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Le conte du troisième chimpanzé (3)

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Par le 11 novembre 2019

CAROLLE ANNE DESSUREAULT :

Voici le troisième article composé d’extraits du livre Le troisième chimpanzé de Jared Diamond paru en 2000 aux Éditions Gallimard pour l’édition en langue française. À noter que pour les non-initiés, ou pour rafraîchir nos connaissances, certaines définitions reliées aux sujets traités proviennent d’autres sources. Pour plus de clarté, je les ai insérées dans un encadré.

Nos origines peuvent être confirmées par l’horloge moléculaire

Ainsi, nous avons vu dans l’article précédent que les études anatomiques ne nous renseignent peu ou pas sur la distance génétique nous séparant des grands singes pas plus que sur la datation où nous avons convergé d’eux, car entre la période de CINQ MILLIONS D’ANNÉES et QUATORZE MILLIONS D’ANNÉES avant notre époque, aucun fossile de grand singe n’ayant été trouvé en Afrique.

Il y a une cinquantaine d’années, les biologistes moléculaires ont réalisé que les composés chimiques qui forment les plantes et les animaux pouvaient fournir des horloges permettant d’estimer les distances génétiques et de dater les moments de divergence dans l’évolution des lignées.

Avant de s’arrêter aux recherches de la biologie moléculaire appliquée afin de trouver une solution à la configuration de l’arbre généalogique, voici quelques définitions qui peuvent être utiles à ceux qui n’ont qu’un cours 101 en biologie et génétique.

LA MOLÉCULE, L’ATOME, LA BIOLOGIE MOLÉCULAIRE, L’HORLOGE MOLÉCULAIRE, LE GÉNOME, LE REBUT MOLÉCULAIRE, LA GÉNÉTIQUE, L’ADN, L’ARN

 LA MOLÉCULE est une structure de base de la matière. L’Union internationale de chimie pure et appliquée la définit comme une entité électriquement neutre comprenant plus d’un atome. Une molécule est un regroupement d’au moins deux atomes qui sont unis par des liens chimiques.L’ATOME est la plus petite partie d’un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec un autre. Les atomes sont les constituants élémentaires de toutes les substances solides, liquides ou gazeuses. L’atome est composé de particules encore plus petites : d’électrons (particules chargées négativement), d’un noyau lui-même composé de protons (particules chargées positivement) et de neutrons (qui n’ont pas de charge électrique). Il existe quatre principaux types d’atomes : de carbone, d’oxygène, d’hydrogène et d’azote – au total on en dénombre plus d’une centaine.

LA BIOLOGIE MOLÉCULAIRE

La biologie moléculaire est l’étude des processus de réplication, transcription et traduction du matériel génétique. Cette discipline se situe au croisement de la génétique, de la biochimie et de la physique, et dont l’objet est la compréhension des mécanismes de fonctionnement de la cellule au niveau moléculaire. C’est en 1938 que ce terme a été utilisé pour la première fois par Warner Weaver et qui désignait également l’ensemble des techniques de manipulation d’acides nucléiques (ADN-ARN).

L’HORLOGE MOLÉCULAIRE, aussi appelée l’horloge des gènes, est un concept forgé à partir de la notion d’hérédité. Tout être vivant est une réplique d’informations transmises par la génération précédente sous la forme de molécules comme l’ADN.

Comme ces supports de stockage de l’information génétique changent progressivement au fil du temps, on peut les utiliser pour dater les changements évolutifs (c’est-à-dire les mutations génétiques) qui concernent chaque espèce et chaque individu. Certains changements n’ont aucun effet sur la structure de l’ADN, on les dit « neutres » ; ils s’accumulent dans la séquence génétique sans être corrigés ou mis au rebut par le processus de sélection naturelle.

Depuis le déchiffrement du GÉNOME, on peut se servir de ces mutations pour pouvoir comparer les espèces et en déduire leur histoire évolutive.

Toutefois, trois facteurs de l’évolution peuvent fausser l’horloge moléculaire :

Ø  l’évolution peut être convergente –différentes espèces ayant évolué de façon indépendante vers une forme similaire peut induire une erreur si on les considère comme proches parents. Une erreur, par exemple, serait de penser que les REQUINS et les DAUPHINS ont des liens serrés de parenté parce qu’ils se ressemblent, ils ont tout simplement des habitats et des proies comparables. La même chose peut se produire avec des séquences ADN ;

Ø  certains peuvent évoluer rapidement, et les changements qui en résultent peuvent se traduire par une RÉÉICRITURE de la séquence (appelée par les généticiens « saturation ») – ce qui bouleverse la relation proportionnelle entre le nombre de changements et le temps passé, ce qui fausse l’horloge. De plus, des sections du génome peuvent être dupliquées ou perdues, ou même transférées entre organismes qui ne sont pas des proches parents ;

Ø  le taux de variations génétiques n’est pas toujours parfaitement cohérent car différentes parties du génome évoluent à des rythmes différents et ces taux ont de plus changé au fil du temps. Ainsi, les généticiens ont adopté dans ces cas une solution appelée « la calibration des fossiles ». Ils s’entendent alors sur un niveau de modifications génétiques connues pour en déduire le temps écoulé.

En raison des incertitudes dans la datation des fossiles et les taux de changements évolutifs, l’horloge moléculaire ne pas être parfaitement précise. Cependant, utilisée correctement, elle est utile. Il faut aussi comprendre que le manque de précision reflète les incertitudes sur le passé.

LE GÉNOME est l’ensemble du matériel génétique d’une espèce codé dans son ADN, à l’exception de certains virus dont le génome est constitué d’ARN.

LE REBUT MOLÉCULAIRE est constitué de portions de l’ADN qui ont été dupliquées ou qui ont perdu leurs anciennes fonctions et que la sélection naturelle n’a pas éliminées de notre patrimoine.

LA GÉNÉTIQUE est l’étude des effets des différences génétiques entre les organismes.

L’ADN est une macromolécule présente dans toutes les cellules ainsi que chez de nombreux virus. L’ADN contient toute l’information génétique, appelée génome, permettant le développement, le fonctionnement et la reproduction des êtres vivants. C’est un acide nucléique, au même titre que l’acide ribonucléique (ARN). Les acides nucléiques sont, avec les peptides et les glucides, l’une des trois grandes familles de biopolymères essentiels à toutes les formes de vie connues.

Dans les cellules, l’ADN est organisé en structures appelées chromosomes. Ces chromosomes ont pour fonction de rendre l’ADN plus compact à l’aide de protéines, d’histones, qui forment avec les acides nucléiques, une substance appelée CHROMATINE. Les chromosomes participent également à la régulation de l’expression génétique en déterminant quelles parties de l’ADN doivent être transcrites en ARN.

L’ARN est un acide nucléique essentiel dans le transport du message génétique et la synthèse des protéines.

 La biologie moléculaire et la distance génétique entre nous et les grands singes

Une explication sur nos origines vient de la biologie moléculaire. En supposant qu’il existe un type de molécule se rencontrant dans toutes les espèces avec une structure particulière génétiquement déterminée et que celle-ci change lentement au cours des millions d’années en raison des mutations génétiques et que la vitesse de ce changement soit la même dans toutes les espèces, ainsi, deux de ces dernières qui seraient issues d’un ancêtre commun possèderaient au départ une forme identique de la molécule qu’elles auraient héritée de l’ancêtre. Cependant, les mutations s’accumuleraient par la suite indépendamment dans les deux espèces, déterminant des différences dans la structure de la molécule.

Supposons un exemple concret : d’après des archives fossiles, le lion et le tigre auraient divergé il y a cinq millions d’années. Si la structure d’une molécule du lion est à 99 % identique à celle de la même molécule chez le tigre, la structure de cette molécule ne diffère donc que de 1 % entre les deux espèces.

Si on découvrait chez deux autres espèces, pour lesquelles on ne dispose pas de fossiles, une différence de 3 % dans la structure de la molécule en question. Sur la base de l’horloge moléculaire, on dirait que ces deux espèces ont divergé il y a trois fois cinq millions d’années, soit quinze millions d’années.

Des ornithologues obtiennent des résultats grâce à leur travail sur l’horloge moléculaire

Dans les années 1970, les biologistes moléculaires découvrirent que la molécule convenant le mieux à ces recherches était l’acide désoxyribonucléique ou ADN, la structure en double hélice enroulée autour d’un axe, découverte en 1953 par James Watson et Francis Crick.

Les ornithologues et taxinomistes Charles Sibley et John Ahlquist font des recherches sur l’horloge moléculaire. Ils ont procédé à l’application la plus massive des méthodes de la biologie moléculaire jamais faite à la taxinomie. Ces chercheurs ont mis en œuvre leur technique sur l’horloge moléculaire, et la cohérence interne de leurs mesures de distances génétiques, obtenues sur plus de 1 700 espèces d’oiseaux. Il faut préciser que la taxinomie des oiseaux est un domaine de recherches difficile en raison de fortes contraintes anatomiques imposées par le vol, et aussi des processus distincts tel qu’attraper des insectes en plein vol, si bien que les organismes de cette classe qui ont des mœurs analogues tendent à avoir une anatomie très semblable quels que soient les ancêtres dont ils sont issus.

Les chercheurs Sibley et Ahlquist ont obtenu des mesures de distances génétiques sur plus de dix-huit mille paires hybrides d’ADN d’oiseaux, ce qui atteste la validité de leurs résultats.

Ce n’est qu’en 1984 qu’ils publient leurs résultats sur les origines de l’homme en appliquant les mêmes techniques fondées sur l’ADN. Globalement, leur étude comparait l’ADN de l’homme avec celui de tous nos plus proches apparentés : le chimpanzé commun, le chimpanzé pygmée, le gorille, l’orang-outang, deux espèces de gibbons et sept espèces de singes non anthropomorphes de l’Ancien Monde.

À quel moment notre propre espèce et l’espèce de grand singe qui nous la plus proche ont-elles pour la dernière fois possédé un ancêtre commun ?

Tel que prédit, la plus grande différence génétique mise évidence par un grand abaissement du point de fusion de l’ADN hybride se situe entre l’ADN des singes non anthropomorphes et celui de l’homme ou de n’importe lequel des grands singes. L’ADN des singes non anthropomorphes est à 93 % semblable à celui de l’homme et des grands singes, il y a donc une distance génétique de 7 %.

L’homme et les grands singes sont donc plus étroitement apparentés que chacun d’eux ne l’est à tous les singes non anthropomorphes.

Ainsi, l’ADN de l’homme diffère de 1,6 % de celui du chimpanzé commun et du chimpanzé pygmée bonobo. Les ADN sont semblables à 98,4 %. Quant à l’ADN du gorille, il diffère du nôtre et de celui des chimpanzés de 2,3 %. Quant à l’ADN de l’orang-outang, il y a une différence de 3,6 % avec celui de l’homme, du gorille ou des deux espèces de chimpanzés.

Entre la différence d’ADN des singes non anthropomorphes et celui de l’homme et des deux chimpanzés, et du gorille et de l’orang-outang, se situe l’ADN des deux espèces de gibbons (qui sont les plus particuliers des grands singes tel que mentionné dans le dernier article) avec une différence de 5 %.

Finalement, il est bon de souligner que les ADN les plus semblables sont ceux du chimpanzé commun et du chimpanzé pygmée bonobo qui sont à 99,3 % identiques ne différant que de 0,7 %.

TABLEAU DE L’ARBRE GÉNÉALOGIQUE DES PRIMATES SUPÉRIEURS

Le tableau ci-dessus explique clairement la séparation de notre ancêtre commun avec les chimpanzés. Puisque la distance génétique est de 1,6 % nous séparant des deux chimpanzés, et environ la moitié de celle séparant ceux-ci de l’orang-outang de 3,6 %, nous avons dû suivre seuls notre propre voie durant à peu près la moitié des douze à seize millions d’années dont a disposé l’orang-outang pour s’éloigner génétiquement des chimpanzés.

La lignée évolutive de l’homme et celle des autres chimpanzés ont divergé il y a environ six à huit millions d’années. Et le gorille se serait séparé de l’ancêtre commun des trois chimpanzés il y a environ neuf millions d’années. Et le chimpanzé commun a divergé du chimpanzé pygmée il y a environ trois millions d’années.

CONCLUSION

  • le gorille a dû se détacher de notre arbre généalogique un peu avant que nous nous séparions de la lignée du chimpanzé commun et du chimpanzé pygmée-bonobo ;
  • ce sont ces derniers – et non le gorille – qui sont nos plus proches apparentés ;
  • ou autrement dit, le plus proche parent des chimpanzés n’est pas le gorille, mais l’homme.

 

À SUIVRE

 

SOURCES

Theconversation.com

Wikipedia

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