Faire son chemin dans le monde

TIL ORGANES d’un corps sont une division spatiale du travail, créée par différents gènes activés dans différentes cellules. Le même processus sert à donner aux vies individuelles une division du travail dans le temps. Les algues complexes, les animaux, les champignons et les plantes ont tous des histoires de vie prévisibles qui séparent trois aspects fondamentaux du développement – la création d’un individu autonome, la croissance et la reproduction – et les exécutent de manière séquentielle.

Chez certaines créatures, y compris les humains, le passage d’une phase à l’autre a une continuité évidente. Les œufs fécondés se transforment en fœtus, qui deviennent des bébés, qui se transforment en deux sortes différentes d’adultes, qui, entre eux, peuvent alors produire de nouveaux œufs fécondés. Chez d’autres animaux, les choses sont plus clairement rythmées. L’embryon qui grandit à l’intérieur d’un œuf de papillon se transforme en une série de chenilles qui grignotent les feuilles et muent, appelées stades. Le dernier de ces cocons se transforme en nymphe avant d’émerger, ailé et voltigeant, comme une imago dotée d’un tout nouveau jeu d’organes. Les plantes ont deux cycles biologiques distincts, qui alternent de génération en génération, bien que cela soit rarement évident pour les observateurs humains.

Une grande partie de la complexité ici est liée au sexe. La fission d’une bactérie ; le bourgeonnement d’une cellule de levure ; la croissance végétative d’un arbre poussant des rejets : chacun d’eux donne une descendance génétiquement identique à l’ancêtre et entre elles. Le sexe est clairement le début de quelque chose de nouveau : un nouvel individu avec un nouveau modèle génétique et un impératif darwinien égoïste qui peut le mettre en contradiction même avec ses frères et sœurs. Les individus asexués se lient souvent à des structures plus larges – des biofilms bactériens, des têtes de corail ou des forêts de trembles, par exemple. Les individus sexuels ne font presque jamais cela.

Dans la reproduction sexuée, chaque parent ne contribue qu’à la moitié du génome. Dans la reproduction asexuée, le génome entier peut être transmis. Pour ce qui est de l’explication du « gène égoïste » de la biologie, une stratégie qui transmet tous les gènes semble intrinsèquement plus attrayante qu’une stratégie dans laquelle la moitié d’entre eux est laissée pour compte. Le sexe doit donc apporter des avantages pour lesquels il vaut la peine de jeter la moitié d’un génome.

La croyance actuelle est que ceux-ci proviennent du mélange de gènes. En produisant des individus génétiquement nouveaux, le sexe pose un problème pour les parasites et les agents pathogènes et offre une flexibilité dans des circonstances changeantes. Ces avantages compensent son inefficacité. Caenorhabditis elegans, un ver nématode très apprécié dans les laboratoires de biologie, se reproduit de manière asexuée dans des environnements bénins mais commence à créer des mâles lorsque les choses se compliquent, afin de mélanger un peu les choses. Cela dit, des mystères subsistent – par exemple, les rotifères bdelloïdes, qui semblent avoir été exclusivement asexués pendant 25 millions d’années.

Une fois fécondé, un œuf d’animal se développe en un embryon, ou quelque chose d’équivalent. Le rôle d’un embryon est de préparer le terrain pour les développements ultérieurs. Elle produit ce que, dans la Silicon Valley, on pourrait appeler un produit minimum viable. Lorsqu’un embryon humain naît en tant que bébé, il contient déjà presque tous les organes que cet individu possédera jamais.

Cela se produit d’abord par la division répétée de l’œuf fécondé initial en de nombreuses cellules qui ont le potentiel de devenir n’importe quelle partie du corps. Puis, vers le 16e jour de développement, l’embryon se replie sur lui-même dans un processus appelé gastrulation. Cela voit le plan du corps commencer à prendre une forme physique, définissant la tête et la queue (car les embryons humains ont, en effet, des queues), la gauche et la droite, l’intérieur et l’extérieur.

Après la gastrulation, de plus en plus de lignées cellulaires voient leurs possibilités futures réduites, car les commutateurs moléculaires désactivent certains gènes et favorisent l’activité d’autres. Chaque lignée cellulaire est ainsi guidée le long d’un chemin qui conduit à sa spécialisation en tant que partie d’un organe. Quelques retardataires, appelés cellules souches, abandonnent ce voyage. Leur rôle est de générer, tout au long de la vie d’un individu, des remplacements de cellules mortes. Mais de nombreuses cellules spécialisées, en particulier dans les muscles et le système nerveux, durent toute une vie.

D’autres espèces ont des histoires similaires à raconter, mais pas identiques. Par exemple, un embryon de papillon développe non seulement les organes nécessaires pour devenir une chenille, mais aussi des packs de démarrage, appelés disques imaginaux, pour les organes qui seront nécessaires à l’âge adulte.

Pour la plupart des plantes, les choses sont plus complexes car il existe deux types de corps radicalement différents. C’est encore une division du travail, dans laquelle l’accouplement et la dispersion ont été séparés.

Les cellules des gamétophytes, le type de corps reproducteur, ont un seul complément de chromosomes, un état connu sous le nom d’« haploïde », qui est également observé dans les ovules et le sperme des animaux. C’est le processus de création de cellules haploïdes qui voit la moitié du génome de chaque parent détruite lors de la reproduction sexuée. Contrairement aux ovules et aux spermatozoïdes, cependant, ces cellules haploïdes peuvent se développer et se différencier, créant le corps du gamétophyte.

Une fois qu’il aura suffisamment grandi, un gamétophyte produira des œufs et des spermatozoïdes, qui se rencontreront et s’accoupleront, mettant en commun leurs chromosomes pour créer des individus «diploïdes» qui se développeront en un type de corps appelé sporophyte. Les sporophytes produisent des spores haploïdes, qu’ils cherchent souvent à distribuer le plus largement possible, une stratégie précieuse pour une créature stationnaire.

Chez les mousses, la plus grande des deux formes est le gamétophyte. Chez les fougères, c’est le sporophyte, bien que le gamétophyte soit encore visible à l’œil nu. Chez les plantes à fleurs, les choses sont allées plus loin encore, le stade gamétophyte étant essentiellement absorbé par le sporophyte. Les gamétophytes d’un chêne, par exemple, sont des additifs microscopiques au corps du sporophyte : les grains de pollen nés de ses chatons mâles et les sacs embryonnaires de ses fleurs femelles.

Chez les plantes à fleurs comme les chênes, la dispersion de la descendance est obtenue non pas par les spores haploïdes, mais plutôt par les sacs embryonnaires fécondés créant des graines contenant des embryons, qui, chez les chênes, sont appelées glands. L’embryon dans un gland manque de précurseurs de nombreux organes adultes. Les feuilles sont cultivées plus tard, au besoin, à partir de cellules souches appelées méristèmes. Mais il est équipé d’une racine et d’une tige naissantes, et possède également deux feuilles de stockage de nourriture, appelées cotylédons.

Une fois qu’un embryon est sorti de son ventre, de sa coquille d’œuf ou de sa graine, son objectif principal est de grandir. Chez les enfants, les larves, les gaules et même les jeunes gamétophytes et sporophytes de fougères, les ressources physiologiques se concentrent sur le développement de la taille et des compétences qui seront nécessaires pour prospérer dans le jeu d’accouplement et l’éducation des enfants qui s’ensuit, même si ce rôle se limite à l’accumulation de protéines. dans un gland.

Pour de nombreuses créatures, le stade de croissance est à première vue similaire à celui de l’adulte, mais juste plus petit. Le début de la puberté, aussi frappant que cela puisse être pour un humain, a peu d’effet sur le plan global du corps. Mais pour certains, notamment parmi les insectes, cela peut être étonnamment différent. La machine à manger spécialisée qu’est une chenille ou un asticot, par exemple, permet de stocker de l’énergie grâce à l’utilisation d’une niche écologique à laquelle l’adulte ne pourrait pas accéder.

Pour qu’un adulte se reproduise, et donc transmette ses gènes, il doit d’abord trouver un partenaire. Parfois, la découverte est effectuée directement par le spermatozoïde – les spermatozoïdes de fougère nagent des anthéridies dans lesquelles ils se forment, à travers des pellicules d’eau, à la recherche des archégones ovules d’autres gamétophytes. Parfois, cela est fait par les adultes, à travers des rituels de parade nuptiale ou des compétitions. De nombreuses plantes à fleurs exploitent un intermédiaire sous la forme d’un insecte pollinisateur, d’une chauve-souris ou d’un oiseau.

Rois temporaires

Un chêne porte ses premiers glands deux ou trois décennies après avoir germé, et peut continuer à le faire pendant des siècles. Un humain, après la puberté, peut s’attendre à des décennies de vie ultérieure. Beaucoup d’âges adultes, cependant, sont brefs. Un exemple extrême est l’éphémère, dont les imagos ne peuvent pas se nourrir et n’existent que pour s’accoupler et, s’ils sont femelles, pondent leurs œufs fécondés dans l’eau dont ils viennent de sortir.

Chez les animaux, les adultes des espèces à longue durée de vie s’occupent souvent de leur progéniture et parfois, dans une certaine mesure, de celle des autres aussi. Il est logique de collaborer avec un parent proche dans l’éducation des enfants, car leurs enfants porteront certains de vos gènes, mais cela peut également avoir du sens si les adultes ne sont pas apparentés, en particulier dans les situations où les faveurs sont réciproques. On pense que cet aspect social de l’éducation des enfants peut expliquer pourquoi chez quelques espèces – les humains et les épaulards sont des exemples notables – les adultes peuvent vivre assez longtemps après avoir cessé d’être capables de se reproduire.

Longue ou courte, cependant, toutes les vies vont de la même manière. Transmission des gènes du corps réalisée (ou non), l’individu lui-même n’a pas d’importance pour l’évolution. Cela explique pourquoi les individus ne vieillissent pas seulement, mais se détériorent. Ils ont évolué pour être jetés.

La mortalité inévitable signifie que les réparations et l’entretien du corps n’ont pas besoin d’être parfaits, en particulier si les ressources physiologiques nécessaires pour eux pourraient être mieux utilisées dans l’accouplement et la reproduction. Les dommages causés aux cellules du corps s’accumulent donc progressivement avec l’âge.

Pour les animaux, la transition de la vie à la mort, même lorsqu’elle n’est pas administrée par un prédateur, est rapide. L’interdépendance des organes d’un animal signifie que certaines défaillances, en particulier la défaillance du système circulatoire, sont presque instantanément fatales. Une grande plante, en revanche, peut mourir lentement, car elle n’a pas d’organes vitaux. Mourir, cependant, il le fera. Mais sa progéniture peut survivre, se fertiliser à nouveau avec d’autres de leur espèce. Les biologistes appellent ces ensembles d’organismes interfertiles des « espèces ». Le caractère glissant de ce concept apparemment simple est traité dans le prochain dossier de biologie. ■

Dans cette série sur les niveaux de la vie
1 Les grandes molécules de la biologie
2 Cellules et comment les alimenter
3 Fabriquer des orgues
4 L’histoire d’une vie*
5 Qu’est-ce qu’une espèce, au fait ?
6 Trouver des planètes vivantes

Cet article est paru dans la section Écoles brèves de l’édition imprimée sous le titre « Une danse sur la musique du temps »