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Sciences

Aux origines du monde: pourquoi le sexe?

En s’accouplant, on ne transmet que la moitié de nosgènes. Mais pour­­quoi la nature n’a-t-elle pas opté pour la repro­duction en solo, plus simple et doublement efficace? Le mystère intriguait déjà Darwin.
25-07-2013

Transmettre ses gènes. Ces trois mots résument nos existences. Tout ce que chaque être vivant fait pour se nourrir, échapper aux prédateurs ou combattre les maladies converge vers une seule obses­sion: survivre assez longtemps pour se reproduire.

Bien que peu romantique et légèrement réductrice, cette théorie évolutionniste prévaut toujours. Et pourtant, elle se heurte à un obstacle de taille. Elle n’explique pas l’existence du sexe, car n’en déplaise aux amoureux transis, la reproduction n’a nullement besoin du sexe.

«Le sexe est un paradoxe. On se de­mande pourquoi l’évolution n’a pas éliminé d’emblée la reproduction sexuée», résume Luc-Alain Giraldeau, vice-doyen à la recherche et professeur au département des sciences biologiques de l’Université du Québec à Montréal. Surtout que la sexua­lité coûte cher à ceux qui s’y adonnent. En se reproduisant, un individu sexué transmet seulement 50% de son génome à son descendant. Du point de vue évolutif, ce sacrifice, appelé le «coût du sexe», est énorme. «Le but de la reproduction est de transmettre ses gènes. Renoncer à la moitié d’entre eux n’a pas de sens», ajoute le biologiste.

Le mystère du sexe

Déjà, au XIXe siècle, Darwin fronçait les sourcils en pensant au sexe. «Il n’y a pas de plus grand mystère au monde, me semble-t-il, que l’existence des sexes, particulièrement depuis la découverte de la parthénogénèse», écrivait-il à l’un de ses amis botanistes.

Son interrogation demeure. Pourquoi, en effet, se reproduire à deux quand on pourrait très bien y arriver tout seul?

Cette parthénogénèse dont parle Darwin une forme de clonage que pratiquent de nombreux insectes comme les fourmis les pucerons, mais aussi des reptiles et des amphibiens. Les lézards à queue de fouet, découverts dans les années 1960 au sud des États-Unis, en sont l’exemple le plus célèbre. Tous les individus sont sans exception des femelles.

Nul besoin de mâles, puisqu’elles se reproduisent en pondant des œufs non fécondés, qui sont en fait des copies d’elles-mêmes. Cette reproduction est extrêmement efficace. Non seulement l’individu transmet l’intégralité de ses gènes à sa progéniture mais, en plus, il se multiplie très vite. Puisqu’une femelle n’engendre que des femelles, elle aura, en l’espace de 10 générations, 1 000 fois plus de descendants qu’une femelle sexuée, laquelle produit autant de mâles que de femelles.

Bref, la parthénogénèse est rapide, directe et rentable. Et pourtant, la nature préfère le sexe.

Mises à part les bactéries, la quasi totalité des plantes, champignons et animaux (soit le groupe des eucaryotes) s’envoient en l’air, unissant leurs gamètes pour créer un nouvel être unique.

La nature préfère le sexe

«Le sexe est omniprésent, il se retrouve chez plus de 99,9% des eucaryotes. Dans ce groupe, de nombreuses espèces peuvent se reproduire aussi de façon asexuée, mais elles gardent la  capacité de s’accoupler de temps en temps», explique Sally Otto, biologiste à l’université de Colombie-Britannique, membre de l’Académie nationale des sciences aux États-Unis et renommée théoricienne de l’évolution.

Même les lézards à queue de fouet, qui ne voient jamais de mâle, descendent directement d’ancêtres adeptes de la reproduction sexuée. D’ailleurs, ces femelles ont encore besoin de se monter dessus en imitant un accouplement pour déclencher leur parthénogenèse. « Jusqu’à il y a une dizaine d’années, les biologistes pensaient qu’il y avait des lignées d’animaux asexués ancestrales qui n’avaient pas encore acquis la reproduction sexuée. En fait, on réalise que c’est le contraire : aucune de ces lignées n’est ancestrale. Elles descendent toutes d’ancêtres sexués et ont “perdu” leur  pratique sexuelle », précise Sally Otto.

Les récents travaux du biologiste John Logsdon, de l’université de l’Iowa aux États-Unis, confirment cette thèse. Le chercheur s’intéresse aux gènes qui contrôlent la méiose, c’est-à-dire le processus qui permet aux cellules sexuelles de diviser par deux leur matériel génétique dans le but de créer des  spermatozoïdes et des ovules pouvant fusionner. Lorsque les gènes de la méiose sont présents dans un organisme, il y a fort à parier que celui-ci est capable de sexe.

En 2005, John Logsdon s’est penché sur le cas de Giardia intestinalis, un parasite responsable de diarrhées chez l’homme, considéré comme un eucaryote ancestral, apparu il y a environ 2 milliards d’années.

Étudiés depuis plus d’un siècle, les Giardia se multiplient de façon asexuée.Or, Logsdon a découvert qu’ils possèdent malgré tout des gènes de méiose, autrement dit, un jeu d’outils les rendant aptes à la reproduction sexuée. Voilà qui ne laisse aucun doute. «Le sexe est apparu très tôt, il y a un ou deux milliards d’années, dans l’évolution des eucaryotes», affirme Sally Otto. En d’autres termes, le sexe est bel et bien une tradition primitive, une «évidence» biologique originelle! Depuis, plantes comme animaux se livrent sans relâche à cette activité, rivalisant de stratagèmes pour trouver des partenaires sexuels, les séduire et les conquérir, quitte pour cela à arborer d’encombrants ornements censés stimuler le désir ou à se battre férocement, même jusqu’à la mort.

Pour quel avantage?

Pourquoi tout ça? Le sexe conférerait un avantage important, qui éclipse tout le reste et lui permet de se maintenir au fil des âges. Mais lequel? Depuis 40 ans, une vingtaine de théories ont été avancées pour comprendre ce qui justifie le «coût du sexe», décrit pour la première fois en 1982 par le professeur Graham Bell de l’Université McGill, à Montréal. Aucune d’elles ne  prouve toutefois de façon formelle que les avantages du sexe compensent vraiment ce coût. Et toutes, à quelques nuances près, mettent en avant le fait que le sexe permet, en mélangeant les génomes, de créer une incroyable diversité.

De quoi aider les organismes à s’adapter mieux et plus vite aux changements de l’environnement ou aux attaques des  parasites. «C’est probablement vrai, souligne Sally Otto, et la plupart des résultats expérimentaux vont dans ce sens.» Mais – car il y a un mais –, rien n’est simple en matière de sélection naturelle. Il s’avère que le sexe ne crée pas toujours de la diversité – à l’inverse, il peut uniformiser certains caractères – et que, même lorsqu’il en crée, la diversité n’est pas toujours bénéfique pour les descendants.

«Les parents qui ont survécu assez longtemps pour se reproduire ont généralement des génomes bien adaptés à l’environnement, écrit Sally Otto dans un article publié en 2008 par Nature Education. Le fait de mélanger sexuellement deux génomes adaptés n’offre aucune garantie que le nouveau génome fonctionnera aussi bien que celui des parents.»

« Nettoyer » les mutations

Parallèlement, les théories stipulent que le sexe permet aussi d’éliminer les mutations néfastes qui s’accumulent spontanément au cours des divisions de cellules, comme autant d’erreurs de recopiage du code génétique. Les gènes étant juxtaposés sur la longue molécule d’ADN, certains «bons» gènes se trouvent inévitablement, au gré de l’évolution, collés à des gènes mutés. Lorsque ces bons gènes sont sélectionnés et transmis d’une génération à l’autre, les mauvais y restent malencontreusement attachés. C’est ce qui expliquerait pourquoi, chez les asexués, les défauts s’accumulent plus rapidement, comme l’a confirmé en 2006 une étude publiée dans Science par des chercheurs de l’université de l’Indiana.

Ces derniers ont étudié des puces d’eau, petits crustacés qui peuvent se reproduire de façon soit sexuée, soit asexuée (certaines lignées ayant perdu les gènes de la méiose). En comparant 14 populations asexuées et 14 populations sexuées, les chercheurs ont découvert que les premières présentaient 4 fois plus de mutations génétiques potentiellement gênantes que les lignées sexuées. De quoi mener, à terme, les asexués à leur perte. En effet, à l’instar des lézards à queue de fouet,
les lignées animales asexuées actuelles sont toutes récentes à l’échelle de l’évolution. Celles qui sont apparues auparavant se sont déjà éteintes, faute de renouvellement génétique.

«Sans sexe, le génome reste coincé dans des configurations médiocres, où les bons gènes côtoient les mauvais. Le sexe permet de recombiner les gènes de façon phénoménale au fil des générations», conclut Sally Otto.

La seule option possible?

C’est en utilisant des modèles mathématiques que cette chercheuse essaie de comprendre pourquoi le sexe existe. Ce travail lui a valu en 2011 le Prix MacArthur, le fameux « prix des génies » de 500 000 $ octroyé par la prestigieuse fondation américaine éponyme, qui récompense chaque année les scientifiques se distinguant par leur «exceptionnelle créativité».

En jouant avec les chiffres et en faisant varier les pressions de sélection – c’est-à-dire les contraintes environnementales –, Sally Otto croit ainsi avoir démontré que, dans certaines conditions, le sexe est la seule option reproductive possible.

«Jusqu’ici, les modélisations n’étaient pas concluantes, car elles se fondaient sur des populations infinies. Dans ce cas, toutes les variations pourraient exister, et le sexe n’aurait pas lieu d’être. Idem dans le cas d’un monde statique et homogène. Mais dans des populations dont l’effectif est restreint et dont le milieu change, le sexe est la seule façon d’explorer l’immense éventail des variations permises par nos génomes», explique Sally Otto avec son article The Evolutionary Enigma of Sex, paru en 2009 dans The American Naturalist.

On l’aura compris, le sexe est loin d’avoir livré tous ses secrets. Il n’a pas fini d’intriguer biologistes, évolutionnistes,  éthologues et philosophes, qui tentent encore de comprendre ce que Darwin désignait en 1862 comme un sujet hidden in
darkness
, plongé dans les ténèbres.

 

Article paru dans le cadre du dossier Spécial sexe!

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