2018-05-29 
Des traces de notre lointain passé insectivore

Grâce à la génomique, il est aujourd’hui possible d’en savoir plus sur le régime alimentaire des mammifères qui vivaient sur Terre au temps des dinosaures, il y a 100 millions d’années. Des chercheurs du CNRS à l’Institut des sciences de l’évolution de Montpellier1 et de l’Université de Californie à Berkeley se sont intéressés au gène CHIA qui permet de produire la chitinase, une enzyme capable de dégrader la chitine composant les carapaces des insectes. Ce gène était déjà connu pour être présent chez l’Homme. En étudiant 107 espèces de mammifères actuels2, les scientifiques ont découvert que leur génome conservait les traces de l’histoire évolutive de CHIA. Existant probablement en 5 versions, ce gène a traversé les âges en s’inactivant petit à petit lorsque les mammifères délaissèrent progressivement le régime insectivore après la disparition des dinosaures. Cette étude, publiée le 16 mai 2018 dans Science Advances, démontre que l’humain comme le rhinocéros ou le dauphin a conservé dans son génome des « fossiles moléculaires » hérités d’un lointain ancêtre commun qui côtoyait les dinosaures et mangeait essentiellement des insectes.
 

1 CNRS/Université de Montpellier/IRD/EPHE
2 L’étude porte sur les mammifères placentaires, groupe regroupant tous les mammifères sauf les marsupiaux et les monothrèmes.

 

Pendant 135 millions d'années, les dinosaures ont été les vertébrés terrestres dominants sur Terre. Les premiers mammifères, apparus à peu près en même temps que les dinosaures, étaient petits et leur régime alimentaire était constitué essentiellement d’insectes. Lorsque les derniers dinosaures se sont éteints soudainement il y a 66 millions d'années, les mammifères ont commencé à se diversifier en occupant notamment les niches alimentaires carnivores et herbivores laissées vacantes. C'est du moins l'histoire inférée par la paléontologie à partir des fossiles. Mais qu’en est-il du point de vue de la génomique ? Les génomes des espèces actuelles de mammifères ont-ils conservé les traces d'une époque où leurs ancêtres étaient de petits insectivores ? Ce sont les questions auxquelles ont cherché à répondre des chercheurs de l'Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier (CNRS, IRD, EPHE, Université de Montpellier) et de l'Université de Californie à Berkeley (Etats-Unis) dans une étude publiée le 16 mai 2018 dans la revue Science Advances.

Ils ont ainsi étudié l’évolution d’un gène connu sous le nom de CHIA, qui produit une chitinase, une enzyme capable de décomposer les exosquelettes riches en chitine caractéristiques des insectes. En analysant les génomes de 107 espèces de mammifères placentaires, ils ont découvert à leur grande surprise non pas un seul gène CHIA, mais cinq ! Ainsi, les espèces insectivores comme les tarsiers, les toupayes, l’oryctérope et certains tatous possèdent cinq gènes de chitinase qui sont tous fonctionnels. Cependant, chez les espèces carnivores et les herbivores, la plupart de ces gènes ont perdu leur fonction de dégradation de la chitine et se retrouvent sous forme de pseudogènes qui représentent autant de «fossiles moléculaires» témoignant de leur fonction passée. Les chercheurs ont mis en évidence une corrélation entre le nombre de chitinases fonctionnelles dans le génome et le pourcentage d’invertébrés dans le régime alimentaire des espèces actuelles de placentaires. Ces résultats suggèrent fortement que les premiers mammifères placentaires, qui ont vécu au cours des 35 derniers millions d'années du Crétacé (l'ère des dinosaures), avaient cinq gènes de chitinase fonctionnels. Ceci corrobore donc les travaux sur les fossiles, qui ont montré que les espèces de mammifères qui ont côtoyé les dinosaures avaient des caractéristiques, telles que des dents à cuspides pointues, qui sont compatibles avec un régime essentiellement insectivore.

Cette nouvelle étude de génomique comparative fournit également la preuve que certaines lignées de mammifères carnivores et herbivores ont commencé à perdre leurs gènes de chitinase juste après l'extinction des grands dinosaures qui occupaient les mêmes niches alimentaires. En effet, l’étude détaillée de l’apparition des mutations qui ont rendu ces gènes non-fonctionnels montre que les pertes de fonction ont eu lieu très tôt dans l’histoire évolutive de nombreux groupes de placentaires, suggérant ainsi que de nombreuses espèces actuelles ont hérité de ces pseudogènes à partir d’un ancêtre commun. Par exemple, dans les génomes des carnivores étudiés (tigre, lycaon, ours polaire, morse et furet), quatre des cinq gènes de chitinase sont non fonctionnels et présentent les mêmes mutations inactivatrices. De même, chez les herbivores, les génomes du rhinocéros blanc et de l'âne présentent des pseudogènes de CHIA avec des mutations inactivatrices identiques sur quatre des cinq gènes. Les patrons d’inactivation et la datation de ces pertes de gènes de chitinase étayent davantage les conclusions tirées du registre fossile, à savoir que de nombreux mammifères ont commencé à passer d'un régime riche en insectes à celui dominé par la viande ou les végétaux, suite à l'extinction des dinosaures.

Cette étude n’est pas la première à révéler des preuves de la présence de pseudogènes de chitinase chez les mammifères. Nous savions en effet déjà que le génome humain comporte un gène de chitinase fonctionnel et trois pseudogènes CHIA non fonctionnels.
Cependant, en regardant plus largement à travers les mammifères placentaires, ces nouveaux résultats démontrent que nous, humains, ainsi que des animaux aussi divers que les paresseux, les rhinocéros, les dauphins, les éléphants, les tigres et les girafes, conservons dans notre génome des «fossiles moléculaires» hérités d'une époque où nos lointains ancêtres vivaient à l'ombre des dinosaures, se déplaçant sur le sol et dans les arbres à la recherche d'insectes.

 

Référence
Chitinase (CHIA) genes provide genomic footprints of a post-Cretaceous dietary radiation in plancetal mammals
, Christopher A. Emerling, Frédéric Delsuc et Michael W. Nachman. Science Advances, 16 mai 2018. DOI : 10.1126/sciadv.aar6478

Contact chercheur CNRS
Frédéric Delsuc | +33 (0)6 01 80 35 99 | +33 (0)4 67 14 39 64 | frederic.delsuc@umontpellier.fr | Institut des sciences de l’évolution de Montpellier (CNRS/Université de Montpellier/IRD/EPHE)

Contact presse CNRS
Juliette Dunglas | +33 (0)1 44 96 46 34 | juliette.dunglas@cnrs.fr

 

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