Dans son livre de 1989 Vie merveilleusele biologiste évolutionniste Stephen Jay Gould a déclaré que si nous pouvions « rejouer la bande », la vie sur Terre évoluerait pour être fondamentalement différente à chaque fois.
Avait-il raison ? L’évolution convergente, dans laquelle des caractéristiques similaires évoluent pour remplir des fonctions similaires dans des organismes éloignés, offre un excellent modèle dans lequel exécuter l’expérience de pensée de Gould.
Un exemple classique d’évolution convergente est l’évolution indépendante des ailes et du vol chez les insectes, les oiseaux, les ptérosaures et les chauves-souris. Une autre est la naissance vivante (ou « viviparité »), qui a évolué indépendamment de la ponte plus de 150 fois chez les vertébrés (animaux à colonne vertébrale).
Pour comprendre comment cela s’est produit, nous avons étudié les gènes impliqués dans la grossesse et la naissance vivante chez six espèces vivantes différentes. Nous découvert que, malgré de grandes similitudes dans l’anatomie et la physiologie impliquées, chaque espèce utilisait un ensemble complètement différent d’outils génétiques pour donner naissance à des jeunes vivants.
La naissance vivante est-elle contrôlée par un ensemble universel de gènes ?
Chez presque tous les vertébrés vivants examinés jusqu’à présent, les modifications des tissus gestationnels et des processus biophysiques pendant la grossesse semblent remarquablement similaires.
Certains éléments communs du processus sont :
Les changements qui se produisent pendant la grossesse et l’accouchement doivent être principalement contrôlés par la génétique, et nous savons que l’expression des gènes change pendant la grossesse chez différents animaux vivants.
Cependant, la généralité de ces changements est moins claire. Par exemple, les mêmes gènes sont-ils utilisés pendant la grossesse chez les mammifères et les poissons ? Ou des résultats similaires sont-ils entraînés par des gènes entièrement différents ?
C’est ce que nous avons cherché à découvrir dans notre étude, nouvellement publié dans Biologie moléculaire et évolutionen collaboration avec des chercheurs de l’Université du Queensland et de l’Université James Cook.
Mesurer l’activité des gènes pendant la grossesse
Le développement d’un animal est contrôlé par ses gènes, son environnement et une interaction entre les deux.
Tous les gènes d’un animal ne sont pas toujours actifs. Les gènes sont activés (ou « exprimés ») en cas de besoin, puis désactivés à nouveau lorsqu’ils ne sont plus nécessaires.
Les niveaux d’expression génique varient naturellement au fil du temps, car un animal interagit avec l’environnement et subit des changements physiologiques, tels que ceux associé à la grossesse. En utilisant une technique appelée « transcriptomique », nous pouvons prendre des instantanés de ces changements dans l’expression des gènes au fur et à mesure qu’ils se produisent.
Pour étudier les changements génétiques se produisant dans l’utérus pendant la grossesse chez différentes espèces, nous avons recueilli des échantillons ou utilisé des données existantes de six animaux vivants : le requin pointu australien, trois espèces de lézards australiens, l’opossum gris à queue courte et le brun Rat de laboratoire.
L’échantillonnage de ce large éventail d’animaux nous a permis de déterminer si les mêmes changements d’expression génique se produisent pendant la grossesse dans toutes les espèces chez lesquelles la naissance vivante a évolué indépendamment.
Notre travail est la première étude quantitative sur la base génétique de la naissance vivante à une échelle évolutive aussi large.
Il existe de nombreuses façons de faire grandir un bébé
Nous nous attendions à trouver bon nombre des mêmes gènes utilisés pendant la grossesse pour soutenir la croissance et la survie des embryons dans chacune des espèces vivantes que nous avons échantillonnées.
Cette hypothèse semblait logique compte tenu de la beaucoup de similitudes dans les changements anatomiques pendant la grossesse chez les vertébrés vivants, ainsi que les résultats qualitatifs de Recherche précédente.
Au lieu de cela, nous avons constaté qu’il n’y avait pas un seul ensemble de « gènes vivants » utilisés pendant la grossesse dans notre gamme d’animaux échantillonnés. En d’autres termes, l’évolution a convergé vers des fonctions similaires pour une grossesse réussie, mais ces fonctions ont été réalisées en recrutant différents groupes de gènes.
Bien que n’étant pas ce à quoi nous nous attendions, cette découverte a également du sens. Différentes lignées animales peuvent avoir différentes « boîtes à outils » de gènes à puiser, en raison de leurs histoires évolutives uniques.
Une «boîte à outils» génétique peut être considérée comme une large classe de gènes qui remplissent des fonctions de base similaires. Au cours des longues échelles de temps de l’évolution, différents gènes de cette boîte à outils ancestrale peuvent être recrutés pour effectuer les mêmes fonctions physiologiques chez différents animaux.
Par exemple, les bébés en développement ont besoin d’avoir accès à un approvisionnement en acides aminés pour un développement réussi. Chez de nombreuses espèces, ces acides aminés sont transportés de la mère au fœtus à travers le placenta via des gènes « porteurs de soluté ».
Nous avons identifié plus de 75 gènes porteurs de soluté différents dans la boîte à outils génétique combinée de nos espèces d’étude. Cependant, chaque espèce a recruté différents gènes de la boîte à outils pour transporter les acides aminés pendant la grossesse.
Repenser la naissance vivante
Nos découvertes nous obligent à repenser l’idée que les similitudes entre les espèces dans les naissances vivantes sont contrôlées par les mêmes changements génétiques.
Nous pouvons également considérer nos résultats dans le contexte de l’expérience de pensée de Gould sur la « réécoute de la bande de la vie ».
L’évolution des naissances vivantes était-elle prévisible ? Cela dépend de la façon dont vous le regardez.
Des similitudes à grande échelle, telles que l’anatomie et les fonctions de l’utérus, semblent prévisibles. Ils semblent avoir évolué à plusieurs reprises pour résoudre les défis biophysiques d’une grossesse réussie.
Cependant, nos résultats montrent que cette prévisibilité ne s’étend pas aux gènes sous-jacents.
Cet article est republié de La conversation sous licence Creative Commons. Lis le article original.