Et si les coquillages avaient une mémoire génétique ?

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Article rédigé par
CLIO DER SARKISSIAN, chargée de recherche CNRS au Centre d’Anthropobiologie et de Génomique de Toulouse

Les coquilles sont de précieuses archives du passé. Leur forme, leurs stries de croissance ou leur composition renseignent sur les mollusques qui les ont produites et sur les environnements dans lesquels ils ont vécu. Mais les coquilles renferment une information bien moins visible : de l’ADN. Piégées dans ce biominéral, des molécules d’ADN peuvent y rester préservées longtemps après la mort de l’animal, parfois même au-delà de 100 000 ans. Cette mémoire génétique ouvre une nouvelle fenêtre sur le passé. Elle permet de retracer l’histoire des populations de mollusques, de suivre leur évolution au cours du temps et d’étudier leurs réponses aux changements environnementaux ou aux activités humaines. Et les coquilles ne conservent pas seulement l’ADN du mollusque : elles peuvent aussi garder les traces génétiques d’autres organismes associés à l’animal ou présents dans son environnement. Une nouvelle source d’information vient ainsi s’ajouter à toutes celles que les scientifiques savent déjà lire dans les coquilles.

Des coquilles plus bavardes qu’il n’y paraît

Objets familiers ou curiosités naturelles, les coquilles persistent longtemps après la mort des mollusques. Certaines sont présentes dans les collections des muséums depuis plusieurs siècles. D’autres, retrouvées dans des sites archéologiques ou des dépôts géologiques, ont plusieurs milliers, voire plusieurs millions d’années. Témoins de périodes parfois très anciennes, elles constituent aujourd’hui de précieuses archives pour les scientifiques.

(A) Coquilles archéologiques et historiques. Coquilles visibles sur le site archéologique de Bourewa, Fidji. Patrick Nunn, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
(B) Fragments de coquilles datant du Néolithique tardif (environ 4350–3700 avant le présent, CC BY-SA-NC 4,0 Clio Der Sarkissian.
Aperçu du compactus comprenant la collection de malacologie du Muséum de Toulouse, CC BY-SA-NC Henri Cap, Muséum de Toulouse.
Panel de la collection Labouesse, malacologie XXe siècle, conservée au Muséum de Tolouse. CC BY-SA-NC Henri Cap, Muséum de Toulouse.

Une coquille, qu’est-ce que c’est ?

Chez les mollusques, la coquille forme un squelette externe dont l’une des principales fonctions est de protéger les parties molles de l’animal contre les chocs, les prédateurs et les contraintes de son environnement. Elle est principalement constituée de carbonate de calcium, un composé minéral que l’on retrouve dans le calcaire. Dans les coquilles, ce carbonate de calcium forme des cristaux organisés en différentes couches et structures microscopiques, qui peuvent beaucoup varier d’une espèce à l’autre. Mais une coquille contient aussi une petite fraction de matière organique, notamment des protéines, qui joue un rôle important dans sa formation et ses propriétés. Le processus biologique de formation progressive de la coquille par un tissu du mollusque, le manteau, est appelé « biominéralisation », et la coquille un « biominéral »1.

Que nous racontent les coquilles ?

Diversité de tailles, formes, couleurs des coquilles des mollusques. Vitrine consacrée aux mollusques dans l’exposition permanente du Muséum de Toulouse. Crédit : Patrice Nin, Muséum de Toulouse.

La forme des coquilles permet d’identifier les espèces et d’étudier leur diversité et leur évolution, parfois sur plusieurs millions d’années [fig. 2]. Retrouver certaines espèces dans une couche archéologique ou géologique donne aussi des indications sur les environnements du passé. Dans les sites archéologiques, les coquilles témoignent en outre des relations anciennes entre les humains et les mollusques : consommation, fabrication d’outils, de parures ou de pigments, déplacements et échanges.

La coquille s’agrandit progressivement tout au long de la vie du mollusque, en formant une succession d’incréments. Comparables dans leur principe aux cernes d’un arbre, ceux-ci permettent d’estimer l’âge du mollusque et de suivre les variations de sa vitesse de croissance. C’est ce qu’étudie la « sclérochronologie » [fig. 3].

Coquille d’Arctica islandica (A) et coupe de coquille montrant les incréments annuels de croissance (B). La coquille s’agrandit progressivement le long de son axe de croissance, en enregistrant une succession d’incréments.
Crédit : figure adaptée d’après Madelyn Mette, USGS. Domaine public.

La composition chimique et isotopique des incréments peut aussi renseigner sur la température, la salinité ou la concentration en nutriments de l’environnement dans lequel vivait l’animal, et parfois contribuer à déterminer l’origine géographique d’une coquille. Il est ainsi possible de relier les conditions environnementales et la croissance du mollusque. Pour finir, l’analyse de la petite fraction organique qui contient notamment des protéines et des acides aminés renseigne sur les mécanismes moléculaires de la biominéralisation et peut aider à identifier les espèces1.

Mais qu’en est-il de l’information génétique ? Une coquille mature ne contient pas de cellules vivantes et n’est donc pas, a priori, un matériau dans lequel on s’attendrait à trouver de l’ADN. Pourtant, nous savons aujourd’hui qu’elle peut en contenir.

D’où vient l’ADN d’une coquille ?

Au cours de la biominéralisation, le matériau en formation est en contact étroit avec les tissus et les fluides de l’animal. Il est donc possible que des molécules d’ADN soient ainsi incorporées et piégées à l’intérieur du biominéral pendant sa construction, même si les mécanismes précis de cette incorporation restent mal compris.

Au début des années 2000, plusieurs travaux ont montré qu’il était effectivement possible d’extraire de l’ADN à partir de coquilles modernes. Chez la moule perlière d’eau douce Margaritifera margaritifera, par exemple, l’ADN récupéré dans la coquille a permis d’accéder à l’information génétique de l’animal sans avoir à prélever ses tissus. Cette approche est particulièrement intéressante pour l’étude d’espèces rares, menacées ou protégées, pour lesquelles les prélèvements doivent être aussi peu invasifs que possible2.

Ces travaux ont soulevé une autre question : ces traces moléculaires peuvent-elles rester protégées dans le biominéral après la mort de l’animal ?

Jusqu’où remonte la mémoire génétique des coquilles ?

Un élément de réponse est venu de l’analyse de coquilles modernes, historiques et anciennes appartenant à différents groupes de mollusques marins, terrestres et d’eau douce : palourdes, ormeaux, huîtres, coquilles Saint-Jacques, praires d’Islande, moules ou encore escargots. L’ADN des mollusques a bien pu être retrouvé dans leurs coquilles. Pour les spécimens anciens, certains dommages caractéristiques, qui s’accumulent dans les molécules d’ADN après la mort de l’animal, ont permis de confirmer leur ancienneté. Ces analyses ont montré que l’état de préservation de l’ADN ne dépend pas seulement de l’âge des coquilles. Il peut être influencé par leurs conditions d’enfouissement ou de stockage, ainsi que par leur microstructure, c’est-à-dire l’agencement des cristaux minéraux3,4 .

Diversité de microstructures des coquilles de mollusques. Exemples de deux microstructures calcitiques (en rouge), prismatique chez Isognomon legumen, barre d’échelle 10 μm (A apres attaque acide révélant les enveloppes organiques) et foliée chez Magallana gigas, barre d’échelle 2 μm (B), et de deux microstructures aragonitiques (en bleu), nacrée chez Aspatharia pfeifferiana, barre d’échelle 10 μm (C) et lamellaire croisée chez Ctenioides scabra, barre d’échelle 5 μm (D). Images obtenues par microscopie électronique à balayage.
Crédits : figure adaptée de Clark et al. (2020)5, CC BY 4.0.
Assemblage de coquilles fossiles provenant de sédiments marins de la péninsule du Taïmyr, dans le nord de la Sibérie. Certains des spécimens ont livré de l’ADN vieux d’au moins 100 000 ans : Portlandia arctica (1), Mytilus trossulus (2).
Crédit : @ Per Möller

Dans les conditions les plus favorables, cette préservation peut se prolonger sur des temps considérables : au moins 100 000 ans. Des coquilles de cet âge ont été découvertes dans des sédiments marins gelés du nord de la Sibérie, dans la péninsule du Taïmyr. À la période interglaciaire où ces mollusques vivaient, la mer recouvrait cette région aujourd’hui située à une cinquantaine de kilomètres du littoral. Parmi les coquilles analysées, celles d’un petit bivalve marin, Portlandia arctica, et d’une moule du genre Mytilus ont livré de l’ADN ancien. Chez cette dernière, suffisamment d’ADN avait été préservé pour obtenir des informations génétiques à l’échelle de l’ensemble de son génome6.

Que peut nous apprendre l’ADN des coquilles ?

L’ADN des coquilles permet de comparer directement les populations du passé à celles d’aujourd’hui et de suivre leur évolution au cours du temps. On peut ainsi étudier leurs réponses aux changements environnementaux, mais aussi aux activités humaines ou aux épidémies. Pouvoir remonter ainsi dans le temps est particulièrement précieux pour comprendre les transformations récentes de la biodiversité, dans un contexte où les pressions exercées par les activités humaines se sont fortement intensifiées à l’échelle mondiale.

Des coquilles d’huîtres plates européennes collectées au XIXe siècle ont révélé la diversité génétique d’une population aujourd’hui disparue7. Plus récemment, l’analyse de coquilles d’ormeaux de Californie couvrant les 1 500 dernières années a permis de suivre l’évolution de leur diversité génétique avant et après l’effondrement de leurs populations provoqué par une épidémie dans les années 19808.

Mais l’ADN conservé dans une coquille ne provient pas nécessairement du seul mollusque qui l’a produite. Des traces génétiques d’autres organismes, comme des microbes, présents dans son environnement ou associés à l’animal peuvent aussi y être retrouvées, faisant de la coquille une archive « métagénomique » qui peut notamment aider à retracer l’histoire des maladies touchant les mollusques en aquaculture. Des coquilles de palourdes japonaises (Ruditapes philippinarum) atteintes de la maladie de l’anneau brun, à l’origine d’importantes mortalités dans les élevages en Bretagne à la fin des années 1980, ont livré de l’ADN de Vibrio tapetis, la bactérie responsable de cette maladie.

Une nouvelle écoute des collections

Les progrès de la génomique permettent aujourd’hui de poser de nouvelles questions aux spécimens conservés dans les collections. Au Muséum de Toulouse, les collections de mollusques (ou « malacologiques »), qui ont commencé à se constituer avant même l’ouverture de l’établissement en 1865, rassemblent aujourd’hui près de 100 000 spécimens appartenant à plus de 10 000 espèces. Ces chiffres donnent une idée de la quantité d’informations que de telles collections conservent sur les mollusques, l’histoire de leurs populations et les environnements dans lesquels ils ont vécu.

Références :

  1. LOUIS Victoria et al., « Bivalve shell growth from molecular to sclerochronological scale: Environment and intrinsic factors control increment deposition », Marine Environmental Research, n° 202, 2024, 106730. Disponible en ligne, https://doi.org/10.1016/j.marenvres.2024.106730
  2. MARTIN Kelly R et al., « Teaching an Old Shell New Tricks: Extracting DNA from Current, Historical, and Ancient Mollusk Shells », BioScience, n° 71, 2021, p. 235–248. Disponible en ligne, https://doi.org/10.1093/biosci/biaa164
  3. DERSARKISSIAN Clio et al., « Ancient DNA analysis identifies marine mollusc shells as new metagenomic archives of the past », Molecular Ecology Resources, n° 17, 2017, p. 835–853. Disponible en ligne, https://hal.science/hal-01624435/
  4. MARTIN-ROY Raphaël et al., « Advancing responsible genomic analyses of ancient mollusc shells », PLOS One, e0302646, 2024. Disponible en ligne, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0302646
  5. CLARK Melody S. et al., « Deciphering mollusc shell production: the roles of genetic mechanisms through to ecology, aquaculture and biomimetics », Biological Reviews, n° 95, 2020, p. 1812-1837. Disponible en ligne, https://doi.org/10.1111/brv.12640
  6. DERSARKISSIAN Clio et al., « Unveiling the Ecological Applications of Ancient DNA From Mollusk Shells », Frontiers in Ecology and Evolution, n° 8, 2020. Disponible en ligne, https://doi.org/10.3389/fevo.2020.00037
  7. EWERS Christine et al., « Museomics of an extinct European flat oyster population », Scientific Reports, n° 5, 2025, 13906. Disponible en ligne, https://doi.org/10.1038/s41598-025-96743-8
  8. WOOLDRIDGE T. Brock et al., « Ancient DNA from shells reveals delayed genomic erosion and rapid immune adaptation in the critically endangered black abalone », PNAS, n° 123, 2026, e2600483123. Disponible en ligne, https://doi.org/10.1073/pnas.260048312

Image d’en tête : Peigne de vénus ou Murex pecten. N° collection de macalogie conservée au Muséum de Toulouse. CC BY-SA-NC Christian Nitard, Muséum de Toulouse.