Evolution Genetique Non classé

De-evolution de l’oeil et poissons des cavernes

Continuons dans la série oeil, poissons et évolution

« As it is difficult to imagine that eyes, although useless, could be in any way injurious to animals living in darkness, I attribute their loss wholly to disuse”

« Comme il m’est difficile d’imaginer que des yeux, même inutiles, puissent être en aucune façon desavantageux à des animaux vivants dans l’obscurité, j’attribue leur perte à leur inutilisation »

Charles Darwin

mexican_tetra_as_blind_cave_fish.jpgAinsi parlait, dans son style alambiqué inimitable, notre père spirituel à tous, lorsqu’il cherchait des scénarios d’évolution pour les animaux troglodytes.
Il faut dire qu’ils ont effectivement une sale tête, nos amis des cavernes. Aveugles, le teint pâle, des comportements asociaux … on peut difficilement faire plus anthipatique. Certes ces animaux sont tout à fait inadaptés pour briller en société, mais quid de leur adaptation aux froides et sombres cavernes ?

Darwin prend donc à contrepied avec 150 ans d’avance toute la clique de l’ Intelligent Design en proposant que la disparition des yeux chez ces animaux n’est pas due à la sélection naturelle . En terme moderne, Darwin dirait aujourd’hui que la disparition des yeux est due au phénomène de dérive génétique (voir sur ce blog un billet plus technique sur le sujet). Kesaco ? Petit exemple de dérive génétique tiré … de la Bible : lors du Déluge, Noé sauve un et un seul couple de chaque espèce animale. Imaginons un instant qu’il ait choisi comme couple de chats un couple de « Maine Coon » . Et bien, tous les chats descendants seraient forcément de la race des « Maine Coon ». Succès de l’évolution des chats, aboutissant à cette noble race ? Que nenni : si Noé avait choisi des chats persans à la place, tous les chats descendants seraient persans. Autrement dit, ni sélection naturelle, ni évolution : du hasard, rien que du hasard. Il arrive parfois que de telles choses se produisent au cours de l’évolution : complètement par hasard, des gènes ou des caractères se retrouvent éliminés de la population, d’autres se retrouvent partagés par tous les individus sans pour autant apporter d’avantages sélectifs, et c’est ce qu’on appelle la dérive génétique.

Revenons à nos troglodytes. Là où l’histoire devient amusante, c’est quand Cliff Tabin et son équipe d’Harvard s’aperçoivent qu’une espèce de poissons des cavernes, Astyanax mexicanus, est toujours interfertile avec sa cousine vivant au grand air (enfin, à la grande eau), qui elle, a conservé son teint d’origine et ses beaux yeux ronds. Ils se sont donc lancés dans une approche à la Kingsley, croisant ces différents poissons pour déterminer quelles forces évolutives ont amené la disparition de la pigmentation et des yeux des animaux des cavernes.

Considérons donc une population de poissons de surfaces (S) et de poissons des cavernes (C). Croisons-les ensemble : chaque poisson de la génération F1 a un parent « surface », et un parent « caverne ». Croisons les poissons de la population F1 entre eux : on obtient une population dite F2. Maintenant, dans la population F2, on a des poissons qui ont des allèles mélangés des deux types de poissons.

eyemelano.jpeg

La figure ci-contre illustre une quantification des caractéristiques de cette population F2. Chaque courbe correspond à un gène particulier. Pour chaque gène, on regarde les allèles correspondants dans les poissons de la population F2. Trois solutions sont possibles : un poisson a deux allèles « surface » (SS), un allèle « surface », un « caverne » (SC), deux allèles « caverne » (CC). En ordonnée, on quantifie un phénotype : pour la colonne de gauche, la taille des yeux , la colonne de droite, le nombre de melanophores (qui sont les cellules contenant la mélanine, et donc devraient être corrélées à la pigmentation).

Examinons tout d’abord la colonne de droite : on voit qu’il existe des gènes pour lesquels les allèles CC augmentent le nombre de mélanophores, d’autres pour lesquels ils les diminuent. S’il y avait eu sélection contre le nombre de mélanophores dans les poissons des cavernes, il serait très improbable que 5 couples d’allèles CC augmentent le nombre de mélanophores. La conclusion, c’est que le nombre de mélanophores n’a pas été soumis à la sélection naturelle, et que les allèles des poissons des cavernes ont été fixés au hasard par dérive génétique.

La situation est toute autre pour les yeux. On voit immédiatement que plus un poisson a d’allèles C, plus ses yeux sont petits. Contrairement au cas des mélanophores, cela signifie que probablement les allèles C ont spécifiquement été sélectionnés pour diminuer la taille des yeux. Autrement dit, Darwin avait tort sur ce point : il semble bien qu’il y ait eu sélection pour supprimer les yeux chez les animaux troglodytes !

Pourquoi l’évolution aurait-elle favorisé la disparition des yeux ? Mystère … Tabin et son équipe proposent deux scénarii. Dans le premier, ils remarquent qu’un ensemble de gènes (voie de signalisation hedgehog) ont une influence à la fois sur la taille des yeux et sur la taille des mâchoires. Les poissons des cavernes ont dû changer leur mode d’alimentation (en gros de chasseurs à charognard) et du coup l’évolution a agi sur la forme de leur machoire; une conséquence indirecte aurait été la disparition des yeux qui étaient de toutes façons inutiles. Autre possibilité : Darwin se serait trompé sur le « coût » d’un oeil. Une rétine, cela demande du soin, de l’attention, et beaucoup d’énergie. Trop coûteux , inutile; l’évolution a tranché…

Référence :

Regressive Evolution in the Mexican Cave Tetra, Astyanax mexicanus, Protas et al., Curr. Biol. 2007 Mar 6;17(5):452-4. Epub 2007 Feb 15.

PS 17 Février : oubli de ma part, soulevé par EL en commentaires : pourquoi alors les poissons sont-ils blanc ?

En fait, les gènes responsables du manque de la pigmentation ne sont pas les gènes concernant les mélanophores, mais les gènes encodant la mélanine eux-mêmes. Les poissons des cavernes sont, en fonction de la caverne (il y en a plusieurs …) :
– soit albinos
– soit des mutants pour les homologues chez les poissons d’un gène des “roux”, le fameux mcr1, retrouvé notamment chez … Néandertal !(voir http://bacterioblog.over-blog.com/article-13421931.html)
Les gènes des mélanophores sont plus utilisés comme des « hommes de paille » scientifiques dans ce papier, ou comme des contrôles pour expliquer la différence entre un allèle sélectionné et un allèle fixé par dérive.

On me signale en privé qu’il n’est pas clair que ce soit la sélection naturelle qui soit directement responsable du manque de pigmentation. La raison est que ces mutations détruisent une fonction, donc apparaissent plus « facilement » dans la population, et en absence de pression de sélection maintenant la coloration, tous les poissons peuvent devenir blancs.

About the author

Tom Roud

Nanoblogger scientifique, associate professor incognito (ou presque). Suivi par @mixlamalice

5 Comments

  • L’explication peut se trouver dans l’épigénétique : l’expression des gènes peut être modifiée et de façon réversible, en particulier sous l’effet de signaux procurés par l’environnement, sans que la séquence ADN soit modifiée.
    Une approche plus « lamarckienne » qui fait la part moins belle au hasard, expliquerait l’extraordinaire plasticité du vivant et les redondances telles que l’oeil.

  • Quelque chose que je ne comprends pas : si « le nombre de mélanophores n’a pas été soumis à la sélection naturelle, et que les allèles des poissons des cavernes ont été fixés au hasard par dérive génétique », pourquoi sont-ce précisément ceux-là qui sont transparents? Drôle de coïncidence en effet, sachant que ce sont les êtres des cavernes qui sont réputés avoir « le teint pâle ». Comprends pas…

  • @ all : pour Lamarck vs Darwin, voire la fameuse expérience de Luria et Delbruck :
    http://tomroud.cafe-sciences.org/2007/01/13/classique-lexperience-de-luria-delbruck/
    Voir aussi le Baldwin Effect :
    http://tomroud.cafe-sciences.org/2007/04/07/inne-acquis-et-evolution-baldwinienne/

    @ EL : excellente question. En fait, les gènes responsables du manque de la pigmentation ne sont pas les gènes concernant les mélanophores (comme on le voit clairement ici; ces gènes sont surtout utilisés pour illustrer l’effet de la dérive génétique), mais les gènes encodant la mélanine eux-mêmes. Ces poissons sont :
    – soit albinos
    – soit des mutants pour les homologues chez les poissons d’un gène des « roux », le fameux mcr1, retrouvé notamment chez … Néandertal !
    (voir http://bacterioblog.over-blog.com/article-13421931.html)
    La sélection naturelle a effectivement eu lieu sur ces gènes-là.

  • Tu cites le cas du gene precurseur de la lactase chez les populations d’Europe du Nord, ainsi que l’influence de la chaleur sur les larves de drosophile. Il y a aussi les poids des bébés chez les descendants de la famine de 1947 au pays bas, et le taux de cortisol chez les bébés nés des femmes enceintes du 9/11 (affaire à suivre).
    Tout dépend de ce que l’on cherche et ce que l’esprit du chercheur choisit de percevoir : variable cachée ou gène muté.
    Comme le dit Andràs Paldi :
    « Depuis peu, on remarque que certains caractères sont hérités d’une génération à l’autre sans que l’ADN ne soit muté. Cette hérédité indépendante de la molécule phare s’est vue dotée du qualificatif d’épigénétique […] Les scientifiques ne sont pas encore disposés à remettre en cause les dogmes. Pourtant, des études publiées très récemment dans des revues prestigieuses montrent clairement que l’environnement agit sur le phénomène épigénétique […]L’épigéneetique semble réunir la théorie de LAMARCK, l’hérédité des caractères acquis, et celle de DARWIN, la sélection naturelle »

    http://www.decitre.fr/livres/Genetiquement-indetermine.aspx/9782759200153

    http://www.cite-sciences.fr/francais/ala_cite/college/v2/html/2007_2008/conferences/intervention_599_ressources.htm

  • @ all : désolé pour les caractères spéciaux, je sais qu’il y a un problème avec la Captcha.

    Le phénomène d’épigénèse est bien connu depuis les années 50 et les expérience de Nowick et Wiener sur E.Coli. Ils avaient constaté que le niveau d’expression de l’operon lactose chez ces bactéries pouvaient se transmettre et persister d’une génération à l’autre. Contrairement à ce que vous dites, beaucoup de gens travaillent là-dessus en ce moment même.

    L’explication est probablement à chercher du côté des systèmes dynamiques en physique : l’operon lactose est vraisemblablement un système bistable (c’est-à-dire qu’il peut se mettre dans un état ou l’autre en fonction des conditions initiales du système). Cela explique plus ou moins comment peut se transmettre l’information d’une génération à l’autre sans modification de l’ADN. Plus qu’une propriété de l’ADN même , c’est une propriété du réseau génétique tout entier.

    Certaines personnes pensent aussi que certains états de la chromatine peuvent se transmettre aussi ainsi.

    Maintenant, avant de jeter Darwin à la poubelle, il faut voir quelle est la proportion des caractères transmis d’une génération à l’autre par épigenèse. Il y en a certainement un petit peu, mais la plus grande partie des caractères transmis sont d’origine génétique et donc bel et bien soumis à la sélection naturelle « classique ».

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