Les phyla énigmatiques aiment semer la zizanie! Ainsi, non contents d’être probablement l’objet d’une des énigmes paléontologiques les plus célèbres avec le cas d’Hallucigenia, dont le nom rappelle d’autres temps où le LSD coulait à flot, les onychophores ont été récemment à l’origine d’une des polémiques de la rentrée dans le milieu des zoologistes. Dans son numéro du 28 août, la prestigieuse revue PNAS (comptes rendus de l’académie des sciences américaine) a publié un article de Donald Williamson proposant l’hypothèse saugrenue que les chenilles aient évolué par hybridation entre un onychophore et un insecte! L’auteur ne propose aucun résultat original pour soutenir sa thèse, mais annonce qu’elle est testable par analyse des données génomiques. Tout cela s’inscrit dans la cadre d’une théorie plus vaste de ce professeur de l’université de Liverpool à la retraite, dans lequel les phénomène d’hybridation jouent un rôle fondamental dans l’évolution des métazoaires, en ayant par exemple, permis l’acquisition des formes larvaires dans divers phyla (e.g. larves pluteus bilatérales des échinodermes).
La publication d’un tel article peut donc paraître choquante, à la fois par l’aspect fantaisiste de son message, que par la légereté de la démonstration, qui laisse à d’autres le soin de faire le travail expérimental. Cela a été rendu possible par le fait que PNAS offre une possibilité pour certains membre de l’académie des sciences américaines de superviser entièrement l’évaluation d’un article proposé à publication (track I). Dans le cas présent, il s’agit de Lynn Margulis, mère de la théorie endosymbiotique, sans doute l’une des plus marquantes avancées du XXème siècle. Dans cette perspective, il n’est pas ahurissant que Lynn Margulis ait pu être sensible à l’idée que l’hybridation puisse jouer un rôle dans l’évolution des animaux, puisque l’endosymbiose peut d’une certaine manière être assimilée à une hybridation.
Pourtant, le tollé provoqué par cet article et les lettres de protestation et autres rebutal papers qui ont suivi m’ont paru disproportionnées, surtout dans la mesure où les indices génomiques de telles hybridations auraient été détectées de manière a priori évidente rendant la contradiction de cette thèse aussi immédiate qu’aisée! Cette manière de pousser des cris d’ofraie, ou comme le chanterait Alpha Blondy, de “tirer sur l’ambulance”, (passez moi la référence, lien Spotify) montre le peu d’ouverture d’esprit, et d’humour, dont certains font preuve. Il ne faut justement pas oublié que certaines théories, comme la dérive des continents ou justement l’endosymbiose, ont été accueillies en leur temps comme des hérésies par la communauté scientifique, il n’y a pourtant pas si longtemps. Malgré ses dérives, le principe de l’édition par les académiciens pouvait avoir le mérite de permettre une certaine indépendance de vue, que ne garantit par toujours les processus de peer-review traditionnels dans lequel, on assiste bien souvent à un nivellement par le consensus admis. Si l’on souhaite laisser une tribune ouverte aux opinions hétérodoxes, on prend le risque de voir des thèses absurdes apparaître un jour. Ce type d’édition (track I) va disparaître très bientôt dans PNAS mais, sans rentrer dans la polémique, le principe du peer-review n’est pas forcément systématiquement un gage de qualité scientifique.
Ainsi, même dans une revue aussi prestigieuse que Cell, dont la rigueur dans l’évaluation est sans aucun doute l’une des plus élevées en biologie, des situations très problématiques ont pu apparaître, comme le montre cet exemple de 2005 à propos d’un article sur l’insertion de l’ADN de kinétoplastide dans le génome de mammifère infectés. Un problème d’interprétation par Blast a été soulevé par un lecteur de l’article, et après avoir consulté différents experts, le comité éditorial a décidé de rétracter le papier, contre l’avis des auteurs.
Bonus: Une vidéo d’un onychophore en chasse, usant de sa salive gluante.
“And he that breaks a thing to find out what it is has left the path of wisdom.”
Gandalf in The Lord of The Ring by JRR Tolkien (1954)
La baie de Naples était sans doute un bon endroit pour discuter de l’avenir de la biologie marine! Elle a sans doute été le point de départ de quelques unes des premières recherche dans ce domaine, avec par exemple les travaux de Pline l’ancien sur la bioluminescence. Depuis ces origines, les avancées liées à l’étude des animaux marins dans la biologie moderne ont été considérables, et l’exemple de la bioluminescence est significatif, puisque son étude chez les méduses (par exemple, Pelagia noctiluca à droite) a donné lieu à la découverte de la GFP, une protéine fluorescente dont l’utilisation est maintenant fondamentale pour toute la biologie cellulaire contemporaine, en permettant de localiser les protéines à l’échelle de la cellule. La métagénomique permet désormais d’appréhender l’insaisissable, cette lueur qui jaillissait lorsque les anciens frappaient l’eau d’un baton, luminescence d’unicellulaires planctonique, dont nous cherchons désormais à percevoir la lueur fantomatique en nous détournant de la clarté des éclairages de la plage pour l’obscurité du large lors d’une baignade nocturne. Cette baie a aussi été le théâtre de la fin tragique du grand naturaliste, lors de l’éruption du Vésuve, en 79, lorsqu’il s’approcha trop prêt en bateau pour tenter de secourir des amis. Cette malheureuse anecdote révèle l’inversion de polarité dans le rapport de l’homme au monde, capable désormais de connaître l’inconnaissable, de prédire l’imprévisible et de gâcher la beauté nocturne.
Le Workshop EMBO organisé sur l’île d’Ischia auquel je participais la semaine dernière, avait pour but de faire le lien entre la développement scientifiques et technologiques les plus récents et l’importance renouvelée des problématiques écologiques. La connaissance moléculaire du développement des organismes marins a permis au cours de ces dernières années, d’approcher la connaissance de l’origine de la diversité des animaux, dont toutes les lignées ont pris naissance dans la mer. Pourtant, cette biodiversité extraordinaire est aujourd’hui menacée, le relargage d’une grande part du carbone fossile dans l’atmosphère par les activités humaines est en train de causer un changement climatique global qui se traduit par un réchauffement et une acification des mers et des océans. Ces phénomènes ont des conséquences multiples et encore peu connues sur le fonctionnement de la biosphère. Les perturbations engendrées vont de l’écosystème, avec une perturbation des réseaux trophiques, jusqu’au développement embryonnaire, comme l’a exposé avec une grande clarté Sam Dupont lors de ce Workshop. En effet, la rigueur du milieu terrestre que nos propres ancêtres ont colonisé a engendré de nombreuses adaptation, comme l’apparition de mécanismes destinées à protéger le développement, des oeufs aux parois renforcées, ou même la viviparité. Rien de tout cela dans la mer, où les embryons se développent au contact direct de ce milieu primordial, et possèdent donc une sensibilité accrue à la perturbation de l’environnement.
Le défi pour ce nouveau champs de recherche, baptisé EcoEvoDevo, consiste donc en un dialogue réciproque entre l’approche holistique de l’écologie et l’approche réductionniste de la génétique et de la biologie moléculaire. Et de manière encore plus générale, on peut considérer que la maîtrise de l’homme sur son environnement a conduit à la biosphère, système infiniment complexe dans son ensemble, à être l’objet d’une vaste perturbation par l’activité humaine, perturbation qui pourrait être mise en parallèle avec les perturbations des gènes (perte de fonction) à la base de la génétique pour comprendre un autre système complexe, le développement embryonnaire. Un exemple trivial pourrait être les tentatives d’enrichissement en fers, élément limitant la croissance du phytoplancton, à une grande échelle qui provoque un bloom à une échelle suffisemment grande pour être observable par satellite (photo de gauche, chlorophylle océananique, petite tâche en bas au centre). Ce rapprochement entre macrocosme et microcosme, pourrait paraître un peu Olé Olé, mais ses conséquences épistémologiques sont à mon avis non négligeables, et conduisent à mon avis à la fois à une prise de conscience de notre pouvoir sur la biosphère et à une reconsidération de la toute puissance de l’approche réductionniste. Ces considérations permettront, espérons-le, de faire naître une nouvelle forme de science, plus intégrative, mais surtout s’inscrivant davantage dans une démarche plus marquée de respect pour son objet d’étude.
Depuis mon dernier post à ce sujet, la phylogénie des animaux a fait l’objet de plusieurs publications contradictoires qui montrent que l’unification des vues promise par la phylogénomique n’est pas encore pour demain!! Ces récentes controverses portent sur le statut recherché de groupe frère des autres métazoaires, autrement dit la position la plus “basale” de la l’arbre. Plusieurs organismes ont tour à tour brigué ce statut, certes éminemment enviable, de plus proche cousin du grand ancêtre: les éponges (ou porifères, à droite), les ctenophores (Mnemiopsis leidyi, à gauche), les placozoaires (Trichoplax adherens, au centre).
Les travaux de morphologie classique ainsi que les premières études de phylogénie moléculaires ont traditionnellement soutenu la divergence précoce des éponges. Cette conclusion était basée sur leur plan d’organisation simple, basé sur des axes de symétrie peu nombreux et leur absence de caractères développementaux typiques d’autres animaux, comme par exemple la gastrulation. Un doute a même longtemps existé sur la monophylie de ce groupe puisqu’une lignée d’éponge, les homoscléromorphes, a parfois été rapproché des bilatériens ( au sein des eumétazoaires) car elle possèdent des caractéristiques en communs avec eux, en particulier l’existence d’une membrane basale associée à du collagène de type IV. Les études de phylogénie moléculaire basées sur les marqueurs historiques (18S) ont parfois soutenu cette paraphylie, même si l’influence de l’échantillonnage taxonomique, des méthodes employées était grande.
Cette vision bien établie a été bousculée il y a maintenant une grosse année avec la publication du papier de Casey Dunn (voir mon post de l’époque) qui plaçait pour la première fois un groupe de ‘méduse’ planctoniques, les cténophores à la base de l’arbre (cf. Schéma). La possibilité que les cténophores puissent occuper une telle position dans l’arbre des animaux a suscité à ce moment là un énorme intérêt car les cténophores sont très loin de la simplicité morphologique des éponges: ces prédateurs possèdent un système nerveux et des organes sensoriels, une symmétrie multiradidée complexe et… des muscles d’origine mésodermiques! Cependant, un doute sérieux a subsisté à cause du taux d’évolution rapide du génome des ces organismes qui aurait pu induire un artefact (LBA, long branch artefact).
Cette hypothèse séduisante a pourtant été rapidement contredite. Tout d’abord, un nouveau candidat est apparu, Trichoplax adherens, unique représentant de l’énigmatique phylum des placozoaires, dont le génome a été séquencé et rendu public l’année dernière. Cet étrange organisme est d’une simplicité navrante: 2 feuillets de cellules sans polarité claire découvert au XIX ème siècle sur la paroi d’un aquarium! Un papier de Bernd Schierwater et col. dans PLoS Biology a donc proposé une topologie originale (cf.schéma), dans laquelle les ‘diploblastiques’, c’est à dire les non-bilatériens forment un groupe monophylétique à la base duquel se situe Trichoplax. Malheureusement, cet étude est rapidement paru assez problématique: elle est en contradiction avec l’analyse publiée dans le papier du génome de Trichoplax (*) et surtout, elle est en effet basée sur un échantillonnage de gènes assez étonnant, en particulier, elle inclut beaucoup de gènes mitochondriaux, qui se sont avérés précédemment soutenir de manière artefactuelle le regroupement de tous les “diploblastiques” entre eux.
Les analyses les plus crédibles sont apparues avec un papier d’Hervé Philippe et Michael Manuel paru au printemps dans Current Biology qui propose que les éponges forment un groupe monophylétique à la base des métazoaires, les cténophores rejoignant les cnidaires, comme groupe-frères, et Trichoplax émergeant quelque part entre les deux. Ce travail montre bien l’importance du choix des marqueurs et en particulier de leur degré de saturation pour ce type d’analyses, et insiste sur l’importance des modèles d’évolutoin susceptible de prendre en compte l’hétérogénéité des taux d’évolution, comme le modèle CAT, pour résoudre ce type de noeuds profonds. Un poster, présenté par Henner Brinkman à la SMBE 2009 résumait bien les problèmes posées par les deux études précédemment citées: mauvais choix de gènes marqueurs (trop saturés, gènes paralogues), mauvais choix d’espèces (espèces à taux d’évolution trop rapide), et enfin, utilisation de modèles d’évolution simplistes, qui ne teniennent pas compte de l’hétérogénéité des taux d’évolution.
Cependant, on peut estimer que le problème des liens de parentés entre les lignées précoces des métazoaires n’est pas définitivement règlé, aussi bien d’un point de vu phylogénétique que du point de l’évolution de la complexité. L’ensemble de ces groupes possèdent une diversité que l’on a parfois du mal à appréhender, ainsi des données génomiques ne sont encore disponibles que pour la moitié des classes de cnidaires: les scyphozoaires, les cubozoaires, les stauroméduses ne sont pas encore inclues dans l’arbre. Un effort de séquençage reste donc à accomplir, la qualité de l’échantillonage taxonomique était un critère fondamental, à la fois pour la fidelté de la reconstruction phylogénétique que pour la pertinence de l’interprétation en terme d’évolution morphologique. Par ailleurs, la monophylie des éponges permet de supposer que ces organismes ont probablement subi une simplification morphologique à partir d’un ancêtre plus complexe, comme en atteste la complexité des familles de gènes retrouvées dans leur génome. De la même manière, certains caractères des cténophores, comme la présence de tissus mésodermiques clairs, peuvent aussi laisser penser que les cnidaires ont également perdus certaines caractèristiques ancetrales. Tous ces éléments laissent penser que l’ancêtre des métazoaire était probablement plus complexe qu’une éponge ou que Trichoplax et témoignent bien l’intérêt des cténophores en tant que modèle évolutif.
(*) l’analyse inclue dans le papier du génome place également Trichoplax entre les éponges et les cnidaires, mais n’inclut par de ctenophore et repose seulement sur Amphimedon, l’éponge dont le génome a été séquence dont le taux d’évolution est assez rapide.
Bonus: un specimen de Trichoplax en mouvement:
Je tente ce soir de renouer avec ce blog que je boude assez sérieusement depuis un certain temps déjà! J’ai pourtant une liste de posts potentiels qui s’allonge quelque part… Il faut dire que les choses se sont un peu accélérées pour moi ces derniers, depuis mon retour des US, papiers à finir, projets de postdoc, dernières manips à planifier et enfin, pêche aux chaetognathes en cette propice saison estivale…
Et puis il faut aussi que j’avoue une certaine lassitude qui s’est accrue ces derniers temps et un certains nombre d’expériences un peu perturbante qui ont quelque peu modéré mon ardeur communicatrice, en particulier le pillage de données dans des buts frauduleux dont nous avons été victimes il y a un certain temps déjà… J’y reviendrai avec un post sous peu, non seulement parce que ces faits méritent d’être exposés, mais aussi parce que j’ai maintenant le recul nécessaire à un exposé clair et modéré de cette lamentable histoire.
Je ne promets donc pas de revenir à un rythme trépidant mais quelques vacances approchant, j’espère avoir l’occasion de vous faire partager quelques trouvailles et avis!
Et voilà!! Je voulais écrire sur ce blog pendant ce relativement long séjour aux Etats-Unis et je ne parviens à la faire que la veille de mon départ, c’est symbolique mais c’est déjà ça et ça révèle surtout l’intensité du tempo!!! Je pense que ça faisait également trop longtemps que je n’avais rien écrit sur ce blog, dans cette phase avancée de ma thèse où la pression commence à monter sérieusement! Je viens donc de passer presque trop semaines de l’autre côté de l’Atlantique en commençant par la Californie où je rendais visite à une amie et en terminant par Iowa city où j’assistais toute cette fin de semaine au congrès de la SMBE. Ce voyage a été placé sous le signe de l’écologie, tout d’abord puisque j’avais favorisé cette formule longue par un souci de rentabiliser au maximum le coût énergétique du voyage, ensuite parce que j’ai découvert une attention inattendue mais aussi une approche parfois surprenante aux problèmes environnementaux ici, enfin, parce que j’ai abondemment discuté avec Hervé Philippe de la question du rapport de la science avec préservation de la biodiversité pendant ce congrès, ce dont je reparlerai plus abondemment plus tard.Et pour finir je viens de voir à l’instant que la liste de Dany Europe Ecologie avait fait un score presque équivalent à celui du PS aujourd’hui même, aux Européennes, ce qui fait plaisir!!! Cela montre comme je l’ai toujours pensé qu’il existe un véritable soutient pour un véritable courant d’écologie politique, même après toutes ces années d’instrumentation de la préservation de l’environnement!
En Californie, j’ai découvert une communauté animée d’une volonté farouche de promouvoir un retour à un mode de vie plus en phase avec la nature. Ce courant réside surtout dans la promotion d’un mode de vie, avec en particulier le refus des moeurs alimentaires américaines et la mise en place d’un réseau de transports alternatifs (vélos, trains, etc – photo la gare de Davis, CA). Cette démarche est un peu surprenante quand on est habitué au débat idéologique avant tout, une tendance certes très française, mais se révèle d’une redoutable efficacité, dans dans une ville comme Davis, CA, elle a complètement transformé le paysage urbains, vélos partout, nombreux magasins et échoppes organic. Cette démarche louable et l’énergie remarquable déployée à son profit ne paraît pas remettre en cause directement les bases fondamentales de la société états-uniennes basée sur un fois inébranlable dans le progrès et la réussite. Sur le long terme, un tel changement de perspective pourrait pourtant ouvrir une brèche et promouvoir un rapport différents aux choses du quotidiens qui sont d’une certaine manière la base de notre rapport à monde naturel!
Un nouveau journal va naître en 2009 ende la génomique évolutive, Genome Biology & Evolution par la Society for Molecular Biology & Evolution. Il vient compléter Molecular Biology & Evolution qui a été fondé en 1983 (ça ne rajeunit pas) et tient une place majeure dans la biologie évolutive. D’après le commentaire du site, cette création a été suscitée par le désir exprimé par les membres de la SMBE de disposer d’une nouvelle opportunité de publication en ligne, davantage centrée sur la génomique comparative et répondant au critères du modèle Open Access. Il faut en effet convenir que les revues de génomiques traditionnelles comme Genome Research ou Genome Biology ne sont pas centrées sur les études évolutives, même si elles publient de tels articles en nombre. Mais on peut aussi s’interroger sur la manière dont la répartition des papiers s’effectuera entre MBE et GBE puisque dans quelques années, bien peu d’article de phylogénie ou de génétique évolutives ne seront pas basés sur des analyses génomiques approfondies ?
A l’heure où notre président pointe du doigt la médiocrité chronique de la recherche française en des termes particulièrement crispants, je prêche pour ma paroisse en évoquant le rang dans le classement mondial d’un domaine souffrant d’un sous financement chronique, la biologie de l’évolution. Une note publiée dans LabTimes rend compte des performance mondiale en termes de publication pour la biologie de l’évolution entre et place la France au 3ème rang mondial dans le domaine avec 55 130 publications, derrière l’Angleterre (79 852) et les Etats-Unis (291 615), avec un taux de citationde 16,3 citations par articles, tout à fait respectable (14 pour les US). Plusieurs auteurs appartiennent à la liste des 30 plus cités, comme Manolo Gouy à Lyon ou Pierre Taberlet à Grenoble ou Anders Pape Møller à Paris et de la même façon, le papier de Stéphane Guidon & Olivier Gascuel introduisant le programme PhyML est le 5ème plus cité du domaine avec 1 118 citations…
Ces résultats plus qu’honorable étant obtenus avec des financements extrêmement réduit puisque la seule opportunité est bien souvent une ANR blanche qui retient généralement 4 à 5 projets par an. Les autres doivent se débrouiller avec les dotations de bases ou bien utiliser des projets alimentaires plus appliqués pour remplir les caisses!! C’est bien toute l’ambiguïté de la politique française de recherche qui transparaît à travers cet exemple. En effet, les politiques souhaiteraient d’un côté diriger d’une main de fer le travail des chercheurs vers des projets appliqués censés avoir un intérêt social ou économique à court terme, ce qui revient à spolier les disciplines fondementales, et de l’autre, ces mêmes politiques reprochent une baisse de niveau et de quantité des publications, préjudiciable dans les grands classements internationaux comme celui de Shangaï, alors même que ce sont les disciplines fondamentales, comme la biologie de l’évolution, qui suscitent le plus de publications, en particulier dans les revues prestigieuses.
L’existence d’une pensée en marche est le rempart le plus ferme contre l’intolérance et l’obscurantisme. L’évolution est sans doute l’un des points d’achoppement les plus tendus avec les intégrismes, comme en atteste la récente offensive créationiste en France qui pourrait sonner comme une alarme pour soutenir la recherche dans notre domaine.
Cette machine infernale tiendra-t-elle ces promesses? Récemment acquise à grand frais et malgré sa programmation un peu compliquée (mais certes plutôt flexible), elle semble pour le moment remplir son rôle assez convenablement, si ce n’est que la chute brutale des températures, en même temps que la neige à Marseille (13° dans les pièces, tout de même) a provoquée le gel d’un des tampon dans un des compartiments réfrigéré (mais pas thermostaté). Reste que les programmes de séquençage devront suivre pour ce genre d’appareillage qui ont permis avec succès d’établir les profils d’expression de quasiments tous les gènes exprimés chez la Cione ou le Zebrafish en passant tous les clones de banques normalisées… A la louche 5000 gènes à expression régulée * 4 stages / 60 puits par run = 330 runs, soit environ 2 ans de boulot à raison de 2 runs du robot par semaine… Tout un programme !!!
L’herbier a l’air bien morne en cette saison hivernale
Séquencer Paralvinella sulfincola, Desbruyères & Laubier, 1993
Après une période faste, il y a quelques années, les temps ne sont plus tant que ça au séquençage des génomes d’invertébrés marins. Exception à la règle, le CSP2009 du JGI inclut un nouvel annélide, le troisième après Capitella capitata et Helobdella robusta, la sangsue, il s’agit de Paralvinella sulfincola qui vit dans des conditions infernales de température et de pression, près des sources hydrothermales des dorsales océaniques. Ce polychète de la famille des alvinellidés qui comprend également le vers de pompéi, Alvinella pompejana (en 3D ici) est capable de supporter des températures très élevées, ce qui lui permet de se nourrir en filtrant les bactérie extrêmophiles qui se développent dans les émanations des sources chaudes. Des expériences en conditions contrôlées (Girguis & Lee, 2006) ont permis de montrer que la température de vie idéale de Paralvinella était de 40 à 50° et qu’il pouvait supporter jusqu’à 60°, ce qui fait de cet organisme l’animal le plus résistant à la chaleur sur la terre. Le séquençage de son génome proposés par Peter Girguis (Harvard) et Stéphane Houdez (Roscoff) devrait permettre dans les années qui viennent de percer à jour les bases moléculaire de cette adaptation à des conditions extrêmes. Par exemple, les Heat shock proteins (HSPs) permettent aux cellules de supporter des conditions stressantes car elles maintiennent une conformation correcte des autres protéines que la chaleur tend à dénaturer. D’autres mécanismes de ce type permettent certainement à Paralvinella de supporter des condition de vie si particulières.
J’en profite pour rendre hommade à Lucien Laubier, océanographe biologique et ancien directeur du Centre d’Océanologie de Marseille qui abrite mon laboratoire à la Station Marine d’Endoume, qui est décédé brusquement en juin dernier. En préparant ce post, je me suis en effet aperçu qu’il était à l’origine de la description de la famille des Alvinellidés en 1986 et de l’espèce Paralvinella sulfincola en 1993. J’avais eu quelques très discussion très enrichissantes avec ce grand naturaliste, notamment sur les rhabdopleures du coralligène et les avancées de l’ère génomique de doivent pas nous faire oublier notre dette à l’égard de cette génération d’explorateur qui ont façonné notre vision de la diversité du vivant.
Références
TUNNICLIFFE V, DESBRUYERES D, JOLLIVET D, LAUBIER L. Systematic and ecological characteristic of Paralvinella sulfincola Desbruyères and Laubier, a new polychaet (family Alvinellidae) from northeast Pacific hydrothermal vents. Canadian journal of zoology, vol. 71; 1993. p. 286-297
DESBRUYERES D, LAUBIER L. Les Alvinellidae, une famille nouvelle d’annélides polychètes inféodés aux sources hydrothermales sous-marines : systématique, biologie et écologie. Canadian journal of zoology, vol. 64, n° 10+; 1986. p. 2227-2245
