chapitre 25 L’histoire de la vie sur Terre 609
des embryons de mouches à fruits afin qu’ils puissent exprimer dans leur corps soit le gène Ubx de Drosophila soit le gène
Ubx d’Artemia. Comme prévu, le gène de Drosophila a supprimé 100 % des membres des embryons, tandis que le gène
d’Artemia en a supprimé seulement 15 %.
Les chercheurs ont ensuite voulu découvrir les principales
étapes de la transition évolutive d’un gène de Crustacé Ubx à
un gène d’Insecte Ubx. Leur approche consistait à trouver les
mutations qui amèneraient le gène Artemia Ubx à supprimer
la formation de pattes – autrement dit, à se comporter comme
le gène Ubx des Insectes. Pour ce faire, ils ont construit une
série de gènes Ubx « hybrides » contenant chacun des segments
connus du gène Drosophila Ubx et des segments connus du
gène Artemia Ubx. En insérant ces gènes hybrides dans des
embryons de mouche à fruits (un gène hybride par embryon)
et en observant leurs effets sur la formation des pattes, les chercheurs ont pu déterminer très précisément quelles variations
dans les acides aminés étaient responsables de la suppression
des membres en surnombre chez les Insectes. En parvenant à
ce résultat, ces chercheurs ont démontré l’existence d’un lien
entre une variation particulière de la séquence nucléotidique
d’un gène développemental et un changement évolutif majeur :
l’origine de la structure du corps de l’insecte à six pattes.
Les changements dans la régulation des gènes
Des variations dans la séquence nucléotidique ou dans la
régulation des gènes développementaux peuvent entraîner des
modifications morphologiques nuisibles à l’organisme (voir
le chapitre 18). De plus, une variation dans la séquence nucléotidique d’un gène peut modifier le fonctionnement de ce
gène partout où il s’exprime. En revanche, les variations dans
la régulation de l’expression des gènes peuvent se limiter à
un seul type de cellules (voir le chapitre 18). C’est pourquoi
une variation dans la régulation d’un gène développemental
cause généralement moins d’effets secondaires néfastes
qu’une variation de la séquence du gène. Cette observation a
amené des chercheurs à penser que les changements morphologiques des organismes résultent souvent de mutations
qui modifient la régulation des gènes développementaux – et
non leurs séquences.
Cette idée est appuyée par des études sur diverses espèces,
notamment l’épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus),
un poisson qui vit aussi bien en pleine mer que dans les eaux
côtières saumâtres et peu profondes. Dans l’ouest du Canada,
les épinoches vivent aussi dans les lacs qui se sont formés près
du littoral au cours des 12 000 dernières années, à mesure que
celui-ci reculait. L’épinoche marine est munie d’une paire
d’épines sur sa face ventrale, des appendices servant à repousser certains prédateurs. En revanche, les épinoches vivant
dans les lacs où elles n’ont pas de prédateur et dont la teneur
en calcium est faible ont des épines moins développées. Il
arrive même qu’elles aient complètement disparu. Cette
réduction de taille ou cette disparition s’expliquerait par
l’inutilité de tels appendices dans des milieux dépourvus de
prédateurs et où le calcium, disponible en quantité limitée,
peut être utilisé à d’autres fins.
Sur le plan génétique, on savait que le gène développemental Pitx1 influait sur la présence ou l’absence d’épines
ventrales chez l’épinoche. Mais la réduction de la dimension
des épines chez certaines populations lacustres s’expliquaitelle par des variations structurales du gène Pitx1 ou par des
variations de son expression (figure 25.25) ? Les résultats des
chercheurs indiquent que c’est la régulation de l’expression
génique qui est en cause, et non la séquence d’ADN du gène.
De plus, chez l’épinoche lacustre, le gène Pitx1 s’exprime
dans des tissus qui ne sont pas liés à la production d’épines
(la bouche, par exemple), ce qui montre comment un changement morphologique peut résulter de la modification de
l’expression d’un gène développemental dans certaines parties du corps, mais pas dans d’autres.
reTOUr sUr Le CONCepT 25.5
1. Comment l’hétérochronie cause-t-elle l’évolution
des diverses formes du corps ?
2. Pourquoi les gènes Hox auraient-ils probablement
joué un rôle majeur dans l’évolution de nouvelles
formes morphologiques ?
3. FaITes des LIeNs Étant donné que les changements
morphologiques résultent souvent de variations
dans la régulation de l’expression des gènes, diriezvous qu’il est probable que l’ADN non codant
soit modifié par la sélection naturelle ? Relisez le
concept 18.3 (p. 421 à 424), qui traite de l’ADN non
codant et de la régulation de l’expression des gènes.
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
CONCepT
25.6
L’évolution ne vise aucun objectif
Que nous apprend l’étude de la macroévolution sur le fonctionnement de l’évolution ? L’une des leçons à retenir est
qu’au cours de l’histoire de la vie l’origine des nouvelles
espèces a été déterminée simultanément par deux groupes de
facteurs. Les premiers, dont nous avons traité au chapitre 24,
agissent du bas vers le haut (comme l’action de la sélection
naturelle, qui agit sur des populations). Quant aux seconds,
qui sont décrits dans le présent chapitre, ils agissent du haut
vers le bas (comme la dérive des continents qui favorise des
poussées de spéciation sur toute la planète). De plus, pour
paraphraser le généticien et prix Nobel François Jacob, l’évolution est une sorte de bricolage – un processus au cours
duquel de nouvelles formes émergent à la suite de légères
modifications répétées des formes existantes. Même les changements importants, comme l’apparition des premiers Mammifères ou de la structure du corps à six pattes des Insectes,
peuvent résulter de la modification de structures existantes
ou de gènes influant sur le développement. Avec le temps, ce
genre de bricolage a mené aux trois grandes caractéristiques
du monde naturel énumérées au chapitre 22 : la façon frappante dont les organismes sont adaptés à la vie dans leur
environnement, les nombreuses caractéristiques communes
(l’unité) du vivant et la très grande diversité du vivant.
des embryons de mouches à fruits afin qu’ils puissent exprimer dans leur corps soit le gène Ubx de Drosophila soit le gène
Ubx d’Artemia. Comme prévu, le gène de Drosophila a supprimé 100 % des membres des embryons, tandis que le gène
d’Artemia en a supprimé seulement 15 %.
Les chercheurs ont ensuite voulu découvrir les principales
étapes de la transition évolutive d’un gène de Crustacé Ubx à
un gène d’Insecte Ubx. Leur approche consistait à trouver les
mutations qui amèneraient le gène Artemia Ubx à supprimer
la formation de pattes – autrement dit, à se comporter comme
le gène Ubx des Insectes. Pour ce faire, ils ont construit une
série de gènes Ubx « hybrides » contenant chacun des segments
connus du gène Drosophila Ubx et des segments connus du
gène Artemia Ubx. En insérant ces gènes hybrides dans des
embryons de mouche à fruits (un gène hybride par embryon)
et en observant leurs effets sur la formation des pattes, les chercheurs ont pu déterminer très précisément quelles variations
dans les acides aminés étaient responsables de la suppression
des membres en surnombre chez les Insectes. En parvenant à
ce résultat, ces chercheurs ont démontré l’existence d’un lien
entre une variation particulière de la séquence nucléotidique
d’un gène développemental et un changement évolutif majeur :
l’origine de la structure du corps de l’insecte à six pattes.
Les changements dans la régulation des gènes
Des variations dans la séquence nucléotidique ou dans la
régulation des gènes développementaux peuvent entraîner des
modifications morphologiques nuisibles à l’organisme (voir
le chapitre 18). De plus, une variation dans la séquence nucléotidique d’un gène peut modifier le fonctionnement de ce
gène partout où il s’exprime. En revanche, les variations dans
la régulation de l’expression des gènes peuvent se limiter à
un seul type de cellules (voir le chapitre 18). C’est pourquoi
une variation dans la régulation d’un gène développemental
cause généralement moins d’effets secondaires néfastes
qu’une variation de la séquence du gène. Cette observation a
amené des chercheurs à penser que les changements morphologiques des organismes résultent souvent de mutations
qui modifient la régulation des gènes développementaux – et
non leurs séquences.
Cette idée est appuyée par des études sur diverses espèces,
notamment l’épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus),
un poisson qui vit aussi bien en pleine mer que dans les eaux
côtières saumâtres et peu profondes. Dans l’ouest du Canada,
les épinoches vivent aussi dans les lacs qui se sont formés près
du littoral au cours des 12 000 dernières années, à mesure que
celui-ci reculait. L’épinoche marine est munie d’une paire
d’épines sur sa face ventrale, des appendices servant à repousser certains prédateurs. En revanche, les épinoches vivant
dans les lacs où elles n’ont pas de prédateur et dont la teneur
en calcium est faible ont des épines moins développées. Il
arrive même qu’elles aient complètement disparu. Cette
réduction de taille ou cette disparition s’expliquerait par
l’inutilité de tels appendices dans des milieux dépourvus de
prédateurs et où le calcium, disponible en quantité limitée,
peut être utilisé à d’autres fins.
Sur le plan génétique, on savait que le gène développemental Pitx1 influait sur la présence ou l’absence d’épines
ventrales chez l’épinoche. Mais la réduction de la dimension
des épines chez certaines populations lacustres s’expliquaitelle par des variations structurales du gène Pitx1 ou par des
variations de son expression (figure 25.25) ? Les résultats des
chercheurs indiquent que c’est la régulation de l’expression
génique qui est en cause, et non la séquence d’ADN du gène.
De plus, chez l’épinoche lacustre, le gène Pitx1 s’exprime
dans des tissus qui ne sont pas liés à la production d’épines
(la bouche, par exemple), ce qui montre comment un changement morphologique peut résulter de la modification de
l’expression d’un gène développemental dans certaines parties du corps, mais pas dans d’autres.
reTOUr sUr Le CONCepT 25.5
1. Comment l’hétérochronie cause-t-elle l’évolution
des diverses formes du corps ?
2. Pourquoi les gènes Hox auraient-ils probablement
joué un rôle majeur dans l’évolution de nouvelles
formes morphologiques ?
3. FaITes des LIeNs Étant donné que les changements
morphologiques résultent souvent de variations
dans la régulation de l’expression des gènes, diriezvous qu’il est probable que l’ADN non codant
soit modifié par la sélection naturelle ? Relisez le
concept 18.3 (p. 421 à 424), qui traite de l’ADN non
codant et de la régulation de l’expression des gènes.
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
CONCepT
25.6
L’évolution ne vise aucun objectif
Que nous apprend l’étude de la macroévolution sur le fonctionnement de l’évolution ? L’une des leçons à retenir est
qu’au cours de l’histoire de la vie l’origine des nouvelles
espèces a été déterminée simultanément par deux groupes de
facteurs. Les premiers, dont nous avons traité au chapitre 24,
agissent du bas vers le haut (comme l’action de la sélection
naturelle, qui agit sur des populations). Quant aux seconds,
qui sont décrits dans le présent chapitre, ils agissent du haut
vers le bas (comme la dérive des continents qui favorise des
poussées de spéciation sur toute la planète). De plus, pour
paraphraser le généticien et prix Nobel François Jacob, l’évolution est une sorte de bricolage – un processus au cours
duquel de nouvelles formes émergent à la suite de légères
modifications répétées des formes existantes. Même les changements importants, comme l’apparition des premiers Mammifères ou de la structure du corps à six pattes des Insectes,
peuvent résulter de la modification de structures existantes
ou de gènes influant sur le développement. Avec le temps, ce
genre de bricolage a mené aux trois grandes caractéristiques
du monde naturel énumérées au chapitre 22 : la façon frappante dont les organismes sont adaptés à la vie dans leur
environnement, les nombreuses caractéristiques communes
(l’unité) du vivant et la très grande diversité du vivant.