Posté par Isabelle le Mercredi 28/09/2022 à 13:00

Les espèces fantômes hantent l’histoire évolutive

Les espèces "fantômes", c’est-à-dire celles qui sont inconnues ou éteintes, sont infiniment plus nombreuses que les espèces vivantes identifiées. La plupart des flux de gènes détectés sur un ensemble choisi d’espèces connues sont donc susceptibles de provenir d’espèces fantômes. Dans un article de PLoS Biology, des chercheurs montrent que la prise en compte de cette information habituellement négligée peut changer radicalement les conclusions des études sur les flux de gènes.

Les espèces fantômes “hantent” toutes les phylogénies d’espèces. Elles ne devraient pas être négligées lorsque l’on s’intéresse aux flux horizontaux de gènes.
D.M. de Vienne, 2022. Licence CC-BY-NC.

"En première approximation, toutes les espèces sont éteintes". Cette boutade, attribuée au paléontologue américain David Raup, nous rappelle que les espèces vivantes ne représentent qu’une infime proportion de toutes celles qui ont existé. De plus, la majorité des espèces vivantes nous sont probablement inconnues. C’est donc à partir de l’observation et de l’analyse d’une minorité d’espèces que des scientifiques cherchent à comprendre les processus qui gouvernent l’évolution du vivant.

Mais la diversité disparue ou inconnue a laissé des traces dans le génome des espèces étudiées, via les flux "horizontaux" de gènes - ou transmission de matériel génétique entre espèces. Ainsi trouve-t-on des gènes néandertaliens dans des génomes d’Homo sapiens - à la suite de croisements interspécifiques -, ou encore des gènes de résistance aux antibiotiques qui sont communs à des souches ou espèces distinctes de bactéries pathogènes.

Pourtant l’analyse des flux de gènes telle qu’elle est pratiquée aujourd’hui ignore habituellement l’existence passée ou présente des espèces fantômes, alors que ces dernières sont potentiellement les principales pourvoyeuses de gènes transmis horizontalement. Par des approches de simulation et une réanalyse de données publiées ces dernières années, les auteurs de cette étude montrent qu’ignorer les espèces fantômes peut conduire à proposer des scénarios évolutifs totalement erronés. La raison en est assez simple: l'interprétation du signal laissé par un flux de gènes dans les génomes des espèces étudiées peut être radicalement différente selon que l'on considère ou pas que des espèces fantômes sont impliquées. Les auteurs ont évalué l’impact de cet effet habituellement négligé à partir des données de trois études: l’une proposant un test statistique de détection des flux de gènes entre espèces proches ; une autre portant sur l’étude de l’histoire évolutive du complexe d’espèces Anopheles gambiae, des moustiques vecteurs du paludisme ; une dernière sur l’estimation de l’ordre d’acquisition de différents gènes bactériens ayant conduit à l’émergence de la cellule eucaryote (y compris les gènes à l’origine de la mitochondrie).

Les résultats montrent non seulement que l’interprétation des tests de détection des transferts est généralement erronée car elle conduit à une mauvaise identification des espèces donneuses et receveuses (étendant les résultats récents, Tricou et al. 2022), mais aussi que des hypothèses importantes en biologie évolutive basées sur la détection de flux de gènes peuvent être remises en question. Ainsi, la réanalyse du complexe gambiae ouvre la possibilité d’une histoire évolutive différente de celle admise jusqu’alors, qui pourrait redessiner l'histoire des croisements interspécifiques dans ce groupe taxonomique important en termes de santé humaine. De même, la méthode utilisée pour ordonner l’histoire des intégrations de gènes par la cellule proto-eucaryote révèle une faiblesse méthodologique majeure: appliquée en tenant compte de la présence possibles d’espèces fantômes, elle revient à jouer à pile ou face pour savoir si un événement de transfert a eu lieu avant ou après un autre. Cela change nos connaissances des premières étapes de l’émergence du domaine du vivant auquel les humains appartiennent: les eucaryotes.

Ces résultats conduisent à proposer de nouvelles façons d’étudier les flux de gènes en reconnaissant l'existence d’espèces fantômes et leur contribution aux génomes des espèces actuelles. Ils ouvrent aussi la voie à des études permettant, grâce à la détection des flux de gènes, d’identifier et d’étudier ces espèces fantômes.

Les analyses en biologie évolutive concernent généralement un très petit nombre d'espèces alors que de nombreuses autres, que l’on nomme “espèces fantômes”, existent. Négliger cette partie immergée de l'iceberg, comme c'est généralement le cas, peut avoir des conséquences importantes pour la compréhension des processus régissant l'évolution du vivant.
D.M. de Vienne, 2022. Licence CC-BY-SA 4.0. L’iceberg a été modifié depuis une illustration de Pk001 (source: Wikimedia) sous licence CC-BY-SA 4.0.

Simulation d’un arbre de la vie représentant les lignages menant à la diversité actuelle (traits colorés) et les lignages fantômes menant à des espèces aujourd’hui éteintes (traits gris). Le centre du cercle représente l’apparition de la vie, la périphérie représente le temps présent, et les trois couleurs représentent les trois domaines du vivant.
D.M. de Vienne et W. Duchemin, 2017. Licence CC-BY-NC.

Référence:
Tricou T., Tannier E., de Vienne D.M. 2022. Ghost lineages can invalidate or even reverse findings regarding gene flow. PLOS Biol. in press.
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