Depuis le début du vingtième siècle, les zoologistes partent à l’aube des stations marines côtières pour tamiser des vers de la taille d’un grain de poivre dans la boue des fonds marins. Ces créatures, appelées acoëls, ressemblent souvent à de banales taches de peinture lorsqu’on les observe au microscope. Mais elles représentent une étape cruciale de l’évolution animale – la transition, il y a quelque 560 millions d’années, d’organismes simples ressemblant à des anémones au zoo de créatures complexes qui peuplent le monde d’aujourd’hui.

Il existe environ 370 espèces d’acoel, qui doit son nom à l’absence de cœlom – la cavité corporelle remplie de liquide qui contient les organes internes chez les animaux plus complexes. Les acoëls n’ont également qu’un seul trou pour manger et excréter, comme les cnidaires, un groupe d’animaux plus anciens dans l’évolution qui comprend les méduses et les anémones de mer. Mais contrairement aux cnidaires, plus simples, qui ne possèdent qu’une couche de tissu interne et externe, les anguilles possèdent une troisième couche de tissu, intermédiaire. C’est la disposition que l’on retrouve chez tout, des scorpions aux calmars en passant par les phoques, ce qui suggère que les acoels représentent une forme intermédiaire.

Cette hypothèse a bénéficié d’un soutien considérable ces dernières années, mais un rapport publié dans Nature cette semaine1 amène les scientifiques à repenser l’intrigue. L’étude d’une équipe internationale de chercheurs, qui a utilisé de nouvelles techniques d’analyse et de nouvelles données, retire les vers acoel de leur position près du tronc de l’évolution animale et les place plutôt plus près des vertébrés (voir ‘Vues concurrentes de l’évolution animale’).

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Ce réarrangement a déclenché les protestations des biologistes évolutionnistes, qui s’alarment de perdre leur exemple clé de ce stade intermédiaire crucial de l’évolution animale. Certains chercheurs se plaignent que les preuves ne sont pas assez solides pour justifier un réarrangement aussi spectaculaire de l’arbre de l’évolution, et affirment que le rapport omet des données essentielles. Quoi qu’il en soit, la véhémence du débat montre à quel point ces vers sont devenus importants en biologie de l’évolution.

« Je dirai, diplomatiquement, que c’est le document le plus politiquement tendu que j’ai jamais écrit », déclare Max Telford, zoologiste à l’University College London et dernier auteur du document.

Le débat porte sur la place des acoels dans l’arbre généalogique des bilatériens, des animaux à trois couches et à symétrie bilatérale. Les biologistes divisent ces animaux en deux branches. Le groupe le plus important, appelé protostomes, contient des invertébrés tels que les vers de terre, les calmars, les escargots et les insectes. Le plus petit groupe, appelé deutérostomes, comprend à la fois des vertébrés et des invertébrés, comme les oursins, les humains et les poissons.

Les zoologistes ont généralement placé les acoels sur la branche la plus ancienne des bilatériens – avant la scission entre les protostomes et les deutérostomes – parce que les vers manquent tellement de caractéristiques clés, comme une bouche et un anus séparés, un système nerveux central et des organes pour filtrer les déchets. Bien que la position des acoëls ait quelque peu changé au fil des décennies, une analyse de l’ADN en 1999 (réf. 2) et plusieurs autres depuis lors les ont replacés à leur place antérieure. En particulier, une étude génétique de 94 organismes réalisée en 2009 a confirmé la conclusion selon laquelle les acoels appartenaient à la base même des bilatériens3. Cette étude, dirigée par Andreas Hejnol, biologiste du développement au Centre international de biologie moléculaire marine de Sars à Bergen, en Norvège, a confirmé que les acoels et leurs semblables occupaient une place intermédiaire entre les cnidaires et les bilatériens plus complexes.

« J’ai soudain eu le sentiment que tout s’était finalement mis en place », déclare Claus Nielsen, biologiste de l’évolution au Musée d’histoire naturelle du Danemark, qui a suivi les acoels pendant 40 ans dans leurs pérégrinations sur l’arbre de la vie.

Secouer l’arbre

Mais l’étude de Telford et de ses collègues1 a de nouveau secoué l’arbre et placé les acoels dans les branches des deutérostomes, à côté des échinodermes (qui comprennent les oursins) et des vers de gland. Leurs analyses génétiques suggèrent que les acoels – et un ver marin nommé Xenoturbella – descendent d’un ancêtre plus complexe et ont perdu de nombreuses caractéristiques observées chez les autres deutérostomes.

Les chercheurs ont utilisé plusieurs approches et examiné trois ensembles de données indépendants pour parvenir à leurs conclusions. Tout d’abord, ils ont réanalysé les données de l’étude de Hejnol de 20093, en utilisant 66 espèces au lieu de 94. Hervé Philippe, bioinformaticien à l’Université de Montréal (Québec, Canada) et premier auteur de l’article paru dans Nature1, explique que l’équipe a supprimé les espèces pour lesquelles les données génétiques étaient incomplètes ou qui évoluaient rapidement, c’est-à-dire que certains de leurs gènes avaient subi de nombreuses modifications par rapport aux gènes de groupes d’animaux apparus à la même époque. Les programmes informatiques phylogénétiques ont un problème bien connu avec ce type d’espèces et ont tendance à les regrouper même si elles ne sont pas apparentées.

Philippe et ses collaborateurs ont utilisé un modèle mathématique plus sophistiqué pour analyser l’évolution des séquences, ce qui a permis de minimiser ce problème. Sans ce modèle et une sélection attentive des espèces, dit Philippe, les acoëls peuvent tomber à la base de l’arbre animal.

Après avoir analysé les séquences de l’ADN nucléaire, le groupe a fait un arbre évolutif séparé basé sur les gènes des mitochondries. Ils ont également étudié les microARN, qui régulent l’expression des gènes mais ne codent pas pour des protéines. Selon le co-auteur Kevin Peterson, paléontologue au Dartmouth College de Hanover, dans le New Hampshire, les micro-ARN sont particulièrement utiles pour étudier les relations évolutives profondes. L’équipe a découvert que les acoels possèdent un type de microARN connu pour être spécifique aux deutérostomes, ce qui suggère qu’ils sont apparentés.

Les auteurs reconnaissent qu’aucun ensemble de données unique ne vient étayer la thèse du placement des acoels au sein des deutérostomes. Mais pris ensemble, dit Telford, « le fait que nos preuves pointent dans la même direction me fait penser que c’est juste ».

Si les acoels s’inscrivent bien dans les deutérostomes, les vers doivent avoir évolué à partir d’un ancêtre doté d’un système nerveux central, d’une cavité corporelle et d’un intestin traversant qui reliait un anus et une bouche – des caractéristiques observées chez les deutérostomes existants. Les chercheurs devraient donc expliquer comment les acoels et les Xenoturbella ont perdu ces caractéristiques et d’autres encore. Ils devraient également rechercher une autre lignée d’apparence primitive qui représente l’étape évolutive entre les animaux ressemblant à des méduses et les bilatériens. (Si tant est qu’il en existe une. Peterson dit que de nombreuses caractéristiques complexes peuvent avoir émergé en une seule fois.)

Certains chercheurs ne sont pas prêts à abandonner les vieilles idées sur la place des acoels. « Je suis triste de leur papier, mais je ne suis pas contrarié », dit Hejnol. « Je serais contrarié si leur analyse était excellente et que cela signifiait que nous avons perdu un animal représentatif pour combler une transition importante dans l’arbre de la vie. »

Hejnol et ses collègues ont des doutes sur la fiabilité de l’arbre que Telford et son équipe ont construit à partir des gènes nucléaires, qui constituent leur principale preuve. Les critiques disent que les branches clés de l’arbre ne sont pas aussi statistiquement fortes qu’elles devraient l’être.

Pour cette raison, Brian O’Meara, un phylogénéticien de l’Université du Tennessee à Knoxville, qualifie le nouvel arbre de « suggestif, mais pas définitif ».

L’étude a également été critiquée pour avoir omis des données qui, selon certains scientifiques, auraient affaibli les conclusions des chercheurs. Un auteur de l’article avait déjà analysé une espèce de ver étroitement liée aux acoels, connue sous le nom de Meara stichopi, et n’avait pas trouvé de microARN deutérostome. Mais les auteurs défendent leur décision de ne pas inclure M. stichopi dans leur analyse des microARN en raison de préoccupations concernant la qualité de ces données.

En outre, tout le monde n’est pas convaincu par la puissance de l’analyse des microARN, qui n’a été adoptée que récemment pour les études sur l’évolution. Ce rapport marque l’apparition la plus médiatisée de la méthode à ce jour en tant qu’outil de résolution des relations. Comme les microARN peuvent être perdus au cours de l’évolution, il est possible que le microARN deutérostome des acoëls provienne de l’ancêtre de tous les animaux bilatéraux, mais qu’il ait ensuite été perdu dans la lignée des protostomes.

Avec un tel enjeu, les chercheurs sont désireux de résoudre la question. La National Science Foundation américaine a spécifiquement sollicité des propositions qui ciblent les divergences profondes dans l’histoire de l’évolution, dans le cadre d’une initiative appelée Assembling the Tree of Life, explique Tim Collins, directeur de programme à la fondation. « Nous avons fait du bon travail au sein des groupes, mais nous avons eu du mal à reconstruire les branches les plus profondes de l’arbre de la vie », explique-t-il. « Ce sont les événements qui se sont produits dans un laps de temps relativement court par rapport au temps qui s’est écoulé depuis, ce qui rend les choses difficiles. »

L’été dernier à Kristineberg, en Suède, Hejnol et Telford ont partagé une chambre alors qu’ils enseignaient une classe ensemble. Ils ont débattu de leurs différences et discuté d’un projet commun en cours qui pourrait les régler : le séquençage des génomes complets d’un acoël, d’une espèce de Xenoturbella et du controversé M. stichopi. Avec cet afflux de nouvelles informations génomiques, les chercheurs sont convaincus qu’ils peuvent parvenir à un accord sur la place des acoels dans l’histoire de l’évolution.

« Nous parlons d’un résultat très proche avec un impact énorme », dit Hejnol, de l’arbre nouvellement proposé. « La bonne chose est que nous savons comment résoudre cette question ».

Amy Maxmen est un écrivain indépendant basé à New York.