Une drôle de bibitte : un «corps» composé de levures... (Image : William C. Ratcliff, University of Minnesota)

La vie sur Terre est apparue sous la forme d’unicellulaires, qui n’ont pas senti le besoin de se regrouper en organismes complexes pendant des milliards d’années. Alors on se dit, a priori, que le passage à la multicellularité a dû être un «accouchement difficile», qui s’est étiré sur des millions d’années. Mais une équipe américaine est parvenue à faire évoluer des levures (des champignons unicellulaires) en organismes complexes en seulement deux semaines !

Dirigés William Ratcliff, post-doctorant du biologiste de l’Université du Minnesota Michael Travisano, ces travaux absolument captivants ont été publiés cette semaine dans les Proceedings of the National Academy of Science ; des comptes-rendus sont disponibles ici et ici, en anglais. La méthode fut remarquablement simple : cultiver une quinzaine de populations de banales levures (Saccharomyces cerevisiæ), brasser l’éprouvette une fois par jour puis, après un délai (5 à 45 minutes, selon le cas), ne retenir que le microlitre du fond, de manière à sélectionner les individus qui tombent le plus vite au bas de l’éprouvette. Comme les agrégats précipitent plus rapidement que les individus, cela a créé un environnement qui favorisait les rassemblements, un comportement que S. cerevisiæ n’est pas connue pour adopter.

Et au bout de seulement 14 jours, des levures ont commencé à former de petites grappes dans une première éprouvette ; après 60 jours, ce comportement était observé dans tous les échantillons. Plus étonnant encore, ces «tapons» montraient aussi un début de spécialisation cellulaire, certaines levures se «suicidant» pour permettre à une branche de se détacher de la grappe-mère pour croître à son tour. Bref, non seulement les levures se rassemblaient-elles, mais en plus elles se reproduisaient collectivement !

L’expérience montre que le passage à la multicellularité a pu se faire beaucoup, beaucoup plus rapidement qu’on le croyait, et confirme une fois de plus que l’évolution fonctionne parfois par à-coup.

Il y a cependant, semble-t-il à mes yeux de profane, une possibilité que l’article n’explore pas. Peut-être parce qu’elle n’existe pas en pratique et que c’est tellement évident aux yeux d’un biologiste que les auteurs n’ont pas jugé bon de l’aborder. Et n’étant pas biologiste moi-même, j’aurais échappé ce détail. Bref, qu’on me corrige si je me trompe.

Mais ne peut-on pas imaginer que S. cerevisiæ ait déjà, dans le passé, commencé à évoluer vers la multicellularité pour ensuite, pour une raison ou pour une autre, revenir vers l’unicellularité — en gardant des prédispositions dormantes pour la première ? Compte tenu de la rapidité (stupéfiante, disons-le) avec laquelle les levures non seulement se sont agglutinées, mais ont en plus adopté des comportements absolument altruistes (l’apoptose) et un mode collectif de reproduction, ne doit-on pas envisager la possibilité que cette «évolution» soit le résultat d’une sorte de préprogrammation latente — qui, elle, aurait mis des millions d’années à évoluer ?

AJOUT, 13h45 : J’ai envoyé ces questions à l’auteur principal de l’étude, Will Ratcliff, qui m’a répondu ceci (ma traduction) :

«Il s’avère que la levure a bel et bien un ancêtre multicellulaire qui vivait il y a plusieurs centaines de millions d’années, mais nous ne croyons pas que les levures de notre expérience aient eu recours à des gènes latents de multicellularité. L’évolution initiale vers les grappes de levure est le résultat de mutations qui dérangent la mitose (reproduction par simple division chez les cellules pourvues d’un noyau, ndlr), empêchant les cellules-filles d’être libérées comme elles le sont quand la division est complète. (…) C’est une perte de fonction, pas un gain de fonction. On pourrait probablement obtenir par évolution un phénotype similaire avec à peu près n’importe quel autre microbe autre que des bactéries. Nous avons trouvé qu’il est beaucoup plus difficile de retourner à l’unicellularité une fois que les grappes apparaissent, car il y a plus de façons de briser quelque chose par mutation que de manières de le réparer.

L’aspect le plus frappant est que nous observons rapidement des adaptations à cette adaptation. Si nous raccourcissons le temps de précipitation, alors les grappes de levure retardent leur reproduction jusqu’à ce que le parent soit plus gros, permettant ainsi aux grappes-filles de précipiter plus vite. Nous voyons le taux plus élevée d’apoptose (suicide cellulaire, ndlr) comme une façon de réguler la taille et le nombre des propagules (parties des grappes qui se séparent du reste, ndlr). Nos résultats montrent que la transition de la levure vers la multicellularité est étonnamment facile, et nous n’avons aucune raison de croire que ce serait plus ardu avec d’autres microbes ayant un mode de reproduction analogue à celui des levures.

Il faut garder à l’esprit que nous menons ces expériences sur de très grandes populations (à peu près 1 milliard de cellules de levure par population) et que nos levures font sept générations par jour. L’adaptation est rapide parce qu’il y a beaucoup de mutations dans chacune des populations, et avec de si grandes populations, la sélection est très efficace.»