Pâle, rétréci et aveugle, le poisson-roche somalien mène une vie paisible dans les eaux les plus maigres du monde. Avec leur pâleur horrible et l'absence de tout regard, ces poissons pâteux ne semblent pas avoir grand chose à voir avec les mammifères, mais l'humble poisson-grotte a bien plus à offrir que ce que l'on peut voir à l'œil.
Les scientifiques ont rapporté hier 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 le trait quelque part sur leur parcours, de même que le poisson-caverne somalien.
En tant que manuel d’instruction pour la vie, l’ADN est un produit précieux. Des dommages durables à ce code vital 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 des produits chimiques nocifs aux rayons de lumière ultraviolette capables de modifier les séquences génétiques.
Mais grâce à une suite de machines cellulaires capables de réparer l'ADN compromis, la plupart de ces accidents génétiques sont corrigés 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 essentiels 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.
Les mammifères et les poissons-cavités sont assez différents, mais les deux se sont adaptés à la vie dans l'obscurité. De nombreux mammifères nocturnes, comme ce chat, ont une couche de tissu dans l'œil qui améliore leur vision nocturne et donne à leurs yeux une apparence "brillante". (Thomas Euler / flickr) Bien que la photoréactivation soit répandue dans l'arbre de la vie, elle est totalement absente chez les mammifères. Et pendant longtemps, on s'est crus seuls. Mais les scientifiques ont commencé à découvrir une poignée d'espèces de champignons et de nématodes (et certaines populations de crustacés liés à des grottes) qui avaient également perdu leurs capacités de réparation de l'ADN à l'énergie solaire. Le dernier-né du groupe sombre, les cavernicoles somaliens, pourrait bien être le premier vertébré non mammifère à avoir connu une évolution similaire de l’histoire de l’évolution.
«La [photoréactivation] est un système tellement préservé, des bactéries aux plantes en passant par de nombreux animaux», explique Nicholas Foulkes, biologiste à l'Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne. "Quand vous voyez la perte de la fonction, c'est profond."
Alors, comment un poisson-cave 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 éviter d'être mangés par des dinosaures épris de soleil.
Cette nature nocturne a peut-être activé le principe «utilise-le ou perds-le» dans notre évolution. Les traits plus sombres (comme la photoréactivation à l'énergie solaire) auraient pu être écartés en raison d'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 de la nouvelle étude Haiyu Zhao, a pour objectif d'étudier la réparation de l'ADN chez d'autres animaux nocturnes afin d'en savoir plus sur la perte des mécanismes de photoréactivation. Le poisson cavernicole somalien ( Phreatichthys andruzzii ), avec son aversion pour le soleil, était une créature parfaite à examiner.
Tout d’abord, les chercheurs avaient besoin d’un point de comparaison. Pour cela, ils ont choisi un autre poisson d'eau douce comme feuille: 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 solaire, leur permettant de survivre à une 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 ces mêmes expériences sur du poisson-grotte somalien, le poisson était hypersensible aux rayons UV. À l’état sauvage, l’espèce vit à l’écart du soleil, et exposer les poissons à des conditions qui les imitaient ne les aidait pas à survivre au rayonnement ultraviolet.
Ces poissons cavernicoles somaliens aveugles sont en fait assez faciles à regarder ... même s'ils n'en ont pas eux-mêmes. (Luca Scapoli / Université de Ferrare) En fouillant dans le génome des poissons, les chercheurs ont découvert que le poisson-zèbre fabriquait trois photolyases réparatrices qui s'alimentaient en présence de la lumière du soleil, tandis que le poisson-caval somalien ne codait qu'un système brisé. 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-cavernes semblaient avoir des mèches intactes, prêtes à libérer l'expression de la photolyase - mais les clés semblent avoir été perdues dans le temps. L'équipe de Foulkes est actuellement à la recherche de clés endommagées ou manquantes dans le génome du poisson caverne.
«C'est comme si l'évolution était prise en flagrant délit», dit Foulkes. "Vous pouvez voir le processus par lequel le système de réparation est en train d'être perdu."
Plus de 200 espèces de poissons-cavités peuplent la Terre, mais ce spécimen somalien est le premier à avoir perdu le système de photoréactivation. Cependant, même parmi les poissons- cavités, P. andruzzii est un extrémiste, qui a passé les 3 millions d'années environ à l'abri du soleil. Dans l’éternelle obscurité des cavernes sous-marines, il est dans l’intérêt de ce nageur de conserver l’énergie pour le long chemin à parcourir - selon Foulkes, ces poissons peuvent vivre plus de cinquante ans -, ce qui signifie se débarrasser de tout bagage génétique inutile.
Bien que les mammifères ne partagent pas le même style de vie que les poissons cavernicoles, 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, les créatures semblent avoir abandonné un système qui n’était plus utile, explique Silvia Fuselli, experte en poissons-cavités 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», déclare Foulkes.
Étant donné que certaines espèces soleil-esquiveront probablement encore avec succès la découverte humaine dans les cavernes caverneuses de la Terre et les tranchées des grands fonds marins, nous n'avons probablement pas trouvé la dernière créature qui a perdu la photoréactivation. «Ces poissons, ces champignons, ces [crustacés] font leur apparition… les gens le trouveront régulièrement», explique David Carlini, biologiste à l'Université américaine qui étudie les crustacés d'eau douce dans des cavernes.
Et pour autant que nous sachions, P. andruzzii est encore assez unique parmi la plupart de ses frères qui détestent la lumière. Jusqu'à ce que davantage d'espèces préférant l'obscurité puissent être étudiées, le poisson cavernicole somalien pourrait bien être le phare pour résoudre le mystère de la perte de notre capacité à guérir au soleil.
