L'évolution mise en lumière
Publié par Adrien le 07/02/2019 à 08:00
Source: Université McGill
Qu'obtient-on quand on rassemble plusieurs tonnes de plaques d'acier, des centaines de souris et quelques chercheurs en biologie évolutionniste et moléculaire dans une toute petite ville du Nebraska, près de la frontière avec le Dakota du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) ? On obtient l'un des portraits les plus complets de l'évolution des vertébrés (Les vertébrés forment un sous-embranchement du règne animal. Ce taxon, qui dans sa version moderne exclut les myxines, est considéré comme...).

Sous la direction de Rowan Barrett, titulaire de la Chaire de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) du Canada en science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on...) de la biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie en considérant la diversité des écosystèmes, des espèces,...) à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au...) McGill, et de Hopi Hoekstra, professeure de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des...) organismique et évolutionniste et de biologie moléculaire et cellulaire, une équipe de recherche internationale a consacré de nombreuses années à une étude visant à déterminer comment des souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus,...) au pelage clair ou foncé survivent dans un habitat de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) claire ou foncée.

Les chercheurs ont ainsi pu confirmer leur intuition, à savoir que les souris connaissaient un meilleur sort dans un habitat ayant une couleur de même ton que leur pelage; ils ont également découvert une mutation qui modifie la pigmentation du pelage et compris parfaitement ce mécanisme. Les conclusions de l'étude sont publiées dans la revue Science.

"Ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...), qui s'est étalé sur de nombreuses années, s'inspire en partie d'études d'évolution expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le...) menées depuis longtemps sur des microbes en laboratoire, explique la Pre Hoekstra. Il s'agit de prendre une population en particulier et de la génotyper, pour ensuite modifier son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) et voir comment elle évolue. À la fin de l'expérience, on réalise un nouveau génotypage et on relève les changements au niveau génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.)".

"Nous voulions reproduire cette méthode avec des vertébrés dans un environnement naturel, précise-t-elle. Il était important que ces vertébrés puissent vivre dans un habitat accessible aux prédateurs, ou du moins aux oiseaux de proie (Une proie est un organisme capturé vivant, tué puis consommé par un autre, qualifié de prédateur.)."

Rowan Barrett, alors boursier postdoctoral, et ses collègues se sont donc rendus dans la petite ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour l'ONU) étendue et fortement peuplée (dont les habitations doivent être à moins de 200 m chacune, par...) de Valentine, au Nebraska, afin de tirer parti d'un imposant habitat naturel - les Sand Hills.

La Pre Hoekstra explique que dès les années 1930, on avait remarqué que les souris qui vivaient dans ces immenses dunes de sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la dimension est comprise entre 0,063 et 2...) clair avaient un pelage plus clair que celles qui vivaient dans les zones en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un objet ou d'une chose.), où le sol est foncé et argileux.

Pour expliquer ces différences, la Pre Hoekstra, Rowan Barrett et leurs collègues ont fait le pari ambitieux de construire une série de huit enclos de 2 500 mètres carrés chacun, soit un peu plus d'un demi-acre: quatre sur les dunes de sable clair et quatre sur le sol plus foncé.

Ils ont ensuite introduit 100 souris dans chaque enclos. La moitié des souris avaient été attrapées dans les dunes et l'autre moitié dans les zones en périphérie, au sol foncé. On leur avait ensuite posé une minuscule étiquette d'identification par radiofréquence, après avoir prélevé un tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) petit bout de leur queue pour le séquençage (En biochimie, le séquençage consiste à déterminer l'ordre linéaire des composants d'une macromolécule (les acides aminés d'une protéine, les...) génétique. Après trois mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.), les chercheurs sont revenus sur les lieux pour récupérer les souris et identifier les survivantes.

"Nous voulions commencer avec la plus grande variation phénotypique possible, afin d'être en mesure de bien détecter la sélection naturelle, explique Rowan Barrett. Nous cherchions à savoir si, en général, la couleur du pelage de ces populations allait subir des changements au fil du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), les souris au pelage clair ayant de meilleures chances de survie sur un sol clair, et vice-versa dans les enclos au sol foncé".

Toutefois, ces renseignements sur le phénotype n'étaient qu'une partie de l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre...); les chercheurs voulaient également savoir s'il y avait des différences génétiques chez les souris survivantes.

"Nous savions que la couleur du pelage était héréditaire, et à la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm...) d'études précédentes, nous avons centré notre attention sur un gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un acide ribonucléique...) de la pigmentation dont nous savions qu'il jouait un rôle dans la variation de couleur chez ces souris du Nebraska, explique la Pre Hoekstra. Nous avons effectué le séquençage des 200 000 paires de bases de ce gène et avons découvert quelques mutations corrélées à la survie".

L'équipe a choisi de se concentrer sur une mutation en particulier - une modification de la séquence protéique qui a entraîné la délétion d'un seul acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) aminé dans la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de protéine lorsque la...) résultante - qui a été associée à un changement vers un pelage plus clair.

Des analyses biochimiques effectuées avec la participation de Jonathan Duke-Cohan à la Faculté de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son...) de l'Université Harvard (L’université Harvard (Harvard University), ou plus simplement Harvard, est une université privée américaine située à Cambridge dans le Massachusetts. Fondée en 1636, elle...) ont montré que la mutation touchait les propriétés de liaison de la protéine. Par la suite, des analyses reposant sur l'édition génique ont confirmé que cette mutation entraînait un éclaircissement visible du pelage des souris.

La Pre Hoekstra a précisé que deux voies principales s'offrent maintenant aux chercheurs: pousser les recherches pour découvrir s'il existe d'autres différences génétiques qui aident les souris à vivre sur les dunes ou en périphérie, et étudier les changements sur plusieurs générations.

Somme toute, la Pre Hoekstra affirme que l'étude dresse un portrait complet, et important, de l'évolution chez les mammifères.

Cette étude été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, le Fonds national suisse de la recherche scientifique, la société National Geographic, le Musée de zoologie comparée de l'Université Harvard et l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) médical Howard Hughes.

L'article "Linking a mutation to survival in wild mice", par Rowan Barrett et coll., a été publié dans la revue Science (2019).
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