L’hémoglobine provient d’un gène unique transmis aux animaux par un ancêtre commun

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L’hémoglobine (Hb) est une protéine présente dans le sang des vertébrés ayant pour fonction de transporter l’oxygène depuis le système respiratoire vers le reste de l’organisme. Cette protéine est présente chez plus d’un million d’espèces différentes de bilatériens, tant et si bien que les biologistes ont longtemps pensé que le gène codant pour l’hémoglobine était apparu plusieurs fois au cours de l’évolution. Cependant, des travaux récents ont montré que ce gène était en réalité un gène unique transmis aux animaux bilatériens par leur ancêtre commun.

En étudiant le ver marin Platynereis dumerilii (un animal dont les gènes ont évolué extrêmement lentement), des chercheurs ont montré que si l’hémoglobine est apparue indépendamment chez plusieurs espèces d’animaux, elle descend en fait d’un seul gène transmis à tous par leur dernier ancêtre commun. Ces résultats ont été publiés dans la revue BMC Evolutionary Biology.

La couleur rouge du sang provient de l’hémoglobine, une protéine complexe spécialisée dans le transport de l’oxygène présent dans le système circulatoire des vertébrés, mais aussi dans les annélides (une famille de vers dont les membres les plus connus sont les vers de terre), les mollusques (notamment les escargots d’étang) et les crustacés (comme les daphnies). On pensait que pour que l’hémoglobine soit apparue dans des espèces aussi diverses, elle devait avoir été « inventée » plusieurs fois au cours de l’évolution.

Hémoglobine chez les animaux : elle est issue d’un même gène ancestral

Mais des recherches récentes ont montré que toutes ces hémoglobines nées « indépendamment » dérivent en fait d’un seul gène ancestral. Platynereis d. est considéré comme un animal qui a évolué lentement, car ses caractéristiques génétiques sont proches de celles de l’ancêtre marin de la plupart des animaux, Urbilateria. L’étude de ces vers en les comparant à d’autres espèces à sang rouge a permis de remonter aux origines des hémoglobines.

graphique type pigment respiratoire animaux
Graphique présentant le type de segment respiratoire et de système respiratoire dans l’arbre des métazoaires. L’hémoglobine est indiquée en rouge (HG). ©

La recherche s’est concentrée sur la grande famille à laquelle appartiennent les hémoglobines : les globines, des protéines présentes dans presque tous les êtres vivants qui « stockent » des gaz comme l’oxygène et l’oxyde nitrique. Mais les globines agissent généralement à l’intérieur des cellules car elles ne circulent pas dans le sang comme l’hémoglobine.

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Ces travaux montrent que chez toutes les espèces à sang rouge, c’est le même gène qui produit une globine appelée « cytoglobine » qui a évolué indépendamment pour devenir un gène codant pour l’hémoglobine. Cette nouvelle molécule en circulation a rendu le transport de l’oxygène plus efficace chez leurs ancêtres, qui sont devenus plus gros et plus actifs. Les auteurs veulent maintenant changer d’échelle et poursuivre ce travail en étudiant quand et comment les différentes cellules spécialisées des systèmes vasculaires bilatéraux sont apparues.

Sources : BMC Evolutionary Biology

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