Une expérience légendaire débutée en 1988 suggère que l’évolution est prévisible | Science

Les fanatiques convaincus qu’un dieu a créé le monde tel qu’il est – les soi-disant créationnistes – ont violemment attaqué Richard Lenski. En 1988, ce biologiste américain se lance dans l’une des expériences les plus audacieuses de l’histoire. commencé à cultiver 12 populations de bactéries identiques dans des conteneurs indépendants, pour observer de première main son évolution. Le projet devait durer quelques mois, mais ses résultats ont été si étonnants que l’équipe de Lenski, de la Michigan State University, prend soin de ses microbes au quotidien depuis plus de 35 ans. Il existe environ 75 000 générations, soit l’équivalent de voir la transformation de la lignée humaine sur plus d’un million et demi d’années. Le biologiste espagnol Alexandre Coucé et ses collègues se sont immergés dans le micromonde de Lenski et sont parvenus à une conclusion extraordinaire : « L’évolution peut être prévisible à court terme. »

Couce, né dans la ville d’Irixoa à La Corogne il y a 42 ans, cite une célèbre expérience de pensée proposée par le paléontologue Stephen Jay Gould dans son livre La vie merveilleuse, de 1989. Si vous pouviez revenir en arrière sur ce qui s’est passé sur la surface de la Terre il y a des centaines de millions d’années et recommencer, la même chose se produirait-elle ? Des êtres bipèdes intelligents capables d’écrire réapparaîtraient-ils ? Don Quichotte? Des girafes et des papillons apparaîtraient-ils ? La grande question de Gould était de savoir si l’évolution dépend du hasard ou si elle est déterminée.

Le travail de Lenski depuis 1988 est titanesque. La bactérie cultivée est Escherichia coli, présent dans les intestins humains. Près de sept générations vivent en un seul jour. Les scientifiques doivent changer de milieu de culture chaque jour, que ce soit pendant les vacances, le week-end ou les vacances d’été. Les 12 populations ont vécu pendant tout ce temps essentiellement d’eau, de sels et de glucose, mais le résultat est étonnamment différent dans les 12 récipients. Dans la génération 31 500, une des colonies appris un se nourrir de citrate de sodium, un des ingrédients de son milieu de culture, jusqu’alors répudié par ce type de bactéries. De facto, une nouvelle espèce est apparue, mais seulement dans une des 12 jarres.

Lenski a patiemment conservé des échantillons congelés de ses bactéries toutes les 500 générations. Dans ses chambres froides, il est possible d’explorer ce qui s’est passé depuis 1988 et quelque chose d’encore plus ambitieux et presque philosophique : analyser si tout aurait pu se passer différemment. Couce, de la Universidad Politécnica de Madrid, explica que su equipo pidió a Lenski microbios de diferentes generaciones, con el fin de descongelarlos, multiplicarlos y probar en ellos cientos de miles de mutaciones, una a una, para analizar el efecto de cada una de elles.

« Si l’on remonte il y a 75 000 générations humaines, il y a 1,5 million d’années, il n’y avait toujours pas de Un homme sage. Ce que nous avons fait équivaudrait à prendre un Homme deboutfaites toutes les mutations possibles dans tous leurs gènes et demandez-vous si ces mutations vont donner naissance à un Néandertalien, au homo prédécesseur d’Atapuerca ou Un homme sage», dit Couce. Son équipe, dit-il, a pu prédire « jusqu’à 75 % des premières étapes d’adaptation » des bactéries. Leurs résultats sont publiés ce jeudi dans le magazine Scienceavant-garde de la meilleure science mondiale.

Lenski lui-même, co-auteur de la nouvelle étude, se montre prudent. Leur expérience maintient jour après jour les mêmes conditions entièrement contrôlées depuis 1988, quelque chose de très différent de ce qui se passe sur la planète Terre, soumise aux changements climatiques, aux météorites, aux éruptions solaires et à une quantité inimaginable d’interactions entre les êtres vivants. « Je suis enthousiasmé par ces nouveaux résultats, mais la science est encore loin de pouvoir prédire l’évolution d’un monde naturel vaste et complexe. Quoi qu’il en soit, c’est ainsi que fonctionne habituellement la science : avancer progressivement, sans tout résoudre d’un coup », explique Lenski, qui a participé aux recherches de attaques à l’anthrax — ce qu’on appelle l’anthrax — après les attentats du 11 septembre 2001 aux États-Unis.

L’énigme de Gould ne trouvera probablement jamais de réponse. « Ces nouvelles données, ainsi que d’autres résultats de l’expérience que j’ai commencée en 1988, montrent que, même dans ces conditions simples, l’évolution produit un mélange riche et fascinant de prévisible et d’imprévisible. Je soupçonne que la même chose se produit lorsque l’évolution est étendue à la grande échelle planétaire à laquelle pensait Gould », explique Lenski.

Couce explique que son équipe a appliqué de nouvelles techniques massives de génie génétique à ce que l’on appelle Expérience d’évolution à long terme. Le biologiste espagnol estime que ses résultats lui permettent de « rêver » de faire des prédictions concrètes sur l’évolution des pathogènes et des ravageurs, comme cela se fait déjà avec le climat. “Ce travail ouvre la porte à la prédiction de ce qui est important pour qu’un nouveau virus passe du pangolin et s’adapte à l’homme”, se félicite-t-il.

Le microbiologiste Sara Hernando Amado salue « l’idée géniale » d’Alejandro Couce et de ses collègues. “Non seulement ils soulèvent l’une des questions les plus intéressantes qui puissent être posées en biologie – s’il est possible de prédire l’évolution – mais ils nous amènent également à une question clé pour résoudre l’un des plus grands défis de santé auxquels nous sommes confrontés : est-il possible pour prédire l’émergence d’une résistance aux antibiotiques chez les bactéries pathogènes ? », explique le chercheur du Centre national de biotechnologie de Madrid. «Nous disposons d’un outil, la connaissance évolutive, qui peut nous permettre d’arrêter ou de ralentir l’émergence de résistances liées à l’utilisation des antibiotiques, simplement en les choisissant mieux», souligne Hernando Amado.

Le microbiologiste Jerónimo Rodríguez Beltrán Il salue également la nouvelle étude, à laquelle il n’a pas participé. « Cela montre que, au moins en laboratoire, l’évolution est dans une certaine mesure prévisible. Tant que les conditions restent constantes, la bande de la vie jouerait la même chanson. Au moins les premiers accords », explique le chercheur de l’Institut de recherche en santé Ramón y Cajal, à Madrid. “Il s’agit d’une découverte extrêmement importante, car elle ouvre la porte à la prévision de l’évolution bactérienne, qui a des applications dans des domaines aussi divers que la biotechnologie, où les bactéries sont utilisées pour produire des composés d’intérêt, ou la médecine, dans laquelle les bactéries résistantes aux antibiotiques atteignent un prévalence alarmante », ajoute-t-il.

Un rapport préparé pour le gouvernement britannique avertissait en 2016 que les microbes résistants aux médicaments – en particulier les bactéries – étaient déjà en train de tuer. à 700 000 personnes chaque année dans le monde. Selon le document, les décès dus à cette cause pourraient atteindre 10 millions en 2050, soit plus que ceux causés par le cancer. Rodríguez Beltrán souligne que les nouvelles données ne sont valables que pour les bactéries qui n’échangent pas de matériel génétique entre elles, un phénomène très courant chez d’autres microbes et qui est à l’origine de la propagation de la résistance aux antibiotiques. Le microbiologiste se montre cependant optimiste : « Les résultats de ces travaux donnent un coup de pouce aux scientifiques qui tentent de prédire l’émergence de bactéries multirésistantes : ils nous disent que c’est possible. « Qu’il y a de la lumière au bout du tunnel. »

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