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Evolution et Génétique, modelés par les modifications dans l’organisation des rétroactions des gènes et des protéines

mardi 28 novembre 2017, par Robert Paris

"L’histoire de la vie ressemble à un gigantesque élagage ne laissant survivre qu’un petit nombre de lignée, lesquelles peuvent ensuite subir une différenciation ; mais elle ne ressemble pas à cette montée régulière de l’existence, de la complexité et de la diversité, comme on le raconte traditionnellement."

"La vie est belle", Stephen Jay Gould

Evolution et Génétique, modelés par les modifications dans l’organisation des rétroactions des gènes et des protéines

L’évolution des espèces vivantes fondée sur la biochimie du vivant provient-elle uniquement de la dérive du copiage des macromolécules entraînant des changements de leur contenu moléculaire ou de changements de l’organisation des interactions des gènes homéotiques ?

Introduction

Que dit la thèse du « tout génétique » ? Eh bien que tout découle de la composition chimique et donc du contenu des macromolécules de la génétique (ADN, ARN et protéines pour l’essentiel). Et que la base de l’évolution comme de la conservation des espèces vivantes est à chercher exclusivement dans le contenu en termes biochimiques de ces molécules. Si on le change suffisamment et efficacement (de manière viable), on change l’espèce. Si on ne le change pas (ou trop peu), on conserve l’espèce même si l’individu est différent. Si on a des bras, c’est parce qu’on a des gènes de bras. Si on est un singe, c’est parce qu’on a des gènes de singe. Et si on est plus particulièrement un chimpanzé, c’est qu’on a des gènes de chimpanzé. Ce qui différencierait ces gènes particuliers des autres, ce serait seulement leur contenu en termes chimiques, c’est-à-dire leur contenu moléculaire et cette thèse affirme que la base même de toute l’évolution darwinienne des espèces vivantes, de la variation qui permet ensuite la sélection, proviendrait d’erreurs de duplication des macromolécules du vivant, celles-ci se reproduisant « normalement » à l’identique.

C’est la thèse courante et officielle et nous allons nous autoriser à y repenser de manière critique.

Cela semble aujourd’hui être une thèse incontestable et même indiscutable qui relie la théorie darwinienne de l’évolution et la théorie génétique du vivant.

Pourtant, nous allons essayer de la discuter…

Nous allons souligner l’existence de bien d’autres éléments dans la fabrication d’une identité de l’être vivant :

- agitation déstabilisant l’organisation structurée des interactions

- modifications de la rythmologie des chaînes de réactions

- agitation perturbant la disposition des molécules

- désactivation des gènes et inhibition de cette désactivation

- formation d’organigrammes de réactions successives et leur modification

- inhibition des mécanismes de contrôle ou mobilisation de ceux-ci du fait d’agressions extérieures

Etc.

Les éléments précédemment cités ne sont pas à proprement parler génétiques mais épigénétiques, c’est-à-dire agissant en lisière du génétique sans modifier directement le contenu des gènes, mais en modifiant cependant les espèces produites.

Nous allons surtout critiquer toutes les propositions d’explication de la vie par des mécanismes « pour » (pour survivre, pour procréer plus et mieux, pour être favorisé, pour se nourrir, pour réussir, pour fabriquer tel organisme, pour obtenir telle spécialisation ou telle fonction, ou même pour construire telle espèce…) et la nécessité d’interprétations par des mécanismes « contre » (par élimination, par apoptose ou mort programmée, par inhibition et par inhibition de l’inhibition, par sélection au moyen de la destruction des autres, par choix des cibles plutôt que par choix des êtres ou des cellules sauvés ou fabriqués). Au lieu de l’action positive, le vivant a besoin de la contradiction dialectique : ce qui vit a détruit ou inhibé la mort, ce qui réussit n’est pas ce qui a été sélectionné pour vivre et procréer mais ce qui n’a pas été sélectionné par la faucheuse… Il ne convient pas de rechercher les causes du succès des uns, mais celles de la suppression des autres… Et même dans les causes de mort, il faut chercher des mécanismes de négation et non d’affirmation. On ne meurt que parce que le mécanisme d’inhibition de la mort est lui-même inhibé. On n’évolue que parce que le mécanisme d’évolution, qui était naturellement inhibé, voit son inhibition elle-même… inhibée !!! Un renversement de perspective en somme…

Les expressions positives comme adaptation, éducation, apprentissage, mémorisation, spécialisation, complexification, organisation, sélection positive (des plus aptes, des plus efficaces, des plus procréateurs, des plus adaptés) doivent être abandonnées car le vivant ne vit pas « pour » satisfaire à un but, à un dessein, répondre à un programme, suivre un cheminement prédéterminé ni même suivre son destin, mais parce que les lois dynamiques de la matière composent ce mixage dialectique de hasard et de nécessité.

Le contenu biochimique des macromolécules du vivant sont certes plus convergentes pour un même individu du début à la fin de sa vie, pour deux individus d’une même famille, pour deux variétés au sein d’une même espèce, pour deux individus d’espèces proches dans l’histoire de l’évolution, pour deux individus de genres proches, etc., que pour des individus plus éloignés mais cela ne suffit pas du tout à répondre à la question. En effet, c’est affirmer une évidence. Du moment que des espèces se sont séparées, leur matériel génétique va diverger progressivement du simple fait qu’il n’y a pas recomposition et que les espèces différentes ne vont pas se croiser et avoir de descendance. Cela ne nous dit pas si l’origine même de la divergence est le contenu biochimique des gènes ou une autre raison comme des séparations dues à la géographie, par l’isolement, à la sexualité, par le changement des habitudes, à l’apparence extérieure, par la transformation de l’attirance, au changement des rythmes, des coutumes, des modes d’alimentation, etc. Si c’est le cas, l’évolution du contenu des gènes viendra alors comme une conséquence et non comme une cause.

Nous commencerons donc par nous demander s’il est vrai que « l’ours est l’animal qui a des gènes d’ours » et que le bras provient de « l’animal qui a des gènes de bras »…

Non seulement, nous ne verrons pas dans le vivant des constructions « pour » : des ailes pour voler, des poumons respirer, des nageoires pour nager, des cerveaux pour penser, des mécanismes de l’hérédité pour hériter, mais nous ne trouverons pas des gènes pour le bras, des gènes pour l’ours, des gènes pour la bactérie, ni des gènes pour le singe et d’autres pour l’homme… Nous verrons, au contraire, que les gènes d’un être vivant ont la particularité… de fonctionner sur tous les autres êtres vivants !!! C’est l’unité du vivant qui l’emporte sur la particularité des variétés et la particularité ne peut donc pas être cherchée dans la particularité des choses, des molécules par exemple, mais dans celle de l’histoire, toujours sujette à des changements au hasard même s’ils restent sous la dictature des lois…

Il y a eu bien des versions de l’explication du vivant, depuis l’ordre issu de l’ordre, le désordre issu de l’ordre, l’ordre issu du désordre.

Nous dirions plutôt pour notre part le mixage dialectique ordre/désordre de la matière produisant des niveaux supplémentaires d’organisation, appelés vivants, eux-mêmes fondés sur la dialectique ordre/désordre.

« Les horloges du vivant » de Jean Chaline :

« Le vivant est organisé selon une hiérarchie ascendante de niveaux d’intégration de plus en plus élevés et de plus en plus complexes qui concernent tout d’abord la formation des individus, depuis les bases, les gènes, chromosomes, cellules, organes jusqu’aux organismes, et au-delà les groupements d’individus en populations, puis en espèces, en biomes, jusqu’à la constitution de l’ensemble de la biosphère…

Lorsqu’on analyse les niveaux supérieurs à l’espèce, les genres, les familles, les ordres et les embranchements, les intermédiaires graduels entre les espèces ou les plans d’organisation prévus par la théorie gradualiste à l’époque de Darwin ne sont pas obligatoires, puisque les mutations des gènes de régulation peuvent enclencher un saut morphologique majeur immédiat entre l’ancêtre et le descendant en une ou deux générations…

Une simple mutation peut changer un caractère, de multiples caractères, un ou plusieurs organes, une espèce en une autre, un plan d’organisation en un autre. Par rapport au stade synthétique (de la théorie de l’évolution – note M et R) le rôle des mutations a été reconsidéré et leurs résultats amplifiés, puisqu’on ne savait pas qu’elles pouvaient, sans dommage, restructurer l’organisme. La grande ampleur des effets des mutations homéotiques a été envisagée par Golschmidt, mais non retenue à l’époque car contraire aux idées génétiques de l’époque.

On sait aujourd’hui qu’il y a des gènes de structure qui conditionnent la formation des protéines, et des gènes de régulation qui contrôlent le développement.

On a montré que l’organisme se construit selon des structures modulaires indépendantes… Il semble aussi que les innovations correspondent souvent à des remaniements de structures préexistantes par des changements de fonction des gènes impliqués. Ces résultats confortent ainsi l’idée de François Jacob, selon laquelle l’évolution résulte d’un vaste bricolage qui modifie constamment les structures préexistantes par des remaniements variés, délétions ou adjonctions qui permettent parfois d’échapper aux contraintes de construction qui sont, par définition, très coercitives…

Les altérations de la chronologie du développement, décrites par la paléontologie avec les accélérations et décélérations, les raccourcissements et allongements de la période de croissance constituent une mécanique du changement morphologique, qui accompagne l’évolution des espèces. Ces processus évolutifs, qui relient les deux niveaux majeurs de l’organisation hiérarchique du vivant que sont le programme génétique et la morphologie des individus, sont contrôlés en partie par des gènes de régulation du développement, les fameux gènes Hox et sans doute d’autres encore mal connus. Ces gènes architectes permettent de comprendre les grands changements morphologiques et le découplage entre génétique et morphologie, c’est-à-dire l’absence de liaison linéaire entre les deux niveaux.

Ces mécanismes évolutifs inédits apportent aujourd’hui une nouvelle clé de lecture de l’évolution, celle de véritables « horloges du vivant » qui interviennent tout au long du développement, à des moments précis, pendant des durées définies et des rythmes variables...

Il est clair aujourd’hui que ce sont les mutations des gènes de régulation qui sont à l’origine des changements majeurs qui jalonnent l’histoire de la vie, notamment des plans d’organisation…

Si l’on fait le bilan du stade « synthétique » de la théorie, même en se limitant aux concepts majeurs comme ceux du mécanisme génétique graduel de l’accumulation des milliers ou millions de petites mutations triées en permanence par la sélection naturelle ou de l’adaptation, alors il est bien évident que l’explication néo-darwinienne est incapable de justifier l’apparition brutale des innovations morphologiques ou la mise en place des plans d’organisation…

L’inadéquation de certains aspects de la théorie ne signifie absolument pas que la théorie de l’évolution soit à rejeter dans son ensemble comme voudraient le faire croire un certain nombre de critiques à motivations créationnistes plus ou moins bien dissimulées…

Les altérations du développement mises en évidence en paléontologie et en biologie par Haeckel, Garstang, Bolk, Gould, Alberch, McNamara, Dommergues, Reilly et de nombreux autres spécialistes constituent certainement un concept central du nouveau stade de la théorie de l’évolution. La mécanique hétérochronique qui touche la chronologie du développement, tronqué (hypomorphose) ou allongé (hypermorphose), sa vitesse, décélérée ou accélérée, le moment plus précoce (pré-déplacé) ou plus tardif (post-déplacé) d’émission du signal d’induction de la formation d’un organe, permet de comprendre la logique du bricolage embryologique qui s’effectue entre un ancêtre et son descendant…

Britten et Davidson considèrent quatre types de gènes : les gènes de structure servent à former les protéines de l’espèce, les gènes régulateurs sont en relation avec des gènes intégrateurs, eux-mêmes liés à des gènes récepteurs en prise directe avec des sondes branchées sur l’environnement. Ces gènes intégrateurs peuvent être les gènes thermo-activables qui établissent une relation directe entre le génome et la température de l’environnement. Parmi les gènes intégrateurs, il faut sans doute aussi placer les gènes commutateurs qui inhibent ou activent d’autres gènes ayant une fonction particulière…

La plus grande innovation de cette fin de siècle en évolution, c’est sans doute la mise en évidence du rôle des « homéoboîtes » ou des gènes Hox, en particulier…

Ces gènes Hox correspondent à des séquences d’ADN très semblables codant des zones d’homéodomaines. Ces protéines, lorsqu’elles se fixent sur l’ADN dans une région de régulation du gène, sont capables d’activer ou d’inhiber le gène, donc de produire ou d’empêcher la fabrication d’une protéine. Les gènes Hox sont activés, puis dupliqués en ARN messagers qui contrôlent la synthèse des protéines Hox, l’identité et la position des cellules embryonnaires le long de l’axe tête-queue, dorso-ventralement ou dans les membres et, enfin, activent certaines cellules embryonnaires pendant un temps limité dans un emplacement déterminé.

Ce sont ces gènes qui font fonctionner la mécanique des horloges du vivant…

A chaque niveau d’organisation du vivant, des sauts morphologiques ou des ponctuations entre espèces sont dus à l’existence d’une mécanique saltatoire qui intervient au niveau de l’ADN, des chromosomes et des dérèglements de la chronologie des diverses phases du développement…

Le hasard qui gère les mutations est fortement limité, encadré peut-on dire, par les contraintes biochimiques propres du vivant : les quatre bases de l’ADN, les canalisations liées aux contraintes du développement embryonnaire, des homéogènes et des hétérochronies. Si le hasard joue un rôle important dans l’évolution, c’est un hasard désormais contenu entre des barrières très strictes. Ce sont ces contraintes canalisantes qui ont fait croire à certains à l’existence de l’orthogenèse ou d’une finalité de l’évolution…

Les qualificatifs hiérarchique, saltatoire, événementiel, contingent et chaotique expriment la nouvelle dimension globale de la théorie de l’évolution et la rapprochent des théories des sciences physiques expliquant la constitution et l’évolution générale de l’univers. »

« Ni dieu ni gène » de Jean-Jacques Kupiec et Pierre Sonigo :

« Pourquoi avons-nous des bras ? Parce que nos gènes portent le programme des bras. Pourquoi avons-nous des yeux ? Parce que nos gènes portent le programme des yeux ? Pourquoi l’oiseau vit-il dans les arbres ? Parce que Dieu l’a voulu ainsi. Ces réponses n’en sont pas. (…) La génétique, en considérant que la structure de l’organisme est programmée, ne peut en générer une explication. L’explication et repoussée ailleurs, dans les cieux ou dans les molécules, et reste une illusion… L’ADN existe certainement. Mais il ne constitue pas la cause, le déterminant, le créateur de l’organisme. Les biologistes ont rêvé d’un démiurge accessible, lisible dans le monde des molécules. »

On peut également y lire :

« Le réductionnisme est une forme de matérialisme, fonctionnant avec des concepts idéalistes empruntés à la métaphysique de l’ « arbre de Porphyre ». (Porphyre était un philosophe qui vécut au IIIe siècle de notre ère et rédigea un petit ouvrage, l’ « Isagoge », ouvrage de vulgarisation à but pédagogique… qui décrit les rapports hiérarchiques entre genres et espèces… Ainsi, l’espèce est générée par l’addition de différences spécifiques qui divisent progressivement les genres du plus général au plus spécial… La physique a progressivement renoncé à la spécificité pour caractériser les objets par des paramètres variables et mesurables… Avec la spécificité, c’est la finalité qui a disparu de la science… Un électron n’a pas un caractère spécifique, c’est une particule qui a une certaine charge, masse, énergie, etc. Elle n’a pas une essence et une finalité qui relèveraient de sa création et qui seraient de s’apparier avec un proton ! »

On peut également y lire :

« Les séquences d’ADN ne peuvent même plus être considérées comme des données stables, parce qu’une même séquence peut se comporter différemment selon les interactions qui se produisent… Le changement d’état de la chromatine est un processus purement physico-chimique. Lorsqu’un élastique enroulé sur lui-même est lâché, il se déroule spontanément en passant par divers états de torsion. La chromatine est prise dans une dynamique analogue, qui n’a rien à voir avec un programme. La différence entre un élastique et la chromatine réside dans l’apport constant en énergie dans ce dernier cas, qui permet de reconstituer continuellement des torsions, alors que l’élastique livré à lui-même reste stable lorsqu’il est détendu… On a longtemps pensé que les mutations ponctuelles devaient jouer un rôle prépondérant dans l’évolution des espèces et que les gènes avaient dû être profondément remaniés. Il n’en est rien. L’évolution des espèces ne peut pas être expliquée par les mutations parce que les changements dans la séquence des gènes sont insignifiants. Entre l’homme et le singe, les gènes sont identiques à plus de 99% et la majorité des variations se trouve dans l’ADN non codant. Les gènes sont très conservés de la levure à l’homme. On peut la plupart du temps les échanger par génie génétique, d’une espèce à l’autre, sans conséquences notables… Pour tourner cette difficulté, on explique en général que ce sont des différences très minimes qui permettent de modifier le programme de différenciation. Une autre explication peut être donnée. Si la séquence d’activation des gènes dépend de leur position, pour que cette séquence change, il suffit que la position des gènes change par recombinaison pour provoquer une évolution, sans qu’il y ait besoin de mutations. Toutes les réserves d’ADN non codant pourraient servir à ce processus. »

Les différences entre le contenu biochimique des gènes entre espèces sont souvent minimes et n’expliquent nullement des différences considérables entre les fœtus et encore plus considérables entre les adultes de l’espèce.

Ces processus génétiques ne sont pas les seuls à l’origine de la diversification des génomes.

En effet, de nombreuses espèces végétales apparaissent suite à l’hybridation de deux espèces parents conduisant à un remaniement chromosomique. Cette hybridation peut être suivie d’une polyploïdisation, ce qui va fortement modifier le contenu génétique des individus en multipliant le nombre des copies des gènes. Ces deux mécanismes peuvent conduire à la naissance de nouvelles espèces.

Les rétrovirus semblent avoir aussi joué un rôle dans l’évolution des espèces. Ils ont la capacité d’intégrer leur génome dans celui de la cellule hôte. Si cette intégration se fait au niveau des cellules germinales et est stable, les gènes d’origine viraux peuvent être transmis à la descendance et conduire à l’acquisition de nouveaux caractères pouvant favoriser l’apparition d’une nouvelle espèce.

L’organisation et la morphologie des organismes dépendent de l’expression spatiale et temporelle des gènes homéotiques. Ce sont des gènes « architectes » responsables de la mise en place des organes et appendices à un endroit donné et à un moment donné du développement embryonnaire.

La mutation de l’un de ces gènes peut conduire à la disparition d’un organe, ou à sa mise en place à un endroit insolite de l’organisme. Elle peut aussi conduire à sa mise en place prématurée ou retardée. C’est l’hétérochronie.

Ainsi, la morphologie et l’organisation de l’organisme seront modifiées au cours du développement embryonnaire, ce qui pourra donner naissance à une nouvelle espèce.

François Jacob déclarait lors du premier exposé de l’Université de tous les Savoirs, le 1er janvier 2000 :

« On a longtemps pensé que les molécules de différents organismes étaient entièrement différentes. Et même que c’était la nature de leurs molécules qui donnait aux organismes leurs propriétés et particularités. En d’autres termes, que les chèvres avaient des molécules de chèvres et les escargots des molécules d’escargot. Que c’étaient les molécules de chèvre qui donnaient à la chèvre ses particularités. (...) Ce qui distingue un papillon d’un lion ou une poule d’une mouche, c’est moins une différence dans les constituants chimiques que dans l’organisation et la distribution de ces constituants. Par exemple, ce qui rend un vertébré différent d’un autre c’est plus un changement dans le temps d’expression et dans les quantités relatives des produits des gènes au cours du développement de l’embryon que les petites différences observées dans la structure de ces produits. (...) Chez la mouche, qui jouit d’un long passé génétique, ont été mis en évidence les gènes qui assurent, dans l’œuf, la mise en place des axes du futur embryon, puis ceux qui découpent le corps de l’embryon en segments puis ceux qui déterminent le destin et la forme de chacun de ces segments. A la stupéfaction générale, ces mêmes gènes ont été retrouvés chez tous les animaux examinés : coup sur coup grenouille, ver, souris et homme. Qui eut dit, il y a encore quinze ans, que les gènes qui mettent en place le plan d’un être humain sont les mêmes que ceux qui fonctionnent chez une mouche ou un ver ? (...) On voit les changements apportés dans la manière de considérer l’évolution biochimique. Tant que chaque gène, donc chaque protéine, était regardé comme un objet unique, résultat d’une séquence unique de nucléotides ou d’acides aminés, chacun d’eux ne pouvait se former que par une création nouvelle, de toute évidence hautement improbable. »

En ce qui concerne le dogme de la fixité du capital génétique c’est Barbara Mac Clintock qui a effectué cette révolution conceptuelle avec ses « gènes sauteurs ». Elle s’était en effet aperçue que des morceaux entiers de l’ADN pouvaient migrer au sein de la macromolécule. Beaucoup plus tard sont tombés les dogmes un gène/une molécule, un gène d’une espèce/une protéine de cette espèce ou un ADN/une espèce. Un ADN peut tout à fait produire des protéines qui ne conviennent pas à l’espèce. Et des molécules d’une ou des gènes d’une autre espèce peuvent parfaitement fonctionner sur une autre espèce. On s’est également aperçu du rôle des parties non codantes de l’ADN et de leur diminution au cours de l’existence, de leur rôle dans le vieillissement, dans les erreurs de réplication. On a enfin constaté leur rôle dans le repliement de la macromolécule, repliement qui détermine la position stéréoscopique de la molécule et, du coup, l’action ou l’inaction de certains gènes. Au final, on s’est aperçu que tout n’est pas écrit dans les commandes de l’ADN. Les protéines jouent un rôle actif. Elles servent notamment à surveiller que l’ADN ne produit pas des molécules étrangères (protéines chaperon). Mais les protéines peuvent interagir avec l’extérieur. En somme le milieu peut interagir avec le fonctionnement génétique par des moyens le plus souvent épigénétiques, c’est-à-dire sans modifier nécessairement le contenu biochimique des gènes. Il en ressort une image de la vie très différente dans laquelle l’ordre est issu du désordre, de l’interaction entre molécules et les liaisons, réalisées au hasard. L’image qui ressort des derniers développements scientifiques sur le vivant est aussi une vision bien plus active que celle d’un capital génétique figé, entièrement défini par le contenu des gènes.

Ce qui change, d’une espèce à l’autre, ce n’est pas seulement l’existence de telle ou telle constituant qui forme le gène, c’est l’activation ou l’inhibition des gènes. C’est l’ordre de leurs interventions et leurs interactions plutôt que le seul contenu biochimique de l’ADN. La génétique est caractérisée par une organisation des réactions en chaîne, une dynamique des interactions protéines/ADN. Chaque espèce est liée à un enchaînement particulier, un espèce de cycle des interactions des gènes. La structure qui régule l’ordre des interactions peut changer brutalement. Lorsqu’il s’agit de changement touchant des gènes dits homéotiques, cela mène au changement d’espèce. Certains de ces gènes pilotent les plans d’organisation. Une modification de leur ordre d’intervention peut produire des transformations considérables du développement du corps. On peut ainsi interpréter les sauts de l’évolution du vivant qu’il est légitime d’appeler de véritables révolutions. Qu’il s’agisse de l’apparition d’un nouvel organe, d’un nouveau fonctionnement collectif des organes, d’une nouvelle structure du corps, d’un nouveau mode de déplacement ou d’un nouveau mode de reproduction, on parle toujours d’évolution des espèces alors que le terme serait plutôt de révolution des espèces. La science ne nie plus l’existence des sauts qualitatifs spontanés causés par les lois de la nature et n’a plus besoin des miracles pour les qualifier. La science ne cherchera pas plus de chaînon manquant d’une évolution prétendument progressive. Il n’y a pas plus de continuité entre un être vivant dépourvu de colonne vertébrale et un vertébré qu’entre une masse de gaz se concentrant et se réchauffant et une étoile. Pas plus que l’on ne cherchera des étapes graduelles entre les états de gaz, liquide et solide, nul ne peut prétendre concevoir un développement continu et sans saut de la bactérie à l’homme ! Il est impossible d’appeler évolution le passage de la vie sans oxygène (forme de vie où l’oxygène était même un poison) à la vie fondée sur l’oxygène ! Impossible également d’appeler évolution le passage des unicellulaires aux pluricellulaires ! Impossible d’appeler évolution les grandes disparitions d’espèces ou encore les périodes d’explosion de la biodiversité (comme Burgess et Ediacara).

Walter Gehring faisait l’expérience (exposée dans « La drosophile aux yeux rouges ») : inoculer un gène maître d’œil de souris à une mouche drosophile. Le résultat était la production d’un œil de drosophile. Cela prouvait que le matériel génétique d’un mammifère fonctionne sur une mouche ! Et Jacob donne le fond de l’explication : ne plus considérer chaque gène comme un individu mais comme un élément d’une structure globale des gènes et des protéines. Je le cite encore : « On voit les changements apportés dans la manière de considérer l’évolution biochimique. Tant que chaque gène, donc chaque protéine, était regardé comme un objet unique, résultat d’une séquence unique de nucléotides ou d’acides aminés, chacun d’eux ne pouvait se former que par une création nouvelle, de toute évidence hautement improbable. » François Jacob affirmait dans sa conférence pour l’Université de tous les savoirs : « On a longtemps pensé que les molécules de différents organismes étaient entièrement différentes. Et même que c’était la nature de leurs molécules qui donnait aux organismes leurs propriétés et particularités. En d’autres termes, que les chèvres avaient des molécules de chèvres et les escargots des molécules d’escargot. Que c’étaient les molécules de chèvre qui donnaient à la chèvre ses particularités. (...) Ce qui distingue un papillon d’un lion ou une poule d’une mouche, c’est moins une différence dans les constituants chimiques que dans l’organisation et la distribution de ces constituants. Par exemple, ce qui rend un vertébré différent d’un autre c’est plus un changement dans le temps d’expression et dans les quantités relatives des produits des gènes au cours du développement de l’embryon que les petites différences observées dans la structure de ces produits. (...) Chez la mouche, qui jouit d’un long passé génétique, ont été mis en évidence les gènes qui assurent, dans l’œuf, la mise en place des axes du futur embryon, puis ceux qui découpent le corps de l’embryon en segments puis ceux qui déterminent le destin et la forme de chacun de ces segments. A la stupéfaction générale, ces mêmes gènes ont été retrouvés chez tous les animaux examinés : coup sur coup grenouille, ver, souris et homme. Qui eut dit, il y a encore quinze ans, que les gènes qui mettent en place le plan d’un être humain sont les mêmes que ceux qui fonctionnent chez une mouche ou un ver ? (...) On voit les changements apportés dans la manière de considérer l’évolution biochimique. Tant que chaque gène, donc chaque protéine, était regardé comme un objet unique, résultat d’une séquence unique de nucléotides ou d’acides aminés, chacun d’eux ne pouvait se former que par une création nouvelle, de toute évidence hautement improbable. (...) Ce qui distingue un papillon d’un lion, une poule d’une mouche, c’est moins une différence dans les constituants chimiques que dans l’organisation et la distribution de ces constituants. Ce qui les rend différents c’est plus un changement dans le temps d’expression et dans la quantité relative des différents produits des gènes au cours du développement de l’embryon que les petites différences observées dans la structure de ces produits. »

Ce qui change, d’une espèce à l’autre, ce n’est pas seulement l’existence de telle ou telle constituant qui forme le gène, c’est l’activation ou l’inhibition des gènes. C’est l’ordre de leurs interventions et leurs interactions plutôt que le seul contenu biochimique de l’ADN. La génétique est caractérisée par une organisation des réactions en chaîne, une dynamique des interactions protéines/ADN. Chaque espèce est liée à un enchaînement particulier, un espèce de cycle des interactions des gènes. La structure qui régule l’ordre des interactions peut changer brutalement. Lorsqu’il s’agit de changement touchant des gènes dits homéotiques, cela mène au changement d’espèce. Certains de ces gènes pilotent les plans d’organisation. Une modification de leur ordre d’intervention peut produire des transformations considérables du développement du corps. On peut ainsi interpréter les sauts de l’évolution du vivant qu’il est légitime d’appeler de véritables révolutions. Qu’il s’agisse de l’apparition d’un nouvel organe, d’un nouveau fonctionnement collectif des organes, d’une nouvelle structure du corps, d’un nouveau mode de déplacement ou d’un nouveau mode de reproduction, on parle toujours d’évolution des espèces alors que le terme serait plutôt de révolution des espèces. C’est grâce aux travaux d’Edward Lewis, puis plus récemment de Walter Ghering que l’on a pu étudier le fonctionnement des gènes homéotiques, ces gènes qui pilotent le développement, c’est-à-dire la formation d’un organisme, de la première cellule à l’embryon, puis du foetus à l’être formé. Les changements d’espèces correspondants à des modifications du rythme des phases de croissance, ou hétérochromies, sont dus à des mutations sur ces gènes homéotiques. Une des découvertes fondamentales de ces chercheurs est celle des gènes de régulation, qui pilotent des milliers de gènes et contrôlent du coup tout le fonctionnement de l’être vivant. C’est un point fondamental pour la question de l’évolution, car ces gènes ne pilotent pas simplement un caractère ou un organe mais une quantité de caractères. Ils pilotent de manière organisée un grand nombre de gènes de structure. Un changement sur un gène de régulation peut entraîner une modification d’ensemble de l’être vivant. On peut parler là de révolution génétique, par opposition à la thèse de l’évolution génétique graduelle, selon laquelle les sauts à grande échelle seraient une somme de changements à petite échelle. Cela apporte de l’eau au moulin de la thèse de Gould selon laquelle, je le cite : « la spéciation se ferait en quelques centaines ou milliers d’années soit une microseconde en temps géologiques » (thèse qu’il expose notamment dans son ouvrage « Darwin ou les grandes énigmes de la vie »). Gould a ainsi dissocié l’évolution au sein de l’espèce fondée sur des micromutations et l’évolution passant d’une espèce à une autre qui est une macromutation appelée spéciation et qui est une discontinuité. La spéciation serait en effet fondée sur un saut du fonctionnement génétique concernant à la fois des centaines ou des milliers de gènes dont le fonctionnement serait perturbé par un ou deux remaniements des gènes de régulation. Il faut également citer un travail très récent, celui de Suzanne Rutherford et Susan Lindquist, qui a permis de comprendre comment le milieu pouvait entraîner des explosions de biodiversité.

Le caractère historique de la vie sera donc à chercher ailleurs, dans le type de dynamique du vivant. On va désormais chercher cette différenciation plutôt dans le fonctionnement des gènes entre eux que dans le déchiffrage du génome, et c’est là un changement considérable de perspective. Ce qui fait de nous un mammifère plutôt qu’un insecte ne serait pas tant des différences de matériel génétique que des différences de structuration, c’est-à-dire d’ordre des interconnexions des réactions biochimiques de ces gènes.

Dans le processus vivant, il y a en effet une multitude de rétroactions des gènes entre eux. On appelle rétroaction, des réactions successives où les produits de la réaction relancent celle-ci ou, au contraire, la bloquent. C’est ce phénomène de boucle de rétroaction qui détermine à quel moment dans l’ensemble du processus le gène entrera en action, pendant combien de temps et quel gène il activera ou inhibera ensuite. Ce qui compte pour l’action du gène n’est pas seulement son contenu biochimique mais son expression, c’est-à-dire s’il est activé ou inhibé par la rétroaction d’autres gènes. Et c’est aussi quel gène il active ou inhibe lui aussi. Le gène ne peut plus être considéré isolément mais comme un élément d’une structure. C’est l’environnement qui dit à un gène quand il doit commencer à produire des protéines et quand il doit s’arrêter. Ce sont des rétroactions entre gènes, via les protéines, qui transmettent l’information.

Les protéines ne sont pas simplement des produits passifs des gènes ; elles ont une capacité enzymatique, c’est-à-dire qu’elles sont indispensables à l’accélération de certaines réactions biochimiques précises. Les gènes n’agissent pas indépendamment, mais de concert avec des gènes maîtres ; on devrait dire des gènes chefs d’orchestre. Mais c’est un curieux concert puisqu’ils ne connaissent pas la symphonie. Ils n’ont pas la partition et même, on peut dire que celle-ci n’est pas écrite par avance. Chaque gène joue un bout musical mais c’est sur place qu’il apprend à quel moment il entre en action. C’est son voisin qui lui dit : « à toi de jouer ». Le moment n’est pas fixe et dépend du désordre des messages entre molécules. La signification de l’action du gène est elle-même définie par les autres gènes en action et pas par un gène seul. La manière de jouer n’est donc jamais entièrement identique et pourtant ça marche car cela s’ordonne par interaction. C’est au niveau de l’organisation des séries de réactions biochimiques, de leur ordre et de leur rythme, que l’on a été amenés à appeler horloge biochimique, que résiderait la différence essentielle entre les espèces. Et ce ne serait pas un ordre figé, une horloge périodique, mais un ordre émergent dont le cycle est produit à chaque fois par la synchronisation des rythmes issus des réactions biochimiques. C’est un ordre fondé sur le désordre parce que les manières qu’ont les molécules d’entrer en contact puis de se séparer sont multiples et aléatoires.

C’est l’organisation collective spontanée des messages chimiques des cellules entre elles, aussi bien que des rétroactions des gènes entre eux, qui détermine le fonctionnement d’un être vivant. Puisque chimiquement les constituants de la génétique sont très proches d’une espèce à une autre et sont interchangeables, d’où vient donc la prodigieuse diversité morphologique et physiologique du vivant ? Si l’animal qui vole a des ailes, ce n’est pas parce qu’il a des gènes d’aile alors que nous aurions des gènes de patte. La raison en est simple : ces gènes sont les mêmes. Le caractère historique de la vie sera donc à chercher ailleurs, dans le type de dynamique du vivant. On va désormais chercher cette différenciation plutôt dans le fonctionnement des gènes entre eux que dans le déchiffrage du génome, et c’est là un changement considérable de perspective. Ce qui fait de nous un mammifère plutôt qu’un insecte ne serait pas tant des différences de matériel génétique que des différences de structuration, c’est-à-dire d’ordre des interconnexions des réactions biochimiques de ces gènes. Dans le processus vivant, il y a en effet une multitude de rétroactions des gènes entre eux. On appelle rétroaction, des réactions successives où les produits de la réaction relancent celle-ci ou, au contraire, la bloquent. C’est ce phénomène de boucle de rétroaction qui détermine à quel moment dans l’ensemble du processus le gène entrera en action, pendant combien de temps et quel gène il activera ou inhibera ensuite. Ce qui compte pour l’action du gène n’est pas seulement son contenu biochimique mais son expression, c’est-à-dire s’il est activé ou inhibé par la rétroaction d’autres gènes. Et c’est aussi quel gène il active ou inhibe lui aussi. Le gène ne peut plus être considéré isolément mais comme un élément d’une structure.

C’est l’environnement qui dit à un gène quand il doit commencer à produire des protéines et quand il doit s’arrêter. Ce sont des rétroactions entre gènes, via les protéines, qui transmettent l’information. Les protéines ne sont pas simplement des produits passifs des gènes ; elles ont une capacité enzymatique, c’est-à-dire qu’elles sont indispensables à l’accélération de certaines réactions biochimiques précises. Les gènes n’agissent pas indépendamment, mais de concert avec des gènes maîtres ; on devrait dire des gènes chefs d’orchestre. Mais c’est un curieux concert puisqu’ils ne connaissent pas la symphonie. Ils n’ont pas la partition et même, on peut dire que celle-ci n’est pas écrite par avance. Chaque gène joue un bout musical mais c’est sur place qu’il apprend à quel moment il entre en action. C’est son voisin qui lui dit : « à toi de jouer ». Le moment n’est pas fixe et dépend du désordre des messages entre molécules. La signification de l’action du gène est elle-même définie par les autres gènes en action et pas par un gène seul. La manière de jouer n’est donc jamais entièrement identique et pourtant ça marche car cela s’ordonne par interaction. C’est au niveau de l’organisation des séries de réactions biochimiques, de leur ordre et de leur rythme, que l’on a été amenés à appeler horloge biochimique, que résiderait la différence essentielle entre les espèces. Et ce ne serait pas un ordre figé, une horloge périodique, mais un ordre émergent dont le cycle est produit à chaque fois par la synchronisation des rythmes issus des réactions biochimiques. C’est un ordre fondé sur le désordre parce que les manières qu’ont les molécules d’entrer en contact puis de se séparer sont multiples et aléatoires. C’est l’organisation collective spontanée des messages chimiques des cellules entre elles, aussi bien que des rétroactions des gènes entre eux, qui détermine le fonctionnement d’un être vivant. La fabrication d’un individu fonctionne selon le même type de cybernétique des relations biochimiques, mais réalisée au niveau de l’embryon. Elle détermine le type d’individu qui va être produit. Cela signifie que le contenu biochimique du même ADN permet de produire d’autres êtres vivants, à condition de changer la succession des gènes activés, la durée et le moment où ils sont stimulés.

Il y a un organigramme des cycles d’interactions des gènes mais cette organisation n’est pas acquise définitivement : elle se construit à chaque fois spontanément sur la base de contacts moléculaires aléatoires. Il suffit qu’un phénomène brutal fasse sauter le verrou qui empêche la diversité de s’exprimer. Si l’évolution est un changement de l’ordre hiérarchique de l’action des gènes au moment de la fabrication de l’individu, il suffit d’un ou deux changements sur un gène régulateur du développement pour causer une modification morphologique radicale. En effet, un gène régulateur pilote une quantité d’autres gènes et du coup peut produire des modifications d’espèces. En temps normal, cette variation ne se produit pas car elle est inhibée par des protéines de protection. C’est seulement en cas de choc que ce garde-fou est levé, ouvrant la voie à de multiples variations possibles de l’expression des gènes. En somme, je suis en train de vous dire qu’un ou deux petits changements d’horloge de la fabrication d’un singe suffisent à produire un homme. C’est effectivement un choc pour nous qui nous croyons toujours si différents, si supérieurs bien sûr ! L’apparente fixité de l’espèce ne serait qu’un gel des potentialités. La diversité qui existerait toujours au sein du matériel génétique serait seulement gelée momentanément et susceptible d’être réveillée par un réchauffement suffisamment brutal. Ce parallèle avec le processus de gel/réchauffement de l’eau, du passage de l’état solide à l’état liquide n’est pas fait par hasard car il s’agit là aussi d’un saut qualitatif. Une bouffée de biodiversité serait un processus du même type que le changement d’état de la matière inerte, un phénomène critique avec seuil et saut d’un état à un autre. On connaît bien ce type de situations dans lesquelles une petite perturbation peut entraîner un changement d’ordre et qui, pourtant, peuvent perdurer très longtemps pour peu que le processus maintienne les conditions juste en dessous de ce seuil critique. La dialectique hasard/nécessité du vivant serait du même type que la transformation gaz/liquide ou liquide/solide ou encore aimantation/désaimantation. Ce serait un phénomène du type transition désordre/ordre, ou chaos/antichaos pour reprendre le terme de Stuart Kauffman. Dans de tels phénomènes que l’on appelle critiques, une petite modification d’un facteur peut suffire à entraîner un saut brutal de l’évolution. Cela est dû au fait que lorsque l’on s’approche d’un seuil critique, toutes les échelles où se produit le phénomène interagissent et causent un saut qualitatif, une modification de structure à grande échelle. Cependant les structures de la vie se maintiennent malgré les fluctuations du milieu intérieur et extérieur. On a montré en effet que, dans les phénomènes critiques, la rapidité de la transmission de l’information est le critère de la conservation des structures. Une structure peut être durable si elle est capable de se transformer pour s’adapter à l’agitation de l’environnement. Cela explique que le fonctionnement obéisse fréquemment à des structures fractales qui sont très rapides en termes de communication de l’information. Je rappelle qu’une fractale est une structure qui existe à plusieurs échelles et qui est similaire aux divers niveaux où on la rencontre. On la trouve souvent dans la nature car c’est la structure qui réalise la plus grande surface dans un volume fixé.

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