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4.5 : Bactéries profondément ramifiées

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    Objectifs d'apprentissage

    • Décrire les caractéristiques uniques des bactéries à ramification profonde
    • Donnez des exemples de bactéries importantes qui se ramifient profondément

    Sur un arbre phylogénétique (voir Une approche systématique), le tronc ou la racine de l'arbre représente un ancien ancêtre évolutif commun, souvent appelé le dernier ancêtre commun universel commun (LUCA), et les branches en sont les descendants évolutifs. Les scientifiques considèrent que les bactéries profondément ramifiées, telles que le genre Acetothermus, sont les premières de ces formes de vie autres que Luca produites par évolution il y a environ 3,5 milliards d'années. Lorsqu'elles sont placées sur l'arbre phylogénétique, elles proviennent de la racine commune de la vie, profonde et proche de la racine LUCA, d'où le nom de « ramification profonde » (Figure\(\PageIndex{1}\)).

    Schéma d'un arbre phylogénétique. À la base se trouve le label LUCA qui se divise en deux branches. La branche de gauche est la bactérie, la branche de droite se ramifie à nouveau pour former les archées et les eucaryas. La branche la plus basse de la bactérie est l'acétotherme (qui est étoilé). Les branches situées au-dessus comprennent (de bas en haut) : aquifex, thermotoga, bactéries filamenteuses vertes, bactéroïdes, cytophages, planctomyces, Gram positifs, cyanobactéries, porteiobactéries et spirochètes. Branches des arcaea de bas en haut : pyrodicticum, thermoproteus, thermococcus, methanococcus, methanobacterium, methanosarcina et halophies. Branches de l'Eucarya de bas en haut : diplomonades, microsporidies, trichomonas, flagellés, entamibes, moisissures visqueuses, ciliés, plantes, animaux et champignons.
    Figure\(\PageIndex{1}\) : L'étoile de cet arbre phylogénétique montre la position de la bactérie profondément ramifiée Acetothermus. (crédit : modification de l'œuvre d'Eric Gaba)

    Les bactéries profondément ramifiées peuvent fournir des indices sur la structure et la fonction de formes de vie anciennes et aujourd'hui disparues. Nous pouvons émettre l'hypothèse que les anciennes bactéries, comme les bactéries profondément ramifiées qui existent encore, étaient des thermophiles ou des hyperthermophiles, c'est-à-dire qu'elles prospéraient à des températures très élevées. Acetothermus paucivorans, une bactérie anaérobie à Gram négatif découverte en 1988 dans les boues d'épuration, est un thermophile qui pousse à une température optimale de 58 °C. 1 Les scientifiques ont déterminé qu'il s'agit de la bactérie ramifiée la plus profonde, ou de la plus proche parente évolutive du LUCA (Figure \(\PageIndex{1}\)).

    La classe des Aquificae comprend des bactéries profondément ramifiées qui sont adaptées aux conditions les plus rudes de notre planète, ressemblant à celles que l'on croyait dominer la Terre lorsque la vie est apparue pour la première fois. Les bactéries du genre Aquifex sont des hyperthermophiles qui vivent dans des sources thermales à une température supérieure à 90 °C. L'espèce A. pyrophilus se développe à proximité de volcans sous-marins et de sources thermales océaniques, où la température de l'eau (sous haute pression) peut atteindre 138 °C. Aquifex les bactéries utilisent des substances inorganiques comme nutriments. Par exemple, A. pyrophilus peut réduire l'oxygène et peut réduire l'azote dans des conditions anaérobies. Ils présentent également une résistance remarquable aux rayons ultraviolets et aux rayonnements ionisants. Ensemble, ces observations confirment l'hypothèse selon laquelle les anciens ancêtres des bactéries profondément ramifiées ont commencé à évoluer il y a plus de 3 milliards d'années, alors que la terre était chaude et dépourvue d'atmosphère, exposant les bactéries à des rayonnements non ionisants et ionisants.

    La classe des Thermotogae est principalement représentée par des bactéries gram-négatives hyperthermophiles, ainsi que par certaines bactéries mésophiles (préférant les températures modérées), anaérobies dont les cellules sont enveloppées dans une membrane externe particulière en forme de gaine appelée toge. La fine couche de peptidoglycane présente dans leur paroi cellulaire a une structure inhabituelle ; elle contient de l'acide diaminopimélique et de la D-lysine. Ces bactéries sont capables d'utiliser divers substrats organiques et de produire de l'hydrogène moléculaire, qui peut être utilisé dans l'industrie. La classe comprend plusieurs genres, dont le plus connu est le genre Thermotoga. Une espèce de ce genre, T. maritima, vit près des évents thermiques océaniques et prospère à des températures de 90 °C ; une autre espèce, T. subterranea, vit dans des réservoirs de pétrole souterrains.

    Enfin, la bactérie profondément ramifiée Deinococcus radiodurans appartient à un genre dont le nom est dérivé d'un mot grec signifiant baie terrible. Surnommé « Conan la bactérie », D. radiodurans est considéré comme un polyextrêmophile en raison de sa capacité à survivre dans de nombreuses conditions extrêmes : chaleur extrême, sécheresse, vide, acidité et radiation. Il doit son nom à sa capacité à résister à des doses de rayonnements ionisants qui tuent toutes les autres bactéries connues ; cette capacité particulière est attribuée à certains mécanismes uniques de réparation de l'ADN.

    Micrographie de quatre cellules rondes formant un carré.
    Figure\(\PageIndex{1}\) : Deinococcus radiodurans, ou « Conan la bactérie », survit dans les conditions les plus rudes de la planète.

    Résumé

    • Les bactéries profondément ramifiées sont phylogénétiquement les formes de vie les plus anciennes, étant les plus proches du dernier ancêtre commun universel.
    • Les bactéries profondément ramifiées comprennent de nombreuses espèces qui prospèrent dans des environnements extrêmes censés ressembler aux conditions de la Terre il y a des milliards d'années.
    • Les bactéries profondément ramifiées sont importantes pour comprendre l'évolution ; certaines d'entre elles sont utilisées dans l'industrie

    Notes

    1. 1 G. Dietrich et coll. « Acetothermus paucivorans, gen. nov., sp. Nov., une bactérie thermophile strictement anaérobie issue des boues d'épuration, fermentant des hexoses en acétate, en CO 2 et en H 2. » Microbiologie systématique et appliquée 10 no 2 (1988) :174—179.