Similitudes entre les bactéries et les organites semi-autonomes
Puisque l’hypothèse symbiotique stipule que les mitochondries et les chloroplastes sont nés de l’entrée de bactéries dans une cellule eucaryote pour former une relation symbiotique, les similitudes entre les bactéries et ces organites semi-autonomes montrent des preuves solides que cette hypothèse est correcte.
- Fonction
Les mitochondries partagent des caractéristiques très similaires avec les bactéries pourpres-aérobies. Elles utilisent toutes deux l’oxygène dans la production d’ATP, et elles le font en utilisant le cycle de Kreb et la phosphorylation oxydative. (Mitochondries à gauche et bactéries aérobies violettes à droite)
Les chloroplastes sont très similaires aux bactéries photosynthétiques en ce sens qu’ils possèdent tous deux des chlorophylles très semblables qui exploitent l’énergie lumineuse pour la convertir en énergie chimique. (Chloroplaste à gauche et bactéries photosynthétiques à droite)
Bien qu’il existe de nombreuses similitudes entre les mitochondries et les bactéries aérobies violettes et les chloroplastes et les bactéries photosynthétiques, elles semblent être légères et être apparues au cours de l’évolution.
- Taille
La taille des mitochondries et des chloroplastes par rapport aux bactéries est une autre observation simple qui soutient l’hypothèse endosymbiotique. La taille des mitochondries, des chloroplastes et des procaryotes (bactéries) varie de un à dix microns environ. (1 micron=1X10-6 Mètres) Cela semble très basique, mais s’il y avait une grande différence de taille entre ces trois composants, l’hypothèse semblerait fausse.
- ADN, ARN, ribosomes et synthèse des protéines
Le premier élément de preuve qui devait être trouvé pour soutenir l’hypothèse endosymbiotique était de savoir si les mitochondries et les chloroplastes ont ou non leur propre ADN et si cet ADN est similaire à l’ADN bactérien. Il a été prouvé par la suite que cela était vrai pour l’ADN, l’ARN, les ribosomes, la chlorophylle (pour les chloroplastes) et la synthèse des protéines. Cela a fourni la première preuve substantielle de l’hypothèse endosymbiotique. Il a également été déterminé que les mitochondries et les chloroplastes se divisent indépendamment de la cellule dans laquelle ils vivent.
Les mitochondries ayant leur propre ADN et se divisant indépendamment de la cellule est ce qui fait qu’en fin de compte, seul l’ADN mitochondrial est hérité par la mère puisque seule une cellule œuf a de l’ADN alors qu’un spermatozoïde n’en a pas. (Cette relation prouve également que les caractéristiques découvertes des mitochondries sont vraies.)
Ce niveau d’indépendance des organites semi-autonomes montre qu’ils ne sont pas très liés au noyau ou aux autres organites d’une cellule eucaryote. Comme ils ne sont pas apparentés, il semble encore plus probable que les mitochondries et les chloroplastes étaient à l’origine des bactéries qui ont pénétré dans la cellule eucaryote par endocytose pour former une relation symbiotique.
Pulsion évolutive
Les scientifiques (en particulier Lynn Margulis) ont alors commencé à penser que si les mitochondries et les chloroplastes étaient véritablement des bactéries qui ont été introduites dans les cellules eucaryotes par endocytose, il devait y avoir une impulsion historique pour promouvoir cette relation symbiotique. Il y a environ 3,8 milliards d’années, il n’existait que des bactéries anaérobies, car l’atmosphère terrestre ne contenait pas d’oxygène. Les premières bactéries photosynthétiques sont apparues il y a environ 3,2 milliards d’années et ont commencé à produire de grandes quantités d’oxygène comme sous-produit de la photosynthèse. L’oxygène est très toxique pour les cellules et, par conséquent, ces bactéries photosynthétiques anaérobies sont devenues moins efficaces pour survivre dans leur environnement. C’est à ce moment-là que certaines des bactéries anaérobies ont évolué en bactéries aérobies. Les bactéries aérobies sont beaucoup mieux adaptées à cet environnement contenant de l’oxygène et elles utilisent même l’oxygène dans le processus de fabrication de l’ATP (une molécule qui stocke une grande quantité d’énergie facilement accessible). Un facteur important qui manquait à ces deux bactéries était la capacité d’ingérer de grandes quantités de nutriments du milieu environnant par phagocytose. Il y a environ 1,5 milliard d’années, la première cellule nucléée (l’eucaryote) est apparue au cours de l’évolution, et cette cellule avait la capacité révolutionnaire d’absorber de grandes quantités de nutriments par phagocytose. Le fait que les bactéries, qui sont très similaires aux mitochondries et aux chloroplastes, existaient avant la cellule eucaryote montre que ce sont les bactéries qui ont été intégrées dans une cellule eucaryote plutôt que les eucaryotes qui étaient entièrement séparés dans l’histoire de l’évolution. Cette chronologie donne également des preuves quant aux raisons pour lesquelles une relation symbiotique serait bénéfique.
Les bactéries photosynthétiques et aérobies ont été naturellement poussées à entrer dans cette relation parce que la cellule eucaryote fournit à la fois la protection et les nutriments, et les bactéries fournissent des moyens pour les eucaryotes d’exploiter plus d’énergie qu’ils ne pouvaient auparavant utiliser uniquement la glycolyse.
Ceci (ci-dessus) est la deuxième étape du processus de glycolyse (la seule étape qui produit réellement l’ATP), et comme vous pouvez le voir, elle ne produit que 4 ATP au total (2 ATP nets). Lorsque ce processus est combiné avec le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative (qui nécessite des mitochondries), la quantité nette d’ATP produite est de 36-38 molécules.
En engloutissant des bactéries photosynthétiques, les cellules eucaryotes pourraient alors créer des molécules de glucose qui pourraient ensuite être utilisées pour passer par les processus cataboliques dans les mitochondries, et donc, la cellule eucaryote exploite encore plus d’énergie qu’elle ne le ferait par elle-même. Le fait d’avoir autant d’énergie pour conduire les processus cellulaires rend cette nouvelle cellule eucaryote plus apte à la survie.
Double bicouche phospholipidique
Une preuve assez simple de l’hypothèse endosymbiotique est le fait que les mitochondries et les chloroplastes ont tous deux une double bicouche phospholipidique. Cela semble être dû à l’entrée des mitochondries et des chloroplastes dans les cellules eucaryotes par endocytose. Les deux violettes, les bactéries aérobies (semblables aux mitochondries) et les bactéries photosynthétiques (semblables aux chloroplastes) n’ont qu’une seule bicouche phospholipidique, mais lorsqu’elles pénètrent dans une autre cellule par endocytose, elles sont liées par une vésicule qui forme la deuxième couche de leur double bicouche phospholipidique.
Cette vidéo montre très bien le processus d’endocytose des bactéries aérobies et des bactéries photosynthétiques.