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Le Mercredi on Converge

[Le mercredi on converge...] Le venin du serpent... et de l'ornithorynque!

 

 

Je vous ai peut être habitué à des convergences évolutives concernant la morphologie de certaines espèces. Alors c'est vrai qu'en vous proposant aujourd'hui de comparer un serpent et un ornithorynque, vous êtes en droit de vous demander où peut bien se trouver le caractère issu d'une convergence évolutive...

 

 ERRATUM : BOUUUUUUHH! J'avais mis une photo de python pour illustrer un serpent venimeux! Heureusement que Semik est là pour corriger et me proposer une belle image d'Atheris chlorechis, appartenant à la famille des Viperidae.

 

Il a beau essayer de se tortiller autour de sa branche, l'ornithorynque ne ressemble vraiment pas à un serpent. Mais avant d'aller plus loin, je crois déjà sentir qu'un certain nombre d'entre vous auront pensé :" mais c'est vrai qu'il pond des œufs l'ornithorynque, tout comme un serpent! C'est pas un cas de convergence évolutive peut être?"

Et bien non, cher lecteur imaginaire: il ne faut pas confondre convergence évolutive et symplésiomorphie (j'aime bien casser mon lecteur imaginaire en lui sortant des noms pas possibles...). Une symplésiomorphie, c'est un caractère ancestral qui est partagé entre deux espèces appartenant à deux groupes différents: en d'autre termes, le dernier ancêtre des ornithorynque et des serpents pondaient des œufs... mais c'est également le cas pour le dernier ancêtre commun à tous les mammifères (placentaires et non placentaires inclus).

 

Bref, maintenant que les choses sont claires pour le lecteur imaginaire, passons au véritable caractère issu d'une convergence évolutive: le venin. Oui, je sais ce que vous vous dites: "le venin de l'ornithorynque?". Et oui, l'ornithorynque est véritablement le mammifère le plus strange et funky de la planète! Comment détrôner ce court sur patte à poil qui pond, qui est capable de se diriger par électrolocation grâce à son bec, dont la femelle suinte du lait par des pores et non des mamelons et dont le mâle au pénis bifide possède des aiguillons venimeux sur les pattes arrières (palmées bien sûr)! Pas étonnant que le premier spécimen empaillé qui a été ramené d'Australie en Europe a été considéré comme une farce de taxidermiste...

 

Donc l'ornithorynque est l'un des rares mammifères venimeux, avec ses cousins échidnés, les solénodons et certaines musaraignes. Les mâles adultes ont un éperon pointu (environ 15 millimètres de long) placé juste au-dessus du talon de chaque patte postérieure, qui peut être employé pour injecter le poison produit par une glande dans la cuisse (la glande crurale).

 

 

Si on connait assez bien les venins de serpents pour les avoir étudiés pendant des siècles, les venins de mammifères ont été globalement snobés par la communauté scientifique. Il faut dire que les serpents nous ont largement contentés jusqu'à présent et l'étude de leur venin a été très largement prolifique notamment pour l'élaboration de produits pharmaceutiques et réactifs utiles en recherche scientifique. Il existe une pléthore de protéines qui confèrent au venin de serpent leurs propriétés létales, paralysantes et autres effets sympathiques. Une catégorie de ces protéines sont les Crotamines. Ce qu'il y a de surprenant, c'est qu'en étudiant un peu ces protéines, on s'aperçoit qu'elles appartiennent à une large famille de protéines, les béta-défensines, qui font partie du système immunitaire de la majorité des animaux.

En effet, les défensines sont des protéines anti-microbiennes qui sont efficaces contre des envahisseurs de type bactérien ou fongique et dont la fonction est de rendre perméable la membrane de leurs cellules cibles. Les béta-défensines sont un sous-groupe de protéines défensines qu’ont retrouvent dans un large éventail d'organismes qui comprend les anémones de mer, les serpents, les ornithorynques et les humains. Et bien parmi le cocktail de protéines qui compose le venin de l'ornithorynque et de certains serpents, ont retrouve des protéines quasi identiques appartenant à la famille des béta-défensines: Crotamines pour les serpents et OvDLPs (Ornithorhynchus venom defensin-like peptides) pour l'ornithorynque (dont le nom scientifique est Ornithorhynchus anatinus). Pourtant, même si ces protéines se ressemblent, elles sont issues d'évènements génétiques totalement indépendants! Ceci est bien illustré par l'arbre phylogénétique (encore!) de la famille des protéines des béta-défensines:

 

 

On voit dans ce diagramme que l'histoire évolutive de cette famille de protéine est émaillée de duplications (chaque couleur désigne un lignage issu de duplications ancestrales). Or, les protéines venimeuses des lézards (vCLPs), des serpents (vCrotamines) et de l'ornithorynque (vDLPs) sont issus d'évènements de duplications indépendants: chez ces trois types d'animaux, il y a une une utilisation divergente de la fonction première des béta-défensines (intervenant dans la défense immunitaire) pour produire des protéines "venimeuses". On parle de cooptation de la fonction initiale de la protéine.

 

La convergence évolutive d'aujourd'hui (ou de cette nuit vu l'heure à laquelle j'écris ce billet) concernait donc l'histoire improbable du venin de serpent et de l'ornithorynque pour lequel un même incident génétique, probablement intervenu à des millions d'années d'intervalle, a dérouté les propriétés de protéines inoffensives (quand on est pas un champignon ou une bactérie) pour les transformer en agent potentiellement létal!

 

Y'a pas à dire, l'ornithorynque, ça tue... (pff, le calembour d'1h30 du mat')

 

Référence:

Defensins and the convergent evolution of platypus and reptile venom genes CM Whittington, AT Papenfuss, P Bansal, AM Torres - Genome Research, 2008 (pdf)

 

Understanding and utilising mammalian venom via a platypus venom transcriptome CM Whittington, JMS Koh, WC Warren, AT Papenfuss - Journal of Proteomics, 2009

 

Genome analysis of the platypus reveals unique signatures of evolution WC Warren, LDW Hillier, JAM Graves, E Birney, CP - Nature, 2008 (pdf)

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