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L’évolution en direct

14 janvier 2013

Si on remontait dans le temps et rejouait le scénario de l’évolution, le résultat serait-il le même ? Dans les mêmes circonstances, l’homme évoluerait-il de nouveau pour devenir tel qu’il est aujourd’hui, ou une espèce totalement différente apparaitrait à sa place ?

Pour répondre à cette question, un groupe de scientifiques a suivi dans 12 tubes à essai et dans des conditions identiques, l’évolution des bactéries Escherichia coli, bactéries du tube intestinal, pendant 20 ans et 40’000 générations, l’équivalent d’un million d’années dans l’évolution de l’homme.

Une culture de bactéries a été placée dans un nouveau milieu nutritif. Pendant toute la durée de l’expérience, les bactéries ont grandi, se sont divisées, et ont subi des mutations. Les bactéries se multipliant le plus efficacement dans les nouvelles conditions colonisaient peu à peu le tube de culture et les moins aptes étaient éliminées.

L’adaptation était mesurée en mettant la souche mutante en compétition avec la bactérie ancêtre. Au début, la nouvelle souche s’est adaptée très vite au nouveau milieu, elle se multipliait de plus en plus rapidement, et a rapidement dépassé la bactérie ancêtre. Puis, l’essentiel des mutations importantes semble être atteint, et même si capacité évolutive des bactéries s’améliore toujours au cours du temps, les changements se produisent de plus en plus lentement.

Le génome des ces bactéries a été séquencé a plusieurs moments au cours du temps. Pendant les 10 premières années de l’expérience le taux de mutation dans le génome est constant (2 mutations tous les 1000 générations), puis au bout de 20’000 générations une mutation dans un gène particulier lié aux mécanismes de réparation de l’ADN fait exploser ce taux de mutations, mais sans plus entraîner de conséquences importantes sur la capacité d’adaptation des bactéries. Les auteurs ont prouvé que la fixation de ces caractères dans le génome est due à la sélection. Entre autres, les mutations qui se fixent dans le génome de la bactérie changent quasiment toutes la séquence des protéines importantes pour la croissance rapide des bactéries.

Cette expérience éclaire les mécanismes de l’évolution et de l’adaptation des espèces à des nouvelles conditions. Le taux de mutation constant du génome assure une flexibilité qui permet de tirer rapidement avantage d’un changement du milieu. Immédiatement après un changement de conditions, il y a des nombreuses possibilités de mutations qui améliorent les performances de l’individu. Après cette première étape d’évolution rapide, la bactérie est très bien adaptée à son nouveau milieu, les possibilités d’améliorations ont été épuisées et les mutations tardives n’apportent plus que des modestes avantages évolutifs.

Qu’en est-il des 11 autres tubes de culture ? Dans tous, les bactéries sont devenues plus rondes et plus grandes, et la densité de population optimale a diminué. Dans un seul cas, une mutation particulière a permis à la bactérie d’utiliser le citrate comme source d’énergie, ce qui signifie quasiment qu’une nouvelle espèce de bactéries est née. Cela arriverait-il dans toutes les cultures après un temps plus long ? Il a fallu au moins deux mutations successives pour développer cette nouvelle qualité chez la bactérie, et il semble que les autres cultures d’Escherichia coli ont pris des trajectoires qui ne croiseront jamais celle-ci, et que le hasard reste un facteur important dans l’évolution. Cependant, l’apparition de nombreux caractères semblables dans des circonstances identiques suggère que l’évolution d’organismes simples comme les bactéries est au moins en partie prévisible, ce qui permettra entre autres de mieux prévenir l’apparition de résistances aux antibiotiques ou aux pesticides.

2009

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