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De nouveaux indices sur l'évolution des primates
Il y a environ huit à douze millions d'années, l'ancêtre évolutionnaire des humains, des chimpanzés et des orangs-outans semble avoir subi une explosion d'évolution, entraînée par des séquences d'ADN dupliquées. Ce mécanisme de changement génétique, qui n'a fait l'objet que récemment d'un examen scientifique, a peut-être doté les primates d'une flexibilité évolutive qui a conduit au développement de différentes espèces de grands singes, y compris les humains.
Le délice de Darwin : En comparant les génomes des humains, des chimpanzés, des singes macaques et des orangs-outans (photo dans le sens des aiguilles d'une montre), les scientifiques ont découvert que l'ancêtre de la lignée des grands singes, qui comprend les humains, a subi une évolution rapide il y a environ 12 millions d'années. Charles Darwin (photo en bas à droite), né il y a 200 ans aujourd'hui, aurait été fier.
Lorsqu'un tronçon d'ADN est dupliqué par erreur, des copies supplémentaires du ou des gènes de cette région sont ajoutées au génome ; ces gènes peuvent alors muter séparément. Les duplications sont vraiment importantes d'un point de vue évolutif car elles ajoutent beaucoup de variation au génome, dit Tomas Marques Bonet , un scientifique de Le laboratoire d'Evan Eichler à l'Université de Washington, à Seattle, qui a dirigé la recherche. Ces régions évoluent rapidement.
La plupart des estimations de la similitude génétique entre les humains et les autres primates se sont concentrées sur les changements à une seule lettre du génome comme base principale du changement évolutif. Mais les scientifiques découvrent maintenant l'importance des changements structurels du génome, qui incluent des suppressions ou des duplications de segments d'ADN de 1 000 à 100 000 lettres. Ces régions sont flanquées d'étirements répétitifs qui sont censés déclencher des erreurs dans le processus de réplication de l'ADN des cellules, entraînant des gènes dupliqués.
Ce n'est que récemment que nous avons eu les données de séquence et les outils génomiques pour étudier cela et comprendre son rôle dans l'histoire de l'évolution, dit Georges Perry , un scientifique de l'Université de Chicago, qui n'a pas participé à la recherche. Le génome du chimpanzé a été publié en 2005, et les projets sur le génome des orangs-outans et des macaques sont en cours. De plus, les scientifiques peuvent désormais créer des puces à ADN sur mesure pour détecter rapidement un grand nombre de duplications spécifiques.
Marques-Bonet et ses collègues ont analysé la séquence du génome de quatre espèces de primates : les humains, les chimpanzés, les orangs-outans et les macaques. Les humains, les chimpanzés et les orangs-outans descendent de la lignée des grands singes africains, partageant un ancêtre commun il y a environ 12 millions d'années, tandis que les macaques, classés comme singes de l'ancien monde, se sont séparés de la lignée commune des primates il y a plus de 25 millions d'années. En comparant les zones de duplication de l'ADN dans la séquence du génome, les chercheurs ont trouvé une augmentation du taux de duplications juste avant que les orangs-outans ne se séparent de l'arbre, et une deuxième explosion avant que les chimpanzés et les humains ne divergent, selon une recherche publiée aujourd'hui dans le journal. La nature . Cette augmentation s'est produite alors même que les taux de modifications d'une seule lettre diminuaient.
Les scientifiques hésitent à spéculer sur la manière précise dont l'accélération du taux de duplication s'est produite dans la lignée humaine et chimpanzé, et comment elle a affecté l'évolution humaine. Par exemple, il n'est pas encore clair si les duplications qui se sont produites au cours de cette période ont conféré un avantage évolutif à leurs porteurs. Nous pensons que les duplications rendent le génome plus dynamique, dit Marques-Bonet. Mais avoir un génome dynamique crée les deux côtés de la médaille : ces réarrangements peuvent être bénéfiques, ou ils peuvent être liés à la maladie. Des recherches récentes montrent que les duplications dans le génome humain jouent un rôle dans diverses maladies, notamment l'autisme, la schizophrénie et le retard mental.
On ne sait pas non plus si l'accélération observée chez le chimpanzé et l'ancêtre humain est unique. Ces types de mutations de base existent depuis au moins 90 millions d'années, explique Nick Patterson, généticien au Broad Institute, à Cambridge, MA. La question est de savoir s'il y a quelque chose d'inhabituel dans ce qui s'est passé dans la lignée humaine ; Je doute que nous ayons suffisamment de données pour répondre à cela. Ce type de comparaison nécessiterait des séquences génomiques pour de nombreuses espèces de mammifères apparentées.
Les duplications sont susceptibles d'avoir des propriétés évolutives très différentes de celles des changements d'une seule lettre. Les deux résultent d'erreurs au niveau moléculaire, qui peuvent alors soit aider, nuire ou ne rien faire à la capacité de reproduction de l'organisme. La plupart des modifications d'une seule lettre entrent dans la catégorie neutre. Mais parce que les changements duplicatifs augmentent souvent le nombre de copies d'un gène et augmentent ainsi potentiellement la concentration de protéine produite par ce gène, ils sont plus susceptibles d'exercer un effet sur le porteur.
De plus, alors que les modifications d'une seule lettre peuvent rendre une protéine particulière plus ou moins efficace en modifiant légèrement sa structure, les duplications qui créent des copies supplémentaires de gènes spécifiques libèrent les nouvelles copies pour développer un tout nouveau but. Vous avez deux copies qui peuvent diverger l'une de l'autre, dit Perry. Une copie peut alors subir une mutation et atteindre une nouvelle fonction qui pourrait être importante pour la biologie de cet organisme. Par exemple, la vision des couleurs chez les primates est née grâce à la duplication du gène du pigment visuel. Avec ce type d'analyse, dit Perry, nous pouvons commencer à identifier d'autres gènes spécifiques à différentes lignées, puis étudier l'effet potentiel qu'ils pourraient avoir sur la biologie de ces espèces.
La plupart des duplications analysées dans l'étude - plus de 80 pour cent - sont partagées par les humains, les chimpanzés et les gorilles. Mais les gènes dans les régions dupliquées uniques aux humains sont en grande partie ceux qui n'ont pas encore été caractérisés. Nous avons trouvé plus de 30 gènes qui ne sont dupliqués que chez l'homme, explique Marques-Bonet. Mais nous ne savons toujours pas ce qu'ils font.