vignette|Hypothèse des colonies multicellulaires de flagellés, proposée par Haeckel en 1874.. Les organismes multicellulaires sont les êtres vivants possédant plusieurs cellules, proches spatialement et interagissant fortement. Ils sont présents dans l'ensemble du monde vivant, et sont particulièrement nombreux chez les Eucaryotes (Végétaux, Métazoaires, etc.). L'apparition des premiers organismes multicellulaires date d'au moins 2,1 milliards d'années.. Seules cinq lignées majeures auraient développé une multicellularité complexe qui est cependant apparue au moins 25 fois au cours de l'évolution ., par des mécanismes différents, probablement en raison des avantages sélectifs qu'elle confère, comme la possibilité d'une augmentation de la taille de l'organisme ou d'une spécialisation des différentes cellules. La multicellularité entraîne cependant l'apparition de conflits génomiques et de lignées cellulaires égoïstes, telles que les tumeurs. Ces conflits peuvent se résoudre par l'apparition de mécanismes de prévention contre ces cellules tricheuses, ou encore par un retour à l'unicellularité.
Multicellularité
Définition
La multicellularité est définie comme étant la possession de plusieurs cellules chez un organisme vivant. Par contre, une coordination d’au moins une fonction est nécessaire pour qualifier un organisme de multicellulaire. Donc, par exemple, nous ne pouvons qualifier une colonie de bactéries comme étant multicellulaire, car il existe un manque de coordination entre cellules malgré une démonstration occasionnelle de croissance organisée. De plus, chez les organismes multicellulaires, il existe une différenciation cellulaire dans le but d'assurer des tâches différentes.
Organismes multicellulaires primitifs La multicellularité est apparue de façon indépendante au moins 25 fois dont chez les procaryotes (chez les cyanobactéries, les myxobactéries, etc.). Par contre, la multicellularité complexe est seulement apparue dans six groupes eucaryotes : les animaux, les champignons, les algues brunes, rouges et vertes ainsi que chez les plantes.. L’apparition de la première multicellularité, dont des fossiles datant de l’ère protérozoïque, peut être datée à environ 2.1 milliards d’annéesGrypania spiralis. Il s'agit d'un organisme en forme de tube d’environ , considéré comme le premier organisme multicellulaire, même si on manque d’information pour le considérer de façon certaine comme un organisme multicellulaire. Certains scientifiques le considèrent comme étant soit une colonie de bactéries, soit la première algue eucaryote. Une étude approfondie et la découverte d’autres fossiles permettront de mieux comprendre cet organisme et de le classer avec certitude.
Perte de la multicellularité La multicellularité a pu disparaitre dans certains groupes comme les champignons.
Classification de la multicellularité chez les organismes La multicellularité, étant apparue plusieurs fois au cours de l’évolution de la vie, peut être classée selon trois aspects du phénotype cellulaire: le premier aspect est la date de l’apparition. Le second, le mécanisme par lequel la multicellularité est apparue. Enfin, il y a le niveau de complexité atteint par l’organisme multicellulaire. Histoire Les organismes multicellulaires ont évolué au moins 25 fois à partir d'ancêtres unicellulaires au cours de la vie..
L'émergence d'une première vie multicellulaire complexe et organisée est attestée dans des roches précambriennes du Gabon datées de d'années (Gabonionta). Cette forme de vie, probablement favorisée par l'oxygénation paléoprotérozoïque de la biosphère terrestre consécutive à la Catastrophe de l'oxygène et par la fin de la Glaciation huronienne, semble néanmoins s'être éteinte sans avoir eu de descendance, peut-être en raison d'une euxinisation de son milieu..
La vie pluricellulaire mettra ensuite plus d'un milliard et demi d'années à réapparaître et prospérer de manière incontestable, avec l'Explosion cambrienne.
Données disponibles
Fossiles multicellulaire
Organismes contemporains multicellulaire
Organismes unicellulaires à vestiges multicellulaire
Méthodes d'études
Biologie comparative L’étude de l’apparition de la multicellularité s’est fait par deux méthodes. La première est la biologie comparative. C'est une approche multidisciplinaire visant à comprendre la diversité des organismes. Ceci est fait en étudiant la variation naturelle et la disparité des morphologies ainsi que certains mécanismes biologiques. Pour ce qui est des organismes multicellulaires, la biologie comparative compare les organismes multicellulaires et les organismes unicellulaires et détermine les différences majeures en termes de structure et de réactions biochimiques. Ainsi, en observant et notant ces différences majeures, les scientifiques sont capables de retirer de l’information concernant les changements qui ont mené à l’apparition de la multicellularité dans un monde dominé par les organismes unicellulaires.
Expérimentation . Deuxièmement, nous retrouvons l’étude par expérimentation. Ceci vise à reproduire les conditions primitives de la Terre. Son but est de déterminer ce qui a influencé, ce qui a catalysé la transition et de reproduire l’évènement dans le but de confirmer/comprendre l’apparition de la multicellularité.
Différentes apparitions de la multicellularité L'évolution vers la multicellularité peut se produire par agrégation (des cellules génétiquement distinctes s'unissent) ou par clonalité (des cellules génétiquement identiques restent liées après la division cellulaire). Ces deux voies reflètent des pressions de sélection et des trajectoires évolutives différentes. En 2026, une étude du choanoflagellé Choanoeca flexa montre qu'il forme des feuillets cellulaires monocouches, mobiles et contractiles, de manière purement clonale, purement agrégative ou par une combinaison des deux processus, en fonction de la salinité...
Chez les eubactéries La multicellularité est apparue au moins trois fois de manières indépendantes chez les eubactéries : chez les Myxobacteria, chez les Actinobacteria et chez les Cyanobacteria.. La plupart des espèces de ces trois groupes possèdent au moins une phase de vie multicellulaire. Par ailleurs, certains auteurs considèrent qu'un grand nombre de colonies bactériennes peuvent être considérées comme multicellulaires, compte tenu de l'importance de la communication entre les différentes cellules et la coordination de leurs actions.. Chez les Eubactéries, l’apparition de la multicellularité est considérée comme étant une réponse induite due à un stimulus environnemental. La date de l’apparition de la multicellularité peut être tracée à environ 900 millions d’années chez les myxobactéries (un groupe de bactéries vivant dans le sol, se nourrissant de substances organiques insolubles; aussi connues comme « slime bacteria »). Chez les cyanobactéries, l’apparition de la multicellularité date d'environ 2.5 - 2.1 milliards d’années. Chez les actinobactéries, un phylum de bactéries gram-positives terrestre et aquatique, l’apparition de la multicellularité est presque aussi vieille que chez les cyanobactéries. Même si nous observons une apparition de la multicellularité très tôt chez les Eubactéries (1+ milliards d’années), il est important à noter que chez certains groupes, tels les algues vertes de la famille des Volvocaceae, son apparition remonte à seulement 500 millions d’années.
Chez les archées On trouve certaines espèces d'archées, du genre Methanosarcina, formant des groupes de cellules se liant entre elles après la division. Ces espèces, anaérobies obligatoires, pourraient bénéficier de la multicellularité en protégeant les cellules les plus au centre d'un trop fort taux de dioxygène dans le milieu extérieur. Par contre, considérant le fait que la membrane de la plupart des archéobactéries ne possède pas d’organelles , qui sont typiques et utiles dans l’accomplissement de tâches plus complexes et spécialisées, l’apparition de la multicellularité est limitée aux espèces du genre methanosarcina. Aucune autre apparition d’organismes multicellulaires à partir d’archées ne peut être notée ou décelée à travers les études génétiques et évolutives en cours. Il faut quand même noter que même s'il n’y a eu qu’une apparition chez les archées, vu qu’ils sont le domaine le plus proche des eucaryotes, phylogénétiquement parlant, il est fort possible que plus loin à travers l’évolution, nous allons observer une autre divergence créant une nouvelle lignée d’organismes multicellulaires.
Chez les eucaryotes La multicellularité est apparue de nombreuses fois de manières indépendantes chez les eucaryotes. Si la multicellularité des Métazoaires semble monophylétique, ce n'est probablement pas le cas de celle des plantes ou des champignons. Ainsi, on trouve des organismes multicellulaires chez les Opisthokonta (Metazoa, certains Mycota et certains Choanomonada), chez les Amoebozoa, chez les Archaeplastida (Embryophytes, certains autres Chlorophyta et certains Rhodophyta), chez les Stramenopila (certains Oomycota, certains Phaeophyceae et de rares formes multicellulaires chez les Bacillariophyta), chez certains Excavata et chez les Alveolata (rares formes multicellulaires chez les Ciliophora). On ne retrouve pas de forme coloniale ou multicellulaire chez les Rhizaria et les Excavata.
Plusieurs théories sont proposées pour expliquer l'origine des métazoaires. La théorie symbiotique présume que des cellules indépendantes ont développé une relation symbiotique si étroite qu'elles ont perdu leur autonomie et ont dû se regrouper en amas cellulaires, s'agglutinant grâce à des protéines de type collagène. La théorie coloniale suggère que les métazoaires dérivent de colonies de ChoanoflagellésCette hypothèse s'appuie sur deux arguments : présence d'un ou de plusieurs flagelles sur les spermatozoïdes ; larve planula qui apparaît dans le cycle de vie de divers métazoaires inférieurs.. La théorie syncytiale ou plasmodiale fait dériver les métazoaires d'un protozoaire multinucléé qui devient pluricellulaire, en compartimentant sa masse par des cloisons formant autant de cellules qu'il y a de noyaux.
Mécanismes évolutifs Hypothèses et théories des mécanismes sous-jacents menant à la formation de la multicellularité :
La théorie symbiotique Cette théorie suggère que les premiers organismes multicellulaires sont apparus grâce à la symbiose de plusieurs organismes unicellulaires avec chacun un rôle spécifique différent. La symbiose est définie comme étant une interaction de longue durée entre deux organismes. Cette relation est habituellement positive. Au fil du temps, ces organismes sont devenus tellement dépendants l’un de l’autre qu’ils ne pourraient point survivre individuellement, menant ainsi à l’incorporation de leur génome en un plus grand génome d’un organisme multicellulaire. Donc, chaque ancien organisme aurait servi à créer une nouvelle lignée de cellules spécialisées dans l’organisme multicellulaire. Ce genre de relation co-dépendante entre espèces est observable à travers la nature. Par contre, cette théorie pose aussi un certain problème. Le mécanisme par lequel les génomes séparés des deux anciens individus pourraient fusionner pour créer un nouveau génome reste encore un mystère. Aucun mécanisme pouvant décrire ce genre de phénomène n’a été découvert à travers les organismes multicellulaires. Même si la symbiose a déjà été observée au fil de l’évolution (mitochondries chez les eucaryotes, chloroplastes chez les cellules végétales), elle est extrêmement rare et improbable. De plus, dans les exemples cités ci-dessus, chaque élément a retenu une certaine distinction du génome primaire. Ainsi, nous savons que la mitochondrie a son propre génome codant ses propres protéines.
La théorie de la cellularisation syncytiale