évolution accélérée – Sciences et Avenir › Geeky News

This article is from the magazine Les Indispensables de Sciences et Avenir n°208 of January/March 2022.

Quand un papillon révèle son côté obscur

La teigne du bouleau (Biston betularia) est considérée comme l’exemple emblématique de l’évolution en action. Ce petit papillon a généralement des ailes de couleur claire ornées de taches plus foncées qui forment une mosaïque (forme typique). Mais en 1848, une forme entièrement noire de l’insecte est découverte en Angleterre près de Manchester, où elle devient de plus en plus abondante au fil du temps. Nous sommes alors en pleine révolution industrielle, et les usines du nord du pays recrachent leurs suies de charbon en un flot continu. En 1896, quelques années après la publication des théories de Darwin, un naturaliste attaché aux idées évolutionnistes, James William Tutt, soutenait que les formes sombres – appelées carbonaria – étaient privilégiées car elles passaient inaperçues sur les bûches noircies par la pollution. .échappant ainsi à la vue des rapaces.

En 1955, le zoologiste britannique Bernard Kettlewell a développé une expérience pour tester cette hypothèse de sélection naturelle. Il procède au lâcher de papillons clairs et noirs, dans une zone contaminée et une zone non contaminée, avant de les recapturer et de compter les survivants. Il semble que la forme noire soit beaucoup plus conservée dans les régions polluées, alors qu’elle est la cible privilégiée des oiseaux dans les zones non contaminées, où sa couleur sombre contraste avec les troncs clairs. Un parfait exemple d’avantage sélectif pour illustrer la théorie de l’évolution.

Trop parfait… Car l’expérience de Kettlewell soulève des critiques méthodologiques. On lui reproche de nombreux biais, notamment d’avoir utilisé très peu d’insectes et de les avoir placés de façon irréaliste sur les troncs (ce ne serait pas le principal refuge naturel du papillon). Pour de nombreux créationnistes, le petit papillon devient le symbole lumineux que la théorie de l’évolution est une farce ! Cependant, dans les années 1990, le biologiste britannique Michael Majerus a montré que les conclusions de Kettlewell ne devaient pas être disqualifiées.

This article is from the magazine Les Indispensables de Sciences et Avenir n°208 of January/March 2022.

Quand un papillon révèle son côté obscur

La teigne du bouleau (Biston betularia) est considérée comme l’exemple emblématique de l’évolution en action. Ce petit papillon a généralement des ailes de couleur claire ornées de taches plus foncées qui forment une mosaïque (forme typique). Mais en 1848, une forme entièrement noire de l’insecte est découverte en Angleterre près de Manchester, où elle devient de plus en plus abondante au fil du temps. Nous sommes alors en pleine révolution industrielle, et les usines du nord du pays recrachent leurs suies de charbon en un flot continu. En 1896, quelques années après la publication des théories de Darwin, un naturaliste attaché aux idées évolutionnistes, James William Tutt, soutenait que les formes sombres – appelées carbonaria – étaient privilégiées car elles passaient inaperçues sur les bûches noircies par la pollution. .échappant ainsi à la vue des rapaces.

En 1955, le zoologiste britannique Bernard Kettlewell a développé une expérience pour tester cette hypothèse de sélection naturelle. Il procède au lâcher de papillons clairs et noirs, dans une zone contaminée et une zone non contaminée, avant de les recapturer et de compter les survivants. Il semble que la forme noire soit beaucoup plus conservée dans les régions polluées, alors qu’elle est la cible privilégiée des oiseaux dans les zones non contaminées, où sa couleur sombre contraste avec les troncs clairs. Un parfait exemple d’avantage sélectif pour illustrer la théorie de l’évolution.

Trop parfait… Car l’expérience de Kettlewell soulève des critiques méthodologiques. On lui reproche de nombreux biais, notamment d’avoir utilisé très peu d’insectes et de les avoir placés de façon irréaliste sur les troncs (ce ne serait pas le principal refuge naturel du papillon). Pour de nombreux créationnistes, le petit papillon devient le symbole lumineux que la théorie de l’évolution est une farce ! Cependant, dans les années 1990, le biologiste britannique Michael Majerus a montré que les conclusions de Kettlewell ne devaient pas être disqualifiées.

Entre 2001 et 2008, il a relâché près de 5 000 papillons dans la même région pour observer les effets de la sélection naturelle. Les données, exploitées après sa mort, confirment l’hypothèse d’une sélection par prédation… au profit des papillons plus légers. Car depuis l’époque de Kettlewell, la pollution a diminué et la forme noire a quasiment disparu dans la nature…

En 2018, deux chercheurs de l’Université d’Exeter (Royaume-Uni) ont modélisé la vision d’un oiseau prédateur, la mésange bleue, et ont montré que les papillons de forme typique étaient moins facilement identifiés par l’oiseau car ils étaient plus facilement confondus avec des trompes. . Malgré cet ensemble de preuves en faveur de l’évolution, l’humble papillon fait toujours l’objet de vifs débats. Scientifique, mais surtout idéologique.

La teigne du bouleau est étudiée depuis le 19ème siècle. C’est alors qu’à côté de la forme claire de ce papillon, alors le seul connu, une version noire se répandit dans les zones assombries par la fumée des cheminées. Crédit : ALEX HYDE/NATUREPL/BACCEGA

La plus longue expérience d’évolution de laboratoire

Un jour de l’été 1988, le biologiste américain Richard Lenski a prélevé douze échantillons de la même souche de bactéries Escherichia coli et les a placés dans douze flacons remplis d’un milieu nutritif minimisé et pauvre en glucose. La plus longue expérience d’Evolution en laboratoire vient de commencer : elle consiste à observer la vitesse à laquelle différentes souches mutent et se multiplient. Pour ce faire, les élèves prélèvent rituellement 0,1 millilitre de chaque flacon chaque jour et le repoussent dans un nouveau flacon rempli du même milieu nutritif.

Plus de 70 000 générations de bactéries se sont produites dans le laboratoire à ce jour. «Nous avons constaté que les douze colonies ont des trajectoires évolutives assez similaires dans le monde. Ils se sont adaptés efficacement à leur environnement pauvre. Il a fallu une heure pour que la souche originale se multiplie. Après 30 000 générations, cela ne prend que quarante minutes. Aujourd’hui, cette vitesse de multiplication a atteint un point, mais les bactéries continuent de muter et de s’adapter. Ils évoluent constamment. C’est sans doute une propriété intrinsèque des organismes vivants », souligne Dominique Schneider, du laboratoire TIMC (Recherche et innovation translationnelles en médecine et complexité) de Grenoble, partenaire de l’Expérience américaine pour laquelle il réalise des analyses de biologie moléculaire.

Vers la génération 30 000, une surprise attendait les chercheurs : en plus du glucose, une des douze colonies commençait à absorber du citrate, une molécule destinée uniquement à maintenir le pH du milieu de culture. Le résultat probable d’une série de mutations rares sur une longue période de temps. « Chez les bactéries, dans le milieu naturel, cette capacité à utiliser un autre nutriment et à coexister sans compétition est la première étape de l’apparition d’une nouvelle espèce », pointe le chercheur grenoblois.

L’expérience a un autre objectif fascinant : « reproduire » l’évolution. Pour ce faire, l’équipe a congelé des échantillons de la souche d’origine, puis les a ramenés à la vie pour introduire, dans un ordre variable, des mutations apparues des milliers de générations plus tard. « Résultat : l’ordre d’apparition des mutations influence la sélection. Cela confirme l’hypothèse de Darwin selon laquelle l’évolution est progressive », explique Dominique Schneider.

Aujourd’hui, six populations sur douze ont un taux de mutation très élevé, jusqu’à 100 fois celui de la souche d’origine. « Avec le temps, les bactéries évoluent vers une plus grande complexité, elles restructurent leur métabolisme et présentent davantage de mutations, bénéfiques ou non, sur lesquelles s’exercera le processus de sélection », résume Dominique Schneider. Autrement dit, l’évolution – elle évolue même !

Depuis près de trente-cinq ans, le biologiste Richard Lenski cultive des bactéries dans des conditions identiques pour observer leur comportement évolutif. Crédit : CHARLOTTE BODAK

Covid-19 : prédire les variantes un jour

Alpha, beta, gamma, delta, omicron… Les variants du virus SARS-CoV-2 responsables du Covid-19 apparaissent selon un mécanisme évolutif typiquement darwinien. Lorsqu’il se multiplie, le virus copie son matériel génétique, constitué d’ARN, en d’innombrables copies. Au cours de ce processus, des erreurs de copie se produisent. La plupart sont réparés par la machinerie virale, mais pas tous : il s’agit alors d’une mutation. Le séquençage du génome du SRAS-CoV-2 en a identifié des milliers. Il s’agit principalement des gènes de la protéine Spike, qui lui permet de se fixer sur les cellules humaines pour les infecter. Mais seuls quelques-uns lui confèrent un avantage sélectif : une plus grande virulence, ou un caractère plus contagieux, par exemple, ce qui explique sa propagation rapide. Aujourd’hui, la génétique des populations, qui étudie la distribution et la propagation de différentes formes de gènes (allèles), est capable de prédire si un variant deviendra dominant, comme ce fut le cas avec les variants alpha et delta. En revanche, il n’existe toujours pas de modèle évolutif permettant de prédire, à partir d’un génome viral, l’apparition d’une mutation qui donnerait naissance à un nouveau variant. La grande quantité de données accumulées pendant la pandémie devrait faciliter le développement de ce type d’outils.