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Pâle, rétréci et aveugle, le poisson-caverne (ou Cavefish) mène une vie paisible dans les eaux les plus sombres du monde. Avec leur pâleur étrange et l’absence d’œil ces poissons pâteux ne semblent pas avoir grand-chose en commun avec les mammifères, mais l’humble poisson-caverne a bien plus à offrir que ce que nous croyons.

Un poissons pour comprendre l’évolution des mammifères

Les scientifiques ont rapporté dans la revue Current Biology que le poisson-caverne pourrait apporter un éclairage indispensable sur un mystérieux chapitre de l’évolution des mammifères: la perte de la réparation de l’ADN par l’énergie solaire. La plupart des organismes disposent de mécanismes pour réparer leurs propres molécules d’ADN activées par la lumière du soleil, mais les mammifères ont perdu cette caractéristique quelque part durant l’évolution, de même que le poisson-caverne.

En tant que manuel d’instruction pour la vie, l’ADN est un produit précieux. Des dommages persistants à ce code contribuent à la fois au vieillissement et à une susceptibilité accrue au cancer. Malheureusement, le processus de copie et de lecture de l’ADN peut être entaché d’erreurs et l’environnement qui nous entoure est semé d’embûches, allant de produits chimiques nocifs aux rayons de lumière ultraviolette, pouvant modifier les séquences génétiques.

L’ADN est réparé par une enzyme

Mais grâce à une suite de machines cellulaires capables de réparer l’ADN endommagé, la plupart de ces accidents génétiques sont corrigés et se révèlent sans conséquence. Le système de photoréactivation, qui utilise une enzyme appelée photolyase, alimentée par l’énergie solaire, est l’un de ces outils de réparation qui corrige les erreurs dans l’ADN causées par l’exposition aux rayons UV. Ce mécanisme de défense intelligent signifie que le même danger qui endommage l’ADN, la lumière du soleil, déclenche également un système de réparation du code génétique.

Bien que la photoréactivation soit répandue dans l’arbre de la vie, elle est totalement absente chez les mammifères, et pendant longtemps, les scientifiques ont cru que nous étions les seuls. Mais ils ont commencé à découvrir une poignée d’espèces de champignons et de nématodes (et certaines populations de crustacés dans des cavernes) qui avaient également perdu leurs capacités de réparation de l’ADN grâce à l’énergie solaire. Le dernier-né du groupe , les poissons-caverne somaliens, pourrait bien être le premier vertébré non mammifère à avoir connu une évolution similaire durant l’histoire de l’évolution.

«La photoréactivation est un système préservé qui n’appartient qu’à des bactéries, aux plantes et à de nombreux animaux», explique Nicholas Foulkes, biologiste à l’Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne. « Quand vous voyez la perte de cette fonction, cela produit un profond bouleversement. »

Comment un poisson peut-il nous expliquer l’évolution des mammifères ?

Alors, comment un poisson-caverne pourrait-il ressembler à un mammifère? Il se trouve que la réponse nous maintient littéralement dans le noir. Nos ancêtres mammifères jouissaient d’un style de vie très nocturne, explique le biologiste de l’évolution Roi Maor de l’University College London. Il y a des centaines de millions d’années, il se peut que nos ancêtres à sang chaud se soient cachés pendant la journée pour ne pas être mangés par des dinosaures amoureux du soleil.

Cette vie nocturne a peut-être activé le principe «utilise-le ou perds-le» dans notre évolution. Les traits moins importants (comme la photoréactivation à l’énergie solaire) auraient pu être supprimés après environ 100 millions d’années de désuétude, explique Maor. Ces pertes génétiques ont ensuite persisté jusque dans les temps modernes, même après que les mammifères eurent commencé à revenir au grand jour.

Le groupe de recherche de Foulkes, dont l’auteur principal est Haiyu Zhao, a pour objectif d’étudier la réparation de l’ADN chez d’autres animaux nocturnes afin d’en apprendre davantage sur la perte des mécanismes de photoréactivation. Le poisson-caverne somalien (Phreatichthys andruzzii), avec son aversion pour le soleil, était une créature parfaite à examiner.

Un point de comparaison

Tout d’abord, les chercheurs avaient besoin d’un point de comparaison. Pour cela, ils ont choisi un autre poisson d’eau douce: le poisson-zèbre, un aliment de base bien étudié dans de nombreux laboratoires de biologie. Comme la plupart des autres animaux, les génomes du poisson-zèbre codent le système de photoréactivation activé par la lumière du soleil, leur permettant de survivre à l’exposition à de fortes doses de rayons UV dans des environnements bien éclairés. Mais le poisson-zèbre traité par les rayons ultraviolets et piégé dans l’obscurité totale est plus sensible aux répercussions des dommages causés à l’ADN.

Par ailleurs, lorsque les chercheurs ont mené les mêmes expériences sur du poisson-pierre, le poisson était hypersensible aux rayons UV. À l’état sauvage, l’espèce vit à l’écart du soleil et l’exposition des poissons à des conditions qui imitaient la lumière du soleil ne les aidait pas à survivre au rayonnement UV.

poisson-sans-yeux-somalienCe poissons-caverne aveugle somalien est en fait assez facile à observer, même s’il n’a pas d’œil. (Luca Scapoli / Université de Ferrare)

En fouillant dans le génome de ces poissons, les chercheurs ont découvert que le poisson-zèbre fabriquait trois photolyases réparatrices qui s’activaient en présence de la lumière du soleil, tandis que le poisson-caverne ne codait qu’un système défectueux. Après un examen plus approfondi, les chercheurs ont pu déterminer les différences de contrôle de l’expression de la photolyase par le poisson-zèbre et le poisson-caverne.

En présence de lumière, une «clé» moléculaire dans les cellules du poisson-zèbre est guidée vers un «verrou» génétique, qui est libéré pour activer les mécanismes de réparation de l’ADN. Curieusement, les poissons-caverne semblaient avoir des serrures intactes, prêtes à libérer l’expression de la photolyase – mais les clés semblaient avoir été perdues dans le temps. L’équipe de Foulkes recherche actuellement des clés endommagées ou manquantes dans le génome du poisson-caverne.

«C’est comme si l’évolution était prise en flagrant délit», explique Foulkes. « Vous pouvez voir le processus par lequel le système de réparation est en train d’être perdu. »

Plus de 200 espèces de poissons-caverne peuplent la Terre, mais le spécimen somalien est le premier à avoir perdu le système de photoréactivation. Cependant, même parmi les poissons-caverne, qui ont passé les 3 millions d’années environ à l’abri du soleil, dans l’éternelle obscurité des cavernes sous-marines, il est dans son intérêt de conserver l’énergie pour le long chemin à parcourir – car selon Foulkes, ces poissons peuvent vivre plus de cinquante ans, ce qui signifie se débarrasser de tout bagage génétique inutile.

Des trajectoires évolutives

Bien que les mammifères ne partagent pas les modes de vie des poissons-caverne, ces pertes génétiques peuvent révéler les trajectoires évolutives obscures que partagent les espèces divergentes. Plutôt que de développer un trait utile sous la pression de l’environnement, des créatures semblent avoir abandonné un système qui n’était plus utile, explique Silvia Fuselli, experte en poissons-caverne à l’Université de Ferrara en Italie.

«Peut-être que ces poissons reproduisent quelque chose qui s’est passé chez nos ancêtres il y a des millions d’années», a déclaré Foulkes.

Étant donné que certaines espèces esquiveront probablement encore avec succès la découverte humaine dans les cavernes de la Terre et les tranchées des grands fonds marins, nous n’avons probablement pas trouvé la dernière créature qui a perdu la photoréactivation. «C’est ce qui se produit régulièrement chez les poissons, les champignons, les crustacés.», explique David Carlini, biologiste à l’Université américaine, qui étudie les crustacés d’eau douce dans les cavernes, et pour autant que nous sachions, Phreatichthys andruzzii est encore assez unique parmi la plupart de ses frères qui détestent la lumière.

Un phare pour résoudre un mystère

Jusqu’à ce que davantage d’espèces préférant l’obscurité puissent être étudiées, le poisson-caverne somalien pourrait être le phare pour résoudre le mystère de la perte de notre capacité à guérir notre ADN grâce au soleil.

Source : Smithsonian