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L'évolution de Darwin dans une expérience de 25 ans au laboratoire

C’est sans doute l’une des plus longues expériences de biologie jamais réalisées : depuis maintenant 25 ans, des chercheurs grenoblois cultivent nuit et jour des populations bactériennes provenant d’une même cellule de départ. Leur objectif est d’observer l’effet de l’évolution sur le devenir de ces bactéries. Tous ces efforts ont payé, et les scientifiques ont été témoins d’une histoire évolutive jamais décrite auparavant.

Escherichia coli est une bactérie intestinale très répandue chez les mammifères. Facile à manipuler (pour les souches non pathogènes), elle est très utilisée en laboratoire de recherche, notamment pour étudier l’évolution. À 37 °C et en milieu riche, elle met environ 30 minutes pour se dédoubler. © Mattosaurus, Wikimedia Commons, DP Escherichia coli est une bactérie intestinale très répandue chez les mammifères. Facile à manipuler (pour les souches non pathogènes), elle est très utilisée en laboratoire de recherche, notamment pour étudier l’évolution. À 37 °C et en milieu riche, elle met environ 30 minutes pour se dédoubler. © Mattosaurus, Wikimedia Commons, DP

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En 1859, Charles Darwin a publié l'hypothèse selon laquelle toutes les espèces vivantes sont le fruit de l’évolution et de l’adaptation de leurs ancêtres. Pourtant, jamais aucun scientifique n’avait vu l’apparition d’une nouvelle lignée cellulaire à partir d’un ancêtre unique de bactérie et d’une seule source nutritive, en environnement constant. C’est maintenant chose faite ! Une nouvelle étude, réalisée par une équipe du CNRS de Grenoble et publiée dans la revue Science, montre que deux nouvelles lignées bactériennes peuvent émerger à partir d’un ancêtre commun puis coexister dans un même tube à essai pendant des dizaines de milliers de générations.

Cette observation est le fruit de la plus longue expérience d’évolution en laboratoire. Une cellule unique d’Escherichia coli, l’« ancêtre », a été utilisée pour initier 12 populations qui sont cultivées nuit et jour depuis 1988, dans 12 tubes à essai, dans un environnement stable avec une seule source nutritionnelle exploitable initialement, le glucose. Dans chacun des 12 tubes, les bactéries s’adaptent pour mieux assimiler le sucre. La majorité des 12 populations a emprunté des stratégies d’adaptation similaires. Mais certaines ont révélé des surprises…

En février 2013, Richard Lenski (université d’État du Montana, à gauche), Dominique Schneider (CNRS, à droite) et les autres membres du projet ont célébré le 25e anniversaire de leur expérience d’évolution. Des clones S (small) et L (large), ont été cultivés sur du milieu solide par Jessica Plucain (première auteure de l’article publié dans Science), de façon à ce qu’ils poussent en formant un gâteau d’anniversaire.
En février 2013, Richard Lenski (université d’État du Montana, à gauche), Dominique Schneider (CNRS, à droite) et les autres membres du projet ont célébré le 25e anniversaire de leur expérience d’évolution. Des clones S (small) et L (large) ont été cultivés sur du milieu solide par Jessica Plucain (première auteure de l’article publié dans Science), de façon à ce qu’ils poussent en formant un gâteau d’anniversaire. © Madeleine Lenski, CNRS

Bactérie qui se transforme en deux populations distinctes

Dans un tube, un événement inattendu s’est produit : les chercheurs ont découvert deux types de lignées bactériennes, l’une constituée de grandes cellules et l’autre de petites. Ils se sont rendu compte que les plus grandes cellules produisaient des métabolites que les petites pouvaient utiliser comme source nutritive. En d’autres termes, les grandes cellules ont créé une nouvelle niche écologique que les petites ont su exploiter.

Enthousiasmés par cette découverte, les scientifiques grenoblois n’en sont pas restés là. Ils ont réussi à identifier trois mutations génétiques nécessaires à l’émergence de la seconde lignée bactérienne (la petite). Par ailleurs, ils ont démontré que l’ordre d’apparition de ces mutations était essentiel pour son émergence. Afin de vérifier ces résultats, les scientifiques ont introduit chronologiquement les trois mutations dans la bactérie originelle (qu’ils avaient conservée au congélateur). Cet ancêtre a alors été transformé en cellules plus petites possédant toutes les caractéristiques de cette nouvelle lignée…


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