Ariel découvre ses tous nouveaux pieds dans « La Petite sirène » (Walt Disney).

L’histoire de la vie n’est pas un long fleuve tranquille, mais tous ses acteurs semblent nés de la même source. Un ancêtre commun ça s’appelle. Nous avons donc quelque chose en nous de singe, de bactérie et de truite saumonée. Oui mais, au fait, comment certaines nageoires sont-elles devenues des pattes ? Minute, poisson-papillon. On y vient.

Les Hox, gardiens de podes

Tous les êtres vivants sur Terre ont une origine commune. Le fait est de mieux en mieux documenté par les scientifiques. Les comparaisons entre espèces montrent chaque jour combien tel gène de souris ressemble à cet autre chez le platane, ou qu’une famille de protéines humaines est issue d’une seule protéine existant déjà chez certains ancêtres des guêpes alors qu’ils volaient encore en couches culottes.

Les membres des animaux tétrapodes – qui en ont donc quatre – sont tous construits avec les mêmes pièces anatomiques, dont les noms sont d’un grand secours pour gagner des points au Scrabble. Les membres commencent toujours par un stylopode (chez nous, les bras et les cuisses), se poursuivent par un zeugopode (avant-bras et jambes) et s’achèvent par un autopode (nos mains et pieds).

Tous ces éléments se bout-à-boutent au cours du développement de l’embryon. Et il s’agit de ne pas s’emmêler les pinceaux. Parmi les gènes responsables du bon ordre des choses, figure une famille de gènes appelés « Hox ».

Quand certains gènes Hox se mettent en branle, voilà qu’il pousse un humérus au bout de la clavicule. Si deux ou trois autres viennent en renfort, alors le radius et le cubitus s’empressent de former le zeugopode. Puis une autre équipe de Hox prend le relais pour fournir l’animal en autopodes pleins de doigts.

Dans la souris, tout est bon, même le poisson

Mais ce n’est pas tout. Les gènes Hox sont eux-mêmes commandés par d’autres gènes ! Je ne vous en cite qu’un qui nous intéresse ici : le gène CsB. Actif, entre autres, au bout du zeugopode, son rôle est de réveiller les gènes Hox responsables de la pousse de l’autopode. Ce système est très au point, et il est aussi très conservé entre les espèces. De la souris à l’homme, et même chez les poissons.

C’est ce que viennent de découvrir des chercheurs de l’université de Chicago, dirigés par le professeur Neil Shubin qui s’était rendu célèbre (dans une partie d’une section de la communauté des biologistes, n’exagérons rien) en 2006 pour la découverte de Tiktaalik, le plus proche parent fossile des tétrapodes actuels.

L’équipe de Neil Shubin vient de franchir une nouvelle étape dans la compréhension du passage d’une anatomie pleine de nageoires à une anatomie où on met la main à la patte, dans une étude menée par Igor Schneider. Publiée dans le magazine PNAS du 15 juillet, elle porte sur ce fameux gène CsB, qui réveille les Hox pour fabriquer de l’autopode à tour de bras.

Une version du gène CsB existe à la fois chez les poissons et chez les tétrapodes. Mais à quel point ces versions se ressemblent-elles ? A quel point les deux catégories d’animaux sont-elles bâties sur le même plan ? Pour le savoir, Igor Schneider et ses amis ont réalisé une expérience toute bête : ils ont inséré le gène CsB d’une souris dans un poisson zèbre (Danio rerio), puis le gène CsB d’un poisson zèbre et d’une raie hérisson (Leucoraja erinacea) dans une souris.

Observation incontestable : les gènes CsB des uns sont parfaitement reconnus par les autres. Et permettent un développement normal de l’embryon. Le CsB de souris est activé à la bonne place chez le poisson zèbre : au bout des nageoires, qui poussent comme si de rien n’était.

Quant aux CsB de la raie et du poisson zèbre introduits chez la souris, on les retrouve aussi au bon endroit : dans le poignet et à la base des doigts de l’embryon, qui grandit normalement.

Ça en fait, des points communs...

Que nous apprend cette petite histoire ? Que les souris et les poissons ont un mode de développement des membres (grâce aux gènes Hox) et un mode de contrôle du développement des membres (grâce au gène CsB, entre autres) très similaires. Les gènes se ressemblent beaucoup, et ceux d’une espèce sont reconnus par les autres, pourtant séparées de la première par des centaines de millions d’années d’histoire.

Un tel résultat confirme la parenté des espèces étudiées, et nous conforte dans l’idée d’une origine commune à l’ensemble des êtres vivants de la planète. On sait déjà que les gènes Hox existent chez tous les animaux bilatériens (dont l’organisme présente une symétrie droite/gauche), de la palourde au rhinocéros blanc en passant par la fourmi rouge et le lévrier de concours.

On sait aussi que les invertébrés ne portent qu’un lot de gènes Hox, alors que la plupart des vertébrés en portent quatre. Ce qui appuie l’hypothèse d’un événement génétique fortement lié à l’apparition des vertébrés : le génome entier de certains animaux se serait dupliqué, « photocopié » en quelque sorte, deux fois de suite. Une hypothèse alléchante, initiée par l’Américain Susumu Ohno en 1970 et depuis... à la fois confirmée et débattue.

On sait encore que les mécanismes de développement du stylopode (bras et cuisse) et du zeugopode (avant-bras et jambe) des tétrapodes ont leur équivalent dans la nageoire des poissons. Mais la dernière étape, celle de la pousse de l’autopode, est spécifique aux tétrapodes. Les poissons ont un équivalent de cuisse et de jambe, mais pas de pied. Or cet autopode pousse grâce à des gènes Hox particuliers qui agissent sous les ordres du gène CsB.

Une réponse, mais encore plus de questions

Mais alors, à quoi sert le gène CsB chez des poissons s’il ne conduit pas à la formation d’un équivalent de main au bout de la nageoire ? On l’ignore. On sait juste qu’il est actif à l’extrémité des nageoires. Le fait qu’il soit déjà là le rend évidemment disponible, au moindre événement génétique perturbateur, pour conduire les gènes Hox à faire pousser de nouveaux morceaux au bout des membres.

Quels sont ces événements, au sein des gènes Hox ou des gènes gouvernant les Hox, qui ont fait apparaître des pattes à la place des nageoires, puis des mains au bout des pattes, il y a environ 400 millions d’années ? Pour le savoir, il faut poursuivre l’étude des points communs et des différences entre les mécanismes génétiques du développement des poissons, des souris (et des hommes). C’est l’objectif d’Igor Schneider, Neil Shubin et tous leurs collègues du secteur.

Par exemple, dans leurs expériences, les chercheurs ont introduit le gène CsB d’une espèce dans une autre mais ils n’ont pas supprimé la version naturelle du CsB. La souris avec un CsB de poisson zèbre avait toujours son propre CsB pour l’aider à grandir. Comment se développerait-elle si elle ne portait que le CsB du poisson-zèbre ? Une expérience à tenter...