Objet : Complexité morphologique accrue comme résultat de la sélection naturelle
Groupes de discussion : talk.origins
Date : 11 juillet 2000
Message-ID : slrn8mmj3g.k3s.adhar@elaine21.Stanford.EDU

Les preuves que l'évolution historique s'est produite - que les organismes ont changé radicalement au cours de centaines de millions d'années depuis la première vie sur terre - proviennent d'une combinaison d'examen du registre fossile et d'études de la morphologie comparative, de la génétique et de la répartition géographique des organismes modernes. La plupart des biologistes considèrent actuellement ces preuves comme écrasantes en faveur non seulement de l'occurrence historique de la macroévolution, mais aussi de la descendance commune de toute la vie connue. À une échelle plus petite, incluant la microévolution et la macroévolution de bas niveau (par exemple, la spéciation), l'évolution est observée à continuer aujourd'hui.

Les scientifiques ont proposé que les mécanismes de l'évolution historique soient le plus probablement ceux qui sont observables de nos jours. Les mécanismes connus incluent la mutation, la sélection naturelle et la dérive génétique.

Steve, qui poste sous le nom d'utilisateur "AVE", a demandé des exemples d'évolution observée (actuelle) qui conduisent à des « augmentations de la morphologie », par quoi il entend probablement une complexité morphologique accrue. Cependant, le fait que l'évolution historique se soit produite repose sur des observations concernant la vie passée (à travers les fossiles et l'analyse comparative des organismes modernes) et ne dépend pas de l'observation de changements à grande échelle aujourd'hui. En effet, compte tenu de l'échelle de temps de l'évolution historique — des milliers, des millions et des centaines de millions d'années — quelques dizaines ou centaines d'années d'évolution devraient avoir un effet relativement faible. La question qui reste est de savoir si nous avons correctement identifié les mécanismes de l'évolution. Les mécanismes connus sont capables de produire des changements à une échelle relativement faible aujourd'hui. En l'absence d'autres mécanismes, il semble raisonnable de les extrapoler vers le passé. Sur une échelle de temps beaucoup plus grande, ces mécanismes devraient produire des changements beaucoup plus importants.

Mais que se passerait-il s'il existait une limite infranchissable à la quantité ou au type de changement qui peut s'accumuler sous les mécanismes connus de l'évolution ? La demande de Steve concernant l'observation d'une morphologie accrue pourrait être perçue comme un défi. La mutation, la sélection naturelle et la dérive génétique peuvent-elles expliquer ce genre de changement ?

De nombreuses réponses aux demandes de Steve ont tenté de définir précisément la morphologie. Si l'on peut démontrer que la morphologie peut « augmenter » même au plus petit niveau, alors sur des périodes de temps plus longues, il n'y aurait aucune barrière qualitative empêchant des changements plus importants. Ainsi, bien que Steve souhaite voir des exemples d'évolution de flagelles dans des populations de laboratoire, ne serait-ce pas l'évolution observée d'autres protéines transmembranaires qui qualifierait également d'« augmentation de la morphologie » ? Steve n'a pas encore été disposé à admettre de tels changements comme morphologiques. Par conséquent, le débat continue sur le fait qu'il ait établi un minimum arbitraire pour le niveau de changement admissible afin d'exclure des cas qui devraient raisonnablement montrer que la mutation et la sélection peuvent expliquer les augmentations de la complexité morphologique.

Lorsque les buts sont déplacés, je porterai à l'attention du groupe de discussion une expérience au cours de laquelle, dans des conditions de laboratoire contrôlées, une augmentation de la complexité morphologique a été observée comme résultat de la sélection par prédation.

Ce travail a été initialement discuté sur l'Archive TalkOrigins il y a quelques années par le dernier auteur. Je remercie Ian Musgrave d'avoir retrouvé la référence à ce papier. Le papier est :

Boraas, M.E., Seale, D.B., et Boxhorn, J.E. (1998) La phagotrophie par un flagellé sélectionne des proies coloniales : une origine possible de la multicellularité. Écologie évolutive 12:153-164.

Vous pouvez consulter le texte intégral de cet article en ligne en suivant le lien PDF à l'adresse suivante : <http://www.wkap.nl/oasis.htm/171545>

Le résumé :

La prédation a été une force sélective puissante favorisant une complexité morphologique accrue chez une proie unicellulaire maintenue dans des conditions environnementales constantes. L'algue verte, Chlorella vulgaris, est un eucaryote bien étudié, qui a conservé sa forme unicellulaire normale dans les cultures de nos laboratoires pendant des milliers de générations. Pour les expériences rapportées ici, des cultures continues en état stationnaire de C. vulgaris unicellulaire ont été inoculées avec le prédateur Ochromonas vallescia, un protiste flagellé phagotrophe (« flagellé »). En moins de 100 générations de la proie, une forme de croissance multicellulaire de Chlorella est devenue dominante dans la culture (substituée par d'autres cultures ultérieures). La proie Chlorella a d'abord formé des amas globuleux de dizaines à centaines de cellules. Après environ 10 à 20 générations en présence du phagotrophe, les colonies à huit cellules ont prédominé. Ces colonies ont conservé indéfiniment la forme à huit cellules en culture continue et lors de la mise en plaque sur agar. Ces colonies auto-réplicantes et stables étaient pratiquement immunisées contre la prédation par le flagellé, mais suffisamment petites pour que chaque cellule de Chlorella soit exposée directement au milieu nutritif.

Le changement est-il une augmentation de la complexité morphologique ? L'algue proie passe d'une forme unicellulaire à multicellulaire. Cela modifie la taille et la forme de l'organisme. Steve accepterait probablement cela comme une augmentation de la complexité morphologique. Chlorella vulgaris est strictement asexuée. Les colonies qui se forment après environ 10 à 20 générations sont composées de grappes de cellules filles qui restent à l'intérieur de l'enveloppe de la cellule mère, de sorte qu'elles seront génétiquement identiques les unes aux autres, tout comme les cellules dans, disons, un corps humain. Notez que cela diffère de cellules distinctes et non identiques qui se joignent pour former des grappes. Les grappes se répliquent par division des cellules internes et bourgeonnement d'une petite nouvelle grappe, plus sensible aux prédateurs, qui augmente rapidement de taille grâce à des augmentations concomitantes des volumes individuels des cellules.

La capacité de former des colonies est-elle génétique ? Les auteurs rejettent une hypothèse alternative selon laquelle la formation de colonies est innée et induite par la présence du prédateur. i) Vingt générations sont nécessaires pour que les colonies deviennent apparentes. Cela semble trop lent pour être le résultat d'un déclencheur environnemental. ii) La forme coloniale persiste pendant plus de deux ans même lorsque la densité du prédateur est faible. iii) La forme coloniale « se reproduit fidèlement » en l'absence de prédateur, tant dans les milieux solides que liquides.

Le changement est-il le résultat de mutations ? Cette question a également été soulevée à propos de l'exemple classique de changement évolutif - le papillon du bouleau. Dans l'exemple de Chlorella, l'agrégation de cellules algales était extrêmement rare avant l'expérience, se produisant environ deux ou trois fois par an au cours de deux décennies. Cela s'explique facilement comme le résultat de mutations rares, mais est très difficile à expliquer comme la persistance de variants génétiques de la population sauvage originale, compte tenu du grand nombre de générations impliquées et de l'extrême rareté de l'observation de l'agrégation.

En résumé, sans preuve contraire, il est raisonnable de conclure que cette expérience démontre que la sélection naturelle agissant sur des formes mutantes rares peut entraîner une complexité morphologique accrue sur des échelles de temps observables par l'homme. La sélection naturelle et la mutation demeurent ainsi des mécanismes viables pour le changement évolutif historique et adaptatif.

Il y a également une leçon ici. Le fait que la sélection naturelle et la mutation n'aient pas produit un niveau arbitraire de changement en un temps court ne suffit pas à minimiser l'importance de ces mécanismes durant l'évolution historique, ni l'incertitude concernant les mécanismes de l'évolution ne remet en cause l'occurrence historique du changement évolutif. À ce stade, les opposants feraient mieux de proposer et de tester des mécanismes ou des explications alternatives pour les données existantes.

-- 
Les opinions exprimées ne sont pas nécessairement celles de l'Université Stanford.
Empreinte PGP = C0 65 A2 BD 8A 67 B3 19  F9 8B C1 4C 8E F2 EA 0E

[Retour aux articles du mois de 2000]