Il y a trois ans, lorsque le biologiste de Harvard Jonathan Losos s'est installé au Geological Lecture Hall pour une conférence de son collègue scientifique Richard Lenski, il caressait l'idée d'écrire un livre sur l'évolution. A la fin de la conférence, il avait fini de jouer.

Losos, un biologiste évolutionniste et le professeur Monique et Philip Lehner pour l'étude de l'Amérique latine, a déclaré que le travail décrit par Lenski de l'État du Michigan remplissait une image en partie peinte par des expériences que Losos connaissait déjà – dont certaines avaient été menées lui-même, avec des lézards du genre Anolis, communément appelés anoles, sur les îles des Caraïbes.

Les recherches de Lenski se sont rapprochées de ce que le regretté paléontologue de Harvard Stephen Jay Gould, qui a beaucoup écrit sur l'évolution, aurait pu décrire comme « rejouer la bande de la vie, ", a déclaré Losos.

"Gould avait suggéré que si nous pouvions d'une manière ou d'une autre rejouer la bande, recommencer l'évolution à partir du même point de départ, alors nous obtenons un résultat très différent, " dit Losos. Mais Gould savait aussi que le projet qu'il décrivait était impossible, strictement "une expérience de pensée, " comme l'a dit Losos.

"Mais Lenski a montré que vous pouvez rejouer la cassette, au moins en laboratoire à l'aide de micro-organismes, ", a-t-il déclaré. "En commençant 12 populations d'E. coli initialement identiques et en les soumettant toutes aux mêmes pressions de sélection naturelle, il rejouait en fait la cassette, ne pas remonter le temps, mais en laissant la bande rejouer côte à côte dans ses 12 répliques expérimentales.

"De plus, J'ai réalisé que la même approche était adoptée non seulement dans le laboratoire par Lenski et les nombreux, de nombreux enquêteurs qu'il a inspirés, mais des expériences d'évolution similaires avaient également lieu dans des milieux naturels, troquer l'environnement hyper-contrôlé du laboratoire pour le réalisme naturel des études de terrain. En réalité, J'avais fait certaines de ces études moi-même."

Dans un Q&R de la Gazette, Losos a parlé du livre que la conférence Lenski a aidé à mettre en mouvement, « Destins improbables :le destin, Chance, et l'avenir de l'évolution."

GAZETTE :L'évolution dont vous parlez dans « Destins improbables » n'est pas la lente évolution décrite par Charles Darwin. Au lieu, c'est assez rapide pour que nous puissions l'observer en temps réel. Comment cette évolution rapide est-elle possible ?

LOSOS :Darwin était assez remarquable dans ses idées. On le connaît pour ses études sur l'évolution par sélection naturelle, mais il étudiait en fait toutes sortes de phénomènes et avait raison presque tout le temps. Il s'est avéré, bien que, qu'il n'avait pas bien compris le rythme de l'évolution. Il pensait que l'évolution se produisait extrêmement lentement, à une allure glaciale, à tel point que vous ne pouviez pas vous attendre à le voir sauf sur beaucoup, plusieurs milliers d'années. Nous savons maintenant que ce n'est pas correct. Quand la sélection naturelle est forte, l'évolution peut se produire très rapidement.

GAZETTE :Vous parlez aussi beaucoup d'évolution convergente, une fois pensé un développement rare. Qu'est-ce que l'évolution convergente et comment s'intègre-t-elle dans l'image plus large de l'évolution ?

LOSOS :L'évolution convergente est le phénomène lorsque deux espèces, voire des populations d'une même espèce, évoluent indépendamment pour être similaires. Le plus souvent, c'est le résultat du fait que ces espèces se trouvent dans des circonstances similaires et que la sélection naturelle sculpte la même solution adaptative. C'est une idée qui a été mentionnée par Darwin dans "Sur l'origine des espèces, " et nous le savons depuis.

Mais nous ne pensions pas que c'était courant. Il a été régulièrement présenté par les biologistes évolutionnistes comme un excellent exemple du pouvoir de la sélection naturelle pour trouver la même réponse aux problèmes posés par l'environnement. [Mais] lorsque les biologistes ont découvert l'évolution convergente, ils utilisaient des mots comme "frappant, " "exceptionnel, " "inattendu, " soulignant que ce n'est pas la norme. Nous savons maintenant que l'évolution convergente se produit assez fréquemment.

L'une des raisons est que nous utilisons le séquençage de l'ADN pour construire des arbres évolutifs. Ces arbres, appelés phylogénies, indiquent que les espèces que nous pensions être étroitement apparentées parce qu'elles sont similaires en apparence, ou l'anatomie, ou peu importe, ne sont pas. Leur similitude n'est pas le résultat d'une ascendance commune récente, comme nous le pensions, mais d'évolution convergente.

Un exemple du livre est un serpent de mer dans les mers autour de l'Australie, Inde, et ailleurs en Asie. Les scientifiques pensaient qu'il s'agissait d'une seule espèce, avec une distribution géographique remarquablement large. Lorsque les scientifiques ont finalement séquencé son ADN, ils ont découvert que les populations de différents endroits n'étaient pas étroitement liées les unes aux autres. Au lieu, chacun était plus étroitement lié à d'autres espèces de serpents dans leur propre région et donc leur similitude incroyablement étroite avec d'autres serpents de mer était le résultat de la convergence.

GAZETTE :Parler d'évolution rapide et convergente mène à votre propre travail. Parlez-nous des lézards des Caraïbes, et ce que vos études ont trouvé.

LOSOS :Pour mon doctorat, il y a de nombreuses années, J'ai étudié les lézards Anolis. Beaucoup de gens les connaissent parce qu'ils sont très répandus en Floride, ailleurs dans le sud-est des États-Unis, et sur les îles des Caraïbes. Ils ont un lambeau de peau sous le cou que les mâles dépassent lorsqu'ils font la cour aux femelles ou se battent avec d'autres mâles. Il y a 400 espèces différentes dans ce groupe réparties dans les tropiques du Nouveau Monde, ils sont donc une grande réussite évolutive.

Un aspect sur lequel j'ai concentré une grande partie de ma carrière est que les lézards de chacune des grandes îles des Caraïbes—Cuba, Porto Rico, Hispaniola, et la Jamaïque—ont pour la plupart évolué indépendamment. Et, d'une ou plusieurs espèces ancestrales, ils se sont diversifiés en de nombreuses espèces descendantes. Mais l'évolution a suivi un cours très similaire.

A Porto Rico, si tu marchais dans la forêt tropicale et que tu t'asseyais tranquillement, au bout de quelques minutes les lézards oublieraient que vous étiez là et vous verriez qu'il y a des espèces vivant dans différentes parties de la forêt et que ces espèces ont des caractéristiques anatomiques différentes. Par exemple, les espèces près du sol ont de très longues pattes pour courir et sauter sur le sol. Une espèce haute dans la canopée est verte pour se camoufler et a de gros coussinets pour s'y accrocher. Une autre espèce vit sur des brindilles et a des pattes très courtes pour manœuvrer avec précaution sur des surfaces irrégulières. Ces espèces se sont donc diversifiées pour s'adapter aux différentes parties de l'habitat qu'elles utilisent.

Ce qui est remarquable, c'est que lorsque vous allez dans d'autres îles, vous voyez ces mêmes spécialistes de l'habitat. Donc, par exemple, chacune des îles a une brindille anole-une espèce allongée avec des pattes courtes, très camouflé - et les espèces sur les différentes îles se ressemblent suffisamment pour qu'on puisse dire qu'il s'agit probablement de la même espèce. Mais ils ne le sont pas. Ils ont développé indépendamment ces caractéristiques. Et chaque île a chacun des types de spécialiste de l'habitat.

C'est un bel exemple de convergence, mais sous stéroïdes, si vous voulez. Non seulement la convergence d'un type, mais de tout un ensemble d'espèces adaptées à différentes parties de leurs environnements similaires.

GAZETTE :Et vous avez utilisé cette idée plus tard dans votre carrière pour réellement concevoir l'évolution et la regarder se produire ?

LOSOS :Ces lézards, je dois signaler, ont évolué pendant des millions d'années. Mais ils suggèrent que l'utilisation de différentes parties de l'habitat—de larges troncs d'arbres, laisse dans la canopée, surfaces étroites-a sélectionné pour eux d'évoluer différentes caractéristiques anatomiques. Et cela suggère qu'une expérience idéale serait d'exposer une espèce de lézard à de nouvelles conditions, un nouvel habitat, et nous aurions des prédictions claires sur la façon dont ils s'adapteraient à cet habitat.

C'est donc exactement ce que nous avons fait. Travailler aux Bahamas, nous avons pu prendre une espèce qui vit sur de larges troncs d'arbres près du sol et la déplacer vers de minuscules petites îles où il n'y avait pas de gros arbres, il n'y avait que de petits buissons épars. Ils ont donc dû utiliser de petites surfaces étroites pour s'asseoir. Notre prédiction était très claire d'après nos études sur la grande île - qu'ils devraient s'adapter en évoluant sur des jambes plus courtes. Et c'est exactement ce qu'ils ont fait et sur une période de temps relativement courte.

GAZETTE :Ce qui transparaît dans le livre, c'est un réel enthousiasme et une excitation pour le travail. La capacité d'étudier réellement l'évolution et de mener des expériences dessus en temps réel semble avoir dynamisé le domaine. Qu'est-ce que ça fait de pouvoir étudier ces questions fondamentales ?

LOSOS :C'est spectaculaire. Biologie de l'évolution, pour le premier siècle de son existence, était considérée comme une science non expérimentale, un avec plus de similitude avec l'histoire que les sciences de laboratoire. L'idée était :vous ne pouvez pas remonter dans le temps et voir ce qui s'est passé, il suffit donc d'essayer de comprendre.

Mais la capacité de faire des expériences change tout cela. Nous pouvons maintenant non seulement formuler des hypothèses, mais aussi les tester en utilisant l'étalon-or de la science :les expériences de manipulation. Les gens font des expériences en laboratoire depuis des décennies, mais pour faire des expériences sur le terrain, dans des conditions naturelles, est quelque chose qui ne fait que décoller vraiment en ce moment. Il nous permet de formuler des idées sur la façon dont l'évolution a fonctionné sur la base de nos observations de la diversité aujourd'hui et dans le passé, puis d'étudier ces hypothèses avec des études mécanistes, tester expérimentalement comment l'évolution se produit en réponse à des agents sélectifs présumés.

GAZETTE :Votre livre parle beaucoup de l'évolution convergente et de la prévisibilité de l'évolution dans certaines circonstances, mais vous menez également une expérience de pensée pour savoir si les humains - ou quelque chose d'humain - auraient évolué si les mammifères n'avaient pas été là. Et dans ce cas, malgré de nombreuses preuves de convergence, il semble que vous disiez que le hasard n'a pas disparu, et si vous commencez à des points de départ très différents, vous vous retrouverez à des points de terminaison très différents, même sous des pressions de sélection naturelle similaires.

LOSOS :L'une des grandes questions transcendant la biologie évolutive est :quelle était la destinée du monde tel qu'il est aujourd'hui ? Si les événements s'étaient déroulés différemment dans le passé, le monde serait-il très différent ?

Les historiens le demandent tout le temps. Et si Churchill avait été renversé par une voiture à New York en 1931, comme c'est presque arrivé? Et si Kennedy n'avait pas été assassiné ? À quel point le monde serait-il différent aujourd'hui ? Et les biologistes évolutionnistes posent exactement la même question. Si vous regardez les plantes et les animaux du monde qui nous entoure, sont-ils le résultat inévitable des processus évolutifs de la sélection naturelle, ou simplement le résultat d'événements particuliers dans l'histoire de la Terre qui ont envoyé l'évolution dans une direction et pas dans une autre ?

Ce débat a été catalysé par Gould, qui a écrit un livre en 1989 intitulé "La vie merveilleuse :les schistes de Burgess et la nature de l'histoire". Dedans, Gould a soutenu que l'évolution n'était pas destinée à produire des résultats particuliers. Il a dit que si nous pouvions d'une manière ou d'une autre remonter dans le temps et recommencer à partir du même point de départ, le résultat serait différent à chaque fois. Toute sorte de changement mineur qui pourrait sembler sans conséquence à l'époque pourrait conduire un individu à survivre et pas un autre, faire qu'une mutation devienne courante et pas une autre, et l'évolution suivrait une voie très différente. Rejoue la cassette un million de fois, il a dit, et quelque chose comme les humains n'évoluerait plus jamais.

C'était un point de vue très influent, mais il n'était basé sur aucune donnée. Personne ne faisait ce genre d'expériences. Cependant, l'idée a vraiment excité beaucoup de monde, il y a donc eu beaucoup d'attention à la question au cours des 30 dernières années. Et la raison pour laquelle j'ai écrit le livre est que je me suis rendu compte que nous avons beaucoup de données empiriques abordant maintenant la question de la répétabilité, ou comment prévisible, l'évolution est.

Une école de recherche qui a vu le jour s'est concentrée sur le phénomène d'évolution convergente, du même résultat évolutif se produisant plusieurs fois. Un certain nombre de personnes soutiennent que l'évolution convergente démontre que Gould avait tort. L'environnement pose des questions similaires aux espèces vivant dans de nombreux endroits différents et il existe des solutions optimales que la sélection naturelle trouve. Par conséquent, vous pouvez prévoir, presque, quel genre de résultat vous obtiendriez dans une circonstance évolutive particulière, et cette solution évolue encore et encore. Contrairement à ce que Gould a soutenu, ces autres scientifiques ont fait valoir que des résultats particuliers sont inévitables. Et c'est ainsi que l'évolution convergente a été utilisée par certains scientifiques pour contester l'idée du hasard, ou le hasard, d'évolution.

GAZETTE :Et votre propre conclusion est quelque part au milieu, droit?

LOSOS :Oui, et la raison en est que ces scientifiques ont tout à fait raison de dire que l'évolution convergente est beaucoup plus courante que ce que nous avions l'habitude de penser. Cela montre le pouvoir de la sélection naturelle et certains résultats se produisent à plusieurs reprises. Il y a donc du vrai là-dedans.

Mais l'argument se résume essentiellement à une longue liste d'exemples d'évolution convergente et vous pourriez faire une longue liste similaire d'exemples d'échec de convergence, d'espèces parfaitement adaptées à leur environnement mais sans équivalent nulle part ailleurs dans le monde.

Mon exemple préféré est l'ornithorynque à bec de canard. Voici une espèce qui vient pour toutes sortes de ridicule comme étant un comique, animal ridicule, mais ce n'est vraiment pas juste. Ils sont en fait extrêmement bien adaptés à l'environnement dans lequel ils se produisent, les ruisseaux en Australie. Ils ont une suite de caractéristiques - fourrure luxuriante, pieds palmés, queue puissante, ce qui les rend très bien adaptés.

La caractéristique la plus importante qu'ils ont est leur facture, qui ressemble au bec d'un canard, mais qui est très différent de celui d'un canard. Il est recouvert de capteurs qui détectent à la fois les informations tactiles - la légère ondulation de l'eau lorsqu'un poisson passe à côté - et les décharges électriques que tout animal émet lorsqu'il se déplace. En utilisant ces deux sens, ils peuvent trouver leur nourriture sous l'eau même si leurs yeux sont fermés et que leurs oreilles et leur nez sont fermés. Donc, ils sont en fait remarquablement bien adaptés aux ruisseaux dans lesquels ils vivent. Mais ces flux n'ont rien de spécial. Nous avons des flux similaires partout dans le monde, et pourtant il n'y a d'ornithorynque dans aucun d'eux. Il a évolué une fois en Australie, sans parallèle.

Il en existe de nombreux exemples :les éléphants, Kiwis, girafes. Ce sont des espèces très bien adaptées à l'endroit où elles vivent, environnements qui se produisent partout dans le monde, et pourtant il n'y a pas d'évolution convergente.

Vous pourriez faire une très longue liste d'exemples de non-convergence. Jusqu'à présent, le débat a porté sur des personnes affirmant que la convergence est plus courante ou que la non-convergence est plus courante. Et ce débat est devenu assez périmé, car, En réalité, ils sont tous les deux assez communs. Peu importe dont la liste est la plus longue. La vraie question que nous nous posons maintenant est :quelles circonstances conduisent certaines espèces à évoluer de manière convergente, faire évoluer des solutions convergentes, et dans quels cas suivent-ils des parcours évolutifs différents, trouver des adaptations différentes aux mêmes pressions de sélection ? Et c'est le genre de travail qui se fait dans de nombreux endroits du monde, y compris certains laboratoires ici à Harvard.

Cette histoire est publiée avec l'aimable autorisation de la Harvard Gazette, Journal officiel de l'université Harvard. Pour des nouvelles universitaires supplémentaires, visitez Harvard.edu.