L’étude des génomes révèle comment les ophiures se sont adaptées aux conditions extrêmes des eaux profondes
C’est dans les grands fonds marins que l’on obtient le meilleur aperçu des formes de vie les plus étranges sur Terre qui défient toute explication. Un large éventail d’invertébrés tente constamment de survivre et de prospérer dans un environnement marin extrême qu’aucune lumière ne pénètre, caractérisé par des températures glaciales et une pression hydrostatique écrasante. «Les grands fonds marins constituent l’écosystème le moins exploré de la planète, même s’ils couvrent plus de deux tiers de la surface de la Terre. Comprendre comment ce monde mystérieux et étranger des eaux profondes s’adapte à un environnement aussi extrême est une énigme importante de l’évolution», souligne Alexandra Weber, coordinatrice du projet DEEPADAPT, financé par l’UE, qui a bénéficié d’un financement au titre du programme Actions Marie Skłodowska-Curie. «Étonnamment, nous ne savons que peu de choses sur les mécanismes moléculaires qui sous-tendent l’adaptation animale aux eaux profondes. Combien de gènes sont impliqués dans l’adaptation et quels sont-ils? Quel est le degré d’évolution convergente entre des taxons vaguement apparentés?», s’interroge Alexandra Weber.
Le défi de l’étude des créatures des fonds marins
La boursière Marie-Curie s’est intéressée en particulier à la classe des Ophiuroidea. Cet élégant et magnifique groupe d’invertébrés marins est omniprésent dans les eaux profondes et varie en termes de forme, de taille et de couleurs. Les ophiures évoluent dans différents habitats des fonds marins, où elles sont souvent abondantes, ce qui démontre leurs importantes capacités d’adaptation. Mais malgré l’omniprésence de ces organismes dans les eaux profondes, comment les chercheurs peuvent-ils les étudier? «Toute étude d’observation ou d’expérimentation sur les fonds marins à une profondeur de 4 000 m comporte de nombreuses difficultés. Lorsque des organismes d’eaux profondes sont amenés à la surface, ils ne survivent pas au changement de pression et de température», explique Alexandra Weber. Les spécimens provenant de collections de musées ont permis de contourner cet obstacle et de réaliser des études sur les génomes qui ont facilité l’analyse détaillée de l’ADN des ophiures.
De nouvelles données sur la génomique évolutive des ophiures
DEEPADAPT s’est largement consacré au décryptage des mécanismes moléculaires de l’adaptation des ophiures aux grandes profondeurs. Pour étudier comment des familles d’ophiures vaguement apparentées ont indépendamment développé des caractéristiques similaires, Alexandra Weber a examiné l’évolution moléculaire de près de 400 gènes provenant de 700 espèces d’ophiures. Les résultats ont montré que la biogenèse des protéines (y compris le repliement et la traduction des protéines) est un mécanisme clé qui favorise l’adaptation aux fonds marins. Une analyse du séquençage du génome entier réalisée sur 80 espèces d’ophiures a révélé des indices sur les facteurs environnementaux, biologiques et génomiques qui affectent la taille du génome. Alexandra Weber a notamment découvert que les caractères biologiques des espèces des fonds marins, telles que leur longévité élevée et leur faible métabolisme, contribuent largement à accroître la taille de leur génome. En outre, la chercheuse a relevé que la taille du génome est influencée par des changements dans les séquences répétées qui surviennent dans différentes copies au sein du génome. Enfin, Alexandra Weber a réalisé une analyse du séquençage du génome entier sur 120 ophiures abyssales d’une espèce appelée Ophiosphalma armigerum afin de déterminer comment les gènes affectent leur adaptation locale. Ces spécimens provenaient de différentes régions de fonds marins du monde situées à des profondeurs de 2 500 à 4 000 m. DEEPADAPT a découvert les signatures d’un isolement reproductif chez des ophiures morphologiquement identiques appartenant à différentes espèces issues de la même région des fonds marins mais de profondeurs différentes. De plus, l’étude a révélé que des espèces étroitement apparentées présentaient des signatures d’hybridation, suggérant ainsi que les mécanismes d’isolement reproductif sont post-zygotiques, ce qui signifie qu’ils apparaissent après la fusion entre le sperme et l’ovule. «Les résultats du projet ont des implications importantes pour la biologie de l’évolution. En outre, ils peuvent nous aider à comprendre comment la diversité de la vie animale dans les eaux profondes pourrait faire face au changement climatique», conclut Alexandra Weber.
Mots‑clés
DEEPADAPT, ophiures, eaux profondes, adaptation, séquençage du génome entier, isolement reproductif, évolution convergente
