La marche du progrès : une fausse image de l’évolution

LA SCIENCE DANS SES MOTS / L’évolution explique comment tous les êtres vivants, y compris les humains, sont apparus. Il serait facile de supposer qu’elle s’est produite en ajoutant de plus en plus de caractéristiques aux organismes, en augmentant constamment leur complexité. Des poissons ont développé des pattes et ont marché sur la terre. Des dinosaures ont développé des ailes et se sont mis à voler. D’autres animaux ont développé un utérus et commencé à donner naissance à des petits vivants.

Pourtant, cette idée fausse de l’évolution est une des plus répandues et des plus frustrantes. De nombreuses branches de l’arbre de vie sont demeurées simples, comme celle des bactéries, ou ont réduit leur complexité, comme celles des parasites. Et elles se portent très bien.

Dans une étude récente publiée dans la revue Nature Ecology and Evolution, nous avons comparé les génomes complets de plus de 100 organismes (principalement des animaux) pour examiner comment le règne animal a évolué sur le plan génétique. Nos résultats montrent que les origines de grands groupes d’animaux, comme celui qui comprend les humains, ne sont pas associées à l’ajout de nouveaux gènes, mais à d’importantes pertes de gènes.

Stephen Jay Gould, biologiste de l’évolution, était l’un des plus farouches opposants à la « marche du progrès », l’idée selon laquelle l’évolution entraîne toujours une complexité accrue. Dans son livre L’éventail du vivant (Full House, 1996), Gould utilise le modèle de la marche de l’ivrogne. Un ivrogne sort d’un bar et titube d’avant en arrière sur le trottoir, zigzagant entre le bar et le caniveau. Ce n’est qu’une question de temps avant que l’ivrogne ne finisse par tomber dans le caniveau et qu’il y reste coincé.

Cette image représente une échelle de complexité, le bar étant le niveau le plus bas, et le caniveau, le niveau le plus élevé. La vie est née en sortant du bar, avec le minimum de complexité possible. Parfois, elle trébuche vers le caniveau (évoluant de manière à augmenter la complexité) et d’autres fois, vers le bar (avec réduction de la complexité).

Aucune de ces options n’est forcément la meilleure. Selon l’environnement, il peut être préférable pour la survie de rester simple ou de réduire sa complexité plutôt que d’évoluer en se complexifiant.

Dans certains cas, des groupes d’animaux développent des caractéristiques complexes qui sont inhérentes au fonctionnement de leur corps et ne peuvent plus perdre ces gènes pour se simplifier ; ils se retrouvent alors coincés dans le caniveau. Ainsi, les organismes pluricellulaires reviennent rarement en arrière pour devenir unicellulaires.

Si nous nous concentrons uniquement sur les organismes pris dans le caniveau, nous avons une perception biaisée de la vie qui évolue en ligne droite de simple à complexe et croyons à tort que les formes de vie plus anciennes sont toujours simples et que les récentes sont complexes. Le véritable chemin vers la complexité est tortueux.

Peter Holland, de l’Université d’Oxford, et moi avons étudié l’évolution de la complexité génétique chez les animaux. Auparavant, nous avons démontré que l’ajout de nouveaux gènes était la clé des débuts de l’évolution du règne animal. Nous avons ensuite voulu savoir si c’était le cas pour l’évolution ultérieure des animaux.

Étudier l’arbre de la vie

On peut regrouper la plupart des animaux en de grandes lignées évolutives, les branches de l’arbre de vie qui permettent de voir comment les animaux d’aujourd’hui ont évolué à partir d’une série d’ancêtres communs. Afin de répondre à notre question, nous avons étudié chaque lignée animale dont la séquence génomique est accessible au public, ainsi que de nombreuses lignées non animales à titre de comparaison.

Une des lignées est celle des deutérostomiens, qui comprend les humains et d’autres vertébrés, ainsi que les étoiles de mer et les oursins. Une autre, les ecdysozoaires, comprend les arthropodes (insectes, homards, araignées, mille-pattes) et d’autres animaux à mue comme les nématodes. Les vertébrés et les insectes sont considérés comme certains des animaux les plus complexes. Enfin, il existe une autre lignée, les lophotrochozoaires, où se trouvent des animaux tels que les mollusques (p. ex., les escargots) ou les annélides (les vers de terre), ainsi que beaucoup d’autres.

Nous avons examiné les liens des organismes de cette sélection sur l’arbre de vie et quels gènes ils partageaient ou ne partageaient pas. Si un gène était présent dans une branche ancienne de l’arbre, mais pas dans une autre plus récente, nous en avons déduit qu’il avait été perdu. Si un gène qui n’existait pas dans les branches anciennes apparaissait dans une récente, nous avons considéré qu’il s’agissait d’un nouveau gène.

Un diagramme de l’arbre de vie où l’on peut voir l’évolution des gènes chez différents groupes d’animaux. Les triangles orange pointant vers le bas indiquent des pertes de gènes. Les triangles verts pointant vers le haut indiquent des gains de gènes. Plus le triangle est grand, plus grand est le changement.

Les résultats ont montré une énorme quantité de gènes perdus et gagnés, ce qu’on n’avait jamais observé dans les analyses précédentes. Deux lignées importantes, les deutérostomiens (qui comprennent l’homme) et les ecdysozoaires (qui comprennent les insectes), ont enregistré le plus de pertes de gènes. En revanche, les lophotrochozoaires présentent un équilibre entre les nouveaux gènes et les gènes perdus.

Nos résultats confirment l’image proposée par Stephen Jay Gould en montrant que pour ce qui est des gènes, la vie animale est apparue en quittant le bar et en faisant un grand saut dans la complexité. Mais après l’enthousiasme initial, certaines lignées se sont rapprochées du bar en perdant des gènes, tandis que d’autres ont dérivé vers le caniveau en gagnant des gènes. Nous considérons qu’il s’agit d’un résumé parfait de l’évolution : un choix aléatoire et induit par l’alcool entre le bar et le caniveau. Ou, comme le dit ce mème Internet, « Rentre chez toi, évolution, tu es saoule. »

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Ce texte est d'abord paru sur le site franco-canadien de The Conversation. Reproduit avec permission.

«La science dans ses mots» est une tribune où des scientifiques de toutes les disciplines peuvent prendre la parole, que ce soit dans des lettres ouvertes ou des extraits de livres.

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