Biologie Exaptation: quand l'Évolution joue la carte de l'opportunisme
- , le 9/10/2013.

Il existe un terme dans le cadre de la science évolutionniste qui est peu facile à prononcer : « exaptation ». Le concept est assez facile à comprendre toutefois : il existe des caractéristiques d'une espèce qui sont parfois utilisées à une autre fin que pour celle qui leur avait donné le jour. On connaît ce genre de concept dans la vie courante parfois : le ruban adhésif (Scotch de 3M) est un peu né comme cela : il ne servait au départ que pour le masquage de peinture de voitures. Depuis, on a découvert que le ruban adhésif peut servir pour tout.


Dans le cadre évolutionniste, le cas classique pour illustrer semble bien être la plume d'oiseau. À ceux qui voudraient répondre qu'il est évident que la plume est nécessaire pour voler, il faut tout de go leur rappeler que la chauve-souris semble très bien se débrouiller sans (et avec toutes sortes de tailles), sans compter des tas de créatures volantes comme les ptérodactyles avant eux.


Si l'on regarde comment vole un oiseau avec ces plumes, il faut bien avouer que cela apparaît comme bien plus complexe qu'un « bout de peau » de chauve-souris. Les fossiles ont bien montré que des « petites plumes » sont apparues chez les ancêtres des oiseaux, et les créatures de l'époque ne s'en servaient manifestement pas pour voler. Cela servait probablement à un ou plusieurs autres usages qui n'avaient rien à voir avec le vol : isolation thermique, parade amoureuse et/ou pour impressionner des adversaires.

L'Évolution est encombrée de cas d' « opportunisme ». Vous savez par exemple que votre ADN est rempli de bouts de gènes de virus. L'hôte infecté avait vaincu la maladie, mais conservé une partie du matériel génétique viral. Autre cas curieux : des enzymes métaboliques ont été utilisés pour un autre rôle dans une partie du corps : les yeux. Ces enzymes réfractent les rayons lumineux à travers la lentille. Les mammifères ont également tiré parti des parties molles des plaques crâniennes pour aider les bébés à passer lors de l'accouchement (le cas le plus extrême de l'utilisation de ce processus se retrouve justement chez l'humain avec sa grosse tête : un bébé peut facilement ressembler à un « alien » après utilisation de forceps...).


L'exaptation nous montre qu'il peut être parfois difficile de trouver l'origine d'une caractéristique qui a évolué avec le temps, car la piste peut devenir peu claire. Stephen Jay Gould et Elisabeth Vrba ont donné le nom d' « exaptation » à ce phénomène en 1982. Il existe un peu l'équivalent dans les inventions humaines par ailleurs. Les inventeurs sont parfois très surpris de l'usage que l'on finit par faire de leurs inventions.

L'agencement de nos os dans nos quatre bras n'est en réalité pas directement adapté pour se mouvoir sur la terre ferme : cela a d'abord servi dans l'eau. Ensuite, il y a eu des « adaptations ». Il est très difficile bien entendu de distinguer les forces d'exaptation et d'adaptation. On dirait toutefois de plus en plus que l'exaptation a joué un rôle non négligeable dans l'Évolution. Une nouvelle étude publiée dans Nature tente d'identifier d'autres exaptations.

Regarder loin dans l'histoire n'est pas aisé. Les chercheurs ont préféré simuler et tester ainsi des résultats. Ils se sont focalisés sur le métabolisme : comment les organismes utilisent tout un système de réactions électrochimiques pour dégrader la nourriture et avoir de quoi survivre, croître et se reproduire. À l'époque, Gould s'était demandé si les séquences d'ADN connues comme les « transposons » ; des bouts de gènes de virus ; n'avaient d'abord aucune fonction, mais que le programme s'avérait utile par la suite. Cela a aidé pour la grossesse !

Ainsi, est-ce qu'un schéma dédié à une source de carbone comme le glucose pouvait aussi s'adapter à d'autres sources de carbone ? On s'est servi d'un schéma de 1397 réactions utilisé par la classique bactérie E. coli. Les simulations permettaient de changer une réaction par une autre au hasard parmi un « catalogue » de réactions métaboliques connues. Bien entendu, l'ensemble doit être toujours capable d'utiliser le glucose. Tous les schémas bancals étaient retirés par sélection naturelle.

Il s'est avéré que 96 % des ensembles de réactions viables sur 500 étaient capables d'utiliser des sources multiples de carbone. En d'autres termes, une adaptation était accompagnée d'exaptations potentielles multiples. On s'est rendu compte que la complexité de l'ensemble de réactions chimiques semblait favoriser la souplesse : plus de réactions, alors plus de potentiel d'exaptation. La complexité engendre beaucoup de traits potentiellement bénéfiques.

L'étude sur le métabolisme suggère qu'une grande portion saine de nouveaux traits sont en réalité des exaptations au départ. On a tendance à voir une caractéristique d'un organisme comme une adaptation pure et simple : tel trait a aidé à la survie dans le passé. En réalité, cette réflexion serait trop directe ; il se peut qu'il s'agisse d'une exaptation et que l'organisme ait profité d'un épiphénomène par rapport à un autre trait.

On peut oser se demander si les traits (caractéristiques) ne sont jamais des adaptations pures, mais quasiment toujours un mélange « adaptations + exaptations ». D'autres pensent que l'on peut arriver à distinguer les deux, même si c'est subtil.

Références: Barve A, Wagner A. A latent capacity for evolutionary innovation through exaptation in metabolic systems. Nature. 2013 Aug 8;500(7461):203-6. doi: 10.1038/nature12301. Epub 2013 Jul 14. PubMed PMID: 23851393.


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