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L’évolution des premiers organismes multicellulaires recréée au laboratoire

Les premiers organismes multicellulaires sont apparus il y a des centaines de millions d’années. Mais comment cela s’est-il passé ? Cette question récurrente chez les biologistes trouve enfin une réponse. Des scientifiques américains ont reproduit le processus en laboratoire en seulement 60 jours !

Saccharomyces cerevisiae est un micro-organisme unicellulaire utilisé dans l'élaboration de pain, de vin ou de bière. Il produit de l'éthanol (de l'alcool) lors de sa respiration. © AJC1 CC by-nc-sa

Saccharomyces cerevisiae est un micro-organisme unicellulaire utilisé dans l'élaboration de pain, de vin ou de bière. Il produit de l'éthanol (de l'alcool) lors de sa respiration. © AJC1 CC by-nc-sa

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Le passage de la forme unicellulaire à la forme multicellulaire a révolutionné la vie sur Terre. Aucune plante ou animal n’existerait à l’heure actuelle si cette étape n’avait pas eu lieu. Elle a autorisé le développement d’organismes complexes et de grandes tailles.

Malgré l'importance de cette évolution, on la connaît bien mal. Alors que la plupart des scientifiques cherchent des réponses dans les traces fossiles, une équipe de l’université de Minesota menée par William Ratcliff a décidé de reproduire cette transition en laboratoire en prenant comme modèle la levure de bière, Saccharomyces cerevisiae, un organisme unicellulaire grandissant facilement en culture.

Les résultats de l’expérience ont dépassé toutes les attentes tant ils ont été faciles et rapides à obtenir. Soixante jours, un milieu de culture riche en nutriments et une centrifugeuse ont suffi. La sélection naturelle a fait le reste en conduisant à des amas de cellules pouvant collaborer, se reproduire et s’adapter à leur environnement. Ces recherches sont publiées dans la revue Pnas.

La photographie en haut à droite montre les levures de bière avant leur mise en culture. Les autres images présentent des colonies obtenues après 60 sélections, et ressemblant à des flocons de neige. Ces associations résultent de la non-dissociation des cellules après leur division. © Ratcliff et al. 2012, Pnas
La photographie en haut à droite montre les levures de bière avant leur mise en culture. Les autres images présentent des colonies obtenues après 60 sélections, et ressemblant à des flocons de neige. Ces associations résultent de la non-dissociation des cellules après leur division. © Ratcliff et al. 2012, Pnas

Les cellules se spécialisent pour le bien du groupe

Mais comment ont-ils fait ? Des levures ont été placées dans un milieu de culture riche en nutriments. Après un certain temps, les tubes ont été centrifugés. Des groupes de cellules coulant le plus rapidement ont ensuite été récupérés et remis en culture. Ce cycle a alors été répété soixante fois avec dix réplicas.

Soixante jours après la première mise en culture, des amas de cellules ressemblant à des flocons de neige ont été analysés. Ils se composaient d'organismes restés unis à la suite de divisions et non d'êtres vivants aux origines diverses qui se sont simplement agrégés. Par conséquent, toutes les cellules appartenant à un groupe ont le même patrimoine génétique ; il n’y a donc pas de conflit d’intérêt à ce niveau-là.

Au-delà d’une taille critique, les colonies de levures se fractionnent pour donner naissance à des propagules, qui se chargent de la dissémination. Elles restent en lien avec la structure mère jusqu’à ce que des cellules d’attache, qui ne se reproduisent pas, meurent par apoptose. Elles peuvent modifier la vitesse à laquelle leur mort survient. Elles ont donc acquis une nouvelle fonction nécessaire à la vie de la colonie. Puisqu’il y a une collaboration entre des cellules (certaines d'entre elles ont changé de fonction pour le bien des autres) la structure en flocon de neige correspond à un organisme multicellulaire.

Ainsi, deux types de cellules sont observables, comme chez les végétaux et les animaux : les cellules germinales (impliquées dans la reproduction) et les cellules somatiques (rôle logistique en quelque sorte).

L’agrégation de cellules restant collées après divisions serait à l'origine de l'évolution des multicellulaires. Ce phénomène se serait déroulé au sein de 25 groupes différents. Les chercheurs souhaitent maintenant reproduire les tests sur ces autres lignées pour comparer les mécanismes et les gènes impliqués. Leurs résultats s’annoncent d’ores et déjà passionnants.


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