Génétique

Les secrets du «fossile vivant»

Le cœlacanthe n’a presque pas changé depuis des centaines de millions d’années. L’ADN de ce proche parent des premiers poissons qui sont sortis de l’eau vient d’être séquencé

Le cœlacanthe est un poisson flegmatique. Il y a un peu moins de 400 millions d’années, il a vu ses plus proches cousins sortir de l’eau pour tenter la grande aventure terrestre. Certains sont devenus mammifères, d’autres, oiseaux. Il a connu la grandeur et la décadence de ceux qui se sont faits dinosaures et ont régné en maîtres sur la planète avant de disparaître – probablement avec fracas – il y a quelque 65 millions d’années. Pendant ce temps-là, le cœlacanthe est resté placidement fidèle à lui-même, morphologiquement parlant. On pensait qu’il s’était éteint à la même période. Jusqu’à ce qu’en 1938, un spécimen soit péché en Afrique du Sud. Et – oui – il a toujours la même tête. L’ADN de ce «fossile vivant» vient d’être déchiffré. Les travaux, publiés aujourd’hui dans Nature, nous renseignent surtout sur notre propre lignée évolutive, la première bouffée d’air qu’elle a respiré et les premières pattes qu’elle a posées sur la terre ferme.

«Lorsqu’on a retrouvé le cœlacanthe, c’était une énorme surprise, raconte Régis Debruyne, paléogénéticien au Muséum d’histoire naturelle de Paris, sans doute la plus grande découverte zoologique du XXe siècle.» Son existence était connue à travers des fossiles. Les plus anciens remontent à 380 millions d’années, mais aucun ne date de moins de 70 millions d’années. On avait donc conclu à sa disparition. Depuis la découverte de 1938, une deuxième espèce a été repérée en Indonésie, en 1998. En tout, seuls 300 spécimens de ce poisson qui vit en eaux profondes ont été observés.

Si le cœlacanthe passionne, c’est aussi parce qu’il occupe une position très particulière dans l’arbre du vivant. Il s’agit d’un des poissons les plus proches des premiers tétrapodes, nos ancêtres à quatre pattes qui ont fait le pari de la terre. «Presque tous les poissons ont des nageoires dites «rayonnantes», où les rayons sont disposés en éventail, décrit Lionel Cavin, du Muséum d’histoire naturelle de Genève. Le cœlacanthe, ainsi que d’autres poissons qu’on appelle dipneustes, ont des nageoires «charnues». Celles-ci contiennent des muscles et sont constituées autour d’un axe, duquel partent les rayons.» Il s’agit de l’ancêtre de la patte. «L’axe comprend plusieurs os organisés de manière similaire à ceux de nos membres, souligne Régis Debruyne. On retrouve les éléments homologues à l’humérus, le radius et le cubitus de nos bras, ou au fémur, au tibia et au péroné de nos jambes. Comprendre l’histoire du cœlacanthe, c’est aussi comprendre la nôtre: c’est pour ça que c’est fondamental.»

Le poisson a aussi un résidu de poumon. «Aujourd’hui, il n’est plus fonctionnel», poursuit le paléogénéticien. Le registre fossile indique toutefois qu’à une époque, certains représentants de ce groupe de poissons vivaient aussi en eau douce et peu profonde. «Peut-être se servaient-ils de ce poumon pour survivre dans la vase, en respirant en surface aux périodes de l’année où leur marre était presque asséchée et mal oxygénée.» Comme le font encore aujourd’hui les dipneustes, qui ont conservé un poumon fonctionnel en plus de leurs branchies.

Les deux spécialistes tiennent toutefois à nuancer un peu le sobriquet de «fossile vivant» dont est affublé le cœlacanthe. «Certaines lignées changent vite, d’autres pas: le requin a toujours la même allure qu’il y a 200 millions d’années, la tortue aussi», commente Régis Debruyne. «C’est vrai qu’il n’a, à première vue, pas beaucoup changé morphologiquement, mais en regardant les détails du squelette, ont se rend compte qu’il y a des différences discrètes», souligne Lionel Cavin. Il ajoute qu’à une période, le groupe était assez diversifié, comptant entre 10 et 20 genres, vivant dans des environnements variés. Il y a eu des espèces géantes mesurant jusqu’à 4 mètres, alors que le cœlacanthe contemporain ne dépasse pas 2 mètres. Reste qu’une lignée est demeurée très stable pendant près de 400 millions d’années.

Et l’analyse génétique le confirme: «Il semble que les gènes du cœlacanthe évoluent significativement plus lentement que chez n’importe quel autre poisson ou vertébré terrestre que nous ayons étudié», relève une des auteurs de l’étude, Jessica Alföldi, du Broad Institute d’Harvard et du MIT. L’hypothèse émise par les chercheurs est que ces gènes n’ont pas été soumis à une forte pression sélective: les eaux profondes où il vit sont un environnement stable, peu compétitif, avec une spécificité où le poisson serait bien adapté. «Il est gros et pas très bon à manger, il n’a donc peut-être pas beaucoup de prédateurs», ajoute Jessica Alföldi. Lionel Cavin fait remarquer que cette explication ne tient pas pour l’époque où l’habitat de l’animal était plus diversifié. «Il y a probablement aussi des raisons endogènes, propres à la lignée», commente-t-il.

Il semble, en revanche, que les parties du génome qui se trouvent en dehors des gènes évoluent, elles, à un rythme normal. En étudiant les différences entre les vertébrés terrestres et le cœlacanthe, les chercheurs ont, en outre, identifié des changements intéressants dans des régions de l’ADN concernant, notamment, l’odorat et le système immunitaire. «Nous n’y avions pas pensé avant, mais c’est parfaitement logique, souligne Jessica Alföldi. Les odeurs ne se propagent pas de la même façon dans l’air ou dans l’eau. Même chose pour les virus et les pathogènes.» Autre découverte intéressante: une séquence impliquée dans le développement des mains et des pieds chez les tétrapodes existe aussi chez les cœlacanthes. On ne sait pas à quoi elle sert chez le poisson, mais si on l’implante dans une souris, elle s’exprime dans les membres.

Pour les auteurs de l’étude, leurs travaux permettent de trancher un débat vieux de plusieurs décennies: les dipneustes, et non les cœlacanthes, seraient les plus proches parents des tétrapodes. «Je ne suis pas sûr que ce soit le fin mot de l’histoire, commente Régis Debruyne. La séparation cœlacanthes-dipneustes-tétrapodes s’est faite sur des temps très courts, quelques dizaines de millions d’années, ce qui rend la distinction difficile.» Pour lui, il faudrait avoir l’ADN du dipneuste. Mais celui-ci compte 100 milliards de bases, contre 3 chez nous et les cœlacanthes, et la technique n’est pas encore en mesure d’en venir à bout. Mais cela devrait venir.

En attendant, le paléogénéticien part dans une dizaine de jours rejoindre l’expédition Gombessa, qui étudie le cœlacanthe à la frontière entre l’Afrique du Sud et le Mozambique. Contrairement aux chercheurs qui ont séquencé le génome d’un spécimen pêché aux Comores après l’obtention de toutes sortes de permis, lui espère obtenir de l’ADN sans blesser les poissons. Les plongeurs vont tenter de lui ramener du mucus présent à la surface des écailles. Ces échantillons devraient lui permettre d’en apprendre plus sur la diversité locale des poissons, et d’en déduire l’étendue de la population de la zone.

L’expédition Gombessa a notamment pour but d’étudier la locomotion et la prédation de cet animal dont on ignore encore presque tout. Elle commence sous de bons augures, puisqu’à la première plongée, les hommes se sont trouvés nez à nez avec trois vénérables fossiles vivants.

«Comprendre l’histoire du cœlacanthe, c’est aussi comprendre la nôtre: c’est pour ça que c’est fondamental»

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