Évolution

La vie multicellulaire s'est produite 25 fois

Lorsque l'algue verte unicellulaire, Chlamydomonas, a été exposée au minuscule prédateur Paramecium, l'algue a rapidement ajouté des cellules. La nouvelle forme multicellulaire avait environ 2,5 fois plus de chances de survivre à l'attaque du prédateur que l'ancienne forme monocellulaire.

© Boyd et al

Quelques cellules d’algues s’accrochent les unes aux autres en une boule compacte, jusqu’à ce qu’elle s’écroule. Les pièces flottent et chacune commence à former de nouvelles balles plus grosses.

Les algues unicellulaires à l'origine ont ainsi développé une forme primitive de vie multicellulaire. Mais ce grand saut évolutif n'a pas duré des millions d'années. Cela a été fait en 350 jours - dans un laboratoire américain.

Les chercheurs à l'origine de cette expérience en 2017 ont réussi à obtenir une algue verte monocellulaire en multicellules en l'exposant à un prédateur gourmand: un ciliaat monocellulaire qui vit d'algues ou d'algues.

Grâce à la présence des ciliaats, les algues qui s'agglutinent ont facilement deux fois plus de chances de survie que leurs parents isolés.

Lorsque l'algue verte unicellulaire, Chlamydomonas, a été exposée au minuscule prédateur Paramecium, l'algue a rapidement ajouté des cellules. La nouvelle forme multicellulaire avait environ 2,5 fois plus de chances de survivre à l'attaque du prédateur que l'ancienne forme monocellulaire.

© Boyd et al

La transition vers la multicellularité est l’un des événements les plus importants de l’histoire de la vie, et cette transition semble maintenant étonnamment facile.

Les fossiles et l'ADN montrent que la vie sur terre a franchi cette étape au moins 25 fois, voire beaucoup plus souvent. Et nous comprenons maintenant pourquoi les organismes unicellulaires peuvent si bien travailler ensemble.

La cellité multiple n'est toujours pas là

Presque toutes les formes de vie actuelles sont multicellulaires. Ceci s’applique à vous, aux fleurs dans le vase, au merle devant la fenêtre et aux champignons dans la forêt. Certains organismes multicellulaires sont très simples - ils consistent en des cellules qui forment une colonie permanente.

D'autres, comme vous, sont beaucoup plus avancés. Une caractéristique est que les cellules germinales peuvent produire une progéniture complète. Les cellules individuelles sont également hautement spécialisées, même si chaque cellule contient exactement le même ADN.

La spécialisation signifie que les cellules évoluent pour accomplir des tâches spécifiques, telles que les cellules nerveuses transportant les signaux électriques à travers l'organisme et les cellules immunitaires vous protégeant contre les maladies. Les plantes terrestres et les champignons multicellulaires ont souvent 10 à 20 types de cellules, tandis que les animaux, y compris les humains, peuvent en contenir jusqu'à 200.

Les chercheurs ont étudié l'énorme diversité des organismes multicellulaires actuels et découvert qu'ils développaient chacun une multicellularité.

La multicellularité offre aux organismes des avantages évidents. Ils peuvent se déplacer efficacement et trouver un environnement propice à la chasse, et ils peuvent fuir. Cependant, la multicellularité n'a pas toujours existé et les chercheurs ne savent pas exactement quand le premier organisme multicellulaire est apparu.

Certaines découvertes indiquent qu'il existait des versions simples datant de 2 à 3 milliards d'années. Celles-ci consistaient probablement en cellules faiblement coopérantes, qui rappellent davantage les globules d'algues que les animaux, les plantes et les champignons.

La première vie multi-cellulaire plus développée a probablement vu le jour il y a 750 à 660 millions d'années. A cette époque, les formes de vie monocellulaires dominaient la Terre depuis plus de 3 milliards d'années.

La longue attente suggère que le changement était difficile, mais cette conclusion n'est pas compatible avec d'autres preuves.

Les premiers organismes multicellulaires étaient très simples. C'est le tenuis de Dickinsonia, vieux de 560 millions d'années.

© Masahiro Miyasaka

Les chercheurs ont étudié à fond l’énorme diversité des organismes multicellulaires présents sur notre planète et ont découvert qu’ils avaient développé leur multicellularité indépendamment les uns des autres. Les plantes, les animaux et les champignons ont évolué à partir de trois types d'ancêtres monocellulaires.

Et avec les algues rouges, vertes, brunes et caillouteuses, la multicellularité est apparue au moins cinq fois. La vie multicellulaire actuelle remonte à au moins 25 ancêtres unicellulaires - et probablement même à plus de 50 ans.

Les scientifiques se demandent maintenant pourquoi cette énorme explosion de la vie multicellulaire n’a commencé qu’après 3 milliards d’années.

Arbre de vie

Les gènes des organismes multicellulaires montrent que beaucoup ont développé leur propre multicellularité, donc indépendamment les uns des autres.

Les algues sont séparées les unes des autres

Les plantes et les algues - des algues multicellulaires - proviennent d’un certain nombre d’algues unicellulaires différentes, et nombre de ces algues ne sont même pas étroitement apparentées.

Tentatives de multicellularité: ≥ 9.

La moisissure est un réceptacle

Les moisissures visqueuses, les oomycètes, les champignons réels et d’autres organismes étaient tous considérés jadis comme des champignons. Nous savons maintenant qu'ils proviennent de divers précurseurs monocellulaires.

Tentatives de multicellularité: ≥ 6.

Les animaux risquent le saut

Les animaux - de la plus simple méduse à la plus grande baleine - proviennent probablement d'un organisme qui a développé la multicellularité il y a environ 800 millions d'années.

Tentatives de multicellularité: ≥1.

Les cellules forment une simple colonie

Les protistes - un vieux mot pour désigner tous les organismes autres que les plantes, les animaux, les bactéries ou les champignons - ont développé à plusieurs reprises une multicellularité simple, telle que des colonies en forme de plumes.

Tentatives de multicellularité: ≥ 5.

Les bactéries font des fleurs

Les bactéries et les bactéries primordiales (archées) sont souvent des cellules uniques, mais certaines, telles que les myxobactéries, peuvent former des structures florales visibles à l'œil nu.

Tentatives de multicellularité: ≥ 4.

Concord fait le pouvoir

La teneur en oxygène de la terre était beaucoup plus faible au cours des 3 à 4 milliards d'années qu'aujourd'hui. Il a seulement augmenté il y a 850 millions d'années, peu avant le début de la vie multicellulaire.

En raison de cette confusion de circonstances, certains scientifiques pensent que la faible teneur en oxygène a perturbé la vie multicellulaire.

Le paléontologue britannique Nicholas Butterfield pense cependant que les organismes multicellulaires auraient pu pallier ce manque d'oxygène en pompant de l'eau sur une surface qui absorbe de l'oxygène - comme le font les poissons avec leurs branchies.

Butterfield suggère que la vie multi-cellulaire avancée a été retardée parce que les cellules n'avaient pas encore leur capacité de coordination en ordre.

Dans des organismes comme nous, une telle capacité garantit que chaque cellule produit les bonnes protéines au bon moment.

Cela permet à nos cellules d'effectuer différentes tâches, même si elles ont le même ADN, elles ne se divisent plus lorsqu'elles n'ont plus besoin de grandir et certaines se suicident pour assurer la survie de tout le groupe.

Vidéo: Voici comment vos cellules divisent le travail

S'il était difficile de parvenir à une meilleure coordination, nous comprenons que la multicellularité n'a pas eu lieu - mais pas pourquoi elle est apparue subitement dans les organismes les plus divers.

Donc, ce changement ne sera peut-être pas si difficile du moment que la motivation évolutive appropriée est présente. Le gros avantage de la multicellularité est qu’elle offre une protection contre les prédateurs.

Mais les 3 premiers milliards d'années de la vie étaient des prédateurs petits et primitifs - la vie n'était donc pas obligée de devenir multicellulaire. Il y a 800 millions d'années, cependant, un prédateur plus avancé est apparu, de nombreux autres organismes s'accrochant l'un à l'autre pour se défendre.

Les premiers prédateurs, tels que l'Anomalocaris, vieux de 530 millions d'années, ont bien démarré le développement d'organismes multicellulaires.

© Jose Manuel Canete

La biologiste américaine Nicole King est peut-être devenue obsolète, de nombreux groupes sont donc devenus multicellulaires si rapidement.

En enquêtant sur ce que l'on appelle les flagellés de collier monocellulaire, l'équipe de Kings a découvert que les organismes monocellulaires peuvent posséder des variants de nombreux gènes essentiels à notre propre multicellularité: des gènes qui maintiennent nos cellules ensemble, communiquent ou se tuent face à des maladies telles que le cancer. qui menacent le groupe.

Seuls les organismes monocellulaires utilisent ces gènes pour d'autres tâches, telles que la capture d'aliments ou l'observation de l'environnement. Cependant, il ne faut pas grand chose pour changer la fonction de ces gènes.

Les cellules sont faites pour travailler ensemble

Grâce à un certain nombre de protéines, notre corps est un tout et nos cellules fonctionnent ensemble. Mais les minuscules flagellés de collier montrent que les protéines peuvent également être trouvées dans des organismes unicellulaires. Et ici, ils servent un but très différent.

1. Le piège à bactéries maintient les cellules ensemble

Les flagellés de collier contiennent des cadhérines (taches lumineuses), qui les aident à attraper les bactéries. Dans notre corps, cependant, les cadhérines maintiennent les cellules ensemble afin que nous ne tombions pas en morceaux.

2. Les cellules sensibles reçoivent des signaux

Pour détecter les molécules dans l’eau environnante, les flagellés à collier utilisent des récepteurs dits tyrosine kinase (vert clair). Chez les humains, ces récepteurs garantissent que nos cellules peuvent recevoir des signaux - tels que des hormones - d'autres cellules.

3. L'outil de réparation inhibe le cancer

La protéine p53 (turquoise) répare l'ADN (rouge) endommagé chez l'homme et le flagellé de collier. Et chez nous, cette protéine amène les cellules à se suicider si l’ADN ne peut pas être réparé. Cela empêche les cellules endommagées de se transformer en tumeur.

Ainsi, les organismes unicellulaires ont tout pour devenir multicellulaires, ce qui leur a toujours permis de se développer.

Depuis que nos propres ancêtres ont franchi le pas, nos gènes ont été modifiés au cours de millions d'années, ce qui signifie qu'il est maintenant peu probable que notre corps coordonne ses 37 000 milliards de cellules. Cependant, il a également été découvert que nous retombons parfois au stade unicellulaire.

La rechute explique le cancer

Des scientifiques australiens dirigés par le biologiste David Goode ont étudié en 2017 comment l'activité d'un certain nombre de gènes dans les cellules cancéreuses s'écarte de la normale.

Goode a découvert que les gènes qui ont le moins changé depuis que nous sommes devenus multicellulaires sont très actifs dans les cellules cancéreuses. Inversement, les gènes les plus développés sont inactifs dans les cellules cancéreuses.

Le cancer apparaît donc dès que les mutations détruisent les mécanismes permettant la coordination cellulaire et stimulent les mécanismes égoïstes nécessaires à un organisme unicellulaire.

Les cellules cancéreuses se divisent de manière incontrôlable et détruisent les tissus sains de leur environnement.

© Shutterstock

Le cancer est le déclin de la multicellularité en unicellulaire, et les cellules en prolifération se présentent comme des parasites unicellulaires qui attaquent notre corps.

Les formes rares de cancer, telles que le sarcome Sticker, qui survient chez le chien, peuvent même se propager par contact sexuel, tout comme la gonorrhée et d'autres bactéries.

Au cours des dernières années, les chercheurs ont beaucoup appris sur la transition de nos ancêtres de la cellule unique à la multi-cellule.

Et leurs découvertes peuvent non seulement nous dire quelque chose sur le passé, mais également préciser comment nos cellules peuvent retomber dans une cellule unique. Cela ouvre la voie à de nouvelles thérapies contre le cancer.

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