LUCA was a pirate!

Posté par Timothée le 2 March 2008 | , ,

Ce matin, j’ai traîné ma soeur au MNHN pour lui faire visiter visiter la grande galerie. Arrivé devant une représentation des trois domaines du vivant, je lui montre le point au centre, en lui disant qu’on se demande bien à quoi pouvait ressembler la bestiole qui était la.

Pour qu’elle comprenne, j’ai tenté l’approche Tu sais, c’est un peu comme notre arrière arrière arrière arrière grand père. Après un court instant de réflexion, elle me regarde, et comme si elle m’annonçait la chose la plus évidente du monde, me répond Ah oui, ben ça pourrait être un pirate alors!.

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D’où nous viennent nos gènes de vertébrés?

Posté par Timothée le 18 February 2008 | ,

D’où nous viennent nos gènes de vertébrés? Où plutôt, de qui ? C’est la question à laquelle Anuphap Prachumwat et Wen-Hsiung Li, de l’université de Chicago, apportent des éléments de réponse, dans une lettre adressée aujourd’hui au journal Genome research.

On imagine bien sûr que nos lointains ancêtres invertébrés, rampants et se tortillant, nous ont légué une bonne partie de leur patrimoine génétique (et qui ose parler de fardeau ici n’a jamais vu Hermissenda crassicornis). Mais alors, comment expliquer notre fière stature, et notre impeccable maintien ?

Il suffisait, pour ainsi dire, de comparer des génomes. Cette approche de génomique comparative permet de trouver ce que les vertébrés ont, et que les autres n’ont pas. Les deux auteurs ont donc mis en vis-à-vis huit génomes de vertébrés terrestres, et six d’invertébrés.

Devinez ce que leurs résultats indiquent ? 70% de nos gènes étaient déjà présents chez les invertébrés. Avec des critères d’analyse plus souples, on atteint le chiffre de 78%. Nous sommes donc différents de nos ancêtres vertébrés à hauteur de 22% de nos gènes (et non de notre génome, dont seule une infime fraction est composée de gènes).

Le travail du génomiste consiste alors à déterminer « qui » sont ces 22% de gènes. Et de ce point de vue, les résultats de Prachumwat et Li sont particulièrement intéressants. La majorité de ces gènes (plus de 50%) sont des singletons, autrement dit des gènes qui la jouent solo, sans appartenir à une famille ; ces singletons représentent à peine 25% des gènes communs. Et les protéines codées par nos gènes propres ont tendance à évoluer plus vite que celles codées par celles que nous partageons avec les invertébrés (de telles différences dans la vitesse d’évolution existent aussi entre les gènes chez les vertébrés, j’en avais déjà parlé pour les gènes “cerveau-spécifique”).

Ce résultat n’est pas surprenant en soi : ajouter les vertèbres demandait d’ajouter quelques gènes, notamment intervenant dans le développement. La plupart de nos gènes propres sont de fait impliqués dans la mise en place de l’organisation du corps. On fera ici une pause pour remarquer qu’en modifiant le contenu en gènes, on modifie le plan d’organisation. Certes, la méthode est récursive, dans la mesure ou pour déterminer la fonction d’un gène, on regarde à quel gène dont la fonction est connue il ressemble le plus. Néanmoins, on peut, par de la génomique comparative, comprendre certains mécanismes génétiques, et notamment d’un point de vue développement.

Mais là ou le travail de Prachumwat et Li devient extrêmement intéressant, c’est qu’ils ont aussi évalué la modification de la taille des familles multigéniques (celles que nous partageons avec les invertébrés). Et à ceux qui prétendent que devenir plus « complexe » c’est avoir plus de gènes, ils rétorquent que nos familles multigéniques sont parfois de même taille, mais souvent plus petites que celles des invertébrés.

Ils observent toutefois des différences entre les familles, selon les fonctions de leurs gènes. Les vertébrés ont des familles plus grandes en ce qui concerne la synthèse des protéines et la transduction du signal, alors que celles impliquées dans les procédés métaboliques se sont contractées.

Les travaux de Prachumwat et Li suggèrent donc que la taille d’une famille multigénique, et son évolution, dépend en partie de la fonction des gène qu’elle regroupe.

Référence

Prachumwat & Li (2008) Gene number expansion and contraction in vertebrate genomes with respect to invertebrate genomes, Genome research Feb. 2008, pp 221-232

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Mais pourquoi sont-ils aussi nombreux (1)?

Posté par Timothée le 10 February 2008 | , , , ,

Pourquoi est-il aussi méchant, nous demandions-nous lorsque nous avons découvert Orangina rouge. Pourquoi sont-ils aussi nombreux, se demandent les évolutionnistes, et une partie des écologistes. Mais qui est ce “ils”? J’aurais du dire “elles”, en fait. Les espèces. Avouez qu’il y en a beaucoup, tellement que personne n’est d’accord sur le nombre exact. Et répondre à cette question ne fait pas partie des objectifs de ce billet.

Une espèce?
Le concept d’espèce n’est pas forcément facile à définir. On retiendra le principal (Biological species concept), basé sur la reproduction et le fait de donner une descendance fertile. Et on l’oubliera aussitôt, puisqu’il s’applique très mal aux parasites. Alors on fera simple : une espèce, c’est un ensemble de populations qui se ressemblent morphologiquement, qui sont génétiquement proches, et qui peuvent s’échanger des gènes.
Non, je vais plutôt tenter de vous expliquer pourquoi elles apparaîssent. Et plutôt que de faire dans le général, je vais me concenter sur mes 50% préferés : les parasites. On peut se demander pourquoi ce choix des parasites. C’est une très bonne question.

A priori, les parasites, c’est une notion vague. Que partagent-ils? Biologiquement, peu de choses. Le parasitisme est essentiellement une notion d’écologie, puisqu’il s’agit d’un mode de vie : l’exploitation de la vie par la vie. Ce n’est pas cette caractéristique qui va nous intéresser, ou plutôt pas directement. C’est son corrollaire : les parasites vivent dans/sur un autre organisme.

Les écologistes de l’assemblée auront compris : on sait très clairement quelle est la niche écologique d’un parasite. On peut la suivre dans l’espace, et dans le temps (et même dans le temps évolutif). Et c’est vraiment pratique. Il faut garder à l’esprit que cette niche écologique est elle-même vivante, et qu’elle peut subir des événements de spéciation, d’extinction, et autres. J’y reviendrai un peu plus loin.

Mais ce n’est pas tout; vous imaginez bien qu’on ne va pas s’intéresser à la spéciation (c’est de ce concept, proposé par Ernst Mayr, qu’il est question ici) chez les parasites uniquement parce que c’est pratique. Non. On le fait parce que la spéciation résulte de pressions (diversificatrices), et que les parasites en subissent un grand nombre.

Habiter un être vivant, c’est exploiter une niche assez peu stable : l’hôte a une physiologie propre, est sensible à son environnement, passe par des périodes de reproduction durant lesquelles il mobilise son énergie, est la proie de prédateurs, etc etc. Mais surtout, l’hôte se défend contre les parasites (via son immunité), et cherche à s’en défaire.

Et pour complèter ce modèle idéal que les systèmes parasités nous offrent, je rapelle que les parasites ont un cycle de vie rapide, donc un “temps évolutif” plus contracté que celui de leurs hôtes : on pourra observer des événements de spéciation sur des périodes plus courtes. Et quand on sait que le temsp évolutif est… plutôt longuet, ça nous arrange bien.

J’en viens aux faits, maintenant, avec la réponse (non, n’en croyez rien, ce ne sera qu’une ébauche de réponse) à la question : pourquoi sont-ils aussi nombreux, ces parasites? Il faut partir d’une observation très simple. Si vous lisez la petit boîte de texte sobrement intitulée “Une espèce?”, vous verrez qu’on a des chances de voir des espèces se séparer (et donc, qu’on assiste à une spéciation) dès le moment ou le transfert de gènes est impossible.

On va appeller ça l’isolement reproductif, et se dire que c’est le début de toute spéciation qui se repsecte. Seulement voilà, l’isolement reproductif, c’est quasiment une conséquence, et il faut se demander ce qui le provoque, chez des parasites. Et pour comprendre un cas particulier, il est souvent utile de connaître quelques généralités (et voyez comme ce billet est superbement construit, je vais vous exposer les cas généraux pour vous parle au final de parasites).

On va commencer par séparer “la spéciation” en tant que “mécanisme qui créé des espèces” en différents “modes de spéciation”, autrement dit les modalités avec lesquelles on isole des populations. Nous allons en voir 3 (ou 4, c’est selon). Leur petit nom? Allopatrique, para et péripatrique, et finalement sympatrique. Si vous connaissez un Patrick, c’est le moment de faire vos blagues, qu’on soit tranquilles pour la suite.

La spéciation allopatrique, c’est le cas le plus évident. Prenez une population bien homogène, et érigez une barrière physique. Vous avez séparé deux infra-populations, bien distinctes. Laissez l’évolution agir, et finalement retirez cette barrière (c’est une expérience de pensée, rien de plus) : vos deux infra-populations ne peuvent plus se reproduire, félicitation, vous avez provoqué une spéciation (parce que la biogéographie fournit de bons exemples, avec ses histoires de plaques continentales qui se séparent, on parle aussi de spéciation vicariante).

Les trois modes que nous allons voir ensuite seront sans doute beaucoup plus évidents à comprendre une fois que nous les aurons appliqué au parasitisme.

Je vais commencer par mon petit préféré (parce qu’il a été bien étudié sur “mes” parasites entre autres raisons) : la spéciation sympatrique. L’isolement reproductif est provoqué par une différenciation génétique au sein de la population. On finit par aboutri, dans une population unie, à voir deux sous-populations émerger, qui ne s’échangent plus de gènes. A terme, on va donc voir des espèces se former.

Les deux modes qui nous restent à voir concernent une partie d’une population qui décide de coloniser une nouvelle niche écologique. Elle est donc “isolée” du reste de la population, et le terrain est favorable à la spéciation. La distinction entre parapatrique et péripatrique dépend de l’isolement de la niche écologique nouvellement colonisée par rapport à la niche de départ. On notera au passage que ces deux cas sont très proches de la spéciation allopatrique (et diffèrent de la spéciation sympatrique par le fait que les populations soient isolées). Certains auteurs considèrent que ces deux cas sont de la spéciation allopatrique (celle que j’ai décrit précédemment étant la “spéciation allopatrique vicariante”).

C’est là que les petites spécificités des parasites entrent en jeu. Qu’est-ce que c’est, l’allopatrie et la sympatrie, quand on est un parasite? Je vais vous donner ma petite définition : à grande échelle, une espèce de parasite est sympatrique si elle infeste une unique espèce. A petite échelle, même schèma mais avec des populations. La séparation de type allopatrique correspond à changer d’hôte.

Et c’est là que le parasitisme devient un cas particulier : on reste bien sûr dans les mêmes patterns que précédemment, tout en introduisant le fait que les niches écologiques soient de la matière vivante, sujette à évolution. Ca vaut le coup de redéfinir un peu tout ça.

La spéciation allopatrique chez un parasite… ou comment faire apparaître une barrière physique au beau milieu d’une population? C’est assez simple, en fait. Il suffit de séparer en deux ou plus notre espèce hôte. Comment? Soit physiquement, soit… par spéciation! Dans ce cas, le parasite n’a qu’à “suivre le mouvement”, chacune des sous-populations continuant son évolution sur sa sous-population d’hôte.

La spéciation parapatrique maintenant. Si vous avez bien suivi, vous aurez compris le principe : il faut coloniser une nouvelle niche, ce qui pour un parasite est équivalent à l’acquisition d’un nouvel hôte. Il faut savoir que les parasites ont cette possibilité, passer d’un hôte à l’autre, et que les conséquences évolutives ne sont pas nulles.

Et la spéciation sympatrique? Ca devient plus problèmatique. On a du mal à voir comment deux sous-populations pourraient se séparer, alors qu’elles sont réunies sur un hôte. Et pourtant, la littérature est riche de plusieurs exemples : la coexistence de congénères (espèces du même genre) sur une même espèce d’hôte est un indice révélateur de spéciations sympatriques.

Prenons un exemple avec de vrais morceaux de monogènes dedans : un poisson cychlidé du bassin du Tchad porte sur ses branchies 4 espèces de monogènes congénériques. Vous allez me dire que c’est très simple, il y a eu transfert. Difficile à concevoir, cependant, quand on sait que ce poisson est à peu près le seul de sa famille dans la région de l’étude, et que les Annulotrema (le petit nom de ces parasites) qu’il porte sont dans le même cas.

On trouve beaucoup d’autres exemples de ce type, et on observe à chaque fois une distribution non aléatoire des monogènes sur les branchies. On pense donc que c’est une adaptation à l’habitat qui a provoqué l’isolement reproductif (c’est tout à fait possible puisque les monogènes ont un cycle de vie rapide et direct, et passent souvent plusieurs générations sur le même individu), entraînant une spéciation sympatrique.

Je me rend compte que ça commence à faire beaucoup de concepts… Il est donc temp de ne pas parler des conséquences de ces événements sur la phylogènie du système hôte-parasite, et de ne pas indiquer les papiers/livres que j’ai utilisé pour écrire ce texte. Ce sera l’objet d’un prochain billet (laissez moi un peu de temps pour l’écrire…), n’en doutez pas.

Note : Ce billet vous fait partager quelques informations qui servent de base à un travail “un peu plus” conséquent, prévu pour début juin.

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Variations environnementales structurées par la phylogénie et changements globaux

Posté par Timothée le 1 February 2008 | , , ,

Quand on observe, et c’est mon cas, la manière dont certains traits varient sous une contrainte environnementale, mais qu’on l’observe dans plusieurs espèces diffèrentes, phylogénétiquement proches, il faut être capable — dans l’idéal — de déterminer quelle part de la variation est liée à la phylogénie, à l’environnement, et au mélange de ces deux contraintes.

Or, on a un cadre conceptuel pour le faire. Alors que l’analyse comparative classique contrôle pour la variation liée à la phylogénie, il était intéressant de prendre en compte les facteurs liés à la fois à la phylogénie (les contraintes passées) et à l’environnement (les contraintes actuelles). C’est ce que Desdevises et coll. ont fait en 2003 (et qu’ils avaient déjà fait en 2002), en proposant de nommer cette partie de la variation “conservatisme phylogénétique de la niche”.

Ce cadre conceptuel permet de séparer la variation d’une variable dépendante (ce qu’on mesure, pour faire simple) en quatre classes : (a) liée à l’écologie, (b) conservatisme phylogénétique de la niche, (c) liée à la phylogénie, (d) non expliquée (il y en a toujours un peu…).

Ce concept a été renouvelé tout récemment (janvier 2008) et appliqué à la réponse des espèces au changement global, par Diniz-Filho & Bini. Comment ça fonctionne, en clair? Regardez attentivement le schéma suivant.

En lecteurs attentifs que vous êtes, vous aurez remarqué que Diniz-Filho & Bini ont attribué des “conséquences” à chaque partie du partitionnement, qui expliquent les patrons obtenis dans la richesse spécifique et la structure des communautés. Il faut bien comprendre qu’on parle ici en terme de traits (phénotypiques) et d’espèces, et qu’on conceptualise les interactions…

En (a), de manière assez évidente, on retrouve les réponses phénotypiques locales : les espèces sont capables de s’adapter à leur nouvel environnement, et les traits phénotypiques se modifient en conséquence. C’est la partie qui est totalement indépendante de votre passé évolutif, et celle qui semblerait (en première lecture) offrir le plus de liberté. Il n’en est rien, la contrainte phylogénétique peut être très forte.

Si les espèces concernées réagissent selon (a), elles s’adaptent en acquérant un nouveau trait.

En (b), le scénario concerne la répartiton des espèces sur les niches : soit les espèces peuvent modifier leur milieu de vie en réponse au changement (en changer est une solution attirante), soit elles ne le peuvent pas. On note au passage les deux possibilités : absence de dispersion mais aussi absence des environnements ancestraux.

Si on passe par la voie (b), et que les espèces concernées peuvent se déplacer, elles maintiennent leur trait ancestral (il y a de l’inertie phylogénétique).

En (c), enfin, on s’intéresse à la partie purement phylogénétique du trait considéré, qui revient à s’intéresser aussi au cas (b) pour les espèces ne dispersant pas. Plus le trait a une valeur adaptative dans la population (trait fitness), plus il a de chances de se maintenir, et de ne pas convenir au nouvel environnement (et l’espèce s’éteint, au moins localement). Autre possibilité, le trait ancestral peut se maintenir dans un environnement sub-optimum (”on peut mieux faire, mais on va faire avec”).

Ce cadre conceptuel permet de lier les patrons observés en terme de richesse spécifique et de structure des communautés, et des traits phénotypiques, aux contraintes (a, b, c). En d’autres terme, on peut analyser (et pourquoi pas prévoir) des éléments d’écologie actuels à partir de la phylogénie, qui représente le “passé évolutif” d’une espèce.

Un peu de lecture

Yves Desdevises, Serge Morand, Pierre Legendre (2002) Evolution and determinants of host specificity in the genus Lamellodiscus (Monogenea) Biological Journal of the Linnean Society 77(4) pp. 431–443 [Google Scholar] (application de la méthode)

Yves Desdevises, Pierre Legendre, Lamia Azouzi, Serge Morand (2003) Quantifying phylogenetically structured environmental variation. Evolution 57(11) pp. 2647–2652 [Google Scholar] (premier papier décrivant la méthode)

José AF Diniz-Filho & Luis M Bini (2008) Macroecology, global change and the shadow of forgotten ancestors Global Ecology & Biogeography 17(1) pp. 11–17 [Google Scholar] (application aux changements globaux)

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Denyse O’Leary n’a encore rien compris

Posté par Timothée le 8 November 2007 | , ,

Dans son dernier post, Denyse O’Leary s’abandonne à une technique particulièrement odieuse pour soutenir les vues de sa secte de fanatiques débiles anti-évolution: la récupération d’une tragédie pour prouver la justesse de leur idéologie. J’avoue avoir assez peu d’estime pour elle, comme pour les autres sycophantes du Discovery Institute, mais je ne pensais pas qu’ils finiraient par tomber encore plus bas.

Un étudiant finlandais à tué huit de ses camarades, parce qu’il a été motivé par le “Darwinisme social”. Si l’on en croit l’étudiant en question, d’après un texte qu’il a laissé, il est a cynical existentialist, anti-human humanist, anti-social social-Darwinist, realistic idealist and god-like atheist. La suite est du même tonneau: c’est un agent de la sélection naturelle, chargé d’éliminer ceux qui ne sont pas adaptés. Et ceci, chers lecteurs, est l’argument type contre la théorie de Darwin.

Ca a autant de valeur argumentaire que si je tentais de réfuter le Dessein Intelligent en parlant de Tomas de Torquemada.

Deux choses doivent d’être mentionnées, ce que Denyse O’Leary s’est abstenu de faire — soit parce qu’elle est incroyablement stupide, ou malhonnête, ou alors un peu des deux. D’une part, Darwinisme et Darwinisme social sont deux notions tout à fait distinctes. L’une (le Darwinisme social) a été “inventé” après la théorie de Darwin, pour plaire à la société victorienne de l’époque. L’utilisation que Malthus a fait de ce courant de pensée est célèbre.

Deuxièmement, il semble acquis (je ne suis pas psychologue, mais malgré tout) que l’étudiant en question soit psychologiquement instable. Alors, qu’est-ce qui est la cause du massacre? Le fait qu’il ai lu la théorie de Darwin (et mal, puisqu’il est impossible de trouver une éloge de la sélection sociale dans L’Origine des Espèces), ou sa folie?

Allez, je vous ferais grâce d’une estimation du nombre de morts provoqués par les illuminés dont O’Leary fait partie. De toute façon, ils sont fous à lier.

Ca me fatigue…

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