Imaginez une photo de vos arrière-grands-parents, grands-parents et parents côte à côte. Vous verriez une ressemblance, mais chaque génération serait distincte de ses prédécesseurs. Il s’agit du processus d’évolution dans sa forme la plus simple : la descente avec modification.
Au fil de nombreuses générations, un nombre impressionnant de modifications est possible. C’est ainsi que la diversité de la vie sur Terre est venu à être.
Cette idée, cependant, a longtemps été comprise à tort comme un chemin menant dans une seule direction vers des organismes « supérieurs » ou « meilleurs ». Par exemple, la célèbre illustration Time-Life de Rudolph Zallinger de 1965 « La route vers l’Homo Sapiens » montre les humains évoluant par étapes, depuis leurs ancêtres simiesques jusqu’à l’homme moderne.
En élargissant cette perspective au-delà des humains, les premières théories paléontologiques sur la vie ancienne soutenaient l’idée de orthogenèse, ou « évolution progressive« , dans lequel chaque génération d’une lignée a progressé vers des formes plus sophistiquées ou optimisées.
Mais évolution n’a pas de ligne d’arrivée. Il n’y a pas de but final, pas d’état final. Les organismes évoluent par sélection naturelle agissant à un moment géologique précis, ou simplement par dérive sans sélection forte dans aucune direction.
Dans une étude récemment publiée que j’ai réalisée avec Makaleh Smithalors stagiaire en recherche de premier cycle à l’Université Harvard et financé par la National Science Foundation, nous avons cherché à étudier si un modèle unidirectionnel d’évolution reproductive était toujours vrai dans plantes. Au contraire, nous avons constaté que chez de nombreux types de fougères – l’un des groupes de plantes les plus anciens sur Terre – l’évolution des stratégies de reproduction a été une rue à double sensles plantes évoluant parfois « à rebours » vers des formes moins spécialisées.
Le chemin de l’évolution n’est pas linéaire
Les pressions de sélection peuvent changer en un clin d’œil et orienter l’évolution dans des directions inattendues.
Prendre dinosaures et mammifèrespar exemple. Pendant plus de 150 millions d’années, les dinosaures ont exercé une forte pression de sélection sur les mammifères du Jurassique, qui ont dû rester petits et vivre sous terre pour éviter d’être chassés jusqu’à l’extinction.
Puis, il y a environ 66 millions d’années, le Astéroïde Chicxulub anéanti la plupart des dinosaures non aviaires. Soudain, les petits mammifères ont été libérés de leur forte pression de sélection prédatrice et ont pu vivre à la surface, à terme. évoluer vers des formes plus grandesy compris les humains.
En 1893, le paléontologue belge Louis Dollo a introduit l’idée qu’une fois qu’un organisme progresse jusqu’à un certain point, il ne revient pas à un état antérieur de la manière exacte dont il a évolué – même s’il rencontre des conditions identiques à celles qu’il a connues autrefois. La loi de Dollocomme on l’a appris, implique que la spécialisation est en grande partie une voie à sens unique, les organismes accumulant des couches de complexité qui rendent impossible l’évolution vers l’arrière.
Alors que la loi de Dollo a été critiquéet son idée originale a largement disparu du discours populaire, cette perspective influence encore aujourd’hui certains aspects de la biologie.
Les plantes et la marche du progrès
Les musées décrivent souvent l’évolution des animaux comme une progression en ligne droite vers des étapes supérieuresmais ce ne sont pas les seules sources de ce récit. Il apparaît également dans l’enseignement sur l’évolution de la reproduction chez les plantes.
Les premières plantes vasculaires – celles dont les tissus peuvent déplacer l’eau et les minéraux dans toute la plante – avaient structures sans feuilles et ressemblant à des tiges appelées télomesavec des capsules à leurs extrémités appelées sporanges qui produisent des spores. Les télomes accomplissaient les deux tâches principales des plantes : convertir la lumière du soleil en énergie par la photosynthèse et libérer des spores pour produire de nouvelles plantes.
Les archives fossiles montrent qu’au fil du temps, les plantes ont développé des structures plus spécialisées qui divisent ces fonctions reproductrices et photosynthétiques. Parcourir les lignées végétales, de Lycophytes porteurs de spores des fougères aux plantes à fleurs, la reproduction devient de plus en plus spécialisée. En effet, la fleur est souvent représentée comme le but ultime de l’évolution botanique.
Dans le règne végétal, une fois que les espèces ont développé des structures de reproduction telles que des graines, des cônes et des fleurs, elles ne sont pas revenues à des formes plus simples et indifférenciées. Ce modèle soutient une augmentation progressive de la complexité reproductive. Mais les fougères constituent une exception importante.
En évolution, mais pas toujours en avant
Les fougères ont plusieurs stratégies de reproduction. La plupart des espèces combinent le développement de spores et la photosynthèse sur un seul type de feuille – une stratégie appelée monomorphisme. D’autres séparent ces fonctions pour avoir un type de feuille pour la photosynthèse et un autre pour la reproduction – une stratégie appelée dimorphisme.
Si les modèles de spécialisation observés largement parmi les plantes étaient universels, nous nous attendrions à ce qu’une fois qu’une lignée de fougères ait développé un dimorphisme, elle ne puisse pas changer de cap et revenir au monomorphisme. Cependant, en utilisant des collections d’histoire naturelle et des algorithmes pour estimer l’évolution des fougères, Smith et moi avons trouvé des exceptions à ce modèle.
Au sein d’une famille connue sous le nom fougères en chaîne (Blechnaceae)nous avons trouvé plusieurs cas dans lesquels des plantes avaient développé un dimorphisme hautement spécialisé, mais étaient ensuite revenues à la forme plus générale de monomorphisme.
Le manque de graines donne de la flexibilité aux fougères
Pourquoi les fougères pourraient-elles avoir des stratégies de reproduction si flexibles ? La réponse réside dans ce qui leur manque : des graines, des fleurs et des fruits. Cela les distingue des plus de 350 000 espèces de plantes à graines vivant aujourd’hui sur Terre.
Imaginez que vous prenez une feuille de fougère fertile, que vous la rétrécissez et que vous l’enveloppez étroitement dans une petite pastille. C’est essentiellement ce qu’est une graine non fécondée : une feuille de fougère dimorphe hautement modifiée, dans une capsule.
Les graines ne sont qu’une structure hautement spécialisée dans une suite de traits reproductifs, chacun s’appuyant sur le dernier, créant une forme si spécifique que l’inversion devient presque impossible. Mais comme les fougères vivantes n’ont pas de graines, elles peuvent modifier l’endroit où elles placent leurs structures productrices de spores sur leurs feuilles.
Nos résultats suggèrent que toutes les spécialisations reproductives des plantes ne sont pas irréversibles. Au lieu de cela, cela peut dépendre du nombre de niveaux de spécialisation que les usines ont acquis au fil du temps.
Dans le monde d’aujourd’hui en évolution rapide, il pourrait être important de savoir quels organismes ou quels traits sont « verrouillés » pour prédire comment les espèces réagissent aux nouveaux défis environnementaux et aux changements d’habitat imposés par l’homme.
Les organismes qui ont évolué sur des voies « à sens unique » peuvent manquer de flexibilité pour répondre aux nouvelles pressions de sélection de manière particulière et doivent trouver de nouvelles stratégies pour changer. Dans des lignées telles que les fougères, les espèces peuvent conserver leur capacité à « évoluer vers l’arrière », même après spécialisation.
En fin de compte, notre étude souligne une leçon fondamentale de la biologie évolutive : Il n’y a pas de direction « correcte » dans l’évolutionpas de marche vers un objectif final. Les voies évolutives ressemblent davantage à des toiles enchevêtrées, avec certaines branches divergentes, d’autres convergentes et certaines reviennent même sur elles-mêmes.
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