Pendant deux à trois milliards d’années, les êtres vivants sur Terre étaient uniquement sous forme de cellule unique. Dans quelles conditions les êtres vivants à plusieurs cellules sont-ils apparus ? Comment la vie s’est-elle complexifiée ? Des éléments de réponse se trouvent chez les plus proches cousins des animaux, les choanoflagellés. Une récente étude met en évidence chez ces organismes un nouveau type de multicellularité, suggérant que le scénario de nos très lointaines origines est plus complexe qu’imaginé.
Petit exercice de pensée. Essayez d’imaginer notre monde il y a 1,2 milliard d’années. À cette époque, les terres émergées sont rassemblées en un seul et même continent, l’atmosphère est pauvre en oxygène et la végétation terrestre est inexistante. C’est à cette période qu’apparaissent dans l’océan les premiers êtres vivants à plusieurs cellules, sous forme d’algues rouges. Il y a environ 500 à 600 millions d’années, à la plus forte période de glaciation terrestre succède une planète plus chaude et oxygénée. Les premiers êtres multicellulaires complexes (avec une différenciation cellulaire, une organisation tissulaire,..), dont les animaux, émergent.
Comment ces transitions vers respectivement la multicellularité simple et la multicellularité animale se sont produites ? Les scientifiques ne possédant pas encore de DeLorean ou d’autre machine à voyager dans le temps, ils doivent se contenter de voyages plus conventionnels pour tenter de répondre à ces questions.
Les choanoflagellés, un microorganisme essentiel pour mieux comprendre la multicellularité des animaux
Le premier d’entre eux s’apparente à une exploration au sein de l’arbre du vivant. En se basant sur des critères morphologiques et moléculaires, il est possible d’établir un arbre phylogénétique, soit une représentation des liens de parenté entre les êtres vivants. Cet arbre généalogique du vivant permet de retracer l’histoire évolutive : elle montre comment les organismes sont reliés par des ancêtres communs. L’analyse de cet arbre permet de voir que les plus proches cousins des animaux sont les choanoflagellés, des microorganismes aquatiques pouvant s’organiser sous forme de cellules seules ou de colonies. Cette proximité biologique fait des choanoflagellés des modèles d’étude de choix pour mieux comprendre l’origine de la multicellularité animale.
L’île de Curaçao, au large du Venezuela, est le théâtre du deuxième voyage mené par les scientifiques. Ici, nulle question de cocktail ou de farniente. C’est sur cette île qu’a été découvert en 2019 Choanoeca flexa (C. flexa) une espèce de choanoflagellé jusqu’alors inconnue. « A l’époque, nous avions mis en évidence chez cette espèce un comportement collectif coordonné. Lors d’une brusque variation d’intensité de lumière, les cellules se contractent et la forme de la colonie est inversée » détaille Thibaut Brunet, alors post-doctorant et aujourd’hui responsable du Groupe à 5 ans Biologie cellulaire évolutive et évolution de la morphogénèse à l’Institut Pasteur. De premières propriétés étonnantes qui, depuis, en ont appelé d’autres…
La découverte d’une nouvelle voie vers la multicellularité
Dans une étude récemment publiée, les scientifiques ont en effet découvert que C. flexa forme des colonies en associant deux méthodes. Par division cellulaire, à partir d’une cellule-mère, et par agrégation de cellules isolées.
« Jusqu’à présent, on pensait que les choanoflagellés pouvaient former des colonies uniquement par division clonale, à partir d’une cellule-mère donnant plusieurs cellules filles. Un peu comme dans un embryon animal précoce. Cette multicellularité mixte que nous avons appelée "clonale-agrégative " était totalement inconnue jusqu’à présent chez ces organismes » précise le chercheur.
Aussi surprenante soit-elle, cette découverte faite au laboratoire ne permet pas d’expliquer pourquoi le microorganisme associe ces deux types de multicellularité et quels avantages il peut en tirer. Pour le comprendre il est nécessaire de retourner sur l’île de Curaçao, afin de mieux comprendre son cycle de vie.
Des formes de multicellularité qui dépendent de l’environnement
Là, le microorganisme y évolue dans un environnement très spécifique. « Pour l’expliquer simplement, nous faisons parfois le parallèle avec l’environnement dans lequel évolue les extraterrestres dans Le problème à trois corps (NDLR : roman de science-fiction de Liu Cixin, adapté en série), c’est-à-dire un système instable et cyclique ». Dans le cas de C. flexa, ce système prend la forme de mares d’eau, situées près des côtes, qui successivement s’assèchent ou se remplissent par le biais de vagues ou de la pluie. Des conditions particulières qui ne sont effectivement pas sans conséquence sur les formes d’organisation du microorganisme.
En étudiant C. flexa dans son environnement naturel, les scientifiques ont montré que cet organisme est capable d'une incroyable plasticité : des colonies de cellules se forment quand les flaques sont remplies par les vagues, se dissocient en cellules uniques quand les flaques se dessèchent sous l'effet du soleil, avant que les colonies ne se reforment quand les flaques sont de nouveau remplies d’eau. Les formes de multicellularité sont elles aussi soumises aux conditions environnementales, notamment de salinité. Dans des conditions à basse concentration de sel et avec une faible densité cellulaire, la multicellularité clonale prédomine ; dans le cas contraire c’est la multicellularité agrégative qui devient majoritaire.
Vers une histoire évolutive plus complexe ?
Si l’on compare les étapes biologiques ayant conduit à l’apparition des animaux à un puzzle, on peut dire que ces découvertes en constituent une pièce importante, mais plus encore, que ce puzzle est peut-être beaucoup plus grand qu’envisagé.
« Comme les chaonoflagellés que l’on connaissait jusqu’à présent formaient des colonies uniquement par division cellulaire, selon un processus ressemblant à celui d’un embryon animal, ça suggérait un scénario assez simple et linéaire. Des colonies clonales d’organismes ressemblant à des choanoflagellés avaient sans doute donné les premiers ancêtres des animaux. Ce scénario est certes toujours possible mais ce n’est plus le seul envisageable. Quelle est l’histoire évolutive entre l’ancêtre de tous les animaux et l’ancêtre antérieur, qui est l’ancêtre commun des animaux et des chaonaoflagellés ? Elle est probablement beaucoup plus complexe que ce qu’on imaginait » explique Thibaut Brunet.
Une seule certitude, des îles caribéennes aux paillasses de laboratoire, de l’étude de microorganismes aquatiques aux analyses génomiques, l’enquête pour reconstituer l’arbre généalogique de nos lointains ancêtres n’a pas fini de nous révéler ses secrets.
Source : Clonal-aggregative multicellularity tuned by salinity in a choanoflagellate, Nature, 25 février 2026
Núria Ros-Rocher1,8, Josean Reyes-Rivera2,5,8, Uzuki Horo1, Chantal Combredet1, Yeganeh Foroughijabbari1, Ben T. Larson2,6, Maxwell C. Coyle2,7, Erik A. T. Houtepen3, Mark J. A. Vermeij3,4, Jacob L. Steenwyk2 & Thibaut Brunet1
1Evolutionary Cell Biology and Evolution of Morphogenesis Unit, Institut Pasteur, Université Paris-Cité, CNRS UMR3691, Paris, France.
2Howard Hughes Medical Institute and the Department of Molecular and Cell Biology, University of California, Berkeley, Berkeley, CA, USA.
3Caribbean Research and Management of Biodiversity foundation (CARMABI), Willemstad, Curaçao.
4Department of Freshwater and Marine Ecology, Institute for Biodiversity and Ecosystem Dynamics, University of Amsterdam, Amsterdam, The Netherlands.
5Present address: Department of Biochemistry and Biophysics, University of California, San Francisco, San Francisco, CA, USA.
6Present address: Department of Biological Sciences and Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, USA.
7Present address: Department of Molecular and Cellular Biology, Harvard University, Cambridge, MA, USA.
8These authors contributed equally: Núria Ros-Rocher, Josean Reyes-Rivera.