Dossier – L’arbre du vivant 2/3

On 31.08.2011, in Dossiers, by Taupo
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(Cet article est publié en même temps sur SSAFT, le blog de Pierre Kerner)

On continue notre épopée fabuleuse à la découverte de l’arbre du vivant: la semaine dernière, nous avons exploré l’origine du vivant et la définition de vivant. On avait abouti à la conclusion que le vivant était d’une diversité incroyable et qu’une des aventures scientifiques les plus chaotiques a été celle qui a cherché à classifier le vivant. Aujourd’hui Alan et Mathieu de Podcast Science vont donc m’écouter raconter une histoire des classifications du Vivant jusqu’à aborder la méthode de classification actuelle: la phylogénie.

Histoire des classifications du Vivant

(Oui OK, j’viens de le dire, mais ça tape un peu plus en gros titre)
Maintenant les choses sont plus claires, et on a une vue d’ensemble de ce qu’est le vivant, mais les questions qu’on se pose sur le vivant ne s’arrêtent pas là: prenons la perspective d’un homme de l’antiquité, un érudit de son temps mais qui ignore beaucoup de chose sur la nature du vivant, le dénommé Aristote.

Portrait d'Aristote. Marbre du Pentélique, copie romaine de période impériale (Ier ou IIe siècle ap. J.-C.) d'un bronze perdu réalisé par Lysippe.

Il s’interroge sur le monde qui l’entoure et notamment sur tous les organismes vivants qui lui sont donnés d’observer. Il voit bien qu’il y a des différences entre une vache, un buisson, un poulet, un homme, une salade, une moule, une écrevisse, etc. Une envie folle de classifier tout ce bazar le prend. Mais comment s’y prendre? La première chose qu’il décide de faire, c’est de classer tous les organismes vivants selon qu’ils soient des plantes ou des animaux. C’est pas idiot et ça viendrait à l’esprit de tout le monde de distinguer des trucs qui bougent, qui mangent, qui émettent des sons, d’autres trucs immobiles et pas très causants. Instinctivement, quand on classe, on a tendance à regrouper ensemble des éléments qui partagent des caractéristiques communes. A la suite de cette première distinction, Aristote ne s’ intéresse pas vraiment aux plantes et se penche plutôt sur la classification des animaux. Pour les classer, il sépare les animaux en deux groupes: les animaux qui ont du sang, et ceux qui n’en ont pas (sur le coup, il s’est un peu chié dessus niveau observation mais faut pas lui en vouloir, y’avait pas wikipédia à l’époque…). Les animaux sanguinolents, il les sépare en cinq groupes: les animaux à quatre pattes vivipares, les oiseaux, les animaux à quatre pattes ovipares, les cétacés et enfin les poissons. Notons qu’il avait eu la supra classe de remarquer la différence entre poissons et baleines, et ça c’est fort pour un mec du 4ème siècle avant J.C.! Pour les animaux anémiques, il s’est dit que cinq groupes, ça ferait joli aussi, bien équitable et tout et tout. Du coup il les a séparés en Céphalopodes, Animaux avec segments (vers, etc…), Animaux à carapace molle (crabes et autres crustacés, Animaux à carapace dure (les huitres, les moules et les escargots…), et genre… tout le reste avec dans le même panier les étoiles de mer, les oursins, les éponges… tout ce qu’il considérait comme un lien entre le monde végétal et animal.

En fait, son mode de classification repose sur l’observation des organismes et la détermination de caractéristiques communes plus ou moins visibles. Pas bête on l’a dit mais tout de même assez arbitraire : pourquoi privilégier a priori les caractéristiques visibles par l’œil humain? Surtout qu’Aristote favorise les caractères qu’il trouve d’abord chez les humains et les recherche chez d’autres organismes. Ca nous donne une classification peut-être pratique selon un certain point de vue mais très anthropocentrique et qui ne reflète pas réellement l’histoire du vivant: il crée le groupe des invertébrés car ce sont des espèces sans vertèbres parce que l’humain, lui, le beau gosse, il en a une belle vertèbre. Par ailleurs, Aristote s’est aussi mis en tête d’organiser les organismes selon une échelle de complexité: une échelle des êtres, la Scala Naturae développée plus tard par Gottfried Leibniz. Selon Aristote, les êtres vivants suivent une gradation linéaire qui permet d’obtenir leur classification suivant leur degré de perfection: ça correspond à une échelle immuable donc chaque barreau représente un degré de perfection avec, en bas de l’échelle, les êtres les plus simples, et à son sommet, la perfection absolue: l’être humain dans toute sa splendeur. Vu que ça flatte pas mal notre égo, et qu’en plus c’est en parfaite adéquation avec la représentation judéo-chrétienne du monde, pas étonnant que cette échelle ait été conservée pendant des siècles.
Echelle des êtres
Curieusement, cette manière de classer les êtres vivants est restée stable pendant des siècles, et les révolutions les plus importantes sont apparues… en botanique! Agacés par les erreurs de classification (certaines plantes portaient plusieurs noms, certains noms désignaient plusieurs plantes), certains botanistes du XVIème siècle ont décidé de faire la révolution et de classer les plantes… par ordre alphabétique. Ca semble encore plus aberrant car pour utiliser cette classification, il fallait connaître le nom de la plante à l’avance (et du coup, pourquoi l’utiliser…) mais cela a permis de donner un coup dans la fourmilière et de réveiller les esprits. Parce que la question sous-jacente à cette révolution c’était: “Ouais c’est p’tet con de faire ce genre de classification, mais qu’est ce qui fait qu’une classification est bonne alors?”.

Classement alphabétique
Au XVIIIème siècle, un certain Carl von Linné non seulement établit une classification du vivant mais surtout détermine une méthodologie rigoureuse pour construire sa classification.

Carl von Linné par Alexander Roslin
En gros, il considère que le vivant est une grosse bibliothèque: il sait pas trop comment tous ces livres sont arrivés là, mais c’est pas grave, on va les classer quand même et on va faire du boulot rigoureux.
Il crée par exemple la notion de niveaux hiérarchiques dans les classifications avec 7 rangs: règne, embranchement, classe, ordre, famille, genre, espèce. L’idée, c’est que ces niveaux hiérarchiques s’emboitent: l’espèce fait partie d’un genre qui fait partie d’une famille qui fait partie d’un ordre, etc. Linné appelle chaque rang un taxon, et la méthode pour ranger les espèces, la taxinomie.

La classification hiérarchique du vivant“Mais pourquoi 7 taxons?” me demanderez-vous… Et bien parce qu’à l’époque on considère que le chiffre 7 est un chiffre parfait… Super la rigueur scientifique pour le coup. Il faut dire qu’à l’époque quand on réalisait une classification du vivant on avait bien l’intention de retrouver l’ordre de la création divine: du coup, mieux vaut que tout soit parfait comme le Big Boss l’aurait voulu. Au passage, il faut également remercier Linné pour la manière dont les scientifiques nomment les espèces: en effet, celles-ci suivent la nomenclature binominale où l’on ne donne que les noms des deux derniers niveaux, le genre et l’espèce, pour nommer un organisme. Exemple: Cyrtolobus funkhouseri, le plus funky des membracidés est un insecte du genre Cyrtolobus et dont l’espèce est funkhouseri et dont la bouille ressemble à ça:

Cyrtolobus funkhouseri

A partir de Linné, les méthodes de classification s’affinent. Pour réaliser les groupes d’espèces qui vont rentrer dans chaque rang hiérarchique, les chercheurs de l’époque vont observer des caractères et, selon qu’ils sont similaires ou différents entre les espèces, les organiser en différents groupes. Comme l’avait déjà fait Aristote mais cette fois-ci de manière un peu plus raisonnée. Bien sûr, si on prend n’importe quel caractère, comme la couleur, la taille, le nombre de poils dans les narines, on risque d’obtenir des classifications très différentes.

Bernard de JussieuAntoine Laurent de Jussieu

Pour obtenir des classifications plus robustes, il faut attendre Bernard de Jussieu et Antoine Laurent de Jussieu qui vont imposer des classifications botaniques beaucoup plus rigoureuses car ils vont donner des valeurs aux caractères et chercher les caractères les plus constants entre espèces: si, dans un pré, toutes les fleurs ont des couleurs différentes, ce n’est pas un bon caractère pour les classer. Si par contre, de nombreuses fleurs ont le même nombre de pétales, ce caractère-là est beaucoup plus informatif.

Georges Cuviers par James Thomson
En zoologie, c’est Georges Cuvier (moins connu sous les noms de Jean Léopold Nicolas Frédéric Dagobert Chrétien Cuvier) qui va appliquer la méthode des Jussieu à la classification des animaux. Cependant, le vivant est toujours perçu comme une création divine et le travail du classificateur, c’est encore de retrouver cette organisation! Dieu a créé toutes les espèces au moment de la création et les chercheurs vont tâcher de retrouver l’ordre parfait selon lequel s’organisent ces espèces.

Puis arrive le siècle des Lumières et avec lui, son lot d’idées révolutionnaires qui vont notamment bouleverser la conception du vivant et du coup notre manière de l’appréhender, le comprendre et enfin le classer. L’énorme changement qui fout complètement le bordel chez les scientifiques, c’est la remise en question du fixisme des espèces. Et si, comme le proposa Lamarck, les êtres vivants se transforment au cours du temps, et que, génération après génération, ils génèrent ainsi de nouvelles espèces?

Jean Baptiste de Lamarck

Grâce à Lamarck (moins connu sous les noms de Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, chevalier de Lamarck), non seulement on se passe de l’intervention divine pour organiser le vivant, mais en plus, on envisage que les espèces se transforment: la nature n’est plus fixe, comme le concevait Cuvier, mais changeante! En plus, l’idée du transformisme fait rentrer la notion de temps dans la classification du vivant. Pour classer les espèces, il faudra retrouver comment elles se sont changées les unes dans les autres au cours du temps.

Cette idée est brillante… et vraie! Là où s’est planté le pauvre Lamarck, c’est sur la manière dont il a envisagé que les espèces se transforment en d’autres espèces. Selon lui, les caractères acquis au cours de la vie sont transmis à la descendance et c’est ça qui fait que les êtres vivants, et les espèces à grande échelle, se transforment: c’est l’hérédité des caractères acquis.
Par exemple, selon Lamarck, si on prend l’espèce ancestrale de la girafe, une espèce au cou de petite taille, les individus de cette espèces qui cherchaient à manger les feuilles les plus hautes des arbres se retrouvaient avec un cou légèrement plus grand et transmettraient ce caractère à leurs descendants. Et au fil des générations, ce caractère se serait exacerbé jusqu’à donner les cous invraisemblables des girafes actuelles.

L'exemple de la giraffe de Lamarck

Selon Lamarck, pour résumer, les espèces acquièrent de nouveaux organes, les modifient ou en perdent pour s’adapter au milieu dans lequel ils vivent, puis transmettent se caractère à leur descendance.
Malheureusement pour Lamarck, son idée séduisante ne reflète pas ce qui se passe véritablement dans la nature. Pour le tester, rien de plus simple: prenez une population de lézards, coupez-leur les membres, faites-les se reproduire et observez si leur descendance n’a plus de pattes (ou même des pattes plus petites). Vous pouvez répéter cette expérience de nombreuses fois: il y a de fortes chances pour que vous obteniez une population avec quelques lézards à pattes courtes, mais aussi des lézards à grandes pattes. Le fait est que les populations ne suivent pas une direction inhérente quand ils se reproduisent: elles varient! Et ça Lamarck avait du mal à le concevoir parce qu’il travaillait surtout dans des musées et ménageries. Là où, il fallait aller, c’est à la ferme! Et c’est exactement ce qu’a fait Charles Darwin!

Charles Darwin par George Richmond
De retour d’un voyage en bateau à travers le monde, Charles Darwin (moins connu sous le nom de Charles Robert Darwin… C’est lourd?… bon OK, j’arrête), au lieu de s’enfermer dans son bureau, enfile ses bottes, et va poser de nombreuses questions à des fermiers et des éleveurs. C’est grâce à eux qu’il va attacher une grande importance aux variations qui existent entre les individus d’une même espèce. Pour lui, avant de considérer l’espèce, il faut considérer les variations qui existent entre les individus. A ses yeux, c’est uniquement la moyenne de ces variations qui donne une certaine idée de ce qu’est une espèce. Lamarck considérait que les espèces étaient caractérisées par une sorte d’essence, une image parfaite de l’espèce dont certains individus déviaient. Pour lui, les variations sont des aberrations par rapport à un plan idéal. Ce serait comme dire que, sous prétexte que la majorité des individus humains sont bruns l’espèce humaine est brune. Darwin retourne cette idée sur elle-même: les espèces ne sont qu’une collection d’individus très semblables car très proches sur le plan de la parenté. Cependant, tous les individus d’une espèce sont sujets à des variations et le concept d’espèce n’est qu’une norme qu’on applique aux populations d’individus qui la constituent. En reprenant l’exemple des cheveux, Darwin aurait simplement remarqué que le caractère de la couleur des cheveux varie entre les différents individus de l’espèce humaine.

On the Origin of Species, un livre qu'il est bien!
La suite, étalée sur plusieurs décennies, c’est la rédaction lente d’une théorie qui va bouleverser la science du vivant. Charles Darwin va comprendre et démontrer que, dans des conditions de l’environnement et un moment donnés, certains variants au sein d’une espèce sont avantagés et deviennent plus nombreux parce qu’ils laissent plus de descendants que les variants compétiteurs. Les variations sont sélectionnées à chaque génération et la population évolue au cours de sa généalogie, parfois jusqu’à se scinder en plusieurs espèces. De plus, Darwin comprend que la ressemblance entre certaines espèces est due à des caractères hérités d’une espèce ancestrale. Il y a des liens entre les individus composant une espèce mais aussi des liens entres les espèces. Et ces liens sont de même nature : la parenté. Deux espèces distinctes peuvent être sœurs ou cousines du premier, second, troisième degré. Exemple: Nous humains, sommes cousins des chimpanzés. Et le groupe Humain-Chimpanzé est cousin, d’un plus lointain cousinage, avec les macaques. Enfin, grâce à Charles Darwin, on peut enfin fonder la classification du vivant selon un processus naturel véritable: celui de l’évolution! Darwin comprend que la ressemblance entre certaines espèces est due à des caractères hérités d’une espèce ancestrale et qu’une classification naturelle du vivant doit donc être fondée sur une recherche de parenté. La classification du vivant devient le reflet de la très longue histoire du vivant, c’est à dire une sorte de généalogie. Et pour représenter cette classification, Darwin ne pense pas à un sommaire au début de nombreux volumes poussiéreux, ni à une échelle pour représenter l’ascension du vivant vers la complexité. Pour Darwin, il faut représenter les classifications sous forme d’arbre, pour représenter ainsi les liens de parentés entre les êtres vivants… Un arbre évolutif:

Arbre évolutif

La Phylogénie

A partir de ce moment, on pourrait penser que tous les scientifiques de la terre entière allaient se mettre à travailler, main dans la main, à la réalisation d’une classification du vivant de la mort qui tue! Et bien non, ça a trainé pas mal, notamment parce que toute la communauté scientifique ne s’est pas mise à appliquer la théorie de l’Evolution à la lettre pour établir les classifications. Au final, l’organisation divine ou le Lamarckisme ont eu la peau dure et il a fallu attendre les années 50 pour qu’un certain Willi Hennig (Emil Hans… j’m’en fous, c’est mon blog…) jette les fondements d’une méthodologie rigoureuse pour réaliser une classification naturelle du vivant.

Willi Hennig
Cette méthode, Willi Hennig la nomme la cladistique et c’est la méthode que les chercheurs continuent à utiliser pour classifier le vivant, pour établir les liens de parenté entre les êtres vivants.

L’idéal pour établir les liens de parentés entre les êtres vivants, ce serait d’établir une généalogie complète de chaque organisme vivant. Mais malheureusement pour les chercheurs, ni les bactéries, ni les arbres, ni les moustiques et encore moins les ornithorynques n’ont gardé un registre d’état-civil pour pouvoir déterminer qui étaient leurs ancêtres. Allez hop, flemmards de chercheurs, va falloir réfléchir à une autre solution là! A défaut de pouvoir établir une généalogie, il va falloir essayer de deviner quels sont les liens de parentés sans avoir au préalable établi une généalogie complète.   On va donc essayer de répondre à la question «Qui est plus proche de qui?». Imaginez un peu Colombo face à une trentaine de d’individus qu’il doit regrouper, sans consulter leur registre d’état-civil, en fonction de leur parenté. Est-ce que Mr. A est le cousin germain du 3ème degré de Mr. X? Dur, dur. Et à votre avis, quelle va être la méthode de déduction que va utiliser Colombo pour déterminer ces liens de parentés? Et bien c’est une méthode absolument pas du tout nouvelle: c’est la similitude! Colombo va regarder la couleur des yeux, de la peau, des cheveux, la taille, la forme du visage, etc. et tout ça pour regrouper les suspects en fonction des similitudes qui les relient. L’idée sous-jacente est que plus les individus se ressemblent, plus il y a de chance qu’ils aient des liens de parenté forts par rapport aux autres, que moins de générations les séparent d’un ancêtre commun par rapport au reste des individus.

Il faut que je fasse une petite pause là, pour appuyer un peu sur ce que je viens de dire. C’est crucial! Ce que vous devez enfin réaliser, c’est qu’on a fait des bons gigantesques en terme de philosophie sous-jacente des classifications du vivant, en abandonnant toute idée d’anthropocentrisme, d’ordre divin, ou de hiérarchie du vivant. On se base sur une donnée pertinente : l’évolution des organismes vivants et des espèces, qu’on considère comme une famille dont on essaie de comprendre l’histoire. Mais en ce qui concerne la méthodologie, le concept de base, vous devez commencer à vous rendre compte qu’il est souvent le même: la ressemblance.
Mais avec la méthode qu’on appelle cladistique ou phylogénie, on cherche des ressemblances qui proviennent d’un ancêtre commun. On appelle ça des caractères homologues, c’est-à-dire des caractères dont la similitude est expliquée par leur transmission héréditaire, au fil des générations d’individus et d’une espèce à une autre. Exemple, chez les animaux vertébrés, la mâchoire est un caractère d’homologie… Tous les animaux qui possèdent une mâchoire, l’ont hérité d’un ancêtre commun.

Bien sûr il faut être prudent et il y a toujours place à l’erreur! Il existe des similitudes qui ne sont pas héritées d’un ancêtre commun. Ce n’est donc pas un caractère homologue et on parle alors de convergence évolutive. L’exemple le plus illustre chez les animaux est l’aile.

Convergence évolutive de l'aile
Il est très improbable (et à vrai dire, soyons fou, disons qu’il n’est pas possible) que tous les animaux ailés aient acquis le caractère “aile” d’un ancêtre commun. L’ancêtre commun des mouches, des chauves-souris, des pigeons et des poissons-volants n’avait certainement pas d’ailes et n’a pas transmis ce caractère qui aurait été maintenu, de générations en générations, chez toutes ces différentes espèces. Ce caractère particulier est survenu plusieurs fois au cours de l’évolution au hasard des variations et des sélections de ces variations.
Le jeu, ça va être donc de chercher chez différents espèces des caractères homologues car issus d’un ancêtre commun.

Donc pour résumer, aujourd’hui, la classification des êtres vivants consiste à rassembler les espèces ou ensembles d’espèces en groupes en fonction de la parenté et ces regroupements doivent être faits sur la base de caractères homologues, c’est-à-dire de caractères qui se ressemblent car hérités d’un ancêtre commun.

Attention cependant, il faut être précis en parlant de caractères homologues. La méthodologie de la phylogénétique selon Willi Hennig c’est de ne plus de se contenter de chercher des caractères similaires et différents pour faire ses classifications: ce qu’il cherche, ce sont des caractères avec deux états: primitif et dérivé, ou encore un caractère ancestral et un caractère modifié par une innovation évolutive. Exemple: dans l’échantillon des tétrapodes, un bon caractère va être celui du membre dont l’état ancestral est une nageoire et l’état dérivé, une patte. C’est une des bases de la phylogénie. Grâce à cette idée, on est à la recherche de caractères issus d’innovation évolutive et qu’on va utiliser pour faire nos groupes. L’idée, c’est qu’un caractère issu d’une innovation évolutive a été transmis par un ancêtre à toute sa descendance.

Bon maintenant, il va falloir être franc, tous les chercheurs qui se mettent à vouloir classifier les espèces ne s’attèlent pas à l’ensemble du vivant: non seulement c’est une tâche gargantuesque (on a recensé plus d’1 749 577 de différentes espèces vivantes) mais en plus trouver des caractères d’homologie devient un casse-tête insoluble si on veut considérer toutes les espèces. Ce qu’on fait donc, c’est toujours se concentrer sur un échantillon d’espèce. Et après on donne sa petite contribution à la grande classification de tout le vivant.

Bien sûr on ne se limite pas à un seul caractère. On en cherche plein pour réaliser nos groupes. Mais l’idée c’est qu’à la fin de notre étude, les groupes soient définis par un ensemble de caractère dérivés, par un ensemble d’innovations évolutives. Grâce à cela, nos groupes sont considérés comme représentant un ancêtre hypothétique et l’ensemble de sa descendance: des groupes qu’on appelle monophylétiques. La phylogénie revient donc à déterminer, dans un échantillon d’espèces, comment celles-ci peuvent être regroupées en différents groupes monophylétiques.
Malheureusement, il est très difficile d’expliquer comment construire une phylogénie sans se mettre à en construire une soi-même. Faut pas le cacher, c’est un pas un exercice des plus Funky… Heureusement, un blog ami, le blog de Jean-Philippe Colin, contient plusieurs articles sur la question où Jean-Philippe a notamment tenté de faire la première classification phylogénétique des êtres fantastiques (les elfes, orques, hobbits, etc…). Je vous invite donc à consulter ces liens pour vous familiariser avec le travail d’un phylogénéticien (1, 2, 3 et 4)

Au fait, pour trouver les caractères homologues entre les espèces, il y a plein de perspectives possibles: l’observation morphologique comme le font les Paléontologues, l’observation des gènes comme le font les Généticiens… donc ce qu’il faut garder en tête ici, c’est que la classification du vivant est toujours remise en cause par les nouvelles découvertes que l’on fait en biologie, que ce soit en paléontologie avec la découverte de nouveaux fossiles aux caractères jamais rencontrés, ou encore en génétique, biologie du développement, etc… Mais une chose reste constante depuis plusieurs décennies: la méthode et le fondement naturel des phylogénies. Et ça, c’est une acquisition inestimable dans l’histoire de la classification du vivant.

La semaine prochaine viendra le moment tant attendu, le moment où l’on va explorer ensemble, la Classification phylogénétique du vivant, selon les données les plus récentes.
Liens:
La classification d’Aristote
Les articles de JP Colin (1, 2, 3 et 4)

 

Références:
Lecointre G, Le Guyader H, Visset D: Classification phylogénétique du vivant, 3rd edn: Belin Paris; 2001

Darwin C: On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life, 1st ed. edn: London: John Murray; 1859.

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L’évolution en 10 minutes

Ce n’est malheureusement pas l’école qui a fait de moi un passionné de sciences, mais des gens – des auteurs pour la plupart – qui se posaient les mêmes questions que moi et qui ne se satisfaisaient pas non plus de réponses à l’emporte-pièce.
C’est bien connu, un livre en cache un autre… Et de fil en aiguille, ou plutôt de bibliographie en bibliographie, je me suis retrouvé à lire tout ce qui me tombait sous la main en terme de biologie évolutive. Je m’intéresse à toutes les disciplines de la science, mais j’ai une affection toute particulière pour tout ce qui touche à l’évolution.
Lorsque Marc nous a proposé son dossier, je me suis dit qu’il fallait quand même lui fournir un peu de contexte. En effet, si nous avons effleuré l’évolution à maintes reprises, en parlant notamment de la preuve scientifique, des bonobos, de l’épigénétique, de la génétique mendelienne (à travers le daltonisme),  des bactériophages, de l’ADN mitochondrial, du dénialisme scientifique et plus récemment des tests ADN, nous n’avons en revanche jamais consacré de dossier ni à l’évolution ni à la géniale théorie de Charles Darwin qui reste, à ce jour, le meilleur modèle pour expliquer le phénomène.
Même si je commence à prendre un peu de bouteille au fil des épisodes, mes talents encore modestes de vulgarisateur  ne me permettent pas de résumer l’Origine des Espèces en 10 minutes (Origine des Espèces que je vous encourage d’ailleurs vivement à lire : en plus des pinsons, des scarabées et des vers de terre, l’autre truc que Darwin adorait dans la vie, c’était la poésie. Et ça se sent vraiment dans son style littéraire. Ce monument de la science moderne, ce livre qui a tout changé et qui fait encore figure d’autorité 150 ans après sa publication, eh bien, aussi incroyable que cela puisse paraître, ce livre formidable se lit comme un roman ! Pas besoin d’être spécialiste pour le lire. Si tous les scientifiques avaient le talent de Darwin, les vulgarisateurs seraient au chômage !) Je me suis tourné vers mon ami google, à qui j’ai demandé de dénicher des papiers intitulés « Evolution in a Nutshell ». Et il y a en a un qui m’a particulièrement plu (disponible ici). Il est bourré d’imperfections, les biologistes me pardonneront, mais il a le mérite de la clarté et constitue à mes yeux une excellente introduction. J’ai le plaisir de vous livrer traduit-tout-cuit ci-après :

La sélection artificielle

Nous savons tous que lorsqu’un éleveur doit envoyer certaines de ses bêtes à l’abattoir, il garde les meilleures pour la reproduction. Les chevaux de course les plus rapides vont au harras, les autres finissent à l’équarrissage. Idem pour les graines des fruits et légumes : on garde les meilleures pour la récolte suivante. Cette méthode d’optimisation des plantes et des animaux d’élevage fait partie de la culture collective et s’appelle la « sélection artificielle ». Les hommes le font depuis des milliers d’années.

La sélection naturelle

Mais quand un lion pourchasse une harde de gazelles, et s’empare de la moins rapide, c’est exactement le même phénomène qui se produit. En mangeant la gazelle la plus lente, le lion a très légèrement augmenté la vitesse moyenne du reste du troupeau. Seules les gazelles les plus rapides vont réussir à vivre assez longtemps pour se reproduire. Comme le cheval de course qui ne finit pas à l’abattoir. Sauf que dans ce cas, comme il n’y a pas d’humain impliqué, cela s’appelle la « sélection naturelle », mais les mécanismes, finalement, ont beaucoup en commun.
De la même manière, les lions les plus lents ne mangent pas beaucoup et sont donc plus faibles et ne gagnent pas les combats pour les femelles, et donc ne se reproduisent pas beaucoup. La vitesse du lion est donc corrélée à celle de la gazelle. Et la même tendance inexorable affecte toutes les choses qui vivent, plantes et animaux, bactéries, baleines, chacune à sa manière. L’avantage favorisé par la sélection naturelle ne réside pas toujours dans la vitesse : il peut s’agir de camouflage, de vision nocturne, de cornes ou de défenses, de la taille, de l’intelligence…

Ce processus n’est pas aléatoire !

Il permet aux individus qui survivent de se reproduire, alors que les individus moins adaptés produisent moins ou peu ou pas de descendants. Génération après génération, les lignées les moins bien adaptées diminuent, voire disparaissent, tandis que les mieux adaptées deviennent la majorité.

Des niches pour limiter la concurrence

Les plantes et les animaux se portent également mieux là où ils ne se trouvent pas en concurrence directe avec d’autres représentants de leur espèce ou d’espèces similaires. Ce phénomène fait que petit à petit, chaque espèce trouve sa « niche » dans son écosystème, soit un espace de vie qui lui est propre. C’est pour cela qu’on ne trouve pas de lions dans les zones des tigres et vice-versa, ils seraient en concurrence directe pour les mêmes ressources alimentaires. Dans ces cas-là, un des deux groupes finit fatalement par disparaître, changer son régime ou s’en aller. On ne voit jamais deux espèces concurrentes partager la même niche pour bien longtemps.
Ces niches changent avec le temps, avec les changements climatiques, les plantes, animaux, oiseaux et insectes varient, les jungles et les déserts gagnent du terrain, se déplacent ou se retirent, le niveau des mers monte et redescend, des montagnes s’élèvent et s’érodent… Milliers d’années après milliers d’années, les créatures sont séparées les unes des autres et se retrouvent complètement changées. Des espèces au départ complètement identiques, longtemps séparées,  peuvent être si différentes après plusieurs générations qu’elles ne peuvent plus se croiser. C’est ainsi que les nouvelles espèces se forment ! C’est ça, l’évolution, et c’est un fait observé.

Micro-évolution versus macro-évolution

Certains détracteurs de l’évolution affirment que ce mécanisme ne décrit que la « micro-évolution ». La « macro-évolution » qui fait carrément émerger de nouvelles espèces n’aurait jamais été observée. C’est comme admettre que 1+1 font deux mais que comme personne n’a jamais compté jusqu’à 1 million, ce n’est pas possible de le faire en partant de 1. Ou « je peux marcher jusqu’à la supérette du coin, mais je ne peux pas marcher d’un bout à l’autre du pays » La réponse est la même dans tous les cas : tout ce qu’il faut, c’est du temps !

L’échelle de temps

Nous savons que l’âge de la Terre est de 4.55 milliards d’années, cela est basé sur une quantité inouie d’indicateurs concordants tous rigoureusement vérifiés. On le sait depuis depuis 1956. Mais qu’est-ce que cet âge signifie vraiment ? Au lieu de parler de temps, parlons un peu distances…
Admettons que 1 mètre égale 1 million d’années. 1 millimètre vaut 1000 ans. A cette échelle, une vie humaine a à peu près l’épaisseur d’un cheveu (environ 50 micromètres, soit 50 ans en moyenne).
Imaginez maintenant que vous teniez une règle d’un mètre entre les mains. Donc un million d’années. Sur cette échelle, les technologies modernes (comme l’électricité, la radio, la télévision, les ordinateurs, l’avion, la voiture) ont été développées sur une longueur de 2-3 cheveux. On était au Moyen-Âge il y a 20 cheveux. Les religions abrahamiques ont débuté il y a à peu près 2 millimètres. Les 4 millimètres suivants couvrent à peu près toutes les civilisations et leur déclins respectifs… Après, c’est déjà l’âge de pierre…
L’espèce humaine moderne a émergé il y a juste 10 centimètres dans le passé. Mais l’usage du feu est venu beaucoup plus tôt, quelque part entre 50 centimètres et 1.5 mètre. Notre règle d’un mètre ne suffit plus… Les dinosaures se sont éteints il y a 65 mètres. Ils étaient là depuis 250 mètres. La vie sur Terre a commencé plus de 10 fois plus loin que cela, environ 2.5 – 3.5 kilomètres. La Terre elle-même formée à 4.5 km à peu près. Et le Big Bang à 13.7 kilomètres… Vous vous souvenez toujours qu’une vie humaine, c’est un cheveu d’épaisseur, à cette échelle-là ?
Comment peut-on dire que l’évolution n’a pas eu le temps de créer la vie telle qu’on la connaît aujourd’hui ?

L’évolution en action

On ne trouve pas l’évolution que dans les fossiles. L’évolution au sein de populations d’organismes vivants se passe encore aujourd’hui, c’est désormais un phénomène observé. On a vu observé l’émergence de nouvelles espèces en laboratoire.
Une étude sur le poisson cichlidé du parc national du Malawi promet même de nous fournir un exemple de spéciation documentée, dans des conditions naturelles, accompagnée d’un journal des modifications génétiques. (Diverses études en fait, voir http://scholar.google.com/scholar?hl=en&q=cichlid&as_sdt=0%2C5&as_ylo=2009&as_vis=1 )
Voilà, je l’ai dit en préambule, cet article est incomplet, il y aurait encore beaucoup de choses à dire, mais je trouve que comme intro à l’évolution, c’est pas mal du tout.
Alors on le voit d’emblée, la notion de spéciation par l’isolement géographique est complètement incompatible avec l’histoire de l’arche de noé par exemple. Et le phénomène-même de l’évolution sur des milliards d’années est incompatible avec l’idée que les espèces ont pu être créées à une fois pour toutes à un instant T. A l’époque de Darwin, cela a fait l’effet d’une bombe car une interprétation littérale des textes sacrés n’était désormais plus compatible avec la science. Issu d’un milieu plutôt religieux, Darwin a d’ailleurs attendu 20 ans avant de publier sa théorie ! En 1858, apprenant qu’Alfred Wallace était sur le point de publier des conclusions similaires, Darwin s’est finalement décidé… Orgueil, quand tu nous tiens…
Depuis 1858, la géologie et d’autres disciplines ont confirmé l’âge de la Terre, via la datation par les horloges atomiques, notamment. La génétique, et notamment la découverte de la structure de l’ADN en 1953, a isolé le gène comme vecteur de la transmission héréditaire. Aucun doute n’est permis aujourd’hui quant à l’évolution, et pourtant on assiste à un retour en force des courants fondamentalistes qui la dénient.
Marc va décortiquer pour nous les arguments anti-évolution et nous allons voir s’ils tiennent la route…
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Dossier: l’épigénétique

On 16.09.2010, in Dossiers, by Alan Vonlanthen
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Définition de Wikipédia:
« L’épigénétique est le domaine qui étudie comment l’environnement et l’histoire individuelle influe sur l’expression des gènes (…) »

La famine néerlandaise de 1944
En juin 1944, les Alliés débarquent en Normandie, avec la ferme intention d’éjecter l’occupant Nazi du continent européen. En septembre 1944, aux Pays-Bas, les Britanniques conduisent l’opération “Market Garden”, soit une tentative de récupérer les ponts franchissant les principaux fleuves des Pays-Bas, dont le Rhin, à Arnhem, et dont le succès aurait permis aux Alliés d’atteindre rapidement la Ruhr et de mettre un terme à la guerre. Les Hollandais sur les lieux s’emballent pour cette opération et entrent en rébellion contre le régime Nazi. Malheureusement, l’opération est un flop. Et les citoyens hollandais sont punis pour avoir pris parti. Leurs rations de nourriture sont réduites à des portions ridicules. Une ration d’adulte tombe à 580 calories par jour (soit environ un quart du minimum nécessaire à un être humain).
Un malheur ne venant jamais seul, l’hiver 1944-1945 est particulièrement rude, et rend le peu de nourriture encore moins accessible. Cette période a été nommée la famine hollandaise (ou l’hiver de la faim).
Parmi les adultes sous-alimentés, se trouvaient bien sûr des femmes enceintes. Affamées, elles ont accouché de nouveaux-nés en mauvaise santé et plus petits que la normale. Horrible, mais pas étonnant, étant donné les circonstances.
Ce qui est complètement étonnant par contre, c’est que les petites filles nées dans ces conditions, devenues femmes dans les années 1960 ont elles aussi donné naissance à des bébés rachitiques ! Qui une fois adultes, dans les années 1980 ont donné naissance à des bébés rachitiques, etc.
En clair, cette terrible famine, subie par des femmes enceintes en 1944 a généré des changements permanents dans leur patrimoine génétique, changements ensuite transmis de manière héréditaire de génération en génération.
Bienvenue dans le monde de l’épigénétique !

Lamarck et Darwin
Au XIXe siècle, si la théorie de l’Evolution par la sélection naturelle, proposée par Charles Darwin, a rencontré un tel succès malgré le contexte, c’est entre autres parce qu’elle mettait un terme définitif aux élucubrations de son illustre prédécesseur, Jean-Baptiste de Lamarck. En fait, Lamarck était l’un des premiers scientifiques à remettre en question le mythe de l’Arche de Noé pour expliquer l’origine des espèces. Il avait déjà compris que les espèces n’étaient pas figées dans leur moule mais qu’elles évoluaient. Il s’est planté car il pensait que les mutation acquises par un individu étaient transmises à la génération suivante. Comme il était simple de démontrer que des souris auxquelles on a coupé la queue ne donnent pas naissance à des souris sans queue, sa théorie s’est peu à peu couverte de ridicule. Et pourtant ! L’épigénétique nous montre aujourd’hui qu’il n’avait pas tout faux ! Certaines modifications acquises peuvent bel et bien être transmises aux générations suivantes.

Les yeux des drosophiles
Les drosophiles, ce sont ces petites mouches qui virevoltent dans la cuisine quand les bananes commencent à mûrir un peu trop. Leur génome est relativement simple à comprendre et du coup, elles sont les stars de la recherche génétique…
En avril 2009, le Dr Renato Paro, de l’Université de Bâle, a annoncé une nouvelle découverte formidable les concernant : si un œuf de drosophile est chauffé à 37° degrés avant éclosion, la mouche a les yeux rouges. Sinon, elle a les yeux blancs. Incroyable, non ? Mieux ! Les yeux rouges sont ensuite passés de génération en génération. Il s’agit donc d’une caractéristique acquise à cause d’un facteur externe (la température) qui devient héréditaire. Lamarck n’était décidément vraiment pas si nul après tout !
Randy Jirtle, un chercheur américain a réussi une expérience incroyable avec des souris. Il s’agissait de souris porteuses du gène agouti, rendant leur pelage beige-jaune et les condamnant à l’obésité et à une très mauvaise santé. En les nourrissant avec des vitamines B bien particulières, il n’a pas soigné ces souris génétiquement malades, mais cela a soigné leurs petits ! C’est tellement incroyable que ça mérite d’être re-phrasé : les descendants de souris porteuses du gène agouti nourries avec des vitamines B ne sont plus malades ni même beiges (le gène Agouti est toujours là, mais il n’est plus exprimé), alors que les descendants de celles qui n’ont pas reçu de vitamines B restent malades de génération en génération !

La question de Thomas Morgan
Tout le mystère qui a longtemps entouré l’épigénétique se trouve finalement assez bien résumé dans la question de Thomas Morgan, un généticien du début du siècle passé, mort en 1945, 8 ans avant qu’on réussisse à comprendre comment l’ADN stocke l’information génétique), bref, sa question était « Si les caractères de l’individu sont déterminés par les gènes, pourquoi toutes les cellules d’un organisme ne sont-elles pas identiques ? ». C’est vrai… Toutes les cellules de notre corps contiennent le même code génétique. De la crotte de nez à l’œil en passant par le foie, le salive, les cheveux, le cerveau… Pourtant, une cellule de cerveau n’a rien à voir avec une cellule de crotte de nez ! Comment ces gènes identiques peuvent-ils s’exprimer si différemment en fonction de leur contexte ? Je ne vais pas entrer ici dans le détail de l’expression des gènes en fonction du contexte, mais juste survoler la partie qui nous intéresse et qui explique certains points de l’épigénétique :

La méthylation de l’ADN

Nucléosome (wikipedia)

Nucléosome (wikipedia)

Lors d’un processus appelé la méthylation de l’ADN, de minuscules particules (des groupes méthyles) s’arriment à l’ADN, ce qui force les nucléosomes à se coller les uns aux autres, rendant impossible la lecture de tout le segment ADN coincé entre deux nucléosomes. En clair, c’est comme une tache sur un CD. Impossible pour le lecteur de lire ce qu’il y a dessous. L’information est perdue. Les gènes sous la tache sont inhibés. Et même si le patrimoine génétique à proprement parler est toujours le même, les gènes exprimés sont modifiés.
Comme la mutation génétique, la méthylation est une modification du génome qui se transmet de génération en génération, mais la grosse différence, c’est que la méthylation est en principe un phénomène réversible !
Alors qu’est-ce qui peut provoquer, chez l’être humain, ce phénomène de méthylation des gènes ?

Non seulement nous sommes ce que nous mangeons, mais nos erreurs alimentaires actuelles auront des conséquences sur les générations à venir !
Quand on a besoin d’un matériau qui résiste longtemps aux chocs et à la chaleur (voire aux flammes) on utilise un plastic spécial : un polycarbonate à base de bisphénol A. On s’en sert par exemple, pour les casques de vélo, les téléphones portables,  les CD et DVD, les lunettes, les caméras infrarouge, les vitres des phares de voiture, et… les biberons ! (Enfin, pour les biberons, ce n’est plus vrai depuis quelque temps, au Canada, en France, dans certains Etats américains, au Danemark… En Suisse, on s’achemine vers une interdiction, tout le monde est d’accord, mais, comme souvent, ça traîne… Et il est toujours possible de vendre ces biberons en toute légalité). Le bisphénol A n’est pas toxique au sens traditionnel du terme. Ni cancérigène. Mais ses molécules, lorsqu’elles passent dans l’organisme (et c’est malheureusement le cas avec les biberons !), constituent un leurre hormonal : elles servent de clé pour activer les œstrogènes (une hormone féminine) qui à leur tour vont activer des gènes censés être inhibés. « Consommés » dans les premières semaines de la vie ou aux moments critiques (comme la puberté), ces hormones peuvent avoir des conséquences dramatiques sur le développement des organes sexuels, aussi bien une puberté altérée chez les garçons qu’une puberté précoce chez les filles. Et ces caractéristiques sont passées aux générations suivantes!
Et attention, on ne trouve pas le bisphénol A que dans les plastics résistants ! Il y en a même  les boîtes de conserves (la partie blanche à l’intérieur). Certaines études montrent aujourd’hui un lien entre le bisphénol A et l’obésité, qui passe par les mécanismes de l’épigénétique.
J’ai parlé du bisphénol A, mais malheureusement, il en va de même pour les phtalates (bouteilles en PET), le formaldéhyde (càd la colle des meubles en kit), les parabènes (qu’on trouve dans les crèmes solaires et les cosmétiques), les pesticides et fongicides qu’on retrouve partout sur les 5 fruits et légumes qu’on nous recommande de manger chaque jour (le lien entre le « bromure de méthyl » utilisé dans ces substances et la « méthylation » n’est malheureusement pas à démontrer…) Et d’autres substances sont aujourd’hui suspectes comme les édulcorants de synthèse qu’on trouve les sodas light par exemple. Je ne parle même pas de l’alcool à haute dose ni surtout du tabac (Le New Scientist publiait pas plus tard que la semaine dernière une nouvelle étude qui confirme l’impact du tabagisme sur la fertilité, non seulement des fumeurs, mais de leurs descendants) !
Bon j’arrête, je commence à me faire penser à ma prof de sciences de 5e année, complètement à la masse (ce n’est certainement pas elle qui m’a inoculé la passion des sciences) et qui s’était procuré un compteur Geiger après l’explosion du réacteur de Tchernobyl pour mesurer le taux de radioactivité des salades vendues à la Migros avant d’en consommer…
Tout n’est pas encore perdu en ce bas monde !

Aliments recommandés, thé vert et vitamine B9  et B12
Le brocoli, la grenade, l’avocat pour leurs propriétés antioxydantes. Les poissons gras, les légumes verts à feuilles sont particulièrement recommandés pendant la grossesse et durant l’hiver pour la vitamine B12 et les Oméga3. La salade, les céréales, légumes verts pour leur teneur en acide folique (vitamine B9), qui permet de renouveler l’ADN.
Le thé vert, dont on connaissait depuis longtemps les propriétés antioxydantes et anti-cancérigènes (le thé vert est à l’origine du « paradoxe japonais » c’est à dire ce pourquoi les japonais connaissent moins de cancers du poumon alors qu’ils fument plus que les américains et moins de cancers des voies digestives que nous autres alors que les modes de vie sont très similaires!), on a compris aujourd’hui comment ça marche : certains gènes actifs dans la lutte contre le cancer s’inhibent avec l’âge. Le thé vert contient une substance (un polyphénol en bon français) qui fait le ménage dans l’épigénome et désinhibe l’expression de ces gènes, qui peuvent alors à nouveau faire leur boulot et nous protéger du cancer !
Pour ma part, je n’étais pas trop fan de thé vert jusqu’à aujourd’hui, mais je sens que ça va changer 😉
Bref, tout ça pour dire que si on varie son alimentation, qu’on réfléchit un peu à ce qu’on mange et boit (pourquoi par exemple payer très cher pour trimballer de l’eau en camion (ce sont des gaz d’échappement qu’on respire !), l’emballer dans des phtalates toxiques (oui oui, je parle des bouteilles en PET !) quand on a de l’eau quasi gratuite au robinet ?
Ce ne sont tant les grands sacrifices que les petites réflexions et prises de conscience qui feront changer les choses.

L’épigénétique dans l’actualité
Le 6 septembre dernier (donc c’est tout récent), le King’s College de Londres et le BGI, l’une des plus grandes organisations génomiques du monde, à Shenzen en Chine annonçaient la mise sur pied d’un gigantesque projet à 30 millions de dollars intitulé « Epitwin » qui va s’intéresser aux différences d’expression génétiques de quelque 5’000 jumeaux en raison de leur style de vie et de leur hygiène alimentaire. Le but de l’étude est de comprendre quels facteurs précisément produisent quels effets afin de trouver des médicaments permettant de déjouer l’inhibition des gènes impliqués dans les maladies cardiaques, l’obésité, le diabète, l’ostéoporose ou encore la longévité. Jusqu’ici, les études ont toujours porté sur une poignée de jumeaux : l’ampleur de cette étude va multiplier cela par 1’000.
Je n’ai pas trouvé de détails quant au planning de l’étude, mais on peut imaginer que cela va durer un moment. En tous les cas, nous allons suivre le dossier et vous tenir au courant ici des futurs développements.

Liens:

Vidéos d’Arte « Epigénétique, nous sommes ce que nous mangeons » :
1/3 (14min40sec): http://www.dailymotion.com/video/x97qsw_epigenetique-nous-sommes-ce-que-nou_webcam
2/3 (12min42sec): http://www.dailymotion.com/video/x97nhr_epigenetique-nous-sommes-ce-que-nou_webcam
3/3 (15min15sec): http://www.dailymotion.com/video/x97nda_epigenetique-nous-sommes-ce-que-nou_webcam

Lectures ayant permis la constitution de ce dossier :

Epigénétique :

Epigénétique : http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89pig%C3%A9n%C3%A9tique
Gène Agouti : http://en.wikipedia.org/wiki/Agouti_gene
Drosophile aux yeux rouge : http://www.sciencedaily.com/releases/2009/04/090412081315.htm
Méthylation : http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9thylation
Méthyle : http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9thyle

Histoire :

Thomas Morgan : http://fr.wikipedia.org/wiki/Thomas_Morgan

Famine néerlandaise et épigénétique :

http://www.timesonline.co.uk/tol/news/uk/health/article5029679.ece

Le sujet du Dr Karl, le « Monsieur Science » de la radio-télévision australienne
http://www.abc.net.au/science/articles/2009/10/21/2720208.htm

L’Opération Market Garden http://fr.wikipedia.org/wiki/Op%C3%A9ration_Market_Garden

 

Alimentation, phtalates, hormones et épigénétique :

Bisphénol A (BPA) : http://fr.wikipedia.org/wiki/Bisph%C3%A9nol_A
Polycarbonates : http://fr.wikipedia.org/wiki/Polycarbonate
Alimentation : http://epigenome.eu/fr/2,48,996
Thé vert : http://www.bib.fsagx.ac.be/base/text/v12n2/211.pdf

Actualité :

Le projet « Epitwin » (en anglais) http://www.physorg.com/news202974395.html
New Scientist (Tabagisme) http://www.newscientist.com/article/dn19434-smoking-bad-for-your-fertility-and-your-childs.html?DCMP=OTC-rss&nsref=online-news

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