Une drôle de bibitte : un «corps» composé de levures... (Image : William C. Ratcliff, University of Minnesota)
La vie sur Terre est apparue sous la forme d’unicellulaires, qui n’ont pas senti le besoin de se regrouper en organismes complexes pendant des milliards d’années. Alors on se dit, a priori, que le passage à la multicellularité a dû être un «accouchement difficile», qui s’est étiré sur des millions d’années. Mais une équipe américaine est parvenue à faire évoluer des levures (des champignons unicellulaires) en organismes complexes en seulement deux semaines !
Dirigés William Ratcliff, post-doctorant du biologiste de l’Université du Minnesota Michael Travisano, ces travaux absolument captivants ont été publiés cette semaine dans les Proceedings of the National Academy of Science ; des comptes-rendus sont disponibles ici et ici, en anglais. La méthode fut remarquablement simple : cultiver une quinzaine de populations de banales levures (Saccharomyces cerevisiæ), brasser l’éprouvette une fois par jour puis, après un délai (5 à 45 minutes, selon le cas), ne retenir que le microlitre du fond, de manière à sélectionner les individus qui tombent le plus vite au bas de l’éprouvette. Comme les agrégats précipitent plus rapidement que les individus, cela a créé un environnement qui favorisait les rassemblements, un comportement que S. cerevisiæ n’est pas connue pour adopter.
Et au bout de seulement 14 jours, des levures ont commencé à former de petites grappes dans une première éprouvette ; après 60 jours, ce comportement était observé dans tous les échantillons. Plus étonnant encore, ces «tapons» montraient aussi un début de spécialisation cellulaire, certaines levures se «suicidant» pour permettre à une branche de se détacher de la grappe-mère pour croître à son tour. Bref, non seulement les levures se rassemblaient-elles, mais en plus elles se reproduisaient collectivement !
L’expérience montre que le passage à la multicellularité a pu se faire beaucoup, beaucoup plus rapidement qu’on le croyait, et confirme une fois de plus que l’évolution fonctionne parfois par à-coup.
Il y a cependant, semble-t-il à mes yeux de profane, une possibilité que l’article n’explore pas. Peut-être parce qu’elle n’existe pas en pratique et que c’est tellement évident aux yeux d’un biologiste que les auteurs n’ont pas jugé bon de l’aborder. Et n’étant pas biologiste moi-même, j’aurais échappé ce détail. Bref, qu’on me corrige si je me trompe.
Mais ne peut-on pas imaginer que S. cerevisiæ ait déjà, dans le passé, commencé à évoluer vers la multicellularité pour ensuite, pour une raison ou pour une autre, revenir vers l’unicellularité — en gardant des prédispositions dormantes pour la première ? Compte tenu de la rapidité (stupéfiante, disons-le) avec laquelle les levures non seulement se sont agglutinées, mais ont en plus adopté des comportements absolument altruistes (l’apoptose) et un mode collectif de reproduction, ne doit-on pas envisager la possibilité que cette «évolution» soit le résultat d’une sorte de préprogrammation latente — qui, elle, aurait mis des millions d’années à évoluer ?
AJOUT, 13h45 : J’ai envoyé ces questions à l’auteur principal de l’étude, Will Ratcliff, qui m’a répondu ceci (ma traduction) :
«Il s’avère que la levure a bel et bien un ancêtre multicellulaire qui vivait il y a plusieurs centaines de millions d’années, mais nous ne croyons pas que les levures de notre expérience aient eu recours à des gènes latents de multicellularité. L’évolution initiale vers les grappes de levure est le résultat de mutations qui dérangent la mitose (reproduction par simple division chez les cellules pourvues d’un noyau, ndlr), empêchant les cellules-filles d’être libérées comme elles le sont quand la division est complète. (…) C’est une perte de fonction, pas un gain de fonction. On pourrait probablement obtenir par évolution un phénotype similaire avec à peu près n’importe quel autre microbe autre que des bactéries. Nous avons trouvé qu’il est beaucoup plus difficile de retourner à l’unicellularité une fois que les grappes apparaissent, car il y a plus de façons de briser quelque chose par mutation que de manières de le réparer.
L’aspect le plus frappant est que nous observons rapidement des adaptations à cette adaptation. Si nous raccourcissons le temps de précipitation, alors les grappes de levure retardent leur reproduction jusqu’à ce que le parent soit plus gros, permettant ainsi aux grappes-filles de précipiter plus vite. Nous voyons le taux plus élevée d’apoptose (suicide cellulaire, ndlr) comme une façon de réguler la taille et le nombre des propagules (parties des grappes qui se séparent du reste, ndlr). Nos résultats montrent que la transition de la levure vers la multicellularité est étonnamment facile, et nous n’avons aucune raison de croire que ce serait plus ardu avec d’autres microbes ayant un mode de reproduction analogue à celui des levures.
Il faut garder à l’esprit que nous menons ces expériences sur de très grandes populations (à peu près 1 milliard de cellules de levure par population) et que nos levures font sept générations par jour. L’adaptation est rapide parce qu’il y a beaucoup de mutations dans chacune des populations, et avec de si grandes populations, la sélection est très efficace.»
gl000001
18 janvier 2012
11h09
L’évolution s’est produite lorsqu’on a concentré les levures. Si ça a pris des milliards d’années sur la Terre, est-ce parce qu’il y avait trop d’eau ?
En tout cas, on a trouvé une bonne chose à dire aux enfants. “Concentre-toi sur ton travail. Comme les levures tu vas évoluer plus vite”. ;-)
pacog
18 janvier 2012
11h51
Si les levures avaient déjà été des organismes multicellulaires, je crois qu’il est peu probable que des reliquats de cette époque soit encore présents dans les levures modernes car les organismes unicellulaires tel que les levures ou les bactéries ont tendance a avoir un génome très optimisé qui est “purifié” de l’information inutile, contrairement aux animaux. Je crois cependant qu’il soit possible que des levures puissent avoir dans certaines circonstances besoin d’agir en groupe et qu’un “programme” leur permettant d’agir ainsi soit toujours présent en cas de besoin.
Mais je pense, comme vous, qu’il est très peu probable que ces organismes aient développé des nouveaux gènes en si peu de temps. Il ont sûrement seulement modifié l’usage de leur “boîte à outils” déjà disponible.
dcsavard
18 janvier 2012
12h38
@gl000001,
je ne pense pas que c’était parce qu’il y avait trop d’eau. Les bactéries peuvent doubler leur population entre 20 minutes et 1000 minutes dépendant du type de bactérie. A ce rythme et sans prédateur ou conditions inhibitrices, elles pourraient facilement dominer la totalité du monde en moins d’une année.
gl000001
18 janvier 2012
13h29
@dcsavard
Les bactéries ont-elles besoin de la proximité des autres bactéries pour augmenter leur population ? On ne parle pas de la même chose avec les levures qui, elles, ont évolué à cause de la proximité.
C’est comme le programme d’ordinateur “Life” (que tout jeune programmeur a programmé sur son Commodore 64 à l’époque).
http://www.bitstorm.org/gameoflife/
Parsemez la matrice de points ici et là et la vie va s’éteindre assez vite.
mononke
18 janvier 2012
16h11
Comme la quantité de levure est grande et qu’elles ont une influences les unes sur les autres la reproductin exige de la nouriture et implique de srejets , il est difficile de savoir si le changement dans l’environnment ( ie l’adaptation ) influence les résultats et dans quelle mesure plutot que la mutation pure et simple.
pour ce qui est de :
« pour une raison ou pour une autre, revenir vers l’unicellularité »
a lire certains commentaires parfois on peut facilement croire que parfois certains être supposéent évolués en sont parfaitement capable ….
( désolé JFC j’ai pas pu me retenir !, j’espère que les règles ne sont pas trop devenues strictes même si il faut rester sérieux… car c’est quand même agréable d’en pousser une de temps en temps ! science ne veut pas dire plate ! pis ça ne me dérange pas de me faire poivrer un peu si c’est fait avec intelligence !)
yvan_dutil
18 janvier 2012
17h18
@gl000001 L’automate cellulaire “life” de Conwey peut tout aussi bien créer une nombre infini de descendant si les conditions sont adéquates.
http://www.conwaylife.com/
hdufort
18 janvier 2012
19h44
Ces levures possèdent peut-être déjà des gènes d’organisation multicellulaire, qui sont désactivés mais qui peuvent re-surgir selon la pression du milieu. Qu’en pensez-vous? N’oublions pas que les levures sont des organismes très évolués, malgré leur apparente simplicité et leur petite taille.
infophile
18 janvier 2012
23h09
Monsieur Cliche
Petite coquille:
«car il y a plus de façon de briser quelque chose par mutation que de manières de le réparer.»
Ici, «façon» s’accorde au pluriel.
Autre type de coquille:
«Nos résultats montrent que la transition de la levure vers la multidisciplinarité est étonnamment facile»
Sans doute vouliez-vous parler de multicellularité, telle que vous l’évoquez plus haut d’ailleurs. Tant mieux si mon intervention quelque peu vétillarde peut aider la lecture de votre excellent texte.
Quant au phénomène décrit, j’en suis encore à une réflexion émerveillée. Merci.
Hé hé hé… multidisciplinarité… Je vais la rire longtemps, celle-là. Sciences sociales, sortez de ce corps !
JFC
gl000001
19 janvier 2012
08h00
@yvan_dutil
Je sais bien. Il y a des gens qui ont créé des simulations d’ordinateur avec Life. Ils ont créé des structures pour simuler circuits simples comme de la mémoire, des additionneurs … Ils ont tout mis ça ensemble et ça donne un CPU simple.
be-bop-a-lula
1 février 2012
22h58
Cette chronique m’avait échappé. Quand on lit et fait des recherches sur la théorie de l’Évolution, on peut voir que certains sont plutôt partisans d’une évolution soudaine, qui se ferait par grand coup plutôt que sur de longues périodes qui laissent le temps à la sélection naturelle de faire son oeuvre (quoiqu’un n’exclut pas l’autre…). Une équipe danoise croit d’ailleurs avoir observé ce genre de mutation spontanée en étudiant les morues du golfe du St-Laurent.
Si l’Évolution procède effectivement ainsi, ils s’en trouvent pour dire que c’est parce que le vivant, même au niveau cellulaire, est conscient de lui-même et fait tout en son pouvoir pour se complexifier et accroitre ses chances de survie. Si j’ai bien compris, cela ne serait donc pas le fruit du hasard brut comme le veut les tenants de la version “officielle” .
Les mutations dont vous parler ci-haut pourrait cadrer avec ce scénario, non?
yvan_dutil
2 février 2012
09h03
@be-bop-a-lula Il y a deux phénomènes dont il faut prendre compte. D’une part, les fossiles ne sont pas conservé uniformément dans le temps, ce qui donne l’impression de saut brusques dans l’évolution. D’autre part, l’évolution peut effectivement s’accélérer. Il suffit que l’environnement change brusquement pour changer la pression évolution ce qui augmente l’effet de sélection naturelle sur les gènes. De plus, il y a un y a mécanisme de turbo, l’épigénétique, qui permet d’activer certains gènes en une générations. Sans compter, que la vie peut recycler des vieux gènes inutilisés. Tout ceci mis ensemble, la vie montre une étonnante capacité d’évolution insoupçonnée il n’y a pas si longtemps.