Les oiseaux, les abeilles, les chimpanzés, les humains – nous le faisons tous, mais peu de gens réalisent que la reproduction sexuelle a en fait d’abord évolué chez des créatures très différentes de nous.
Alors, quelles étaient-elles et comment tout cela a-t-il commencé ? Quelle est la véritable histoire des oiseaux et des abeilles ?
L’aube de la reproduction sexuelle a toujours été une énigme pour les scientifiques. Aujourd’hui sur Terre, 99% des créatures multicellulaires – les grands organismes que nous pouvons voir – se reproduisent sexuellement. Toutes ont leurs mécanismes uniques, mais la raison pour laquelle ce processus a évolué est en fait un sujet de grand mystère.
Même pour Darwin, le père de l’évolution, le sexe était déroutant
Même pour Darwin, le père de l’évolution, le sexe était déroutant. Il a écrit en 1862 : « Nous ne connaissons même pas le moins du monde la cause finale de la sexualité ; pourquoi de nouveaux êtres devraient être produits par l’union des deux éléments sexuels. Le sujet entier est encore caché dans l’obscurité. »
De nombreuses espèces sont totalement préoccupées par le sexe et se donneront beaucoup de mal pour trouver un partenaire. L’oiseau-tourterelle mâle construit des nids élaborés pour impressionner les femelles ; la queue du ver luisant femelle s’enflamme pour attirer le mâle ; même le parfum produit par une fleur n’est qu’une astuce astucieuse pour attirer les insectes qui ramasseront le pollen et se dirigeront ensuite vers les plantes voisines, les fertilisant au passage.
Même avec toute cette diversité mesmérique, tous les organismes se reproduisant sexuellement suivent le même chemin de base pour faire une nouvelle progéniture – deux membres de la même espèce combinent leur ADN pour produire un nouveau génome.
Avant l’évolution du sexe, toute la reproduction se faisait de manière asexuée, ce qui signifie essentiellement par division cellulaire
Avant l’évolution du sexe, toute la reproduction se faisait de manière asexuée, ce qui signifie essentiellement par division cellulaire – un organisme se divise littéralement en deux pour en former deux.
C’est un simple mécanisme de copie et de division, et c’est quelque chose que toutes les bactéries, la plupart des plantes et même certains animaux font au moins de temps en temps.
Le mécanisme de reproduction asexuée est beaucoup plus efficace et moins désordonné que la reproduction sexuelle. Une espèce asexuée n’a pas à perdre de temps et d’énergie à chercher et à impressionner un partenaire, elle se contente de croître et de se diviser en deux. Contrastez cela avec le processus gênant, et parfois dangereux, d’attirer un partenaire pour la reproduction sexuelle.
Une espèce asexuée n’a pas besoin de perdre du temps et de l’énergie à chercher et à impressionner un partenaire
Et puis il y a les autres coûts évidents du sexe. Réunir des morceaux de deux génomes distincts nécessite un autre type de processus – un œuf doit être fécondé. Cela signifie également que chaque parent ne transmet que la moitié de ses gènes à sa progéniture. Les parents asexués, en revanche, produisent une progéniture qui est essentiellement une copie carbone d’eux-mêmes, ce qui semble être une meilleure approche pour un monde dans lequel on nous dit que nos gènes veulent égoïstement garantir leur survie.
Donc, en gardant tout cela à l’esprit, pourquoi tant d’espèces prennent la voie longue et sinueuse de la reproduction sexuelle, alors qu’une voie directe est disponible ? Le sexe doit offrir un avantage évolutif qui l’emporte sur les inconvénients évidents.
En 1886, le biologiste évolutionniste allemand August Weismann a proposé un tel avantage. Selon lui, la reproduction sexuelle remanie les gènes pour créer des « différences individuelles » sur lesquelles agit la sélection naturelle. En gros, le sexe est une occasion pour deux organismes de la même espèce de mettre en commun leurs ressources.
Dans certaines études, des espèces à reproduction asexuée ont été amadouées pour devenir sexuelles
Certains de leurs descendants seront porteurs d’un mélange bénéfique de bons gènes des deux parents, ce qui signifie qu’ils répondront mieux aux stress environnementaux qui laisseraient les espèces asexuées en grand danger. En fait, le sexe peut même accélérer le rythme de l’évolution – un avantage évident si les conditions environnementales changent aussi rapidement.
La preuve ultime de ces avantages du sexe provient d’études dans lesquelles des espèces à reproduction asexuée ont été amadouées pour devenir des espèces à reproduction sexuée. Les organismes unicellulaires primitifs se débrouillent généralement très bien avec la reproduction asexuée, mais si les stress environnementaux sont élevés, ils peuvent se transformer en espèces sexuées.
Le stress environnemental peut être n’importe quoi, d’un léger changement de temps à une frappe de météorite.
L’origine de la reproduction sexuée a longtemps été un mystère en partie parce que nous observons le monde tel qu’il est maintenant, où de nombreux organismes asexués prospèrent et certains organismes qui peuvent se reproduire des deux façons semblent encore favoriser la reproduction asexuée. Certains de ces organismes comprennent : la levure, les escargots, les étoiles de mer et les pucerons.
Mais en fait, la méthode de reproduction qu’ils choisissent dépend des circonstances environnementales qui les entourent – la plupart se reproduisent sexuellement seulement pendant les périodes de stress et se reproduisent asexuellement le reste du temps.
Mais le monde primitif était un endroit beaucoup plus inhospitalier avec l’environnement changeant souvent très rapidement. Dans ces circonstances, des taux de mutation élevés auraient pu, dans les bonnes conditions, forcer un organisme asexué à devenir sexuel.
Les archives fossiles contenues dans les roches peuvent nous en dire plus sur l’origine de la reproduction sexuée, mais les fossiles sont rares et difficiles à trouver, il est donc difficile de dire exactement ce qui s’est passé. Chris Adami, de l’Université d’État du Michigan, examine le processus de manière théorique.
Le sexe signifie choisir un bon partenaire et donc choisir un meilleur avenir pour votre progéniture
Adami explique que l’on peut considérer l’évolution en termes d’information – les choses que vous devez savoir pour pouvoir survivre. L’évolution concerne « la préservation et l’acquisition d’informations – plus vous en savez, mieux vous êtes », dit-il.
C’est donc un processus d' »apprentissage » – un organisme « apprend » de nouvelles informations, en particulier dans un environnement changeant, et l’organisme transmet ces leçons (dans son ADN) à la génération suivante pour l’aider à survivre.
Le sexe permet que cela se produise plus efficacement, offrant un moyen plus facile pour les espèces de « se souvenir » des informations utiles – elles sont codées dans leurs gènes. En effet, le processus implique de choisir un partenaire sexuel qui a, lui-même, atteint la maturité sexuelle en faisant de bons choix. Le sexe signifie choisir un bon partenaire et donc choisir un meilleur avenir pour votre progéniture.
« L’acquisition et le maintien de l’information sont nécessaires pour que l’évolution fonctionne – se souvenir de l’ancien et imaginer le futur. »
Cet élément de choix permet d’expliquer une autre énigme : pourquoi avons-nous besoin de mâles ? Si seulement la moitié de votre progéniture – les filles – produira effectivement une progéniture, pourquoi l’évolution s’est-elle embêtée avec les fils ? Pourquoi ne pas avoir fait en sorte que tous les descendants soient capables de produire des jeunes ?
La solution de Darwin au mystère des mâles était de suggérer que la sélection naturelle n’était pas la seule pression évolutive à l’œuvre dans le sexe. Il y avait quelque chose d’autre qui se passait aussi – quelque chose que Darwin a appelé la sélection sexuelle. Il s’agit essentiellement d’une préférence d’un sexe pour certaines caractéristiques chez les individus de l’autre sexe.
Pourquoi l’évolution s’est-elle embarrassée de fils ? Pourquoi ne pas avoir fait en sorte que toute la progéniture soit capable de produire des jeunes ?
Une étude publiée en 2015 a révélé qu’il est vital que les mâles soient en compétition pour la reproduction et que les femelles choisissent entre ces mâles en compétition. La sélection sexuelle par l’existence de deux sexes maintient la santé de la population et la protection contre l’extinction.
Elle permet de maintenir une variation génétique positive dans une population. Lorsqu’il rivalise avec ses rivaux et attire des partenaires dans la lutte pour la reproduction, un individu doit être bon dans la plupart des domaines, de sorte que la sélection sexuelle fournit un filtre important et efficace pour maintenir et améliorer la santé génétique de la population.
Les résultats aident à expliquer pourquoi le sexe persiste comme mécanisme dominant pour produire une progéniture. Il dicte en fin de compte qui obtient de reproduire ses gènes dans la génération suivante.
Le sexe tel que nous le connaissons peut être retracé au moins aussi loin qu’un poisson primitif
Le sexe est une force évolutive répandue et très puissante, mais quand l’évolution du sexe s’est-elle réellement produite et quels types de créatures ont été les premières à commencer à le faire ?
La plupart des personnes pensantes acceptent la théorie de l’évolution, selon laquelle les humains ont évolué à partir d’un ancêtre commun que nous partageons avec les singes, qui à leur tour, ont évolué à partir d’organismes encore plus primitifs. Ces pensées remontent à 1871, lorsque Darwin a publié The Descent of Man and Selection in Relation to Sex.
L’évolution du sexe tel que nous le connaissons peut en fait être retracée bien plus loin que nos ancêtres simiesques, cependant. Elle remonte au moins aussi loin qu’un poisson primitif appelé Microbrachius dicki. La preuve fossile en a été trouvée dans des roches vieilles de 385 millions d’années en Écosse.
« Microbrachius » signifie « petits bras », mais ce n’est que récemment que les scientifiques ont réalisé à quoi servaient ces petits bras. Il y a de petites ventouses sur les bras, et une analyse minutieuse des fossiles a montré que les versions femelles des poissons avaient de petites plaques qui verrouillaient les versions mâles en place, un peu comme du Velcro : les bras étaient impliqués dans la reproduction sexuelle.
Pour comprendre la véritable origine de la reproduction sexuelle, il faut cependant remonter dans le temps de 1,2 milliard d’années
Pas n’importe quel type de reproduction sexuelle cependant. Ces poissons étaient les premiers vertébrés que nous connaissions à se reproduire par fécondation interne, comme les humains. Ils étaient également la première espèce à présenter ce que les biologistes appellent le dimorphisme sexuel : les mâles et les femelles ont une apparence différente les uns des autres.
La plupart des poissons d’aujourd’hui se reproduisent en fait en libérant des œufs et du sperme à l’extérieur du corps. Les chercheurs ne savent pas exactement pourquoi M. dicki a développé un système de fécondation interne, mais le fait qu’il l’ait fait a ouvert la voie à la reproduction sexuée sous sa forme la plus familière.
Pour comprendre la véritable origine de la reproduction sexuée, nous devons cependant remonter encore plus loin dans le temps. Nous savons que tous les organismes à reproduction sexuée dérivent d’un ancêtre commun, il s’agit donc d’analyser les indices contenus dans un registre fossile clairsemé pour savoir où et quand cet ancêtre a vécu.
Ce sont des roches de l’Arctique canadien qui détiennent les indices recherchés par les scientifiques. Les roches ont été déposées dans des environnements marins à marée il y a 1,2 milliard d’années et elles contiennent des fossiles qui nous renseignent sur la première reproduction sexuelle.
Un fossile appelé Bangiomorpha pubescens est un organisme multicellulaire qui s’est reproduit sexuellement, la plus ancienne occurrence rapportée dans le registre fossile. B. pubescens n’était pas un poisson, ni même un animal. Il s’agissait d’une forme d’algue rouge ou de varech. C’est l’algue qui a eu son premier rapport sexuel.
La preuve que ces fossiles se sont reproduits sexuellement réside dans le fait que les spores ou cellules reproductrices qu’ils ont générées se présentaient sous deux formes – mâle et femelle. Nous savons aujourd’hui que les algues rouges sont dépourvues de spermatozoïdes qui nagent activement. Elles s’appuient sur les courants d’eau pour transporter leurs cellules reproductrices, ce qui est probablement la façon dont elles le font depuis 1,2 milliard d’années.
Ce sont les algues qui ont eu les premiers rapports sexuels
Les algues rouges constituent l’un des plus grands et des plus anciens groupes d’algues, avec environ 5 000 à 6 000 espèces d’algues marines principalement multicellulaires, dont de nombreuses algues notables.
Elles constituent un groupe très diversifié, et leur apparence est restée très similaire depuis 1,2 milliard d’années. Cette longévité signifie qu’elles peuvent être décrites comme des « fossiles vivants » – elles sont un vestige du passé pour nous rappeler d’où nous venons.
C’est l’environnement exceptionnellement dur et changeant dans lequel vivait B. pubescens qui peut avoir fait évoluer le sexe il y a 1,2 milliard d’années.
Galen Halverson de l’Université McGill à Montréal, au Canada, explique : « En ce qui concerne le climat, il semble que les fossiles de Bangiomorpha pubescens soient apparus à peu près au moment où des centaines de millions d’années de stase environnementale relative ont pris fin. Nous observons des perturbations majeures dans les cycles du carbone et de l’oxygène à cette époque, ce qui suggère des changements environnementaux majeurs. »
À cette époque, le sexe était essentiel pour le succès et l’évolution ultérieurs des organismes multicellulaires. Ces fossiles marquent donc des avancées significatives dans l’évolution de la vie. Halverson ajoute : « Les liens entre la reproduction sexuelle, la multicellularité, l’oxygénation et le cycle global du carbone restent nébuleux, mais il est difficile de ne pas présumer que ces événements sont étroitement liés »
L’étude de ces roches pour comprendre le type d’environnement qui a permis au sexe d’évoluer et, par conséquent, pour comprendre l’origine de la multicellularité sur notre planète, renseigne non seulement sur notre passé et sur nos origines, mais aussi sur le potentiel d’évolution de la vie sur d’autres planètes.
Il est difficile d’imaginer que les algues soient les instigatrices de la révolution sexuelle, mais ce sont ces développements évolutifs significatifs, il y a 1,2 milliard d’années, qui ont ouvert la voie à la vie sur Terre telle que nous la connaissons.
Vivien Cumming est sur Twitter et Instagram : @drvivcumming
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