BOOST SVT - THÉORIE ENDOSYMBIOTIQUE

I. Des constats à l’origine de la théorie

En observant une cellule végétale au MO, on remarque la présence de chloroplastes. On peut également observer d’autres organites cytoplasmiques que sont les mitochondries, présentes chez les organismes de type animaux, champignons et chez les protistes. Les chloroplastes et les mitochondries sont des organites présents dans le cytoplasme des cellules actuelles. Elles montrent des particularités structurales, notamment une double membrane, la présence de petits ADNs circulaires et une certaine autonomie dans la réplication, dans la multiplication.

En observant en parallèle le fonctionnement de certaines cellules, on remarque des processus d’endocytoses : une cellule est capable de déformer sa membrane pour capturer un organisme qui était extracellulaire. Quand on fait le lien entre les organites actuels présents au sein des cytoplasmes des cellules végétales et animales, et la possibilité qu’ont les cellules de capturer du matériel extracellulaire, on construit la théorie endosymbiotique. « Endosymbiose » sous-entend que des cellules auraient capturé d’autres cellules par endocytose avec lesquelles elles auraient vécu en symbiose : cette relation aurait abouti à l’existence de ces organites semi-autonomes.

II. Étapes expliquant la théorie endosymbiotique

A. Étapes 1 à 2 : les premières mitochondries

On commence à plus de 2,4 Ga (milliards d’années), sachant que la vie sur Terre s’est développée il y a 3,4 Ga, avec des organismes unicellulaires chlorophylliens exclusivement aquatiques. On suppose donc qu’un organisme procaryote (sans noyau ; on parle maintenant de bactéries ou d’archées) anaérobie (avec un métabolisme qui n’utilise pas le dioxygène) aurait capturé un petit organisme aérobie (qui utilise le dioxygène, capable de faire le métabolisme respiratoire) par une déformation membranaire et l’aurait intégré dans son cytoplasme, d’où le fait que les organites possèdent une double membrane (la leur et celle de la vésicule d’endocytose). Cet organisme qui était anaérobie, grâce à cette capture, serait devenu à son tour aérobie. Ces organismes capturés seraient les premières mitochondries.

L’argument est que lorsqu’on étudie la membrane externe, la membrane interne et le contenu génétique (les ADNs circulaires qu’elle contient) d’une mitochondrie actuelle, on trouve une grande ressemblance entre cette mitochondrie (photo gauche) et les actuelles rickettsies (bactéries aérobie exclusives, photo droite). Par principe d’actualisme, on peut supposer que des bactéries qui ressemblaient aux rickettsies actuelles il y a 2,4 Ga, auraient été capturées pour former un procaryote aérobie (étape 2 du schéma).

B. Étapes 2 à 3 : la bipartition mitochondriale

Ce procaryote qui possède maintenant un organite de type mitochondrial voit ses mitochondries, qui, comme des organismes autonomes, continuer à se multiplier sans que la cellule se multiplie par bipartition mitochondriale. On fait une analogie entre cette capacité qu’ont les mitochondries de se multiplier toutes seules avec la scissiparité observée chez les procaryotes.

C. Étapes 3 à 5 : l’apparition des eucaryotes

Au cours du temps, après ce constat de la bipartition mitochondriale, on est toujours chez un organisme procaryote sans noyau. Cet organisme aurait procédé à des invaginations de la membrane externe (étape 4) ce qui aurait abouti à un proeucaryote qui deviendra un eucaryote au sens strict (étape 5). Les uucaryotes (« Eu »= vrai ; « Caryote » = noyau) ont un vrai noyau constitué d’une enveloppe nucléaire (deux membranes accolées). A l’étape 5, on a donc un eucaryote aérobie avec ses mitochondries.

D. Étapes 5 à 6 ou 6’ : l’aboutissement aux lignées actuelles

Cet eucaryote aérobie va continuer de se développer. Il aboutit selon l’étape 6’ à un organisme unicellulaire ou pluricellulaire (champignons, animaux) fait d’un noyau et de plusieurs mitochondries.

Mais à l’étape 5, cet eucaryote peut aussi avoir capturé au cours de son évolution une bactérie de type cyanobactérie actuelle visible ci-dessus à gauche, capable de réaliser le métabolisme photosynthétique avec des thylacoïdes et un petit chromosome circulaire. Capturé, il devient un nouvel organite : le chloroplaste (à droite), constitué de deux membranes, une externe et une interne. On aboutit ainsi à la lignée verte actuelle qui se caractérise par la présence de chloroplastes permettant un métabolisme photosynthétique, la présence d’une vacuole et la matrice extracellulaire de type paroi.

Conclusion

La théorie endosymbiotique permet d’expliquer l’existence d’organismes de la lignée verte avec des chloroplastes et des mitochondries, et pour les autres organismes (champignons, animaux), d’organismes avec des mitochondries exclusivement.

On a utilisé le terme semi-autonome : la multiplication de ces organites dépend en partie de la cellule totale. En effet, une partie des gènes de l’organisme ancestral qui a été capturé est passé dans le génome de l’organisme hôte, de sorte que les chloroplastes et les mitochondries dépendent en partie dans leur réplication, dans l’expression de leur génome, des gènes inclus dans le génome hôte, et donc de l’hôte. Il y a une sorte d’asservissement des organites au génome de la cellule totale.