L’œil humain était autrefois considéré comme si compliqué et si bien conçu qu’il posait un problème pour la biologie évolutionniste – et une opportunité pour les créationnistes. Comment quelque chose d’aussi utile a-t-il pu évoluer à partir de mutations génétiques aléatoires ? Les créationnistes ont profité de l’énigme de l’évolution de l’œil, la posant comme un exemple de quelque chose qui, selon eux, a dû être fait par une puissance supérieure – ou du moins dirigé par une puissance supérieure, ce qui est au cœur de l’idée pseudoscientifique du dessein intelligent. À ce jour, une recherche en ligne sur “l’évolution des yeux” donne de multiples résultats de la part de groupes religieux qui tentent de brouiller les pistes scientifiques.
Pourtant, pour Mère Nature, l’évolution de l’œil n’est pas vraiment un exploit difficile du tout, il s’avère. En effet, il existe environ 10 types différents de conception des yeux dans le règne animal, et les yeux ont évolué indépendamment d’une espèce animale à environ 50 fois ou plus. De plus, des preuves génétiques révèlent que les yeux peuvent évoluer relativement rapidement – en aussi peu que quelques centaines de milliers d’années. Cela peut sembler long, mais à l’échelle des temps géologiques, c’est un clin d’œil… eh bien, vous savez.
Même si la vision est complexe, les gènes qui la rendent possible sont abondants et il ne faut pas grand-chose pour les modifier d’une manière qui profite à un animal.
En d’autres termes, l’œil n’est pas vraiment un problème pour l’évolution ; en fait, la nature ne peut pas empêcher l’évolution des yeux. Et ces yeux sont incroyablement variés : il suffit de regarder quelques-uns des yeux variés et bizarres d’animaux comme les oursins, les vautours ou les libellules. Mais les scientifiques n’ont que récemment commencé à comprendre comment l’évolution de l’œil peut se produire si rapidement, et comment et pourquoi cela se produit si souvent dans l’histoire naturelle.
“La vision est remarquable car c’est un processus qui façonne réciproquement à quoi ressemble le monde”, explique Adriana Briscoe, professeur de biologie évolutive à l’Université de Californie à Irvine, spécialisée dans la vision des papillons. En d’autres termes, nous n’utilisons pas seulement nos yeux pour générer la réalité, mais pour l’influencer.
Pour aller encore plus loin, les yeux sont capables de capturer et d’interpréter les longueurs d’onde de la lumière. Mais pendant une longue période au début de la vie, il y a environ 3,7 milliards d’années, la plupart des créatures étaient complètement aveugles. Puis, il y a environ 538 millions d’années, est survenue l’explosion cambrienne, l’une des périodes les plus importantes de l’histoire de la vie sur Terre, au cours de laquelle la vie a commencé à se diversifier rapidement. C’est à ce moment que la plupart des principaux groupes d’animaux ont commencé à apparaître dans les archives fossiles.
“Avant l’explosion cambrienne, nous ne voyons pas vraiment grand-chose ou du moins nous ne pouvons pas très bien détecter les yeux dans les fossiles disponibles”, explique Briscoe. “Et ce qui est vraiment intéressant à ce sujet, c’est que pendant l’explosion cambrienne, nous voyons à la fois des yeux composés d’invertébrés et des yeux de style caméra de vertébrés apparaître soudainement dans les archives fossiles. Et ils le font aux côtés d’organismes qui ont des taches oculaires simples ou des yeux composés d’apparence plus primitive. “
Les premiers yeux de l’histoire étaient des cellules sensibles à la lumière extrêmement simples appelées cellules photoréceptrices, qui sont un type de neurone. Lorsqu’une particule lumineuse appelée photon les frappe, ils changent de forme, envoyant des impulsions nerveuses au cerveau. (Il convient de noter qu’il n’est pas vraiment possible d’avoir une vision sans cerveau. Désolé, les plantes et les champignons, mais techniquement, vous ne pouvez pas “voir” comme les animaux.)
“Parce que ces gènes sont utilisés à maintes reprises dans le développement dans le même organisme, il est relativement simple d’apporter quelques modifications à la régulation des gènes qui vont produire des yeux. Ainsi, une grande partie du mystère associé à l’évolution des yeux disparaît avec cela. connaissance.”
Ces photorécepteurs primitifs peuvent détecter la lumière, mais c’est à peu près tout. Ils sont trop rudimentaires pour former des images. Par exemple, si une espèce de ver aveugle au fond de l’océan pouvait développer la capacité de détecter les ombres ou les mouvements, cela pourrait suffire à la créature pour fuir ou détecter de la nourriture. Cet avantage permettrait aux vers de transmettre leurs gènes, permettant à la sélection naturelle de continuer à favoriser les gènes qui produisent des cellules photoréceptrices et profiteraient à sa survie.
Parfois, ces photorécepteurs forment des grappes appelées taches oculaires, comme chez certains vers plats ou méduses. Mais cette sensibilité à la lumière peut devenir trop forte, un processus connu sous le nom de “blanchiment”. En réponse, un organisme peut développer des cellules pigmentaires qui empêchent les cellules photoréceptrices d’être submergées. Cela commence également à donner plus de dimension à ce que l’on voit.
“Si vous placez les cellules pigmentaires dans une partie du tissu par rapport à une autre, vous pouvez commencer à avoir une idée de la directionnalité de la lumière à ce stade”, explique Briscoe. “Ce que nous pensons commencer à se produire sur la voie du développement d’un œil de type caméra, c’est qu’une simple couche de cellules photoréceptrices commence à s’invaginer. En quelque sorte, formant une petite coupe, une petite fossette. Et avec les cellules pigmentaires, cela améliore la directionnalité. “
Cette directivité devient encore plus précise si les yeux peuvent se déplacer. Les yeux de certains insectes, comme les fourmis, ne peuvent pas changer de position. Mais tout le monde connaît le caméléon aux yeux écarquillés, qui peut déplacer ses mirettes indépendamment les unes des autres. Les yeux humains peuvent vaciller dans leurs orbites, ce qui est utile pour que nous n’ayons pas à tourner la tête pour nous concentrer sur quelque chose. Ils fonctionnent essentiellement comme des caméras – ou plus précisément, les caméras ont été inventées en utilisant les mêmes principes que certains yeux.
Essentiellement, un appareil photo est une chambre dans laquelle la lumière est canalisée à travers un trou d’épingle. Qu’il s’agisse d’un appareil photo sur votre téléphone, d’un appareil photo argentique à l’ancienne ou des globes dans votre crâne, tous les appareils photo fonctionnent sur les mêmes principes. Le petit trou permet à la lumière d’être focalisée, faisant ressortir la définition et permettant des images plus ciblées. Nos yeux ont des lentilles appelées cornées et au lieu d’un ruban de film ou d’un capteur d’image, nous avons une rétine, une couche de tissu à l’arrière de nos yeux qui absorbe la lumière et envoie des signaux à ce sujet au cerveau.
Ces types d’yeux ont évolué chez l’homme, mais aussi chez les céphalopodes, qui comprennent les calmars et les poulpes. C’est un peu bizarre que nous ayons des yeux si semblables aux mollusques sous-marins qui ont plus en commun avec les limaces qu’avec nous, mais c’est vrai. C’est un exemple d’évolution convergente, dans laquelle quelque chose de fonctionnel émerge entièrement séparément. L’exemple par excellence étant le développement des ailes chez les insectes, les oiseaux et les chauves-souris, qui sont tous venus via différentes fourches dans l’arbre de la vie.
Certains animaux développent des yeux puis les perdent plus tard. Les créatures qui vivent dans l’obscurité totale toute leur vie, comme les salamandres aveugles qui vivent dans des grottes ou les poissons qui vivent dans l’obscurité totale au fond de l’océan, n’ont pas besoin de vision. Les dauphins de l’Indus ont des yeux si petits que les experts pensent qu’ils sont fonctionnellement aveugles, à peine capables de sentir plus que l’intensité ou la direction de la lumière. Mais ils passent la plupart de leur temps dans des eaux extrêmement boueuses, donc voir n’est pas vraiment une possibilité, encore moins une priorité.
Pourquoi l’évolution fonctionnerait-elle “à l’envers” comme ça ? Tout d’abord, rejetez l’idée que l’évolution s’écoule dans une seule direction. Les humains ne sont pas le “sommet” de l’évolution, bien que nous soyons certainement assez bons en sélection naturelle. Tout, de nos yeux à notre intelligence complexe, est simplement le résultat d’une longue cascade de traits génétiques qui nous a permis de continuer à nous reproduire, mais il n’y a pas de véritable hiérarchie dans l’évolution. Dans certains cas, rejeter la vision prend tout son sens.
“Les photorécepteurs sont extrêmement coûteux à entretenir. Ils sont peut-être les plus chers de tous les tissus”, déclare Briscoe. “Parce que l’énergie est rare, cette rareté entraîne des compromis dans la façon dont les organismes allouent leurs ressources. Si un animal se retrouve dans une grotte ou dans les profondeurs marines, où la vision n’est plus nécessaire, la sélection naturelle réaffectera cette énergie et ce tissu à une alternative. Et ainsi le goût, l’odorat, le toucher, par exemple, pourraient devenir plus significatifs pour cet animal.”
Même si la vision est complexe, les gènes qui la rendent possible sont abondants et il ne faut pas grand-chose pour les modifier d’une manière qui profite à un animal. En 1997, par exemple, les scientifiques ont pu générer des yeux supplémentaires sur les antennes, les ailes et les pattes des mouches des fruits en manipulant un seul gène.
“Il y a ces circuits de gènes en interaction qui sont activés pour spécifier un œil, une jambe ou une antenne. Mais beaucoup de ces gènes sont déployés dans d’autres types de tissus et à d’autres stades de développement”, explique Briscoe. “Une fois que vous avez fait évoluer un circuit, parce que ces gènes sont utilisés à maintes reprises dans le développement dans le même organisme, il est relativement simple d’apporter quelques modifications à la régulation des gènes qui vont produire des yeux. Donc, une grande partie du mystère associé avec l’évolution des yeux s’en va avec cette connaissance.”
Il reste encore beaucoup à apprendre sur la façon dont les yeux ont évolué et pourquoi cela s’est produit si souvent. Par exemple, une étude publiée ce mois-ci dans les Actes de l’Académie nationale des sciences a révélé que les bactéries jouaient un rôle crucial dans le développement de l’œil des vertébrés en transférant un gène d’un domaine à l’autre. Ainsi, non seulement la vision surgit en modifiant des gènes existants, mais également en acquérant et en intégrant de nouveaux gènes provenant de différentes sources.
Les yeux sont des organes magnifiques, intrigants et extrêmement utiles qui ont inspiré des métaphores et des œuvres d’art sans fin. D’un point de vue scientifique, leur complexité est tout aussi convaincante, mais en étudiant ces organes fascinants, nous pouvons rendre leur complexité un peu moins impénétrable.
