Vous le lisez et l’entendez tout le temps – « c’est une espèce ancienne, vieille d’un million d’années”, ou « cet animal existe depuis des centaines de milliers d’années. »Mais, comment les scientifiques savent-ils vraiment quel âge ont ces espèces? Ce n’est pas comme s’ils pouvaient utiliser une machine à remonter le temps pour voir — pas encore, du moins. Mais l’horloge moléculaire peut aider à faire des estimations.

Ce n’est pas magique. Ce n’est même pas juste une supposition aléatoire. C’est en fait juste un problème mathématique de base. Les scientifiques font quelques mesures et intègrent les chiffres dans une équation pour obtenir une estimation de l’âge d’une espèce. Cette technique s’appelle l’horloge moléculaire, et elle a été inventée par les scientifiques Linus Pauling et Emile Zuckerkandl en 1962.

Comment fonctionne l’horloge moléculaire?

Mesurer l’âge d’une espèce avec la technique de l’horloge moléculaire ne nécessite que deux choses simples : une estimation du nombre de mutations génétiques entre une espèce et son plus proche parent et le taux moyen de mutations génétiques (i.e., combien de mutations apparaissent dans une population dans un laps de temps spécifié, par exemple 5 mutations par an).

Pour montrer comment cela fonctionne, prenons un exemple hypothétique simple. Prétendons que nous sommes des taxonomistes – des biologistes qui étudient comment les organismes sont liés les uns aux autres. On nous donne le travail d’essayer de comprendre comment les différentes dindes sont liées les unes aux autres, et il y a deux espèces — le Dindon ocellé (Meleagris ocellata) et le Dindon sauvage (Meleagris gallopavo).

Disons que nous analysons l’ADN des deux espèces et constatons qu’il existe 5 000 mutations différentes entre elles. Nous connaissons également le taux de mutation : l’espèce présentera 1 000 nouvelles mutations tous les millions d’années, soit 0,001 mutation/an. Si nous divisons le nombre de mutations par le taux de mutation (5 000 mutations ÷ 0,001 mutation / an), nous découvrons que ces deux espèces de dindons ont environ 5 millions d’années. Ta fille!

Cette approche n’est cependant pas sans limites. Vous devez supposer que les gènes mutent au même rythme. Si les gènes traversent des périodes où ils changent très rapidement et ne changent pas du tout, alors c’est comme avoir un étalon avec des tiques aléatoires dessus. Vous ne pouvez plus l’utiliser pour mesurer la distance (ou le temps).

En raison de cette limitation (et d’autres), il y a en fait beaucoup de sciences et de mathématiques qui se déroulent dans les coulisses de beaucoup de ces calculs. Mais en substance, il ne fait que mesurer le passage du temps en utilisant le taux de mutation comme critère.

Comment les scientifiques utilisent-ils l’horloge moléculaire?

L’horloge moléculaire mesure essentiellement le temps écoulé depuis que deux espèces ont divergé l’une de l’autre. De toute évidence, ce serait une information vraiment utile pour quelqu’un qui met en place un arbre généalogique pour des espèces apparentées (appelé arbre phylogénétique), mais les scientifiques peuvent utiliser ces informations pour plus que simplement planifier des réunions de famille vraiment épiques.

Les arbres phylogénétiques nous aident à donner un sens au monde. Nous pouvons voir quelles espèces sont apparentées et à quel point, et nous pouvons utiliser ces informations pour des mesures de conservation. Par exemple, certains scientifiques ont proposé de ramener des mammouths laineux (Mammuthus primigenius) à l’aide d’éléphants. Les éléphants indiens (Elephas maximus) sont l’espèce vivante la plus proche du mammouth laineux, s’étant séparés les uns des autres il y a environ 7 millions d’années. En utilisant des espèces similaires et non menacées dans les efforts de conservation pour des choses comme l’élevage de la progéniture, les chances de succès sont considérablement augmentées.

Croyez-le ou non, les horloges moléculaires sont également utiles en médecine légale et en épidémiologie! Les scientifiques ont utilisé avec succès la méthode de l’horloge moléculaire pour prouver qu’une personne a infecté une autre personne avec une maladie, comme le cas de cet anesthésiste espagnol qui a infecté des centaines de patients atteints d’hépatite C. Les scientifiques utilisent également la technique de l’horloge moléculaire pour suivre les agents pathogènes en évolution comme le virus Zika ou Mycobacterium tuberculosis.

L’horloge moléculaire – ne partez pas de chez vous sans elle !

L’horloge moléculaire s’est avérée être un outil inestimable dans la boîte à outils d’un biologiste évolutionniste. Sans cela, nous n’aurions pas une image complète de l’histoire naturelle de notre monde. Pour de nombreux organismes qui ne se fossilisent pas bien, comme les méduses ou les bactéries, c’est la seule technique que les scientifiques peuvent utiliser pour dater l’espèce.