Évolution biologique : Comment “je” est devenu “nous” pour redevenir “je” ?

Celulles-levure de bière

La majorité de la vie sur Terre existe sous forme de cellules individuelles (unicellulaires). Mais celle composée de nombreuses cellules, depuis la plus petite fourmi à l’arbre le plus haut, ont eu un impact indéniable sur notre planète. Ces créatures “multicellulaires” ont évolué à partir d’ancêtres unicellulaires, au moins 25 fois à travers l’histoire de la Terre. Ces transitions sont sans doute parmi les plus importantes dans l’évolution, mais nous avons seulement une vague idée de la façon dont elles se sont produites.

Cela a sans doute démarré comme cela : une seule cellule s’est divisée en deux et plutôt que de se séparer, elles sont restées ensemble. Cela s’est reproduit encore et encore. Finalement, les groupes de cellules individuelles deviennent des individus de cellules regroupées, évoluant comme une unité. C’est l’histoire de comment je est devenu nous, et comment nous sommes devenus je de nouveau.

Dans une nouvelle expérience passionnante, William Ratcliff, de l’Université du Minnesota a montré que cette histoire aurait pu être d’une étonnante rapidité. Dans son laboratoire, il a réussi à pousser des levures bière unicellulaires à se former en grappes multicellulaires, en quelques mois. Les amas de cellules ont évolué comme une seule. Ils ont même développé une division primitive de travail, avec certaines d’entre-elles mourant volontairement pour que les autres puissent croître et se reproduire.

Le travail de Ratcliff n’a pas pour but de récapituler comment la “multicellularité” a évolué en un groupe particulier. Elle est censée examiner les principes généraux qui régissent cette transition. Richard Lenski, un autre biologiste évolutionniste, célèbre pour ses travaux sur les bactéries, ajoute : “Ils ne disent pas que c’est arrivé dans la nature de la façon dont c’est arrivé dans leurs expériences. Le point d’évolution expérimentale est de tester des hypothèses et de regarder l’évolution en action et non pas de reproduire un évènement spécifique, d’un certain point dans un lointain passé. "

Les travaux de Ratcliff montrent que cette transition, d’une cellule à plusieurs, aurait pu arriver beaucoup plus rapidement que ce qui n’avait été envisagé jusqu’à maintenant. Pour définir sa levure dans cette voie, tout ce qu’il avait à faire était de les laisser couler. Dans un tube de liquide, les bouquets de levures se déposent plus rapidement que les cellules individuelles. En choisissant et en cultivant les cellules qui coulaient le plus rapidement, Ratcliff a sélectionné celles qui ont tendance à s’agglutiner.

Beaucoup de microbes unicellulaires s’agglutinent ensemble pour créer des entités multicellulaires, des bactéries prédatrices comme le Mxyococcus, aux amibes collectives (Myxomycètes) Dictyostelium  (une très jolie vidéo dans mon article les décrivant : les plus petits, par la taille, agriculteurs du monde). Les cellules de levure peuvent parfois aussi le faire, ils forment des touffes appelées “flocs”. Ratcliff dit : "mon souhait original était que cette floculation allait évoluer, mais ce n’est pas ce que nous avons vu."

Dans les 60 jours, la levure a évolué en grappes de nombreuses cellules, rayonnant dans les microscopiques “flocons”. Contrairement aux flocs, ces flocons ne sont pas des amas de cellules indépendantes. Ils ont été formés par des cellules génétiquement identiques qui ont grandi et se sont divisé, mais jamais séparés. C’est similaire à ce qui se passe dans notre propre corps. Une seule cellule, un ovule fécondé, grandit et se divise en milliers de milliards de cellules sans jamais se séparer.

De nombreuses autres études ont montré que cet agglutinement aurait fourni des avantages pour les cellules individuelles. “Nous pouvons être assez confiants que, dès le début, une grande taille était bénéfique”, dit Ratcliff. En grappe, les cellules individuelles absorbent mieux les nutriments de leur environnement, survivant aux conditions difficiles, ou pour échapper aux prédateurs.

Mais ces études n’ont fait allusion qu’aux conditions qui encouragent les cellules à rester en groupe. Les expériences de Ratcliff évoquent quelque chose de plus subtil et de plus important : le passage de groupes de cellules distinctes à de vrais individus multicellulaires.

Les flocons se comportaient comme de véritables organismes multicellulaires. Ils ont eu un cycle de vie simple avec un stade juvénile, quand ils grandissaient sans entrave, et un stade adulte, quand ils atteignaient une certaine taille et se divisaient en un grand flocon parent d’un plus petit flocon.

Développement de flocons de levure multicellulaires (Will Ratcliff) :

Ratcliff pourrait même réguler ces étapes. S’il cultivait uniquement les flocons qui se sont installés plus rapidement, il en obtenait de plus grands qui se sont beaucoup développé avant de se séparer. Cela confirme que la sélection naturelle agissait sur l’intégralité du flocon, plutôt que sur les cellules individuelles en son sein. “Ils survivent dans son ensemble, ou ils meurent comme un tout. “ Selon Ratcliff.

Les flocons se divisent parce que certaines de leurs cellules, le composant, se sacrifient, permettant de se séparer en morceaux. Ces cellules individuelles meurent pour le bien de l’ensemble, permettant au flocon parent de continuer à croître et à produire une nombreuse descendance.

Cela reflète une division essentielle chez d’autres créatures multicellulaires, comme nous, entre deux groupes de cellules, le soma (corps) et la lignée germinale. Lenski explique ainsi la différence :

La grande majorité des cellules de notre corps sont soma, et ces cellules ne vivront pas au-delà de notre mortelle existence individuelle. Mais les cellules germinales produisent les spermatozoïdes et les œufs. Grâce à la reproduction, ces cellules sont privilégiées, dans un certain sens, immortel. Leur lignée peut continuer, encore et encore, même après notre mort, tant que les corps qu’ils construisent à partir d’œufs fécondés survivent pour se reproduire à chaque génération.

La même chose est vraie pour les flocons de levure. Les cellules mourantes sont comme le soma et les survivantes sont comme la lignée germinale.

L’étude publiée sur PNAS : Experimental evolution of multicellularity.

 

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