Les génomes de poissons électriques révèlent comment l’évolution se répète

Le long du trouble Au fond du fleuve Amazone, des poissons serpentins appelés anguilles électriques parcourent l’obscurité à la recherche de grenouilles imprudentes ou d’autres petites proies. Quand on nage, le poisson libère deux impulsions électriques de 600 volts pour l’étourdir ou le tuer. Cette tactique de chasse à haute tension est particulière, mais une poignée d’autres espèces de poissons utilisent également l’électricité : elles génèrent et détectent des tensions plus faibles lorsqu’elles naviguent dans des eaux boueuses et lentes et lorsqu’elles communiquent avec d’autres de leur espèce par des chocs légers semblables au code morse. .

Normalement, lorsque plusieurs espèces partagent une capacité aussi inhabituelle que la production d’électricité, c’est parce qu’elles sont étroitement liées. Mais les poissons électriques des rivières d’Amérique du Sud et d’Afrique couvrent six groupes taxonomiques distincts, et il existe trois autres lignées marines de poissons électriques au-delà. Même Charles Darwin réfléchissait à la fois à la nouveauté de leurs capacités électriques et à leur étrange répartition taxonomique et géographique dans Sur le L’origine des espècesécrivant : « Il est impossible de concevoir par quelles étapes ces merveilleux organes ont été produits » – pas seulement une fois, mais à plusieurs reprises.

Un article récent publié dans Avancées scientifiques aide à percer ce mystère évolutif. « Nous ne faisons que suivre Darwin, comme le font la plupart des biologistes », a déclaré Harold Zakon, biologiste intégrateur à l’Université du Texas à Austin et co-auteur principal de l’étude. En rassemblant des indices génomiques, son équipe au Texas et ses collègues de la Michigan State University ont découvert comment un certain nombre d’organes électriques étonnamment similaires sont apparus dans des lignées de poissons électriques séparées par environ 120 millions d’années d’évolution et 1 600 milles d’océan. Il s’avère qu’il existe plus d’une façon de faire évoluer un orgue électrique, mais la nature a quelques astuces préférées sur lesquelles se rabattre.

Les poissons sud-américains et africains étudiés par le groupe de Zakon tirent leur zap d’organes électriques spécialisés s’étendant sur une grande partie de leur corps. Des cellules musculaires modifiées appelées électrocytes dans les organes créent des gradients d’ions sodium. Lorsque les protéines de la porte sodium dans les membranes des électrocytes s’ouvrent, cela produit une bouffée de courant. « Il s’agit du signal le plus simple que vous puissiez imaginer », a déclaré Zakon.

Dans les muscles, ces signaux électriques circulent à travers et entre les cellules pour les aider à se contracter pour les mouvements, mais dans les organes électriques, la tension est dirigée vers l’extérieur. La force de chaque choc dépend du nombre d’électrocytes qui se déclenchent en même temps. La plupart des poissons électriques n’en tirent que quelques-uns à la fois, mais comme les anguilles électriques contiennent un nombre inhabituellement élevé de cellules électriques, elles peuvent libérer des tensions suffisamment puissantes pour tuer de petites proies.

Dans le nouveau travail, Zakon, son ancienne technicienne de recherche Sarah LaPotin (maintenant doctorante à l’Université de l’Utah) et ses autres collègues ont reconstitué un aspect clé de l’évolution de ces organes électriques en retraçant l’histoire génomique des poissons.

Cela a commencé il y a entre 320 et 400 millions d’années, lorsque l’ancêtre de tous les poissons classés comme téléostéens a survécu à un accident génétique rare qui a dupliqué l’intégralité de son génome. Les duplications du génome entier sont souvent mortelles pour les vertébrés. Mais parce qu’elles créent des copies redondantes de tout dans le génome, les duplications peuvent également ouvrir des possibilités génétiques jusque-là inexploitées. « Soudain, vous avez la capacité de créer une toute nouvelle voie, au lieu d’un seul nouveau gène », a déclaré Gavin Conant, biologiste des systèmes à la North Carolina State University, qui n’a pas participé à l’étude.

Harold Zakon, biologiste intégrateur à l’Université du Texas à Austin, a été l’un des leaders de la nouvelle étude sur l’évolution des poissons électriques. « Nous ne faisons que suivre Darwin, comme le font la plupart des biologistes », a-t-il déclaré.Photographie : Lynne McAnelly/Quanta Magazine