L’influence de la radioactivité naturelle sur l’évolution du vivant

Mesurer l’impact de la radioactivité naturelle à long terme

Depuis les travaux du prix Nobel Hermann J. Muller en 1926, on sait que l’exposition à de fortes doses de radioactivité provoque des mutations de l’ADN. Marie Curie l’aura expérimenté à ses dépens et des événements tragiques sont venus nous le rappeler. Mais des expositions à de telles doses de radioactivité restent rares et très récentes à l’échelle du vivant. Avant de devenir une thérapie ou une machine de guerre, la radioactivité est avant tout naturelle.

Venant de l’espace ou des roches qui composent la croûte terrestre, elle est présente depuis la naissance de notre planète. Ainsi, tous les organismes ont toujours été exposés à des doses plus ou moins fortes de radioactivité. Bien que l’impact d'exposition à de fortes doses de radioactivité soit très bien établi et décrit, l’impact à long terme de la radioactivité naturelle sur le vivant est encore mal connu. Pour apporter des éléments de réponse, un groupe de chercheurs impliquant des membres du Laboratoire d'écologie des hydrosystèmes naturels et anthropisés (1) et du Laboratoire de biométrie et biologie évolutive (2) ont étudié une famille de cloportes en s’intéressant en particulier aux facteurs modulant le taux de mutations génétiques.

Des cloportes comme candidat idéal

Pour évaluer les effets à long terme de la radioactivité naturelle, il faut à la fois estimer la radioactivité reçue par les organismes pendant de très nombreuses générations et mesurer son impact. Les organismes étant mobiles et la radioactivité naturelle étant répartie de façon hétérogène sur la Terre, la plupart des organismes ont pu, d’une génération à l’autre, passer de zones fortement radioactives à des zones plus faiblement radioactives, rendant une estimation fiable impossible.

Une famille de cloportes aquatiques, les Asellidae, a cependant la caractéristique originale de comporter de nombreuses espèces souterraines dont la capacité de dispersion est extrêmement faible, nous permettant de supposer qu’ils vivent dans la même zone géographique depuis de nombreuses générations.

Ce groupe de cloportes est à la fois très fréquent mais aussi très riche en espèces, ce qui permet de sélectionner des espèces vivant dans des milieux contrastés du point de vue de la radioactivité naturelle. Les scientifiques ont observé que la quantité de changements qui s’accumulent dans l’ADN au cours du temps – le taux de mutations – augmente chez les cloportes vivant en milieu plus fortement radioactifs. Mais ils chercheurs ont mis en évidence un résultat encore plus intéressant. Cette augmentation du taux de mutations est différente entre le génome mitochondrial et le génome nucléaire.

La radioactivité naturelle, facteur de mutation

Les cellules animales sont composées d’un noyau contenant le génome nucléaire qui représente la grande majorité de notre ADN. Dans ces cellules on trouve également des mitochondries, des petits compartiments cellulaires qui assurent la transformation de l’oxygène que nous respirons en énergie pour nos cellules. Ces mitochondries possèdent également leur propre ADN.

Dans les milieux radioactifs, alors que le taux de mutations du génome nucléaire augmente de 30%, celui du génome mitochondrial augmente lui de 60%. La machinerie qui permet à ces mitochondries de transformer l’oxygène en énergie a pour effet de produire quelques agents mutagènes, appelés radicaux libres. On peut ainsi supposer que la radioactivité augmente la production de ces radicaux libres qui se trouvent à proximité de l’ADN mitochondrial, le faisant ainsi muter plus rapidement.

Cette hypothèse est renforcée par un autre résultat : la radioactivité ne modifie pas seulement le nombre de mutations mais favorise certains types de mutations. La mutation dont la fréquence augmente le plus fortement (G vers T) est caractéristique des radicaux libres.

Ces travaux sur la radioactivité naturelle s’inscrivent dans le cadre des recherches menées en partenariat avec la Zone Atelier Territoires Uranifères, dont l’université Claude Bernard Lyon 1 est l’un des membres.

Référence 

Saclier, N., Chardon, P., Malard, F., Konecny-Dupré, L., Eme, D., Bellec, A., ... & Douady, C. J. (2020). Bedrock radioactivity influences the rate and spectrum of mutation. eLife.
https://doi.org/10.7554/eLife.56830
 

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(1) Laboratoire d’écologie des hydrosystèmes naturels et anthropisés (LEHNA – Université Claude Bernard Lyon 1/CNRS/ENTPE). Voir le site Web

(2) Laboratoire de biométrie et biologie évolutive (LBBE – Université Claude Bernard Lyon 1/CNRS/VetAgro Sup). Voir le site Web