Pourquoi les organismes ont commencé à avoir des relations sexuelles, plutôt que de simplement se reproduire asexuée comme la vie pendant des milliards d’années - et il en est toujours ainsi dans le cas d’organismes unicellulaires et de certaines plantes et champignons - est un peu mystérieux. La reproduction sexuée a évolué il y a environ un milliard d'années, voire plus, en dépit de l'énergie supplémentaire requise et de l'obstacle apparent lié à la nécessité de trouver un partenaire adéquat. Selon les théories dominantes, le sexe est devenu la forme de reproduction dominante en raison des avantages d'une plus grande diversité génétique, permettant ainsi à la progéniture de s'adapter à des environnements en mutation et permettant aux espèces d'avoir une longueur d'avance sur les parasites qui ont évolué et ont affecté les parents.
Mais dans un nouvel article de PLOS Biology, une équipe de scientifiques dirigée par l’Université de Montpellier en France et l’Université de Deakin en Australie suggèrent une autre raison du début de la vie et du maintien des relations sexuelles: la menace des freeloaders cancéreux et transmissibles.
"Nous suggérons que la reproduction sexuée évolue pour empêcher l'invasion par des cellules tricheuses néo-plastiques égoïstes transmissibles, désormais appelées cellules cancéreuses transmissibles", déclare dans un courriel Frédéric Thomas, biologiste de l'évolution à l'Université de Montpellier et principal auteur de l'étude. "A notre connaissance, ce scénario sélectif pour l'évolution initiale du sexe à travers l'arbre de la vie est nouveau."
Le cancer n'était pas un problème pour les formes de vie les plus anciennes, les procaryotes ou les organismes unicellulaires dépourvus de noyau cellulaire, tels que les bactéries et les archées. Ces créatures se reproduisent de manière asexuée, faisant une copie de leur chromosome singulier et se clonant elles-mêmes.
Mais les choses ont changé avec l'évolution des eucaryotes il y a plus de 2, 5 milliards d'années. Ces organismes contiennent des noyaux centraux englobant leurs génomes dans un ensemble de chromosomes. Des groupes d'eucaryotes se sont unis pour former les premiers organismes multicellulaires - les prédécesseurs de toute la vie complexe sur Terre, des plantes aux insectes et des reptiles aux mammifères. Lorsque ces organismes se reproduisent, le matériel génétique provient de deux partenaires, créant ainsi une progéniture génétiquement unique.
«Le sexe semble avoir accompagné, précédé directement ou réellement marqué le passage à la vie eucaryote», déclare Maurine Neiman, professeure agrégée de biologie à l'Université de l'Iowa, qui étudie la reproduction sexuée mais n'a pas participé à la nouvelle étude. La grande question en biologie de l'évolution, dit-elle, est de savoir pourquoi.
Le sexe est vraiment compliqué et inefficace. De nombreux organismes doivent investir des ressources biologiques dans des traits servant uniquement à attirer un partenaire, comme les plumes de paon. Même l'acte de copulation lui-même comporte des risques. «Les organismes sont souvent littéralement collés ensemble, et ce n'est pas vraiment une bonne situation», dit Neiman. L'idée qu'une créature ayant assez de succès pour atteindre la maturité reproductive voudrait jouer avec la formule génétique est également étrange. «Vous êtes en quelque sorte une chose sûre si vous avez grandi et réussi. Pourquoi voudriez-vous rendre un bébé différent de vous? "
En mélangeant la génétique, la reproduction sexuée produit une plus grande diversité génétique dans une population, limitant ainsi la transmission des cellules cancéreuses entre les individus de la population. (Thomas et al. / PLOS Biology 10.1371) Une théorie dominante est connue sous le nom d'hypothèse de la reine rouge. L'idée suggère que, parallèlement à l'évolution de la vie multicellulaire, les parasites et les agents pathogènes qui la caractérisaient. En utilisant le sexe pour créer une progéniture présentant des caractéristiques génétiques uniques, une partie de la progéniture peut acquérir une résistance aux insectes qui menaceraient autrement des espèces entières. La reproduction sexuée est un moyen de garder une longueur d’avance sur la course aux armements qui évolue. (Le nom de l'hypothèse provient d'une déclaration de la reine rouge à Alice dans À travers le miroir de Lewis Carroll: «Maintenant, voyez-vous, il faut faire tout ce que vous pouvez faire pour rester au même endroit. )
La nouvelle étude suggère que les cellules cancéreuses peuvent être considérées comme une autre forme de parasite. Lorsque les cellules précoces se sont regroupées pour former un seul organisme eucaryote, ces organismes auraient dû se protéger des cellules membres qui refusaient de se subordonner à l'ensemble - «cellules tricheuses internes» ou cellules cancéreuses. Les organismes multicellulaires précoces auraient également dû développer des défenses contre l’invasion des cellules malignes d’autres organismes ou des cancers transmissibles.
Selon l'étude, ces systèmes immunitaires précoces auraient eu plus de facilité à différencier les cellules saines des tumeurs malignes, si la reproduction sexuée créait une progéniture génétiquement distincte des organismes environnants. Le ciblage des cellules cancéreuses aurait pu créer une pression évolutive pour adopter le sexe, semblable à la pression des parasites et d’autres agents pathogènes.
«Les cellules malignes - du moins à notre avis - ont la même importance en biologie et en écologie évolutives que les parasites non autonomes et doivent donc être considérées comme aussi importantes que les parasites et le microbiote», explique Thomas. "Le cancer n'est pas seulement une maladie, c'est une force évolutive."
Selon Steve Johnson, biologiste chargé d'étudier l'évolution du sexe et des interactions hôte-parasite à l'Université de la Nouvelle-Orléans, cette idée pourrait constituer un nouveau moyen puissant de penser à l'évolution. «Plus j'y pense, plus je pense que cela pourrait être une nouvelle approche très importante», déclare-t-il dans un courrier électronique. «J'aime particulièrement leur lien entre la modélisation Red Queen et l'idée que la reproduction sexuée réduit un type unique de parasite, les cellules cancéreuses transmissibles."
"Vous pouvez penser au cancer comme à ce phénomène égoïste qui meurt avec l'individu", ajoute Neiman. «Mais si ça ne marchait pas? Comment cela changerait-il le paysage évolutif?
Dans cet article, Thomas et ses collaborateurs exposent certains des changements apportés au paysage évolutif auxquels ils pourraient s’attendre si leur hypothèse est correcte. Les cancers transmissibles, par exemple, seraient probablement rares chez les espèces à reproduction sexuée, et c'est effectivement le cas. Quelques exemples seulement existent, tels que les lésions faciales du diable de Tasmanie et la leucémie chez certaines palourdes.
L'équipe a également prédit que la plupart des espèces à reproduction asexuée seraient soit relativement jeunes, soit spécialement adaptées pour résister au cancer. Et, en effet, ils ont constaté qu'environ la moitié des lignées asexuées connues auraient moins de 500 000 ans. "Les 50% restants des lignées sont constitués d'organismes scandaleux sur le plan de l'évolution", reconnus pour leur résistance aux mutagènes, indique le nouveau document. Selon Thomas, de tels organismes pourraient valoir la peine d’être étudiés pour en savoir plus sur leurs protections anticancéreuses à usage médical.
Mais il y a une raison pour laquelle l'origine du sexe est considérée comme un problème difficile en biologie de l'évolution. Selon Neiman, certains éléments de la nouvelle théorie ne s'additionnent pas, du moins pas encore. La rareté des cancers transmissibles parmi les créatures actuelles, par exemple, pourrait ne pas soutenir cette nouvelle théorie.
Un univers dans lequel le cancer expliquait le sexe exigerait que ces cancers contagieux soient vraiment courants », explique Neiman. Elle s'interroge également sur l'une des hypothèses centrales de la théorie, à savoir que la distinction génétique des parents et de la progéniture constituerait un facteur de succès dans la lutte contre l'infection cancéreuse. "Je ne suis pas sûr que cela ait été bien testé, et c'est une hypothèse très importante."
Thomas admet que l'hypothèse de son équipe doit être validée par des expérimentations qui manquent actuellement. «Nous proposons dans le document plusieurs pistes pour cela. La plus élégante serait d’utiliser le clonage d’animaux pour évaluer le risque de transmission des cellules cancéreuses associé à la reproduction asexuée», dit-il. Si la nouvelle théorie de la reproduction sexuée est correcte, la probabilité qu'une mère transmette des cellules cancéreuses à sa progéniture devrait être plus élevée si l'embryon est un clone implanté de la mère, plutôt qu'un embryon génétiquement distinct.
L’équipe travaille également avec des hydres clonées, des organismes marins capables de se reproduire sexuellement et asexuellement en fonction des conditions environnementales. Selon Thomas Madsen, scientifique spécialisé dans les sciences de la vie à l’Université Deakin et coauteur de la nouvelle étude, l’objectif est «d’essayer d’infecter des hydras clonaux sains avec des cellules cancéreuses et d’enquêter sur leur réponse évolutive». Si la nouvelle théorie du sexe est correcte, Les hydras infectées doivent choisir la reproduction sexuée plutôt que les asexuées.
Mais l'origine du sexe a toujours été confuse et Neiman croit que cela va rester ainsi. «Je pense que la complexité et le simple désordre de la biologie vont souvent demander ce que nous appelons des explications pluralistes ou multiples», dit-elle. "Je ne pense pas qu'il y aura une solution générale, élégante, simple et simple, jamais."
