Comment l'évolution repeint les êtres vivants

Du pelage rayé du zèbre aux ailes colorées des papillons en passant par les bandes rouges du poisson-clown, les animaux sont décorés de motifs pigmentaires très diversifiés, essentiels à leur survie et leur reproduction. Mais comment ces motifs colorés apparaissent-ils et se modifient-ils au cours de l'évolution ? Une équipe de chercheurs de l'Institut de biologie du développement de Marseille-Luminy (CNRS / Aix-Marseille Université) vient de proposer un modèle génétique expliquant l'émergence évolutive de nouveaux motifs pigmentaires et leur diversification entre espèces. Pour cela, les scientifiques se sont intéressés à une tache noire présente sur les ailes des mouches drosophiles. Ils ont retracé l'histoire des changements génétiques qui ont donné naissance à ce caractère et conduit à sa diversification en formes différentes chez plusieurs espèces. Leurs travaux ont été publiés le 22 mars 2013 dans la revue Science. Ce modèle génétique pourrait également expliquer l'évolution d'autres caractères animaux, au-delà des motifs colorés qui les habillent.


La morphologie des animaux, de leur forme générale à leur ornementation, est déterminée par des gènes qui s'activent au cours du développement embryonnaire. Ces gènes agissent comme différents corps de métier sur un chantier: certains sont des "architectes" qui établissent la trame du corps ou d'un organe ; d'autres sont des "artisans" (peintres, charpentiers...) qui reçoivent leurs instructions des gènes "architectes". Comprendre comment les relations entre ces gènes s'établissent pendant le développement embryonnaire et se modifient au cours de l'évolution sont des questions centrales pour élucider comment la morphologie des animaux apparait et évolue.

De l'apparition d'une tache...

Dans ce contexte, les chercheurs se sont intéressés à une tache de pigments noirs présente sur les ailes des mâles de plusieurs espèces de drosophiles. L'équipe s'est d'abord penchée sur l'apparition de cette tache, il y a environ 15 millions d'années, chez un ancêtre des espèces tachetées actuelles. Elle a mis en évidence que des mutations apparues dans la séquence de gènes "peintres" les ont rendu sensibles à un gène "architecte" actif au bout de l'aile, dans la région de la tache. Ces gènes "peintres" produisaient déjà du pigment noir sur d'autres parties du corps ; à présent qu'ils répondent à un gène "architecte" de l'aile, ils en produisent également au bout de l'aile. Ainsi, l'apparition d'une nouveauté évolutive, la tache sur l'aile, résulte non pas de l'évolution de nouveaux gènes mais plutôt de l'émergence de nouvelles interactions entre des gènes préexistants. Ces résultats illustrent au niveau génétique comment l'évolution procède par un bricolage opportuniste pour faire du neuf avec du vieux.

...à sa diversification entre espèces de drosophiles

Une fois la tache apparue, sa forme s'est modifiée au gré de la formation de nouvelles espèces de drosophiles. Ainsi, la coloration de leurs ailes s'est plus ou moins intensifiée, étalée, ou même éclatée en plusieurs petites taches. Ces variations sur un thème initial constituent une deuxième phase évolutive distincte de l'apparition du caractère "tache au bout de l'aile". Les chercheurs ont montré que les variations de forme des motifs ne sont pas le fruit de mutations au niveau des gènes "peintres", mais qu'elles résultent au contraire de changements dans la distribution spatiale de l'expression du gène "architecte". En effet, en réponse à des variations de celle-ci, tous les gènes "peintres" qu'il gouverne ont vu leur propre distribution modifiée dans l'aile.

De telles transitions évolutives en deux temps (apparition-diversification) sont communes dans le vivant, et les mécanismes génétiques identifiés dans le cas de la tache des ailes de drosophile sont extrapolables dans leur principe à l'évolution d'autres caractères.



Référence:

Emergence and Diversification of Fly Pigmentation Through Evolution of a Gene Regulatory Module. Laurent Arnoult, Kathy F. Y. Su, Diogo Manoel, Caroline Minervino, Justine Magriña, Nicolas Gompel, Benjamin Prud'homme. Science, 22 mars 2013.