07 Oct L’Évolution intérieure

Quand les évolutions rapide et lente se produisent au même moment, les résultats défient toutes les règles.

Illustration : Maya Shleifer

L’évolution est continuelle et implacable et façonne toute forme de vie. Charles Darwin avait émis l’hypothèse que ce fabuleux processus était dirigé par une règle simple : la sélection d’individus bien adaptés, propageant de nouvelles caractéristiques en les transmettant à leur descendance. Mais ces dernières années, certaines découvertes scientifiques dépeignent un tableau plus complexe : les êtres vivants, plantes comme animaux, ne sont pas de simples individus mais des organismes composites : ce sont  des hôtes vivant en symbiose avec une variété de microorganismes éphémères. Une question se pose alors : comment concilier la lente évolution des hôtes avec l’évolution bien plus rapide de leurs microorganismes ?

Le professeur Yoav Soen de l’Institut Weizmann des Sciences et ses collègues de l’Université Bar-Ilan, les professeurs Yitzhak Rabin et David Kessler et le docteur Dino Osmanovic, ont modélisé cette évolution conjointe. Leurs découvertes ont montré que les résultats possibles de l’évolution suivaient des scénarii allant à l’encontre des croyances reconnues, même si on adhère aux règles communément admises.

Le professeur Soen du département des sciences biomoléculaires de l’Institut Weizmann explique que la sélection naturelle telle que nous la comprenons actuellement, agit en favorisant des variations génétiques qui surviennent rarement mais augmentent les chances de survie et/ou de reproduction. Au fil des générations, les variations les plus avantageuses prennent le dessus, lentement mais sûrement, sur les variations moins bénéfiques. Mais les bactéries, y compris celles de notre microbiome, avec leur durée de vie courte et leur capacité à transmettre les changements génétiques évoluent beaucoup plus vite que leur hôte. De fait, les bactéries peuvent s’adapter rapidement aux changements de l’environnement intérieur de leur hôte et dans certains cas, aux variations de son environnement extérieur. Des chercheurs ont d’ailleurs montré que les bactéries des intestins affectent des traits humains aussi variés que le métabolisme ou l’humeur ; ainsi, leur capacité à évoluer au cours de la vie d’une personne influencerait sa santé d’une façon encore jamais envisagée.

Une génération pour un être humain (soit environ 20 ans) est environ 100 000 fois plus longue que celle d’une bactérie de ses intestins. Et chaque personne transporte des trillions de bactéries, qui subissent une évolution importante au cours de leur vie. « La façon dont cette évolution microbienne rapide s’inscrit dans celle plus lente des traits des humains a mis les chercheurs face à un fossé conceptuel faramineux, » dit le professeur Soen. Le cadre de modélisation adopté par le professeur Soen et ses collègues a permis de combler ce fossé en démontrant comment l’évolution rapide des bactéries peut agir de concert avec l’évolution plus lente de leur hôte – pour leur bien commun.

Leurs découvertes ont montré que, même en appliquant les simples règles darwiniennes, la co-évolution des hôtes et des bactéries peut donner lieu à des résultats adaptatifs impossibles pour l’hôte ou la bactérie indépendament l’un de l’autre. Avec l’aide de son microbiome, chaque hôte peut acquérir des traits adaptatifs tout au long de sa vie et transmettre ces nouvelles adaptations à sa descendance.

Porter un nouveau regard sur Lamarck

Cette possibilité d’acquérir des adaptations héritables au cours de la vie d’un hôte rappelle les idées d’un naturaliste français appelé Jean-Baptiste Lamarck. Bien que ses idées aient été supplantées par le concept d’adaptation lente par sélection de mutations aléatoires, la constatation émergente de l’interdépendance entre hôte et microbiome a rouvert le débat entre scientifiques sur la nécessité de revoir les règles de base de l’évolution afin de considérer l’hôte et les bactéries comme un tout (communément appelé « holobionte »).

Le nouveau modèle, dit le professeur Soen, apporte une sorte de compromis car il est construit sur des hypothèses communément admises : la sélection darwinienne de mutations aléatoires, le fait que les générations bactériennes soient courtes, l’influence de l’hôte sur les bactéries et inversement, et le transfert des bactéries de l’hôte à sa descendance. En mélangeant ces ingrédients, on obtient des résultats non conventionnels sans avoir à modifier les règles de base.

« Par exemple, si un parent est exposé à une toxine, il peut s’adapter en exploitant les changements rapides de son microbiome pour produire une descendance capable de mieux faire face à cette toxine. C’est un effet lamarckien classique, » dit le professeur Soen. En introduisant une mesure quantitative de cet effet lamarckien, les chercheurs ont découvert que celui-ci est étonnamment dépendant de la pression environnementale et des traits de l’organisme. Mesurer l’effet lamarckien a également révélé que la descendance de l’hôte était doublement avantagée par l’expérience de ses parents : tout d’abord, elle hérite d’un microbiome plus résilient ; ensuite, elle gagne des bactéries capables de produire et de partager un antidote à la toxine.

Le professeur Yoav Soen

Quand la pression environnementale persiste sur plusieurs générations, le modèle montre un aspect qui n’est pas accepté par de nombreux puristes du darwinisme : la sélection de groupe. En plus de la sélection régulière de bactéries individuelles, la population microbienne mélangée dans l’hôte subit une sélection basée sur les traits collectifs du microbiome. « Si les traits collectifs des bactéries aident l’hôte à supporter une pression environnementale particulière, le microbiome est sélectionné entièrement, avec son hôte, » dit le professeur Soen.

Le modèle développé par les chercheurs est un modèle simplifié et le professeur Soen est confiant quant à l’ajout de facteurs complémentaires, comme les changements épigénétiques, qui augmenteront de façon substantielle la portée et la magnitude des effets lamarckiens. « L’adaptation n’est pas simplement un processus lent d’attente du bon gène afin qu’il soit dispersé dans la population, » dit-il. « Elle a lieu tout au long de la vie de l’individu, se poursuit à de plus grandes échelles de temps grâce à la sélection d’individus (et de groupes) et tire parti de tous les types de variations (pas seulement génétiques). »

Les recherches du professeur Soen sont financées par le fonds pour la recherche sur les cellules souches du docteur Beth Rom-Rymer et la succession Gabriella Schmidt.