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30 septembre 2013
Guy Drouin
Université d'Ottawa

Jusqu’à maintenant, dans cette chronique, nous avons discuté des effets avantageux et désavantageux des mutations qui affectent nos gènes. Mais l’analyse de ces mutations peut aussi être utilisée pour étudier les relations évolutives entre les organismes vivants. Des relations souvent surprenantes se révèlent alors.

Tous les organismes vivants héritent leurs gènes de leurs parents, qui eux-mêmes les ont hérité de leurs parents, etc. Étant donné que tout ADN transmis contient des mutations (voir la chronique du mois dernier, septembre 2013), celles-ci sont aussi données en héritage. De plus, une grande part de hasard entrant dans ce phénomène de mutations, chaque famille possède son propre « bouquet » de mutations. La généalogie des familles et des relations entre elles peut donc être reconstruite.

Le même principe s’applique aux relations évolutives entre les espèces : les gènes d’espèces apparentées sont plus similaires que ceux d’espèces plus distantes. Pour déduire ces liens de parenté, on compare les gènes ou encore les protéines codées par ces gènes.

Prenons la séquence de la protéine codée par un gène de ligase chez les mammifères (Googlez ENSBTAP00000018544 pour en savoir plus sur cette protéine). La banque de séquences OrthoDb contient les séquences de 62 espèces de vertébrés porteurs de cette protéine (chercher pour « E3 ubiquitin-protein ligase CHFR » dans cette banque de séquences). Le tableau 1 montre 50 des 672 acides aminés de cette protéine (un acide, une lettre). Tous les acides aminés de la première séquence, celle de la vache, sont indiqués, mais seuls ceux qui différent de ceux de la vache sont indiqués pour les séquences des 6 autres espèces.

Comme vous pouvez le voir, dans cette région, les séquences de la vache et du dauphin (une autre espèce de cétacé proche des baleines) ne diffèrent que par un seul acide aminé. Le tableau ci-dessous décrit le nombre total de différences entre les protéines des différentes espèces.

On y voit non seulement que les séquences du panda et du chien sont plus semblables que celles du chien et du chat, mais aussi que les séquences du dauphin et de la vache sont également très similaires.

Ces informations permettent donc de construire des arbres phylogénétiques (voir ci-dessous). L’échelle sous cet arbre indique la longueur correspondant à 2% de différences en acides aminés (et la longueur verticale des branches ne compte pas). On y voit clairement que la vache appartient à une espèce plus proche des dauphins et qu’ensuite viennent les cochons.

Le fait que les vaches et les cochons sont des espèces proches est accepté depuis longtemps, notamment parce que leurs sabots sont constitués de deux doigts. Par contre, quand il s’agit d’établir le cousinage avec les cétacés, l’observation immédiate des traits est moins parlante.

Alors, pourquoi les cétacés sont-ils, génétiquement parlant, plus similaires aux vaches que ne le sont les cochons? Parce que les cétacés sont des vaches qui se sont adaptées à la vie aquatique.

Origine des cétacés

Ces séquences protéiques (codées par des gènes) permettent donc d’établir avec certitude que les cétacés ont eu un ancêtre commun avec les vaches, mais que ceux-ci, comme les hippopotames, ont muté vers une vie aquatique. Alors que les hippopotames transitent encore entre terre et eau, les baleines ne quittent plus la mer.

En fait, les hippopotames sont l’espèce vivante la plus proche des cétacés. Par contre, ils ne sont pas les ancêtres des cétacés (si c’était le cas, les hippopotames n’existeraient plus). Cet honneur revient à un groupe d’ongulés terrestres carnivores nommé les Mésonychidés. Ceux-ci vivaient il y a un peu plus de 50 millions d’années et ont évolué pour devenir des prédateurs marins en seulement 10 millions d’années. 

Reliques de l’origine terrestre des cétacés

Les cétacés portent encore les traces de leur passé terrestre. Premièrement, bien qu’ils n’aient plus de membres postérieurs, leur squelette comporte encore un bassin. Celui-ci est très petit et n’est plus attaché à la colonne vertébrale, mais il est encore présent. Deuxièmement, on voit que les nageoires antérieures sont en fait des pattes modifiées parce qu’elles contiennent 5 os qui correspondent à nos 5 doigts. Finalement, les cétacés nagent en déplaçant leur queue de haut en bas, et non de gauche à droite comme les poissons. Ceci résulte du fait que la colonne vertébrale des mammifères est structurée pour le déplacement avant/arrière et non de gauche à droite. Les cétacés se sont aussi adaptés à la vie aquatique en déplaçant leurs narines au sommet de leur crâne et en les modifiant en évents. Ceci leur permet de respirer avec plus de facilité. Ils ont aussi déplacé leurs oreilles vers l’intérieur et utilisent leur mâchoire inférieure pour focaliser les ondes sur leurs oreilles.

L’attraction de l’eau

S’il peut sembler surprenant d’apprendre que les baleines sont des mammifères ayant pris la mer, elles sont loin d’être les seules. Les mammifères marins incluent les siréniens (les dugongs et les lamantins) et les pinnipèdes (qui comprennent 3 groupes : les otaries et les lions de mer, les morses, et les phoques et éléphants de mer). De plus, qui sait si les hippopotames et les ours polaires ne décideront pas de prendre le large pour de bon avec la montée des eaux à venir!

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Auteur(e)

  • Guy Drouin
    Université d'Ottawa

    Guy Drouin est professeur titulaire à l’Université d’Ottawa depuis 1990. Il détient un doctorat en génétique de l’Université de Cambridge, et il a poursuivi ses études postdoctorales à l’Université Harvard. Ses recherches portent sur l’évolution des gènes et des génomes. Il enseigne la génétique, l’évolution moléculaire et la génétique évolutive des humains. Il s’intéresse aussi à l’enseignement des sciences en milieu minoritaire.

     

    Note de la rédaction : Les textes publiés et les opinions exprimées dans Découvrir n'engagent que les auteurs, et ne représentent pas nécessairement les positions de l’Acfas.

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