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Ancien lauréat
Bourse commémorative E.W.R. Steacie de 2005

Michael Doebeli

Biologie

The University of British Columbia


Michael Doebeli
Michael Doebeli

L’adaptation optimale d’une espèce à son milieu ne représente qu’une partie de l’histoire de l’évolution, déclare Michael Doebeli, biologiste évolutionniste et l’un des six lauréats de la Bourse commémorative E.W.R. Steacie du CRSNG de 2005. Parfois, c’est le fait d’être différent qui l’emporte.

Fondement : « On pense souvent que le concept darwinien de la "survivance du plus apte" signifie qu’un seul type, le meilleur, prévaudra. Cependant, la sélection naturelle ne favorise pas toujours le meilleur type, ce qui aurait pour conséquence que les uns seraient semblables aux autres. Au lieu de cela, dans certaines conditions, la sélection favorise la différence », assure M. Doebeli, professeur à l’University of British Columbia.

Problématique : Qu’est-ce qui régit la formation de nouvelles espèces, ou spéciation, et la diversité de la vie sur terre? Elles s'expliquent principalement par l'isolement géographique. Des populations se retrouvent géographiquement isolées les unes des autres par des événements naturels tels que la dérive des continents. Ensuite, pendant des millions d’années, ces groupes séparés forment des espèces différentes en s’adaptant aux divers milieux.

Toutefois, selon M. Doebeli, la théorie de spéciation allopatrique (lorsque des populations occupent des aires disjointes) n’est que l’une des explications possibles de la formation de nouvelles espèces. Ses recherches montrent que deux espèces différentes peuvent se former à partir d'une même espèce d'origine tout en demeurant au même endroit. Ce processus, appelé spéciation sympatrique (lorsque des populations vivent au même endroit), est fondé sur l’importance de la différence dans l'adaptation. Par exemple, si tout le monde mangeait le même type de nourriture, le fait de manger une nourriture différente pourrait être avantageux, même si cette nourriture est moins nutritive.

« Lorsqu’on pense à des endroits géographiquement séparés tels que des îles, il est facile d’imaginer que si on laisse l’évolution agir pendant longtemps, on obtiendra des plantes et des animaux différents, explique M. Doebeli. Mais dans le cas de nombreuses espèces, il n’est pas si facile de voir que les différences entre elles sont survenues en raison d’une barrière physique. »

Recherche de pointe : Pour certains, M. Doebeli est un intrus dans le monde de la biologie évolutive : son doctorat, obtenu de l’Université de Basel en Suisse, a trait aux mathématiques pures. Mais c’est exactement son bagage particulier de connaissances qui lui confère son acuité théorique. M. Doebeli a recours aux mathématiques pour modéliser le processus de différenciation des espèces.

Dans un article fondamental publié en 1999 dans la revue Nature, M. Doebeli et son collègue Ulf Dieckmann ont fourni un cadre théorique pour la spéciation sympatrique. Ils ont démontré, au moins théoriquement, que les forces écologiques, comme la concurrence pour la nourriture au sein des individus, peuvent entraîner une spéciation sans qu’il n'y ait de séparation géographique.

« Nos modèles constituaient une cristallisation mathématique de ce que beaucoup de gens pensaient, poursuit M. Doebeli, mais ces modèles se sont également attiré les foudres des scientifiques parce qu’ils étaient trop généraux et donc irréalistes. »

« Une guerre de tranchées s'est déclarée entre ceux qui pensent que la spéciation sympatrique est un processus plausible et ceux qui adhèrent au concept classique de la spéciation allopatrique », raconte M. Doebeli.

Il a donc fait ce que peu de théoriciens ont accompli : il a travaillé en laboratoire afin d'aider à mettre au point des expériences visant à mettre sa théorie à l’essai. Les résultats, publiés en 2004 dans la revue Evolution, montrent que ses modèles théoriques tiennent la route. Durant quatre mois, un étudiant diplômé travaillant sous la direction de M. Doebeli a cultivé des bactéries E. coli sur un mélange de glucose et d’une nourriture moins attirante constituée d’acétate. Après 1 000 générations, la population ancestrale unique s'était différenciée pour former deux types distincts : un type qui se nourrissait toujours de glucose, plus facile à digérer, et l’autre qui s’était adapté afin d’utiliser plus efficacement l’acétate.

Prochaine étape : Dans le cadre des recherches qu'il effectue à titre de boursier Steacie du CRSNG, M. Doebeli, appuyé par son équipe de recherche, utilisera son système de culture d’E. coli pour effectuer un examen plus approfondi de la dynamique de la spéciation.

« Grâce à ces bactéries, on peut étudier le processus de différenciation à divers niveaux biologiques, en passant des gènes à un organisme entier et à l'ensemble du milieu », ajoute M. Doebeli. Ce dernier étudiera si, comme sa théorie le prévoit, les deux types distincts de bactéries qu’il a produits se différencieront de nouveau s’ils sont séparés et soumis encore une fois aux mêmes conditions.

Il étendra en outre ses recherches à la question connexe de l’évolution de la coopération. Dans un article publié récemment dans la revue Science, M. Doebeli et ses collègues ont montré théoriquement que lorsque des populations produisent un bien commun, tel un enzyme, elles peuvent se différencier de telle sorte que certains individus contribuent largement à ce bien commun tandis que d’autres en font une libre utilisation. Il mettra cette hypothèse à l’essai dans le cadre d’expériences avec des microorganismes comme les levures.