Il y a sept cents millions d’années est apparue une créature remarquable. Peu spectaculaire selon nos critères, elle possédait pourtant un avant et un arrière, un haut et un bas. Une innovation révolutionnaire, qui a fixé le plan d’organisation dont hériteront la plupart des animaux complexes, humains compris.
Cet animal discret vivait dans les mers anciennes, rampant sans doute sur les fonds marins. C’était le dernier ancêtre commun des bilatériens, un immense groupe réunissant les vertébrés (poissons, amphibiens, reptiles, oiseaux, mammifères) et de nombreux invertébrés (insectes, arthropodes, mollusques, vers, échinodermes…).
7 000 familles de gènes héritées
Selon une étude portant sur 20 espèces de bilatériens, dont l’humain, le requin, l’éphémère, le mille-pattes et le poulpe, plus de 7 000 familles de gènes remontent à cet ancêtre commun. Ces travaux, menés par des chercheurs du Centre de régulation génomique (CRG) de Barcelone, ont été publiés dans la revue Nature Ecology & Evolution.
Fait remarquable : environ la moitié de ces gènes ancestraux ont été réutilisés pour des fonctions propres à certaines parties du corps, notamment le cerveau et les organes reproducteurs. Une surprise, car les gènes anciens et conservés assurent généralement des fonctions fondamentales, utiles dans de nombreux tissus.
Des « copier-coller » accidentels
En y regardant de plus près, les chercheurs ont identifié une série d’erreurs de « copier-coller » au cours de l’évolution. Un moment clé s’est produit au début de l’histoire des vertébrés : de nombreux gènes spécifiques à certains tissus sont apparus en même temps que deux duplications complètes du génome.
Les animaux pouvaient garder une copie pour les fonctions de base et utiliser la seconde comme matière première pour innover. Ce type d’événement, à plus ou moins grande échelle, s’est répété tout au long de l’arbre des bilatériens.
« Nos gènes sont comme une immense bibliothèque de recettes que l’on peut cuisiner différemment pour créer ou modifier des tissus et des organes, explique Federica Mantica, autrice de l’étude. Imaginez que vous vous retrouviez par accident avec deux copies d’une recette de paella : vous gardez l’originale, pendant que l’évolution transforme la copie en risotto. Imaginez maintenant que tout le livre de recettes soit copié deux fois : les possibilités sont immenses. L’héritage de ces événements vieux de centaines de millions d’années persiste chez la plupart des animaux complexes. »
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Des exemples concrets
- La fertilité : les gènes TESMIN et tomb, issus d’un même ancêtre, jouent indépendamment un rôle spécialisé dans les testicules des vertébrés et des insectes. Leur dysfonctionnement perturbe la production de spermatozoïdes chez la souris et la drosophile.
- Le système nerveux : chez les vertébrés, certains gènes sont devenus essentiels à la formation des gaines de myéline, indispensables à la transmission rapide de l’influx nerveux. Chez l’humain, le gène FGF17 jouerait un rôle dans le maintien des fonctions cognitives avec l’âge.
- Le vol des insectes : des gènes se sont spécialisés dans les muscles et l’épiderme pour former la cuticule, contribuant à la capacité de voler.
- Le camouflage des poulpes : dans leur peau, d’autres gènes se sont spécialisés dans la perception de la lumière, ce qui les aide à changer de couleur, à se camoufler et à communiquer entre eux.
Une nouvelle vision du rôle des gènes
En étudiant l’évolution à l’échelle des tissus, l’étude montre que les changements d’utilisation des gènes selon les parties du corps ont joué un grand rôle dans l’apparition de caractéristiques nouvelles. Quand un gène commence à agir dans un tissu précis, de nouvelles capacités peuvent apparaître.
« Nos travaux montrent que des gènes cruciaux pour la survie, conservés pendant des millions d’années, peuvent aussi facilement acquérir de nouvelles fonctions, conclut Manuel Irimia, professeur de recherche et co-auteur. C’est tout l’équilibre de l’évolution, entre préservation des rôles vitaux et exploration de nouvelles voies. »
Référence : « Evolution of tissue-specific expression of ancestral genes across vertebrates and insects », Nature Ecology & Evolution (2024). DOI : 10.1038/s41559-024-02398-5.
