Une étude révolutionnaire révèle qu'une créature simple d'il y a 700 millions d'années, l'ancêtre de tous les bilatériens, a établi un plan corporel et un héritage génétique qui ont considérablement influencé la trajectoire évolutive d'animaux complexes grâce à l'adaptation spécialisée de gènes anciens. L'image ci-dessus représente un éphémère, l'une des 20 espèces étudiées dans l'article. Crédit : Isabel Almudi
Les événements de duplication génétique il y a des centaines de millions d’années ont contribué à des innovations évolutives telles que le vol des insectes, le camouflage des poulpes et la cognition humaine.
Il y a 700 millions d’années, une créature remarquable est apparue pour la première fois. Même s'il n'était peut-être pas très intéressant à regarder selon les normes actuelles, l'animal avait un devant et un dos, un haut et un bas. Il s’agissait d’une adaptation révolutionnaire à l’époque, qui établissait le plan corporel de base dont la plupart des animaux complexes, y compris les humains, hériteraient éventuellement.
Cet animal discret résidait dans les anciennes mers de la Terre, rampant probablement le long des fonds marins. C'était le dernier ancêtre commun des bilatériens, un vaste supergroupe d'animaux comprenant vertébrés (poissons, amphibiens, reptiles, oiseaux et mammifères), et invertébrés (insectes, arthropodes, mollusques, vers, échinodermes et bien d'autres).
À ce jour, plus de 7 000 groupes de gènes peuvent être retracés jusqu'au dernier ancêtre commun des bilatériens, selon une étude portant sur 20 bilatériens différents. espèces y compris les humains, les requins, les éphémères, les mille-pattes et les poulpes. Les résultats ont été réalisés par des chercheurs du Centre de régulation génomique (CRG) de Barcelone et ont été récemment publiés dans la revue Écologie de la nature et évolution.
Évolution des gènes et spécialisation
Remarquablement, l’étude a révélé qu’environ la moitié de ces gènes ancestraux ont depuis été réutilisés par des animaux pour être utilisés dans des parties spécifiques du corps, en particulier dans le cerveau et les tissus reproducteurs. Les résultats sont surprenants car les gènes anciens et conservés remplissent généralement des fonctions fondamentales et importantes qui sont nécessaires dans de nombreuses parties du corps.
Lorsque les chercheurs ont regardé de plus près, ils ont découvert qu’une série d’erreurs fortuites de « copier-coller » au cours de l’évolution bilatérale étaient à l’origine de cette situation. Par exemple, il y a eu un moment important au début de l’histoire des vertébrés. Un ensemble de gènes spécifiques à un tissu sont apparus pour la première fois, coïncidant avec deux événements de duplication du génome entier. Les animaux pourraient en conserver un exemplaire pour leurs fonctions fondamentales, tandis que le deuxième exemplaire pourrait être utilisé comme matière première pour l’innovation évolutive. Des événements comme ceux-ci, à différents degrés d’échelle, se sont produits constamment tout au long de l’arbre évolutif bilatéral.
« Nos gènes sont comme une vaste bibliothèque de recettes qui peuvent être concoctées différemment pour créer ou modifier des tissus et des organes. Imaginez que vous vous retrouviez avec deux exemplaires d'une recette de paella par accident. Vous pouvez conserver et profiter de la recette originale pendant que l'évolution modifie la copie supplémentaire pour qu'elle fasse du risotto à la place. Imaginez maintenant que l’intégralité du livre de recettes soit copiée – deux fois – et les possibilités d’évolution qu’il ouvre. L’héritage de ces événements, qui ont eu lieu il y a des centaines de millions d’années, perdure aujourd’hui chez les animaux les plus complexes », explique Federica Mantica, auteur de l’article et chercheuse au Centre de régulation génomique (CRG) de Barcelone.
Fonctions des gènes spécialisés selon les espèces
Les auteurs de l'étude ont trouvé de nombreux exemples de nouvelles fonctions spécifiques aux tissus rendues possibles par la spécialisation de ces gènes ancestraux. Par exemple, le TESMIN et tombeau Les gènes, issus du même ancêtre, ont fini par jouer indépendamment un rôle spécialisé dans les testicules, tant chez les vertébrés que chez les insectes. Leur importance est soulignée par le fait que des problèmes liés à ces gènes peuvent perturber la production de spermatozoïdes, affectant ainsi la fertilité des souris et des mouches des fruits.
La spécialisation des gènes ancestraux a également jeté les bases du développement de systèmes nerveux complexes. Par exemple, chez les vertébrés, les chercheurs ont découvert des gènes essentiels à la formation de gaines de myéline autour des cellules nerveuses, essentielles à la transmission rapide du signal nerveux. Chez les humains, ils ont également identifié FGF17qui jouerait un rôle important dans le maintien des fonctions cognitives jusqu’à un âge avancé.
Chez les insectes, des gènes spécifiques se sont spécialisés dans les muscles et dans l’épiderme pour la formation des cuticules, contribuant ainsi à leur capacité à voler. Dans la peau des poulpes, d’autres gènes se sont spécialisés pour percevoir les stimuli lumineux, contribuant ainsi à leur capacité à changer de couleur, à se camoufler et à communiquer avec d’autres poulpes.
En étudiant l'évolution des espèces au niveau tissulaire, l'étude démontre que les changements dans la manière dont les gènes sont utilisés dans différentes parties du corps ont joué un rôle important dans la création de caractéristiques nouvelles et uniques chez les animaux. En d’autres termes, lorsque les gènes commencent à agir dans des tissus spécifiques, cela peut conduire au développement de nouveaux traits ou capacités physiques, qui contribuent finalement à l’évolution animale.
« Notre travail nous amène à repenser les rôles et les fonctions que jouent les gènes. Cela nous montre que les gènes essentiels à la survie et préservés pendant des millions d’années peuvent également acquérir très facilement de nouvelles fonctions au cours de l’évolution. Cela reflète l'équilibre de l'évolution entre la préservation des rôles vitaux et l'exploration de nouvelles voies », conclut Manuel Irimia, professeur de recherche à l'ICREA, co-auteur de l'article et chercheur au Centre de régulation génomique.
