L'un des grands casse-tête de la science a été l'évolution des organismes unicellulaires dans la très grande variété de flore et de faune que nous voyons aujourd'hui. Comment la Terre a-t-elle fait la transition d'une boule de roche initialement sans vie à une boule peuplée uniquement d'organismes unicellulaires vers un monde regorgeant de vie plus complexe?
Comme les scientifiques le comprennent, les organismes unicellulaires ont commencé à évoluer vers des formes plus complexes il y a plus de 500 millions d'années, alors qu'ils commençaient à former des amas multicellulaires. Ce qui n'est pas compris, c'est comment ce processus s'est déroulé. Mais maintenant, les biologistes sont un peu plus près de comprendre ce puzzle, en reproduisant avec succès cette étape clé - en utilisant un ingrédient commun dans la fabrication du pain et de la bière - la levure de bière ordinaire (Saccharomyces cerevisiae). Tout en aidant à résoudre les énigmes évolutionnaires ici sur Terre, cela a aussi par extension une incidence sur la question de l'évolution biologique sur d'autres planètes ou lunes.
Les résultats ont été publiés dans le numéro de la semaine dernière du Actes de journal de l'Académie nationale des sciences (PNAS).
Les levures sont une forme microscopique de champignons; ils sont unicellulaires mais peuvent devenir multicellulaires par la formation d'une chaîne de cellules en herbe connectées, comme dans les moisissures. Les expériences étaient basées sur ce fait et étaient étonnamment simples, elles n'avaient tout simplement pas été faites auparavant, selon Will Ratcliff, un scientifique de l'Université du Minnesota (UMN) et co-auteur de l'article. "Je ne pense pas que quiconque l'ait jamais essayé auparavant", a-t-il déclaré, ajoutant: "Il n'y a pas beaucoup de scientifiques qui font de l'évolution expérimentale, et ils essaient de répondre aux questions sur l'évolution, pas de la recréer."
Sam Scheiner, directeur de programme à la Division de biologie environnementale de la NSF, ajoute également: «Pour comprendre pourquoi le monde regorge de plantes et d'animaux, y compris les humains, nous devons savoir comment les organismes unicellulaires sont passés à la vie en groupe, comme organismes multicellulaires. Cette étude est la première à observer expérimentalement cette transition, donnant un aperçu d'un événement qui s'est produit il y a des centaines de millions d'années. »
On pensait que l'étape vers la complexité multicellulaire était difficile, un obstacle évolutif qui serait très difficile à surmonter. Cependant, la nouvelle recherche suggère que ce n'est peut-être pas si difficile après tout.
La première expérience n'a pris que 60 jours pour produire des résultats. La levure a d'abord été ajoutée à une culture riche en nutriments, puis les cellules ont pu croître pendant une journée. Ils ont ensuite été stratifiés en poids à l'aide d'une centrifugeuse. Des grappes de cellules de levure ont atterri au fond des tubes à essai. Le processus a ensuite été répété, en prenant les grappes de cellules et en les ajoutant à de nouvelles cultures. Après soixante cycles, les amas de cellules ont commencé à ressembler à des flocons de neige sphériques, composés de centaines de cellules.
La constatation la plus importante était que les cellules ne se regroupaient pas et ne collaient pas de manière aléatoire; les grappes étaient composées de cellules qui étaient génétiquement liées les unes aux autres et restaient attachées après la division cellulaire. Lorsque les grappes ont atteint la «masse critique», certaines cellules sont mortes, un processus connu sous le nom d'apoptose, qui permet à la progéniture de se séparer.
C'est donc, tout simplement, le processus vers la vie multicellulaire. Comme décrit par Ratcliff, «Un cluster à lui seul n'est pas multicellulaire. Mais lorsque les cellules d'un cluster coopèrent, font des sacrifices pour le bien commun et s'adaptent au changement, c'est une transition évolutive vers la multicellularité. »
Donc, la prochaine fois que vous préparez du pain ou que vous brassez votre propre bière, considérez le fait que ces petites cellules de levure ont beaucoup plus d'importance qu'un simple rôle utile dans votre cuisine - elles aident également à résoudre certains des plus grands mystères de la façon dont la vie commencé, ici et peut-être ailleurs.
