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Comment des changements brutaux de l’environnement produisent des évolutions des espèces

mercredi 22 septembre 2010, par Robert Paris

Le rôle du volcanisme dans l’évolution des espèces

"Les conséquences de l’activité volcanique ne se limitent pas à ces effets directs. Son rôle dans les modifications climatiques est, aujourd’hui, largement prouvé. On sait également que certaines disparitions massives d’espèces (il y a 250 et 65 millions d’années) sont associées à des périodes d’activité volcanique exceptionnelle. C’est à l’aune des projections massives dans l’atmosphère de poussières et d’aérosols, de la destruction de l’ozone stratosphérique qui en découle et de l’effet de serre associé aux émissions de dioxyde de carbone magmatique, qu’il faut jauger l’impact de ces cycles volcaniques. S’ils ne sont pas les seuls responsables des crises biologiques majeures, le réchauffement climatique et l’augmentation du rayonnement ultraviolet qu’ils ont entraînés ont largement contribué à fragiliser ces espèces."

Jean-Marie Dautria

La dynamique du globe et l’évolution des espèces

« Il nous faut comprendre au sein d’un tout les propriétés naissantes qui résultent de l’interpénétration inextricable des gènes et de l’environnement. Bref, nous devons emprunter ce que tant de grands penseurs nomment une approche dialectique, mais que les modes américaines récusent, en y dénonçant une rhétorique à usage politique. La pensée dialectique devrait être prise plus au sérieux par les savants occidentaux, et non être écartée sous prétexte que certaines nations de l’autre partie du monde en ont adopté une version figée pour asseoir leur dogme. (…) Lorsqu’elles se présentent comme les lignes directrices d’une philosophie du changement, et non comme des préceptes dogmatiques que l’on décrète vrais, les trois lois classiques de la dialectique illustrent une vision holistique dans laquelle le changement est une interaction entre les composantes de systèmes complets, et où les composantes elles-mêmes n’existent pas a priori, mais sont à la fois les produits du système et des données que l’on fait entrer dans le système. Ainsi, la loi des « contraires qui s’interpénètrent » témoigne de l’interdépendance absolue des composantes ; la « transformation de la quantité en qualité » défend une vision systémique du changement, qui traduit les entrées de données incrémentielles en changements d’état ; et la « négation de la négation » décrit la direction donnée à l’histoire, car les systèmes complexes ne peuvent retourner exactement à leurs états antérieurs. »

Le géologue et paléontologue Stephen Jay Gould Dans « Un hérisson dans la tempête »

LE ROLE DES MODIFICATIONS DE L’ENVIRONNEMENT DANS L’EVOLUTION BRUTALE DES ESPECES

On a tous admis que l’évolution pouvait être le produit de modifications des gènes. Bien entendu, ce la n’a pas été sans nombre de difficultés de compréhension car changer un gène, c’est modifier tout un réseau d’interactions dans lequel ce gène s’intègre. Comment se fait-il que des changements aléatoires de la composition biochimique d’un gène du fait d’erreurs de réplication puisse, par hasard, donner des modifications efficaces, et, qui plus est, capables de produire de la nouveauté, comme un nouvel organe, un nouveau type de fonctionnement du corps, une nouvelle espèce ou même un nouvel embranchement ? La question reste en suspens… En fait, de nombreuses révolutions ont été nécessaires pour comprendre cela. Et d’abord, il a fallu cesser de croire que chaque gène correspond à la production d’une seule protéine et aussi que chaque espèce ne contient au sein de son matériel génétique que cette seule espèce avec ses protéines et ses fonctionnements, comme seule possibilité. Il a fallu cesser de penser que le matériel génétique n’était pas contradictoire. Cesser d’en faire un facteur de fixité, de réplication par copie exacte, de l’espèce. La diversité, la contradiction, existe au sein du système de conservation génétique. L’aléatoire est à la base des mécanismes génétiques comme de tous les mécanismes du vivant. Il est contradictoire comme tout le reste de la nature. Il est le siège d’interactions de l’ordre et du désordre comme l’expose Richard Lewontin dans « Gènes, environnement et organismes » : « L’environnement d’un organisme vivant n’est pas seulement un ensemble de problèmes indépendants et préexistants auxquels les êtres vivants doivent trouver des solutions, parce que les êtres vivants ne font pas que résoudre les problèmes, ils commencent d’abord par les créer. (…) L’intérieur et l’extérieur s’interpénètrent, et un être vivant est à la fois le produit et le lieu de cette interaction. » La rétroaction existe à tous les niveaux : rétroaction entre ordre et désordre, rétroaction entre entropie et néguentropie, rétroaction entre variation et conservation, rétroaction entre génétique et physiologie, rétroaction entre génétique et évolution. Cette dernière rétroaction signifie que des modifications génétiques peuvent produire des évolutions mais aussi que des évolutions peuvent produire des évolutions génétiques. Il y a également rétroaction entre la vie et l’environnement. De telles conceptions permettent de concevoir que des modifications du fonctionnement génétique puissent provenir de modifications brutales de l’environnement et produire ensuite des modifications héréditaires comme l’expose l’immunologue Jean Claude Ameisen dans « La sculpture du vivant ou le suicide cellulaire, une mort créatrice » : « L’environnement extérieur est plus qu’un simple filtre – un simple goulet d’étranglement – à travers lequel sont sélectionnés ou éliminés les individus et les espèces. L’environnement extérieur peut exercer une influence directe sur la manière même dont les cellules et les corps utilisent leurs potentialités génétiques et donc sur les modalités de construction des embryons. A la fin de l’année 1998, deux biologistes de l’université de Chicago, Suzanne Rutherford et Susan Lindquist, révélaient que les modifications de l’environnement pouvaient avoir d’autres conséquences qui étaient jusque-là demeurées insoupçonnées. (…) Certaines variations de l’environnement – en particulier des variations brutales de température – entraînent une modification accidentelle de la forme originelle que les protéines ont adoptée. Lorsque tel est le cas, une forme particulière de chaperons – les protéines de choc thermique – se fixe à ces protéines soudain altérées, leur permettant de retrouver leur forme initiale. Ce sont des chaperons de réponse au stress – aux changements brusques des conditions environnantes. Il est des chaperons qui exercent les deux types d’activité. Ils sont, normalement, fixés en permanence à certaines protéines cellulaires, leur permettant de maintenir la forme qu’ils leur ont permis initialement d’adopter. Mais lorsqu’une modification de température entraîne la dénaturation d’autres familles de protéines, les chaperons abandonnent leurs partenaires habituels, pour se fixer aux protéines altérées et rétablir leur forme. Ainsi se comporte HSP90 (HSP pour Heat Shock Protein, « protéine de choc thermique »). Et c’est sur ce chaperon qu’ont porté les travaux de Lindquist et de Rutherford. Elles ont montré que lorsque des embryons de drosophiles sont soumis à un choc thermique, les nouveaux-nés présentent des modifications profondes de toute une série d’organes antennes, ailes, yeux, pattes. (…) L’apparition de cette nouveauté n’est pas liée à la survenue soudaine de modifications génétiques : elle est due à la révélation d’une diversité génétique préexistante, dont la manifestation était jusque-là réprimée en permanence. Dans chaque sous-espèce de drosophile et, à un degré plus restreint, dans chaque individu d’une sous-espèce donnée, un même gène peut être présent sous la forme d’une copie légèrement différente. Et les protéines que fabrique chaque embryon à partir des informations contenues dans ces gènes sont donc de nature légèrement différente. Mais les chaperons HSP90, qui se fixent à ces protéines en permanence, ont pour effet de masquer cette diversité. Lorsque la température se modifie, les chaperons HSP90 quittent brusquement leurs partenaires, qui adoptent alors des conformations différentes, révélant soudain la réalité de leur diversité et entraînant des modifications dans les modalités de construction du corps des embryons. Devenus adultes, et la plupart féconds, ils donneront naissance, si la température continue à varier à d’autres embryons « nouveaux ». Au bout de quelques générations – pour des raisons encore partiellement inconnues – les différences génétiques se seront, à leur tout, accentuées. (…) Ainsi, la survenue pendant quelques mois de modifications brutales de la température environnante a permis la naissance – et la pérennisation – de la nouveauté. (…) Et durant l’année 2002, Susan Lindquist et son équipe suggérait le caractère universel de ces notions, en montrant que les chaperons HSP90 jouaient un rôle semblable dans le royaume des plantes. (…) Il est probable que l’apparition de la nouveauté a été souvent rapide et brutale. Parce que des modifications brutales de l’environnement ont le pouvoir de révéler dans un corps en train de se construire une source – une potentialité – préexistante de nouveauté qui s’est progressivement accumulée au cours du temps et qui, jusque là continuellement réprimée, peut soudain, pour la première fois, se manifester. »

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  • Au bout de quelques générations – pour des raisons encore partiellement inconnues – les différences génétiques se seront, à leur tout, accentuées. (…) Ainsi, la survenue pendant quelques mois de modifications brutales de la température environnante a permis la naissance – et la pérennisation – de la nouveauté. (…) Et durant l’année 2002, Susan Lindquist et son équipe suggérait le caractère universel de ces notions, en montrant que les chaperons HSP90 jouaient un rôle semblable dans le royaume des plantes. (…) Il est probable que l’apparition de la nouveauté a été souvent rapide et brutale.

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