Lors de sa première découverte, le cœlacanthe a suscité une grande excitation. Il représentait un exemple vivant d’un groupe de poissons qui était censé n’exister que sous forme de fossiles. Et pas n’importe quel groupe de poissons. Avec leurs longues nageoires en forme de tige, les cœlacanthes et leurs apparentés sont considérés comme les ancêtres de tous les vertébrés qui ne sont pas des poissons — les tétrapodes, ou les vertébrés à quatre membres. Ce qui signifie, entre autres choses, nous.
Depuis lors, cependant, des preuves se sont accumulées indiquant que nous sommes plus étroitement liés aux poissons poumons, qui vivent en eau douce et se trouvent en Afrique, en Australie et en Amérique du Sud. Mais les poissons poumons sont un peu étranges. Les espèces africaines et sud-américaines ont vu les nageoires ressemblant à des membres de leurs ancêtres réduites à de fines et flasques mèches. De plus, obtenir une perspective sur leur histoire évolutive s’est révélé difficile car ils possèdent les plus grands génomes connus chez les animaux, le génome du poisson poumon sud-américain contenant plus de 90 milliards de paires de bases. C’est 30 fois la quantité d’ADN que nous avons.
Cependant, de nouvelles technologies de séquençage ont rendu cette sorte de défi abordable, et une collaboration internationale a maintenant complété le plus grand génome jamais réalisé, où tous sauf un chromosome portent plus d’ADN que ce qui est trouvé dans le génome humain. Ce travail indique qu’au cours des 200 derniers millions d’années, le poisson poumon sud-américain a ajouté 3 milliards de bases supplémentaires d’ADN tous les 10 millions d’années, sans ajouter un nombre significatif de nouveaux gènes. Au lieu de cela, il semble avoir perdu la capacité de garder l’ADN “déchet” sous contrôle.
Un chemin long
Ce travail a été rendu possible grâce à une technologie communément appelée “séquençage à lecture longue”. La plupart des génomes qui ont été complétés l’ont été en utilisant de courtes lectures, généralement de l’ordre de 100 à 200 paires de bases. Le secret était de réaliser suffisamment de séquençage pour que, en moyenne, chaque base du génome soit séquencée plusieurs fois. Cela ayant été réalisé, un programme informatique astucieusement conçu pouvait déterminer où deux morceaux de séquence se chevauchaient et les enregistrer comme un seul morceau de séquence plus long, répétant le processus jusqu’à ce que l’ordinateur produise de longues chaînes de bases contiguës.
Le problème est que la plupart des espèces non microbiennes ont des segments de séquences répétées (pensez à des centaines de copies des bases G et A à la suite) qui étaient plus longs que quelques centaines de bases — et des séquences presque identiques apparaissant à plusieurs endroits dans le génome. Ces segments seraient impossibles à associer à un emplacement unique, et donc la sortie du logiciel d’assemblage de génome aurait beaucoup de lacunes de longueur et de séquence inconnues.
Cela pose une difficulté extrême pour des génomes comme celui du poisson poumon, qui est rempli d’ADN “déchet” non fonctionnel, généralement répétitif. Le logiciel tend à produire un génome qui est plus lacunaire que séquentiel.
La technologie à lecture longue contourne cela en faisant exactement ce que son nom implique. Plutôt que de pouvoir séquencer des fragments d’environ 200 bases, elle peut générer des séquences de milliers de paires de bases, couvrant facilement toute répétition qui aurait autrement créé une lacune. Une des premières versions de la technologie à lecture longue consistait à faire passer de longues molécules d’ADN à travers des pores et à observer les variations de tension différentes dans le pore au fur et à mesure que les bases passaient. Une autre consistait à faire en sorte qu’une enzyme de copie de l’ADN duplique une longue étendue et observe les changements de fluorescence au fur et à mesure que les différentes bases étaient ajoutées. Ces premières versions avaient tendance à être un peu sujettes aux erreurs, mais ont depuis été améliorées, et plusieurs nouvelles technologies concurrentes sont maintenant sur le marché.
En 2021, des chercheurs ont utilisé cette technologie pour compléter le génome du poisson poumon australien — celui qui conserve les nageoires en forme de membres des ancêtres qui ont donné naissance aux tétrapodes. Maintenant, ils sont de retour avec les génomes des espèces africaines et sud-américaines. Ces espèces semblent avoir suivi des voies distinctes lors de la fragmentation du supercontinent Gondwana, un processus qui a commencé il y a presque 200 millions d’années. Avoir les génomes des trois espèces devrait nous offrir une perspective sur les caractéristiques qui sont communes à toutes les espèces de poissons poumons, et qui sont donc plus susceptibles d’avoir été partagées avec les ancêtres lointains qui ont donné naissance aux tétrapodes.
À travers cette recherche, je me sens personnellement interpellé par l’intrigante diversité de la vie et par la façon dont les espèces évoluent, parfois de manière inattendue. En tant que passionné de biologie, il est fascinant de constater comment notre propre histoire évolutive est liée à des créatures aussi anciennes que le poisson poumon, nous rappelant que notre existence actuelle est le résultat d’un long processus de changement et d’adaptation. Alors que nous continuons à découvrir notre place dans l’arbre de la vie, ces avancées scientifiques nous permettent d’approfondir notre compréhension des mystères de l’évolution.
