1.  Des procaryotes distincts des bactéries

En 1977, le microbiologiste Carl Woese et son collègue George Fox ont réalisé une découverte majeure. En analysant l’ARN ribosomique 16S, une molécule présente chez tous les êtres vivants, ils ont montré que certains micro-organismes, jusqu’alors classés parmi les bactéries, formaient en réalité un groupe totalement différent : les archées [1].

Cette découverte a bouleversé la biologie pour trois raisons essentielles.

D’abord, elle a refondé l’arbre du vivant : avant Woese, tous les procaryotes (organismes sans noyau) étaient regroupés sous le terme « bactéries ». On sait désormais qu’il existe deux domaines procaryotes aussi éloignés l’un de l’autre que les bactéries le sont des humains. Ensuite, elle a profondément modifié notre vision de l’évolution : la diversité du vivant est plus ancienne et plus profonde qu’on ne le pensait, et les archées ne sont pas des bactéries « un peu spéciales » — elles en sont aussi différentes des bactéries que nous le sommes nous-mêmes. Enfin, elle a ouvert un nouveau champ en écologie microbienne. Les archées se trouvent partout : dans les environnements extrêmes (sources hydrothermales brûlantes, lacs hypersalés, milieux très acides), mais aussi dans les océans, les sols, les sédiments et même dans certains milieux anaérobies (sans oxygène) riches en matière organique chez les êtres vivants.

Qu’est-ce qui les distingue concrètement des bactéries ?

Les archées ne possèdent pas de peptidoglycane dans leur paroi cellulaire. Leurs lipides membranaires sont reliés par des liaisons éther (et non ester), ce qui leur confère une grande résistance aux conditions extrêmes. Surtout, leurs machineries moléculaires — ARN polymérase, mécanisme de traduction des protéines et protéines histones-like — sont beaucoup plus proches de celles des eucaryotes (les cellules à noyau, comme les nôtres) que de celles des bactéries.

Tableau 1. Comparaison cellules de type eucaryote et procaryote (voir Symbiose et évolution : à l’origine de la cellule eucaryote).

2.  Des gènes « eucaryotes » chez des microbes procaryotes

La grande révolution est venue en 2015. En analysant des sédiments prélevés près de l’évent hydrothermal Loki’s Castle (Figure 1) dans l’océan Arctique, des chercheurs ont reconstruit le génome d’un organisme jusqu’alors inconnu : Lokiarchaeota [2]. Deux ans plus tard, en 2017, une équipe suédoise a formalisé cette famille sous le nom d’archées Asgard — d’après le royaume des dieux nordiques — et dressé le premier catalogue de leurs gènes eucaryotes [3].

Ce génome contenait un nombre impressionnant de gènes jusque-là considérés comme spécifiques aux eucaryotes : par exemple des protéines du cytosquelette (le squelette interne mobile de la cellule), du système ESCRT (une machinerie qui permet à la membrane de se courber et de former des vésicules) ou de petites protéines GTPases (des interrupteurs moléculaires qui régulent de nombreux processus cellulaires). Ces gènes « eucaryotes signatures » (ESP, pour eukaryotic signature proteins) ont immédiatement suggéré un lien étroit entre ces archées et l’origine des cellules complexes.

D’autres lignées apparentées ont rapidement été identifiées (Heimdallarchaeota, Thorarchaeota, Odinarchaeota…). Ensemble, elles forment le super-groupe des archées Asgard. Grâce à la métagénomique (séquençage direct de l’ADN environnemental sans culture), les scientifiques ont pu explorer ces organismes impossibles à cultiver en laboratoire pendant longtemps.

Des cultures enrichies ont finalement été obtenues — un tour de force qui a demandé plus de dix ans de patience —, notamment Candidatus Promethearchaeum syntrophicum, premier représentant Asgard mis en culture [4], et Lokiarchaeum ossiferum. Ces cellules présentent des protrusions filamenteuses (ressemblant à des tentacules) et un cytosquelette rudimentaire, suggérant une capacité primitive à interagir avec leur environnement et d’autres microbes (Figure 2) [5]. Elles vivent souvent en syntrophie (échanges métaboliques mutuellement bénéfiques) avec des bactéries ou d’autres archées — un mode de vie qui pourrait avoir favorisé la symbiose originelle à l’origine des eucaryotes.

L’essor des techniques de métagénomique (séquençage direct de l’ADN environnemental, sans culture préalable) a permis d’explorer les innombrables organismes non cultivables en laboratoire.

Les analyses de centaines de génomes Asgard ont révélé plus de 500 gènes de signature eucaryote, impliqués notamment dans le trafic vésiculaire, l’ubiquitine, le cytosquelette (actine, profiline, et même une tubuline plus proche de la nôtre que de l’équivalent bactérien). Ces découvertes montrent que de nombreux composants clés de la cellule eucaryote existaient déjà chez des archées avant l’apparition des mitochondries.

Ces résultats suggèrent que des composants clés de la cellule eucaryote descendent directement d’homologues archéens aujourd’hui disparu et très proche des Asgard actuelles. Des études récentes sur le dernier ancêtre commun des eucaryotes (LECA) confirment que la grande majorité des gènes conservés d’origine non-mitochondriale proviennent de cette lignée Asgard, avec une contribution dominante dans la plupart des systèmes fonctionnels cellulaires [6],[7],[8] (Figure 3).

3.  Un nouveau modèle de l’origine des eucaryotes

Les données actuelles soutiennent le scénario suivant :

• Une archée de type Asgard, déjà relativement complexe avec un cytosquelette et une machinerie membranaire avancée, vivait en association étroite avec des bactéries. Elle a établi une relation symbiotique (ou a englobé) une alphaprotéobactérie qui est devenue la mitochondrie — une endosymbiose dont le principe général avait été proposé dès 1967 par la biologiste Lynn Margulis [9]. Cette endosymbiose a apporté une production d’énergie massive grâce à la respiration aérobie.
• Des transferts massifs de gènes de la bactérie vers l’hôte archéen ont suivi, enrichissant considérablement le génome. D’autres transferts horizontaux de gènes bactériens ont eu lieu avant et après cet événement. Progressivement, la cellule a développé un noyau, un trafic vésiculaire sophistiqué et la phagocytose (la capacité à engloutir des particules ou d’autres cellules), aboutissant au LECA (Last Eukaryotic Common Ancestor), l’ancêtre commun de tous les eucaryotes actuels.

Des études récentes (2026) confirment une contribution dominante des Asgard à la plupart des systèmes cellulaires conservés chez le LECA, tandis que les gènes d’origine alphaprotéobactérienne concernent principalement l’énergie et certains cofacteurs. Les autres bactéries ont apporté des contributions plus ponctuelles [10].

Pourquoi cette transition a-t-elle été si exceptionnelle ?

L’émergence des eucaryotes n’est arrivée qu’une seule fois dans l’histoire de la vie. Les Asgard montrent que l’hôte n’était pas une cellule simple et « passive », mais une cellule déjà pré-adaptée, dotée d’outils (cytosquelette, capacité à former des vésicules) qui ont permis d’intégrer durablement la mitochondrie. L’apport massif d’énergie mitochondriale a ensuite permis de maintenir un génome plus grand, de produire plus de protéines et d’atteindre une complexité inédite.

De nombreuses questions restent ouvertes : le noyau s’est-il formé pour séparer transcription et traduction face à l’afflux massif de gènes bactériens ? Les virus ont-ils joué un rôle dans les transferts de gènes ou la formation du noyau ? La position exacte de la racine eucaryote au sein de l’arbre Asgard — proche des Heimdallarchaeota ou d’un groupe encore plus proche, les Wukongarchaeota — fait elle-même l’objet d’un débat actif [11]. Les futures cultures d’Asgard et analyses génomiques continueront d’affiner ce scénario.

Les archées Asgard ont radicalement transformé notre compréhension de l’origine des eucaryotes. Loin d’être une « invention » soudaine, la cellule eucaryote apparaît comme le résultat d’une longue évolution au sein d’une lignée archéenne déjà sophistiquée, enrichie par une symbiose bactérienne décisive.  Ces découvertes, issues de la métagénomique et de cultures délicates à réaliser, nous rapprochent de nos ancêtres cellulaires les plus lointains et illustrent magnifiquement la puissance de l’évolution symbiotique dans la création de la complexité du vivant.

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Notes & références

Vignette. Promethearchaeum_syntrophicum aka Lokiarchaeota sp. MK-D1. SEM images of MK-D1 cells producing long branching membrane protrusions. Scale bars, 1 μm. [Source Imachi, H., Nobu, M.K., Nakahara, N. et al. Isolation of an archaeon at the prokaryote–eukaryote interface. Nature 577, 519–525 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1916-6, licence CC BY 4.0 via Wikimedia Commons]

[1] Woese, C. R., & Fox, G. E. (1977). Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences, 74(11), 5088–5090.

[2] Spang A, Saw JH, Jørgensen SL, Zaremba-Niedzwiedzka K, Martijn J, Lind AE, van Eijk R, Schleper C, Guy L, Ettema TJG. Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes. Nature. 2015 May 14;521(7551):173-179. doi: 10.1038/nature14447.

[3] Zaremba-Niedzwiedzka, K. et al. Asgard archaea illuminate the origin of eukaryotic cellular complexity. Nature 541, 353–358 (2017). https://doi.org/10.1038/nature21031

[4] Imachi, H., Nobu, M.K., Nakahara, N. et al. Isolation of an archaeon at the prokaryote–eukaryote interface. Nature 577, 519–525 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1916-6

[5] Rodrigues-Oliveira, T., Wollweber, F., Ponce-Toledo, R.I. et al. Actin cytoskeleton and complex cell architecture in an Asgard archaeon. Nature 613, 332–339 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y

[6] Cox R, Papoulas O, Shril S … (2026) A protein interactome for the last eukaryotic common ancestor illuminates the biochemical basis of modern genetic diseases. Cell Genomics, 2026; 6

[7] Koumandou, V. L., Wickstead, B., Ginger, M. L., van der Giezen, M., Dacks, J. B., & Field, M. C. (2013). Molecular paleontology and complexity in the last eukaryotic common ancestor. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 48(4), 373–396. https://doi.org/10.3109/10409238.2013.821444

[8] Richards TA, Eme L, Archibald JM, Leonard G, Coelho SM, de Mendoza A, Dessimoz C, Dolezal P, Fritz-Laylin LK, Gabaldón T, Hampl V, Kops GJPL, Leger MM, Lopez-Garcia P, McInerney JO, Moreira D, Muñoz-Gómez SA, Richter DJ, Ruiz-Trillo I, Santoro AE, Sebé-Pedrós A, Snel B, Stairs CW, Tromer EC, van Hooff JJE, Wickstead B, Williams TA, Roger AJ, Dacks JB, Wideman JG. Reconstructing the last common ancestor of all eukaryotes. PLoS Biol. 2024 Nov 25;22(11):e3002917. doi: 10.1371/journal.pbio.3002917. PMID: 39585925; PMCID: PMC11627563.

[9] Sagan, L. On the origin of mitosing cells. Journal of Theoretical Biology, 14(3), 225–274 (1967).

[10] Tobiasson, V., Luo, J., Wolf, Y.I. et al. Dominant contribution of Asgard archaea to eukaryogenesis. Nature 650, 141–149 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09960-6

[11] Eme, L. et al. Inference and reconstruction of the heimdallarchaeial ancestry of eukaryotes. Nature 618, 992–999 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06186-2