Demandez à quelqu’un de penser à un animal, et il trouvera probablement l’un de nos parents mammifères. Quelques personnes iraient jusqu’à mentionner d’autres vertébrés, comme les oiseaux et les poissons. Mais ceux-ci effleurent à peine la surface de la diversité animale, avec des choses comme les céphalopodes, les insectes et les échinodermes ayant des caractéristiques distinctes.
Et c’est avant que vous n’arriviez aux trucs vraiment bizarres, comme les objets creux à symétrie radiale, ou les éponges qui manquent de muscles et de cellules nerveuses. Ou les gelées en peigne, qui se déplacent en faisant tourner beaucoup de cils filiformes. ou la Oddity est une stature vraiment étrangeCréatures en forme de disque qui ont deux côtés mais pas d’intérieur et qui digèrent les choses à leur surface.
Pour les personnes qui ont tendance à penser que l’évolution implique d’ajouter une plus grande complexité aux organismes, il est tentant d’imaginer que l’arbre généalogique d’un animal est né en ajoutant progressivement plus de choses, comme des cellules nerveuses et des muscles. Mais il y a eu un flux constant d’études génétiques indiquant qu’il existe deux lignées distinctes qui ont abouti à des neurones. Les résultats de ces études dépendaient peu des gènes et des espèces choisis pour l’analyse. Mais une nouvelle étude qui ne repose pas sur des gènes individuels positionne désormais fermement les éponges comme étant plus étroitement liées aux humains que certains autres animaux dotés de systèmes nerveux.
réorganise les chromosomes
La plupart des premières études dans ce domaine impliquaient d’identifier les gènes apparentés présents chez tous les animaux et d’apprendre comment ces gènes étaient liés. On suppose que les organismes eux-mêmes sont liés de la même manière. Cela peut être très utile dans de nombreuses situations, mais l’analyse a tendance à devenir confuse lorsque de nombreuses espèces divergent en peu de temps ou lorsque des gènes individuels changent beaucoup en raison de pressions évolutives. Par conséquent, la réponse exacte que vous obtenez peut parfois dépendre des gènes que vous choisissez d’examiner.
La nouvelle étude tente d’éviter toute confusion en examinant comment les gènes sont disposés sur les chromosomes. Il s’avère que les gènes individuels ont tendance à rester au même endroit sur le chromosome pendant de longues périodes. On estime qu’il faut 40 millions d’années pour qu’un pour cent seulement des gènes d’un génome animal typique soient transférés sur un nouveau chromosome. Il y a donc de fortes chances que si quatre gènes sont côte à côte maintenant, ils étaient côte à côte chez les ancêtres des mammifères d’aujourd’hui qui auraient dû éviter d’être mangés par les dinosaures.
Cela ne signifie pas que ces ancêtres avaient exactement le même nombre et la même disposition de chromosomes. Des réarrangements à grande échelle se produisent, tels que la fusion ou la division des chromosomes, ou l’échange d’un grand segment de l’un à l’autre. Mais ces grands réarrangements maintiennent presque tous les gènes voisins les uns à côté des autres, même si l’assemblage entier se retrouve sur un chromosome différent (les échanges peuvent impliquer une seule cassure dans une molécule d’ADN).
Cela signifie que la décomposition de l’arrangement linéaire d’un groupe de gènes – est appelée technique synthétique– très rare dans l’histoire évolutive des animaux. Et en suivant les changements dans l’ordre des gènes à travers différentes espèces, nous pouvons savoir où les combinaisons de gènes précédentes dans un organisme se sont séparées et quelles autres espèces ont hérité du même réarrangement. Et cela peut nous dire quels organismes nous sont le plus étroitement liés.
Suivi de réapprovisionnement
Pour faire ce type d’analyse, vous devez savoir comment les gènes sont disposés sur les chromosomes. Nous avons récemment développé une technologie qui nous permet de séquencer de très longs morceaux d’ADN – souvent des dizaines de milliers de bases qui s’étirent – ce qui facilite beaucoup la reconstitution des chromosomes. Les chercheurs se sont appuyés sur autant de génomes animaux que cela a été fait et en ont complété quelques-uns pour l’étude. De plus, ils ont reconstruit les chromosomes d’organismes unicellulaires que l’on croyait étroitement apparentés aux animaux afin de fournir une base pour leurs arrangements de départ.
On pense que l’origine des animaux s’est produite il y a environ 800 millions d’années. Par conséquent, bien que la rupture des grappes de gènes soit rare, c’est un temps suffisant pour que cela se produise sur une grande partie du génome. Les chercheurs n’ont pu identifier qu’un peu moins de 300 gènes qui se trouvaient dans des grappes qui s’étendaient aux parents d’animaux unicellulaires, le plus grand groupe comprenant 29 gènes. Lorsque les chercheurs ont exécuté 10 millions de simulations qui ont reconstitué au hasard des gènes aux taux attendus sur 800 millions d’années, ils ne se sont jamais retrouvés avec un groupe aussi grand que huit gènes, donc la plupart d’entre eux sont probablement de véritables cas ancestraux.
En suivant les réarrangements, les chercheurs ont pu identifier huit réarrangements communs aux animaux droit et gauche comme nous les vertébrés, et des choses comme les méduses (Cnidaria) et les éponges (Porifera). Aucun de ceux-ci n’a été observé dans les gelées en peigne (Ctenophora). Encore une fois, ils ont exécuté 100 millions de simulations aléatoires et n’ont jamais vu ce modèle d’héritage, il semble donc être réel.
Cela signifie que les animaux comme nous en tant que vertébrés, ainsi que tout ce qui a un côté gauche et droit, sont plus étroitement associés aux éponges que nous ne le sommes aux gelées. Ceci malgré le fait que les éponges n’ont pas de muscles ni de système nerveux, alors que les gelées en peigne nous partagent tous ensemble.
Comment cela pourrait-il être vrai?
Outre leur manque de nerfs et de muscles, les éponges ont la particularité d’avoir une structure minérale interne qui ressemble un peu à un squelette. Beaucoup d’entre eux utilisent du carbonate de calcium pour fabriquer cela, mais certains types le fabriquent à partir de silice, qui est chimiquement très différente de tout ce que nous fabriquons à deux pattes. Il manque également quelque chose comme un système digestif interne.
Mais si ceux-ci ressemblent à d’étranges parents, les placozoaires sont l’oncle Festers de la famille des animaux. Ceux-ci existent sous la forme d’un disque à deux faces qui se déplace de manière coordonnée sur les surfaces. Lorsqu’ils traversent la nourriture, ils forment simplement un petit sac sur la face inférieure du disque et le digèrent sur place. Tout cela se produit sans aucun neurone ou muscle évident, bien qu’il y ait des rapports indiquant qu’ils connaissent des pics d’activité électrique, qui, chez d’autres animaux, sont les caractéristiques des neurones.
Encore une fois, ces grappes semblent être plus étroitement liées à nous que les gelées en peigne, qui contiennent des réseaux nerveux et des cellules musculaires.
Il y a deux explications possibles à cela, et il est impossible de les distinguer à ce stade. La première est que les ancêtres des éponges et des placozoaires avaient aussi des muscles et des cellules nerveuses, mais ils les ont perdus au cours de l’évolution, ce qui a radicalement facilité les plans de leur corps sur des centaines de millions d’années. Cela va à l’encontre de la façon dont la plupart des gens s’attendraient à ce que l’évolution fonctionne, mais de nombreux organismes ont prospéré avec des plans corporels rationalisés (beaucoup d’entre eux sont des parasites). Les éponges ont prospéré dans la niche qu’elles occupent. Les placozoaires peuvent également prospérer, mais ils sont petits et faciles à ignorer, nous n’avons donc pas une solide compréhension de cela.
L’alternative est que des choses comme les muscles et les cellules nerveuses ont évolué deux fois. Cela peut sembler impossible, mais il y a quelques éléments qui pointent dans cette direction. La première est qu’il semble y avoir des différences significatives entre les neurones et les muscles des gelées en peigne et ceux des animaux du côté droit et du côté gauche. Les placozoaires, comme mentionné ci-dessus, semblent avoir un comportement de type neurone même s’ils manquent de neurones. De nombreux composés protéiques nécessaires au fonctionnement des cellules nerveuses sont produits par les éponges. Il se pourrait donc que les ancêtres de tous ces animaux aient mis en place des pièces qui ont permis aux neurones de se développer avec moins de changements que ce qui serait autrement nécessaire.
Faire la distinction entre ces possibilités serait un sérieux défi, et il est peu probable que la simple collecte de plus de séquences génomiques nous apporte une réponse. Au lieu de cela, nous devons peut-être commencer à travailler sur la culture de gelées en peigne en laboratoire, afin que nous puissions examiner de plus près les neurones et les muscles.
Nature, 2023. DOI : 10.1038 / s41586-023-05936-6 (à propos des DOI).
