Secouer les fondations de la vie

La vie a parcouru un long chemin. Il y a environ quatre milliards d'années, des précurseurs de cellules, appelés protocellules, se sont formés. Ils ont donné naissance aux bactéries et aux archées, puis, il y a deux milliards d'années, aux premiers eucaryotes, qui ont constitué la base d'organismes multicellulaires plus complexes. Rien n'est resté comme avant. Des perturbations sont apparues à plusieurs reprises : Météorites, éruptions volcaniques, périodes chaudes et glaciaires. Des extinctions massives se sont produites au moins cinq fois dans l'histoire de la Terre, mais la vie ne s'est pas laissée évincer.

L'une des forces motrices de l'évolution est le changement : Nouvelle concurrence pour la nourriture et l'espace, pénurie de nourriture, changements environnementaux, changement climatique - en permanence, tous les organismes, de la bactérie à l'éléphant, doivent changer et s'adapter - ou dispara?tre.

La coopération comme modèle de réussite

Pour étudier les changements évolutifs, les bactéries s'avèrent être des objets de recherche idéaux, car elles sont petites et ont des temps de génération très courts. Le professeur de l'ETH Gregory Velicer a choisi la bactérie du sol comme organisme modèle. Myxococcus xanthus sélectionné. Ce microbe vit en groupes qui chassent collectivement d'autres microorganismes. En période de famine, des milliers de Myxococcus-Les cellules bactériennes forment ensemble un corps fructifère, qui donne naissance à des spores pouvant persister très longtemps dans le sol, même dans les conditions les plus défavorables.

"Il est désormais clair que les microbes ne sont pas des individus isolés, mais des êtres vivants hautement sociaux. Ils coopèrent, trichent ou se battent d'une part au sein de groupes sociaux composés de cellules de la même espèce, et d'autre part dans le contexte de communautés inter-espèces complexes", explique le professeur d'écologie évolutive à l'Institut de biologie intégrative. Cela est également pertinent en ce qui concerne les agents pathogènes. Ainsi, les cellules du redoutable germe hospitalier disposent d'une capacité de résistance à l'infection. Pseudomonas aeruginosa ou de l'agent pathogène du choléra Vibrio cholerae via une communication spéciale entre cellules, gr?ce à laquelle elles forment des biofilms résistants ou des poisons cellulaires.

"Comment la coopération évolue-t-elle au fil du temps et s'impose-t-elle face à un comportement individuel 'égo?ste', sans pour autant se perdre, est l'une des questions importantes de la biologie de l'évolution", explique Velicer.

En effet, il y a quelque temps, il a pu démontrer avec des collègues qu'il existait parmi les Myxococcus-Certaines cellules mutantes ne forment pas de fructification ou de spores par elles-mêmes. Mais si on les mélange avec des cellules coopérantes et sporulantes, les fraudeurs exploitent cette capacité sans fournir l'énergie nécessaire sous forme de messagers et d'enzymes avec d'autres coopérants. Les tricheurs peuvent ainsi augmenter leur part dans une population pratiquement sans frais, mettant ainsi en danger la pérennité des systèmes coopératifs. "Nous avons même observé que les tricheurs entra?nent l'extinction de populations entières de coopérateurs et de tricheurs", explique Velicer.

Pourtant, la coopération est un modèle de réussite de l'évolution : dans un grand nombre de systèmes biologiques, la collaboration s'est révélée résistante à ce type de fraude sur le plan de l'évolution. En effet, les systèmes coopératifs Myxococcus-Les bactéries peuvent rapidement donner naissance à des adaptations sociales, comme Velicer l'a découvert dans une autre étude. Il a ainsi observé comment une souche qui se comportait initialement de manière sociale s'est d'abord transformée en tricheur, puis à nouveau en coopérateur ; et ce même sous une nouvelle forme mieux adaptée, hautement résistante aux tentatives de tricherie de ses propres ancêtres. Dans une autre étude, un collaborateur de Velicer a découvert que le rétablissement de la coopération était d? à une seule mutation dans un ARN court (en anglais : small RNA, sRNA) inconnu auparavant. Il s'est avéré que cet ARNs était essentiel à la régulation de la fructification.

Soudain le patrimoine génétique doublé

Les modifications du patrimoine génétique sont l'une des bases de l'évolution. Elles se produisent spontanément et par hasard ; souvent, elles sont insignifiantes et n'ont pas d'effet. Mais il existe des modifications du patrimoine génétique qui sont massives et qui touchent l'ensemble du patrimoine génétique : le doublement de l'ensemble des chromosomes. Cela se produit d'un moment à l'autre lorsque, lors de la division à maturité des cellules germinales, la méiose, les chromosomes ne sont pas divisés en deux comme d'habitude et répartis uniformément entre les cellules germinales en formation. Les chromosomes sont des filaments d'ADN enroulés autour d'une structure de soutien constituée de protéines. Chaque cellule du corps humain possède 46 chromosomes : deux chromosomes sexuels et 22 paires.

Si la méiose échoue, l'une des cellules germinales en formation re?oit tous les chromosomes et donc l'ensemble du patrimoine génétique. Elle reste diplo?de, l'autre n'a rien et meurt. Si deux cellules germinales diplo?des fusionnent, il en résulte un organisme dont les cellules possèdent un jeu de chromosomes quadruple. Il est soudain polyplo?de - ce qui pose des défis substantiels à la biologie cellulaire et à la physiologie de l'organisme.