Le crustacé d'eau douce Daphnia (puce d'eau) est un organisme de recherche courant en écologie, en toxicologie, en biologie évolutive du développement et dans d'autres domaines. Crédit :Projecto Agua
De nombreux crustacés, y compris le homard, les crabes et les balanes, ont une coquille en forme de cape dépassant de la tête qui peut jouer divers rôles, comme une petite grotte pour stocker les œufs ou un bouclier protecteur pour garder les branchies humides.
Cette coquille (carapace), il a été proposé, n'a pas évolué à partir d'une structure similaire chez l'ancêtre crustacé, mais est apparue de novo (ou à l'improviste) par cooptation quelque peu aléatoire des gènes qui spécifient également les ailes d'insectes. /P>
Cependant, dans une nouvelle étude du Marine Biological Laboratory (MBL), l'associée de recherche Heather Bruce et le directeur Nipam Patel fournissent des preuves d'un autre point de vue :la carapace, ainsi que d'autres structures en forme de plaque chez les arthropodes (crustacés, insectes, arachnides et myriapodes) ont tous évolué à partir d'un lobe latéral de la jambe chez un ancêtre commun.
Ces preuves étayent leur proposition d'un nouveau concept d'évolution des nouvelles structures, qui suggère qu'elles ne sont pas si nouvelles, après tout. L'étude, sur la carapace du crustacé Daphnia, apparaît en ligne dans Current Biology .
"La manière dont de nouvelles structures apparaissent est une question centrale dans l'évolution", déclare Bruce. "L'idée dominante, appelée cooptation de gènes, est que les gènes qui fonctionnent dans un contexte, par exemple pour fabriquer des ailes d'insectes, se retrouvent dans un contexte sans rapport, où ils fabriquent, par exemple, une carapace", explique Bruce. "Mais ici, nous montrons que la carapace de Daphnia n'est pas sortie de nulle part."
Ils proposent plutôt que le lobe de la jambe ancestral en forme de plaque qui a évolué à la fois en aile et en carapace était probablement présent chez l'ancêtre de tous les arthropodes vivants. Mais comme l'aile et la carapace sont si différentes de cette plaque ancestrale et des autres plaques des lignées d'arthropodes voisines, personne ne s'est rendu compte qu'elles étaient toutes identiques.
"Nous commençons à réaliser que des structures qui ne se ressemblent en rien - ailes, carapaces, plaques tergales - sont en fait homologues", explique Bruce. "Cela suggère qu'ils ont une origine unique bien plus ancienne que quiconque ne l'aurait pensé, remontant à la période cambrienne, il y a [500 millions] d'années."
Il était là depuis le début (persistance cryptique)
L'arthropode ancestral avait plusieurs plaques sur chaque jambe sur chaque segment du corps, semblable au crustacé vivant Parhyale. Les arthropodes ultérieurs répriment la plupart d'entre eux, mais n'importe quelle plaque peut être déréprimée sur n'importe quel segment du corps pour former ce qui semble être de nouvelles structures. La carapace de Daphnia a évolué en déréprimant et en élaborant la plaque de tête bleue et l'aile de l'insecte a évolué en déréprimant et en élaborant la plaque thoracique rose. Crédit :Bruce et Patel, Biologie actuelle , 2022
Bruce appelle son modèle pour l'émergence de nouvelles structures "la persistance cryptique des homologues en série".
"Les homologues en série sont des choses comme les mains et les pieds, ou les vertèbres de notre colonne vertébrale, ou les nombreuses jambes qui se répètent sur le corps d'un mille-pattes", dit-elle. "Les [répétitions] peuvent sembler très différentes, mais vous pouvez voir des similitudes, et elles sont toutes construites en utilisant les mêmes voies génétiques initiales. Dans certains cas, la structure complète ne se développe pas - vous pouvez obtenir une jambe de mille-pattes tronquée, ou c'est vraiment subtil et minuscule. Bien que les cellules aient été programmées pour former la jambe, elles ne poussent pas réellement sur la jambe."
Selon Bruce, ces rudiments dormants - pattes, plaques, etc. - peuvent persister pendant des millions d'années, tant qu'une autre répétition de la structure est encore présente ailleurs chez l'animal. Et lorsque le moment est venu, la structure peut repousser et prendre différentes formes selon les espèces - une aile chez un insecte, par exemple, ou une carapace chez un crustacé.
"Si une structure ancestrale n'est plus nécessaire, la nature tronque ou réduit probablement ce tissu plutôt que de le supprimer complètement. Mais le tissu est toujours là et peut être élaboré à nouveau dans des lignées ultérieures, et nous semble être nouveau", dit Bruce. .
"Ce type de troncature est probablement courant dans l'évolution car les réseaux génétiques sont tellement interdépendants", explique Bruce. "Si une voie génétique ou un tissu devait être supprimé, une autre voie ou un autre tissu serait affecté."
"Je pense que la persistance cryptique peut être une explication pour de nombreuses structures" nouvelles "", déclare Bruce.
Les auteurs ont tiré leurs conclusions en analysant les modèles d'expression génique chez plusieurs espèces d'arthropodes et en éliminant d'autres hypothèses sur l'évolution possible de la carapace.
"L'origine ancienne et commune de toutes ces structures en forme de plaque [chez les arthropodes] suggère que les réseaux de gènes qui modèlent ces structures sont très évolutifs et plastiques. Ils sont capables de générer une quantité impressionnante de diversité", a déclaré Bruce.
