Théorie de l'endosymbiose

Définition

La théorie de l'endosymbiose (théorie endosymbiotique) indique que les mitochondries et les chloroplastes des cellules eucaryotes étaient autrefois des bactéries aérobies (procaryotes) ingérées par une grande bactérie anaérobie (procaryote). Cette théorie de l'endosymbiose explique l'origine des cellules eucaryotes. Les mitochondries et les chloroplastes ont une double membrane (la membrane interne des mitochondries aurait été initialement la membrane unique du procaryote ingéré).

Illustration de la théorie endosymbiotique avec une moisissure :

La théorie de l'endosymbiose est parfaitement illustrée avec les moisissures visqueuses qui sont un excellent exemple de coopération entre les cellules. Elles peuvent vivre séparément en tant que cellules individuelles, mais se rassemblent pour effectuer des comportements spéciaux.

Explications

L'endosymbiose est une théorie peu considérée lors de sa proposition initiale. Depuis longtemps, il a été observé que les plastes et les mitochondries se multiplient par bipartition comme les procaryotes : c'est ce qui a conduit Schimper (1883) à envisager, dès la fin du 19^ème siècle, l'origine endosymbiotique des plastes.

De même, Mereschkowsky, dès 1905, a suggéré que les algues de type cyanobactéries (ou "algues bleues") puissent être à l'origine des plastes. Cette théorie, venue d'Europe de l'Est à une période de tension politique avec l'Ouest et dans un occident dominant la pensée scientifique, ne fut pas prise en considération (Sapp, 1994).

Par la suite, ses rares défenseurs comme le Français Portier, dans les années 1920, ne furent pas pris au sérieux non plus (Sapp, 1994). Pour ces raisons, tenant au contexte de l'poque, mais aussi en l'absence de possibilités expérimentales de démonstration scientifique rigoureuse, ces auteurs n'avaient pas été suivis.

Ultérieurement, avec l'arrivée de nouvelles techniques et dans un contexte scientifique plus ouvert, cette théorie fut remise sur le devant de la scène, notamment par Sagan (1967) puis Margulis (1970).

Voir aussi l'hypothèse de l'origine endosymbiotique.

Les cellules eucaryotes peuvent avoir évolué lorsque plusieurs cellules se sont réunies en une seule. Ils ont commencé à vivre dans ce que nous appelons des relations symbiotiques. La théorie qui explique comment cela a pu intervenir s'appelle la théorie endosymbiotique. Un endosymbiote est un organisme qui vit à l'intérieur d'un autre. Toutes les cellules eucaryotes, comme la vôtre, sont des créatures constituées de parties d'autres créatures.

La mitochondrie et le chloroplaste sont tous deux des organites qui étaient autrefois des cellules libres. C'étaient des procaryotes qui se sont retrouvés à l'intérieur d'autres cellules (cellules hôtes). Ils peuvent avoir rejoint l'autre cellule en étant mangés (un processus appelé phagocytose), ou peut-être étaient-ils des parasites de cette cellule hôte.

Plutôt que d'être digérée par la cellule hôte ou de la tuer, la cellule interne a survécu et ensemble, elles ont prospéré. C'est un peu comme un propriétaire et un locataire. La cellule hôte fournit un endroit confortable et sûr pour vivre et l'organite paie un loyer en produisant de l'énergie que la cellule hôte peut utiliser. Cela est intervenu il y a longtemps et, au fil du temps, l'organite et la cellule hôte ont évolué ensemble.

Désormais, l'un ne pourrait exister sans l'autre. Aujourd'hui, ils fonctionnent comme un seul organisme, mais nous pouvons encore trouver des preuves du passé de vie libre des organites si nous regardons de près.

Hypothèse de l'origine endosymbiotique

L'hypothèse de l'origine endosymbiotique est un modèle de l'évolution des eucaryotes, respectant la théorie de l'évolution, selon lequel des organites auraient comme origine de petites cellules procaryotes vivant à l'intérieur d'un hôte procaryote plus grand. Cette hypothèse a trait avec l'endosymbiose et la théorie de l'endosymbiose.

Toutefois, il y a le problème du gène de la Rubisco (ribulose biphosphate carboxylase), une famille de gènes qui entre en conflit avec l'hypothèse endosymbiotique.

Dès 1883, le botaniste Andreas Schimper examinait les organites plastidiques des cellules végétales à l'aide d'un microscope. Il regarda les plastes se diviser et remarqua quelque chose d'étrange. Le processus ressemblait beaucoup à la division de certaines bactéries libres.

Au cours des années 1950–1960, les scientifiques ont découvert que les mitochondries et les plastes à l'intérieur des cellules végétales avaient leur propre ADN. Il était différent du reste de l'ADN des cellules végétales. Lorsque les scientifiques ont examiné de plus près les gènes de l'ADN mitochondrial et plastidique, ils ont découvert que les gènes ressemblaient davantage à ceux des procaryotes. Cela nous indique que les organites sont plus étroitement liés aux procaryotes.

Hypothèse de la théorie endosymbiotique :

Cette figure illustre l'origine endosymbiotique des mitochondries et des chloroplastes. Les protoeucaryotes (protéobactéries), à l'origine phagocytées pour leur valeur nutritive par les premiers eucaryotes, ont finalement évolué en mitochondries. Les cyanobactéries photosynthétiques ont également été phagocytées par les eucaryotes et ont finalement formé des chloroplastes. Étant donné que les plantes ont à la fois des mitochondries et des chloroplastes, les cellules végétales ont généralement des concentrations plus élevées de mélatonine que les cellules animales.

Les chloroplastes verts de cette cellule sont maintenant une partie essentielle des cellules végétales, mais ils ont évolué à partir d'un organisme totalement différent de la cellule végétale. On pense que le chloroplaste a évolué à partir d'une cellule cyanobactérienne qui a réussi à survivre aux défenses de la cellule.

Nous savons que plusieurs membranes entourent également les organites. Si nous regardons les molécules de ces membranes, elles ressemblent aux membranes qui entourent les procaryotes modernes vivant en liberté.

Ainsi, les organites ont leur propre ADN et leurs gènes sont très similaires aux gènes des procaryotes modernes. Ils ont des membranes qui ressemblent à celles des procaryotes, et ils semblent également se diviser et se répliquer de manière similaire. Si une cellule eucaryote perd un organite, elle ne peut pas le refaire. Chaque cellule eucaryote doit hériter d'au moins une copie d'un organite de sa cellule mère pour vivre.

Cela signifie que l'information génétique nécessaire à la fabrication des organites ne se trouve pas dans l'ADN de la cellule eucaryote. Toutes ces preuves soutiennent la théorie selon laquelle les organites provenaient de l'extérieur de la cellule eucaryote. Nous pensons que cela nous dit qu'ils étaient autrefois des procaryotes libres.

Les cellules eucaryotes ont de nombreuses structures que l'on ne trouve pas dans les cellules procaryotes.

Une scientifique nommée Lynn Margulis a rassemblé toutes ces informations et les a publiées en 1967. Son article s'intitule "Sur l'origine des cellules miteuses". Les cellules miteuses sont des eucaryotes. Aujourd'hui, les scientifiques savent que son article est très important, mais il leur a fallu de nombreuses années avant d'accepter sa théorie.

Mais notre histoire de l'évolution des cellules eucaryotes est loin d'être terminée. Nous n'avons pas du tout parlé des autres structures que l'on peut trouver dans les cellules eucaryotes mais pas dans les cellules procaryotes, et de leur évolution. Ceux-ci incluent le noyau, l'appareil de Golgi, le réticulum endoplasmique, les lysosomes et le cytosquelette.

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