Continuons notre petite balade dans l’univers des animaux domestiques en nous intéressant à l’évolution de mon animal de compagnie favori : le chat.

Sa domestication présente quelques petits mystères. Primo, comme on l’a dit dans le billet précédent et au contraire de la plupart des animaux domestiques, le chat ne présente pas de caractères néoténiques, ce qui signifie peut-être que la domestication ne s’est pas faite de la même façon que les autres animaux. Secondo, il existe de nombreuses espèces de chats sauvages (parfois interfertiles entre elles et avec le chat domestique), à l’exemple du chat du désert, Felis margarita (qui lui semble être une vraie espèce indépendante, mais dont la photo ci-dessus est bien impressionante ). Dans un article récent de Science, Driscoll et al. ont relaté les résultats d’une étude phylogénétique menée sur 979 chats, dont le but était d’établir les liens de parenté entre toutes ces espèces de chats.

La Figure ci-contre montre la répartition des cinq sous-espèces de chats interfertiles. On voit très clairement que chaque espèce est bien localisée géographiquement. La Figure du bas représente un arbre phylogénétique de nos chats, calculé à partir de l’analyse de l’ADN de nos 979 matous. On voit sur cet arbre les proximités génétiques entre les différentes espèces de chats; par exemple, les données montrent que le chat du désert chinois n’est en fait qu’une sous-espèce du chat sauvage asiatique.
Le résultat le plus intéressant concerne le chat domestique : génétiquement, il ne peut être distingué du chat sauvage vivant dans le Proche Orient. L’origine géographique des chats domestiques ne fait donc aucun doute. De plus, lorsqu’on essaie, à partir de la comparaison des séquences, d’estimer la période à laquelle vivait l’ancêtre commun de tous ces chats (autrement dit, théoriquement, le premier chat domestiqué), on arrive à plus 100 000 ans. Tous les chats domestiques descendraient donc de cinq femelles ayant vécu à cette époque dans le Proche Orient.

Ce papier est étonnant à plus d’un titre (et pose autant de questions qu’il n’en résout). L’origine proche-orientale du chat est conforme avec l’hypothèse traditionnelle sur sa domestication : le chat se serait acoquiné à l’homme au moment de la découverte de l’agriculture, et donc dans le Croissant fertile. Le grain aurait attiré les petits rongeurs, et par conséquent leur prédateur honni. Le chat, pour disposer plus efficacement de cette nourriture abondante, aurait abandonné ses manières un tantinet agressives et adouci son caractère pour s’installer chez nous (non sans ayant conservé son indépendance farouche). L’homme aurait alors adopté ce compagnon et l’aurait emmené partout dans le monde : conformément à cette hypothèse, la première trace de domestication a été trouvée dans une tombe à Chypre datant de 9500 ans dans laquelle un homme s’est fait enterrer avec son minet favori.

Le seul petit problème, c’est que l’âge (calculé) du dernier ancêtre commun des chats domestiques ne me semble pas très bien coller : plus de 100 000 ans ! Si un bioinformaticien passant dans le coin peut m’expliquer…

Références :

Driscoll et al., Science, Vol. 317. no. 5837, pp. 519 - 523, lien vers l’article.
Source de la photo .
Un lien sur le chat des sables.
Un article de Times online sur ce papier.

Courrier des lecteurs :

A diffuser !!!

Un article écrit par Eric Davidson et Douglas Erwin, paru dans la prestigieuse revue Science datée du 10 Février 2006, semble apporter une confirmation éclatante de la théorie scientifique de l’Intelligent Design .

Davidson et Erwin ont étudié les interactions entre les gènes de différents animaux modernes, i.e. comment les gènes se “parlent” entre eux, comment ils s’activent ou se répriment les uns les autres. En comparant les structures de ces réseaux génétiques, ils n’ont pu que constater l’existence de modules irréductibles, extrêmement conservés, qu’ils appellent “kernels” (voir la figure ci-jointe). Ces noyaux sont des petits réseaux génétiques complexes, très intriqués, réalisant des fonctions très précises. Par exemple, l’un de ces réseaux est supposé diriger la formation des cellules cardiaques. Les comparaisons phylogénétiques ont mis en évidence le fait que ces noyaux sont communs à quasiment tous les animaux connus, et donc existaient déjà lors du Cambrien. L’évolution depuis cette époque ne semble avoir agi que sur les liens entre ces modules, sans toucher les modules eux-mêmes. Comme l’expliquent si bien Davidson et Erwin :

We think that change in them is prohibited on pain of developmental catastrophe, both because of their internal recursive wiring and because of their roles high in the developmental network hierarchy

Nous pensons que tout changement dans [ces noyaux] est interdit sous peine de catastrophe sur le développement, non seulement à cause de leur structure interne récursive, mais aussi à cause de leur rôles très importants dans le hiérarchie des réseaux de développement

Comment ne pas voir ici la définition même de la complexité irréductible, proposée par Michael Behe pour identifier les briques du vivant posées par le créateur ? Bien sûr, Davidson et Erwin, pervertis par leur morale d’esclave, en retournent à leur Bible darwinienne pour expliquer l’apparition de ces modules, tout en reconnaissant que leurs perfections les a par la suite protégés de tout changement évolutif. Y a-t-il plus belle preuve d’aveuglement ?

Cette découverte confirme également la théorie du “Snowball Creationism”, dont je suis l’auteur. Cette hypothèse révolutionnaire stipule que le déluge relaté dans la Bible serait en fait cette période géologique durant laquelle la Terre était majoritairement recouverte de glace, et la vie quasiment éradiquée (Snowball Earth comme l’appellent les scientifiques aveugles au dessein divin). Peu après cette période s’est justement produit ce big-bang de la vie, l’explosion cambrienne popularisée par l’idole des jeunes darwiniens, Stephen Jay Gould : ainsi, dans les couches géologiques de cette époque apparaissent soudainement des fossiles d’organismes extrêmement sophistiqués, contenant en germe les plans d’organisation des animaux actuels. Evidemment, aucun darwininen n’est en mesure d’expliquer pourquoi et comment cette explosion de vie a pu se produire là où les esprits lucides ne peuvent voir qu’un nouvel ensemencement du créateur sur une Terre purifiée (d’aucuns prétendent que le réchauffement climatique aurait permis une réoxygénation et une libération de nouvelles niches écologiques propices à l’évolution, ce que personne ne peut démontrer de toutes façons). Les kernels observés par Davidson et Erwin ne sont selon moi rien de moins que les graines semées par le Tout-Puissant, et aujourd’hui révélées dans toute leur splendeur par l’étude attentive de Sa création.

Quoi qu’il en soit monsieur Roud, je fais confiance à votre regard de scientifique et me permets de vous adresser ce mail afin que vous le publiiez sur votre blog. Que la vérité éclate enfin à la face du monde !!!

Bien à vous
Adam Roudski

Référence :
Gene regulatory networks and the evolution of animal body plans. Davidson EH, Erwin DH.Science(2006) Vol. 311. no. 5762, pp. 796 - 800

La comparaison entre des génomes entièrement séquencés de différentes espèces permet d’avoir beaucoup d’informations sur les modifications de séquences liées à l’évolution. En particulier, la comparaison des génomes entiers nous donne des informations sur la dynamique de l’évolution à l’échelle des chromosomes. La figure ci-contre montre une comparaison bioinformatique entre les séquences de deux espèces de levures, la bien connue levure de boulanger (S. Cerevisiae) et Kluyveromyces waltii. Cette comparaison révèle une propriété tout à fait étonnante : à chaque région chromosomique de K. Waltii correspondent deux régions chromosomiques de S. cerevisiae. Cette propriété est par ailleurs vérifiée pour tous les chromosomes de K. Waltii. Un seul scénario peut expliquer cette correspondance : quelque part dans la lignée de S. cerevisiae, peu après sa divergence avec K. Waltii, un véritable cataclysme chromosomique s’est produit et les chromosomes d’un ancêtre de S. cerevisiae se sont en fait tous dupliqués, formant une levure avec un génome deux fois plus grand qu’un génome de levure “standard” ! Du coup, tous les gènes de cette levure ancestrale se sont retrouvés en double. Beaucoup d’entre eux ont ensuite disparu car ils étaient redondants (ce qui a permis de retrouver ensuite une taille de génome “normale”); d’autres sont restés en “double” et ont pu se spécialiser; les comparaisons entre ces gènes redondants, les gènes environnants (dont l’ordre dans la séquence a peu changé au cours de l’évolution) entre les deux espèces permettent de mettre en évidence sans ambiguité ce phénomène de duplication du génome entier (”whole genome duplication” en anglais, ou WGD). Evidemment, il n’est pas très difficile de comprendre comment une telle duplication du génome peut “booster” l’évolution d’une lignée, en permettant d’évoluer des pans entiers du génome tout en gardant sous la main une copie des gènes essentiels (non mutés) : il y a là une potentialité d’évolution quasiment gratuite !

Très bien me direz-vous, c’est bien joli tout ça, mais la levure est peut-être un organisme trop simple pour généraliser ce mécanisme d’évolution à d’autres espèces; en plus on sait que la levure a un cycle de vie à la fois diploïde et haploïde, donc doit être assez robuste à la variation de ploïdie. Dans un organisme plus “évolué”, on pourrait penser qu’une duplication du génome serait léthale. Que nenni ! La figure ci-contre montre le génome d’un poisson Tetraodon nigroviridis,. Chaque nombre correspond à un chromosome. Les liens rouges relient des copies de gènes identiques dans le génome. On voit immédiatement que des régions entières du génome s’alignent deux à deux : par exemple, le chromosome 14 s’aligne très bien avec le chromosome 10. Là encore, la seule explication plausible est qu’un ancêtre des poissons a connu une WGD. Encore plus intéressant : si on compare maintenant avec le génome d’un mammifère (typiquement le génome humain), on voit très clairement une correspondance deux pour un, exactement comme S. cerevisiae et K. Waltii. Sauf que c’est bien le poisson qui a vu son génome dupliqué par rapport à la lignée menant aux mammifères !

Allons encore plus loin dans l’analyse : évidemment, les blocs communs aux mammifères et aux poissons étaient forcément présents dans leur ancêtre commun. Il est donc possible a priori de reconstruire les chromosomes de cet ancêtre commun, l’ancêtre commun de tous les vertébrés osseux (ou osteichthyen). L’image ci-contre montre en haut une reconstruction de cet ancêtre commun, avec la duplication, puis le retour à un génome de taille normale pour les poissons. On voit également très clairement que peu de réarrangements chromosomiques ont eu lieu après la duplication : seulement 10 réarrangements à grande échelle permettent de décrire toute l’évolution entre la duplication et les poissons modernes. Le génome humain, au contraire, semble être beaucoup plus éclaté, et ressemble davantage à une mosaïque de morceaux de chromosomes de l’ancêtre des vertébrés. L’honneur est sauf : même si notre génome n’a pas été dupliqué, les multiples réarrangements chromosomiques supplémentaires (probablement dus à la présence de nombreux transposons comme Alu) indiquent que nous sommes “plus évolués” …

Références et sources des images :

“Proof and evolutionary analysis of ancient genome duplication in the yeast Saccharomyces cerevisiae”, Kellis et al., Nature 428, 617-624 (8 April 2004)

“Genome duplication in the teleost fish Tetraodon nigroviridis reveals the early vertebrate proto-karyotype”, Jaillon et al., Nature 431, 946-957(21 October 2004)

Vous avez sans doute déjà entendu parler de la Grande Odalisque d’Ingres, bien connue pour sa descente de rein très exagérée… Il se trouve en effet que l’anatomie de la belle n’est pas réaliste, puisqu’elle compterait trois vertèbres surnuméraires (une étude récente irait même jusque cinq). De fait, le nombre de vertèbres chez l’adulte est normalement très contrôlé : à l’intérieur d’une espèce, il n’y a en général pas de variabilité. J’ai déjà parlé ici du processus de somitogenèse lors de la formation de l’embryon, couplant une horloge de segmentation à un front de différentiation. Or, des expériences de chocs par température chez différents vertébrés ont montré qu’il n’y a rien d’intrinsèque dans le processus de formation limitant le nombre de somites. Cela signifie en fait qu’il y a un autre processus chargé d’arrêter la somitogenèse, mais indépendamment du nombre de somites déjà formé.

Cela rend par conséquent le processus assez plastique : en gros, il existe le module de formation de somites (horloge+front) qui est capable de générer des somites ad vitam aeternam, et un autre module qui va stopper le module précédent et fixer le nombre de somites. Une mutation sur ce deuxième module, et vous changez le nombre de vertèbres : c’est probablement ainsi que les serpents par exemple (plus de 200 vertèbres !) ont pu évoluer.

Des découvertes spectaculaires assez récentes viennent de confirmer cette vision. Retournons 500 millions d’années en arrière et rendons visite à l’ancêtre commun de tous les bilatériens (en gros tous les animaux ayant un plan de symétrie), j’ai nommé Urbilateria. Une des grandes questions du domaine de l’”Evo-Devo” est de savoir si Urbilateria était segmenté (i.e. son corps décomposable en segments “indépendants”) : si c’était le cas cela signifierait que tous les processus de segmentation connus sont homologues. Une vertèbre humaine et un segment du corps d’un insecte seraient des structures dérivant d’une même structure ancestrale ! Or, il se trouve que plusieurs indices récents confirment cette homologie (j’en parle dans le billet sur Urbilateria). Et il se trouve que du côté de nos amis invertébrés existent des animaux tout à fait fascinant, les mille-pattes. Le processus de formation des segments des mille-pattes est très analogue à celui des vertébrés, avec des segments se formant les uns après les autres dans une zone de croissance. En général et comme pour les vertébrés, le nombre de segments est fixé. Grosse surprise récente : dans certaines espèces, on s’est aperçu que le nombre se segments variait d’un individu à l’autre ! Ainsi, non seulement les femelles ont plus de segments que les mâles (comme notre Odalisque ), mais encore le nombre de segments dépend directement des conditions environnementales : lattitude, climat… confirmant de façon assez étonnante l’existence et la plasticité du second module arrêtant la segmentation. Je trouve cela fascinant !

Références :

Arthur W, Chipman AD (2005) The centipede Strigamia maritima: what it can tell us about the development and evolution of segmentation. BioEssays 27:653-660.

Un article plus détaillé sur pharyngula.org .

“Nothing in biology makes sense except in the light of evolution.” Theodosius Dobzhansky, 1973.

Si l’on réfléchit quelques minutes à cet aphorisme célèbre, on réalise immédiatement que l’objet de base en biologie n’est ni la cellule, ni l’organisme, mais bel et bien l’Arbre, l’Arbre des espèces reliées entre elles par l’intermédiaire de leur ancêtre commun. Et la construction et la compréhension de cet arbre est un enjeu majeur de la biologie moderne.

Le but de la phylogénie est de classifier les êtres vivants. Cette classification est basée sur les liens de parentés entre espèces, seul critère réellement scientifique et utile d’un point de vue biologique.

La méthode traditionnelle de classification phylogénétique s’appelle la cladistique. Elle est fondée sur la notion de caractères homologues. Un caractère est “un attribut observable d’un organisme”. Classiquement, la cladistique repose sur la classification de groupes frères, à partir d’une liste de caractères. Elle commence par la définition d’un extragroupe (out group en Anglais), animal dont on est sûr qu’il est extérieur au groupe d’étude. Cet animal permettra en particulier de définir une liste de caractères primitifs.

Le cas d’école est de considérer trois espèces à classer (au hasard l’homme, le chat, et l’aigle) et un outgroupe (par exemple la truite). La classification revient à savoir quelles sont les deux espèces les plus proches en regard de la troisième. On construit alors tous les arbres phylogénétiques possibles. A partir des caractères sélectionnés, on choisit l’arbre “correct” suivant le principe de parcimonie. L’idée simple est que si deux caractères sont communs entre deux espèces, il est plus plausible a priori que ce caractère dérive de leur ancêtre commun plutôt qu’il soit apparu indépendamment : on identifie donc les modifications de caractères d’une espèce à l’autre et on choisit l’arbre qui minimise le nombre de mutations. Par exemple, le chat et l’homme sont tous deux des mammifères, contrairement aux oiseaux et à la truite qui pondent des oeufs : ils sont donc plus proches l’un de l’autre qu’ils ne le sont de l’aigle. Cela paraît simple a priori, mais l’exercice demande en fait beaucoup de données biologiques pour des phylogénies plus fines, à l’intérieur d’un même grand sous-groupe. Il faut que le nombre de caractères soit suffisamment élevés pour déterminer l’arbre sans amibiguité.

L’un des intérêts du séquençage des génomes est évidemment qu’il devient possible de considérer les séquences génétiques comme des caractères à part entière, et donc d’appliquer la cladistique aux séquences de protéines. L’approche bioinformatique a dans un premier temps confirmé les résultats d’analyses cladistiques traditionnelles, avant de réorganiser certaines phylogénies de façon plus surprenante. Chez les bactéries, on peut par exemple suivre les transferts “horizontaux” d’une espèce à l’autre : les bactéries peuvent en effet s’échanger de l’information génétique entre espèces, si bien que les branches de l’arbre peuvent se rejoindre, fusionner, se séparer de nouveau. Plus près de nous (toutes proportions gardées), on s’est aperçu que certains nématodes (les vers) ont évolué très rapidement et ont divergé très vite des autres animaux alors qu’ils sont en fait phylogénétiquement proches des insectes. Ces réorganisations de l’arbre du vivant posent des questions incroyablement profondes d’un point de vue de l’évolution, car si la cladistique traditionnelle basée sur la simple observation s’est trompée, cela signifie que certains caractères ou mécanismes de développement apparemment non homologues sont beaucoup plus proches qu’on ne le croit…

Références :

Illustration : “L’arbre de la vie” de Klimt, qui sert de logo à la société européenne d’evo-devo
Un très beau site : l’arbre de la vie
Classification phylogénétique du vivant, de Guillaume Lecointre et Hervé Le Guyader, un très bon bouquin très accessible qui explique en langage clair les principes de classification et propose la classification la plus récente.