote. Crédits : Ventus55/CC BY-SA 3.0.
2) évolution lente (1,8–0,8 Ga)
C’est à cette époque que furent découverts les premiers représentants indiscutables des eucaryotes, datés d’environ 1,75 milliard d’années. Ils peuvent être reconnus par leur plus grande taille et leur structure de paroi cellulaire plus complexe (pointes, saillies, etc.) par rapport aux procaryotes. A cela s’ajoute l’identification de biomarqueurs typiques des eucaryotes datant d’il y a 1,64 milliard d’années. Ainsi, les fossiles et les traces biochimiques montrent généralement que les eucaryotes sont bien apparus peu après il y a 1,8 milliard d’années. , le groupe est toujours présent aujourd’hui. Malgré ces innovations, la biodiversité eucaryote est restée relativement faible pendant près d’un milliard d’années. Combinée à des changements mineurs dans l’environnement, cette période de temps a bien valu le surnom de « le milliard ennuyeux ».
3) Variation de la diversité (0,8 à 0,635 milliard d’années).
Les fossiles, les biomarqueurs et les horloges moléculaires montrent que la biodiversité eucaryote globale tend à augmenter autour de 800 Ma avant de décliner sérieusement et de se stabiliser autour de 720 Ma. C’est durant cette période de diversification que deux phénomènes semblent émerger. Premièrement, la biominéralisation il y a environ 810 millions d’années, c’est-à-dire la capacité des organismes à produire des structures minérales telles que des coquilles ou des os. La seconde est la découverte de trous dans certains microfossiles. Leur forme régulière et leur répartition aléatoire sur les microfossiles suggèrent une possible forme de prédation entre eucaryotes vers 750 Ma, d’où l’époque où les premières chaînes alimentaires ont commencé à se développer.
Photographie d’un microfossile précambrien (ca. 750 Ma) dont les ouvertures sont des preuves possibles de prédation. Ce serait l’une des plus anciennes traces connues de ce type d’interaction biologique chez les eucaryotes. Crédits : Suzanne M. Porter.
4) Première émission (il y a 0,635 à 0,541 milliard d’années)
C’est à ce stade que l’on observe à l’aide de fossiles une large diffusion des eucaryotes avec le développement de lignées comme les grandes algues ou les acritarches (microfossiles éteints). Les animaux apparaissent définitivement au cours de ce dernier chapitre et se diversifient considérablement vers sa fin vers 571 ma. le terme « faune édiacarienne » (Ediacaran hills en Australie, Cape Misteyken au Canada…). Ce sont les premières découvertes de grands organismes à corps mou (plusieurs centimètres) en grand nombre. Un autre fait marquant de cette étape est l’abondance d’empreintes de pas ou de terriers fossilisés, aussi appelés ichnofossiles. Ils montrent avec certitude que depuis ce temps les animaux ont enfin pu se déplacer.
Photographie d’un fossile de l’espèce Dickinsonia costata, fossile emblématique de la faune édiacarienne, vieux de 560 millions d’années. Crédits : Verisimilus/CC BY-SA 3.0.
Cette étape est le préambule de « l’explosion cambrienne » il y a 541 millions d’années, lorsque de nombreux groupes d’animaux, comme les mollusques ou les méduses, apparaissent dans les archives fossiles. Un monde plus familier émergera. Mais cela reste une autre histoire.
