L'analyse de l'ADN et des protéines d'un certain nombre d'animaux a révélé que la boîte à outils moléculaire du sperme est apparue chez nos ancêtres unicellulaires, il y a peut-être plus d'un milliard d'années.
La machinerie de nage du sperme a des origines anciennes
L’origine évolutive du sperme remonte à un ancêtre unicellulaire de tous les animaux vivants.
Presque tous les animaux se reproduisent en ayant une étape unicellulaire de leur cycle de vie, impliquant deux types de cellules sexuelles, ou gamètes. Les ovules sont des cellules plus grosses contenant du matériel génétique et des ressources nécessaires au développement précoce, tandis que les spermatozoïdes transportent le matériel génétique hors d'un corps, localisent un ovule et fusionnent avec lui pour créer un zygote fécondé.
« Le sperme transporte la machinerie qui permet à la vie de passer d'une génération à l'autre », explique Arthur Matte de l'Université de Cambridge. « Il conserve des traces de plus de 700 millions d'années d'évolution et est probablement lié à l'origine des animaux eux-mêmes. Nous voulions retracer cette longue histoire évolutive pour comprendre d'où viennent les spermatozoïdes. »
Matte et ses collègues ont utilisé des ensembles de données scientifiques ouvertes contenant des informations sur les protéines qui composent le sperme de 32 espèces animales, dont les humains. Ils ont ensuite combiné ces données avec les génomes de 62 organismes, y compris certains groupes unicellulaires liés aux animaux, leur permettant ainsi de retracer la diversification des spermatozoïdes à travers les lignées animales.
Ils ont découvert qu’une « boîte à outils sur le sperme » composée d’environ 300 familles de gènes constituait le génome central du dernier spermatozoïde commun universel.
« Nous avons pu constater qu'une grande partie de la machinerie spermatique avait connu des innovations majeures avant même l'existence des animaux multicellulaires, bien avant les spermatozoïdes eux-mêmes », explique Matte.
Cela suggère que la machinerie spermatique, « un flagelle poussant autour d’une seule cellule », avait déjà évolué avant l’émergence de la vie animale multicellulaire, dit-il.
Cela implique que nos lointains ancêtres étaient autrefois tous des cellules uniques nageant dans l’océan et que la boîte à outils du sperme a d’abord pris forme chez un ancêtre unicellulaire nageant, bien avant que les animaux n’existent.
« Au fur et à mesure que les animaux ont développé la multicellularité et la spécialisation cellulaire, ils n'ont pas inventé le sperme à partir de zéro ; ils ont réutilisé le plan corporel de ces ancêtres nageurs comme base pour le sperme », explique Matte. « En d'autres termes, le sperme n'est pas une nouvelle invention tape-à-l'œil de la vie multicellulaire ; il est construit sur un plan corporel unicellulaire réutilisé pour la reproduction. »
L'étude a également révélé que les innovations qui ont conduit à l'immense diversité des spermatozoïdes modernes ont principalement modifié la tête de la cellule, tandis que la queue a peu changé depuis l'ancêtre commun.
Il existe de nombreux modes de fécondation différents, certains spermatozoïdes rencontrant des ovules à l'intérieur d'un corps et d'autres nageant en pleine mer, explique Adria LeBoeuf, membre de l'équipe, également à l'Université de Cambridge. « Trouver un œuf dans ces différents environnements sera différent et nécessitera des machines différentes », dit-elle. « Mais où que vous soyez, vous devrez quand même nager, donc la queue est assez conservée. »
« C'est un bel exemple de la façon dont l'évolution fonctionne pour remodeler ce qui existe plutôt que d'inventer des mécanismes à partir de zéro », déclare Jenny Graves de l'Université La Trobe à Melbourne, en Australie.
