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Des gènes vieux de 3 milliards d’années

Plus d'un quart de nos gènes seraient vieux de trois milliards d'années. Ce constat révélé par une étude génomique globale de la vie, confirme également le rôle des organismes de l'époque dans l'accumulation de l'oxygène de l'atmosphère.

Les gènes portés par l'ADN évoluent sans cesse depuis des milliards d'années. © Caroline Davis, Flickr, CC by 2.0 Les gènes portés par l'ADN évoluent sans cesse depuis des milliards d'années. © Caroline Davis, Flickr, CC by 2.0

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Il y a 540 millions d’années, l’explosion cambrienne était à son apogée. Au programme, un changement radical de la vie sur la planète, avec l’apparition rapide de nouvelles espèces multicellulaires. Alors que la recherche et l’analyse des espèces apparues après cette époque sont relativement facilitées par la présence de nombreux fossiles, il ne reste pas grand-chose de tout ce qui s’est passé auparavant. Le principal problème provient du fait qu’avant ce palier, les organismes étaient mous, et que les traces fossiles sont rares et difficilement interprétables, comme celles de la faune d'Ediacara, de l'explosion d'Avalonia ou encore de l'étonnante découverte d'Abderrazak El Albani, au Gabon (qui seraient des organismes multicellulaires vieux de deux milliards d'années).

Ils ont pourtant laissé d’autres empreintes, génomiques cette fois, sous la forme d’ADN, mais pas n’importe où : dans les espèces vivant actuellement. Puisque chaque organisme sur Terre provient d’ancêtres très éloignés, une partie plus ou moins conséquente de notre ADN est probablement très, très âgé.

C’est en partant de cette hypothèse que les généticiens du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont voulu tenter de reconstituer l’évolution génétique de la vie dans sa globalité. Les chercheurs se sont basés sur des séquences des génomes d’un très grand nombre d’organismes différents, récoltées jour après jour par des laboratoires du monde entier et partagées dans des banques de données accessibles à tous. Cent espèces parmi les trois domaines de la vie ont été sélectionnées, et près de 4.000 gènes ont été analysés à l’aide d’un modèle mathématique de macroévolution très complexe, mimant les différents événements de réarrangement génomique que l’on connaît.

L'apparition de 27 % des gènes actuels s'est produite pendant l'éon Archéen, soit il y a environ trois milliards d'années (l'échelle sous le tableau est en millions d'années). © Wikimedia Commons
L'apparition de 27 % des gènes actuels s'est produite pendant l'éon Archéen, soit il y a environ trois milliards d'années (l'échelle sous le tableau est en millions d'années). © Wikimedia Commons

Il peut s’agir de mutations spontanées ponctuelles réalisées par des erreurs de l’ADN polymérase au cours de la réplication, modifiant la structure ou la fonction d’un gène. Il existe également des duplications de gènes ou de morceaux de chromosomes, menant à l’apparition de gènes homologues qui peuvent alors évoluer indépendamment. Le gène d’origine peut conserver son rôle alors que la copie peut acquérir des mutations et une nouvelle fonction. On retrouve également des événements de transferts de gènes horizontaux (des échanges de gènes entre deux organismes), opposés aux transferts de gènes verticaux (transfert à la génération suivante). Des gènes peuvent aussi devenir inutiles et disparaître en laissant des vestiges dans le génome.

Du gène à l'oxygène

En essayant de reconstituer l’histoire évolutive de la vie, les chercheurs ont remarqué une évolution des génomes très rapide au cours de l’éon Archéen (-3,8 à -2,5 milliards d’années). C’est au cours de cette époque, surnommée « expansion archéenne » par les auteurs de l’article publié dans Nature, que 27 % des gènes modernes existant actuellement seraient apparus. Plus d’un quart de nos gènes auraient donc l’âge canonique de près de trois milliards d’années !

Et là n’est pas leur seule particularité : ils auraient également modifié la chimie de la Terre, rien que ça ! En effet, l’analyse fonctionnelle des gènes apparus il y a 3,3 milliards d'années suggère qu’ils codent préférentiellement pour des protéines de la voie du transport transmembranaire des électrons. Or de telles protéines permettent le mécanisme de photosynthèse, une des sources principales d’énergie des organismes actuels tirée des rayons du soleil, mécanisme qui rejette de l’oxygène dans l’atmosphère.

L’apparition de ces gènes a sans doute favorisé la période de la Grande Oxydation (-2,5 milliards d’années), où l’oxygène s’est progressivement accumulé dans l’atmosphère. Alors qu’un grand nombre d’organismes anaérobies ont certainement disparu au cours de cet événement, certains organismes ont pu survivre notamment grâce à l’apparition préalable de nouveaux gènes impliqués dans l’utilisation de l’oxygène, il y a 2,8 milliards d'années.


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