D’où vient la forme des êtres vivants ? Le chaos dans la morphogénèse biologique


(mise à jour d’un article publié originellement en 2002 dans Automates intelligents : D’où vient la forme des vivants ? http://www.automatesintelligents.com/echanges/2002/avr/jourdan.html)

Chez ceux qui peuvent se multiplier par scissiparité ou bouturage, le problème ne se pose pas : on peut supposer que l’organisation est acquise directement.Vous êtes vous demandé d’où vient la forme – prise au sens large – des êtres vivants ? Comment se fait-il qu’ils soient capables de reproduire la forme, non seulement de leur espèce, mais aussi à plus fine échelle, de ressembler à leurs géniteurs ?

Chez les organismes ayant une reproduction sexuée, on suppose que cette forme doit être “spécifiée” quelque part dans l’œuf et cette question est généralement assimilée à l’étude de l’hérédité.

Ainsi jusqu’à la fin du siècle dernier (le XXème !), les scientifiques ont pris l’habitude de considérer ce problème comme résolu théoriquement, sinon pratiquement, par le raisonnement suivant : tout ce qui est génétique est héréditaire donc tout ce qui est héréditaire est génétique.

Bien que des chercheurs moins connus aient aussi critiqué cette position depuis belle lurette, Henri ATLAN a jeté en 1998 un pavé dans la mare avec son ouvrage : “La fin du tout génétique – vers de nouveaux paradigmes en biologie ?” – (éditions INRA).

La farce du programme génétique

Le mathématicien/cybernéticien D. Hofstadter, dans son célèbre livre : “Gödel, Escher, Bach, les brins d’une guirlande éternelle” (1979) croyait (lui aussi) qu’en envoyant de l’ADN dans l’espace, les extraterrestres (intelligents qui recevraient le vaisseau dans leur jardin) pourraient reconstruire les êtres vivants dont cet ADN provenait à condition de chercher suffisamment longtemps ! (chapitre 13). En fait, Hofstadter propose cette histoire plutôt comme un test de la capacité des extraterrestres à décoder l’ADN avec plus ou moins d’indices. Quant au fait que l’être vivant en question soit codé dedans, il considère apparemment cela comme trivial, comme plus tard Spielberg le fera (Spielberg n’est pas un biologiste, c’est un cinéaste !) :
Dans le film  “Jurassic Park”, on reconstitue un dinosaure à partir d’une cellule (un globule rouge en plus ! comme chacun sait, les globules rouges n’ont, en plus, pas de noyau…) mais c’est “à peine”  de la science fiction, cela est considéré comme une possibilité réelle !

Ces idées, on le voit, sont donc répandues du bas en haut de l’échelle des connaissances scientifiques, et trouvent apparemment leur justification scientifique dans le concept de “programme génétique” devenu tellement banal que Ernst Mayr s’est permis d’écrire une “Histoire de la Biologie” qui l’emploie à chaque page sans en donner aucune définition ! (1989)

Crédulité ou bêtise, ce prétendu “programme génétique” est assené à l’infini dans des livres scolaires, par exemple “Sciences de la Vie et de la terre” de Tavernier et Lizeaux, classes de 3ème, BORDAS, pp. 12, 13, 18, 19, 20, 22, 23, 50, 51, 52 (pour l’entrée “prog. gén.” l’index admet seulement quatre de ces pages…).

Ce genre d’ouvrage ne mentionne jamais l’existence de caractères à transmission apparemment héréditaires mais dont on n’a jamais découvert de base génétique : le fait d’être droitier ou gaucher par exemple !

L’origine du Programme Génétique

Quelle la véritable origine de ce concept de programme génétique (PG) ? Atlan l’attribue à un super-amalgame : d’abord une confusion entre code et programme suivie d’une assimilation de ce programme-supposé au “programme de développement” des embryologistes (qui n’est pas un “programme” au sens cybernétique mais la simple constatation de l’absolue régularité des étapes du développement des œufs jusqu’aux adultes).

En réalité, il se pourrait que l’origine réelle de la notion de PG soit due au développement contemporain et intime de ces deux sciences : la biologie moléculaire et l’informatique. Si elles ont été et resteront indissociables techniquement – pas de séquençage sans ordinateur – elles n’ont en réalité aucune parenté épistémologique (en tout cas tant que les cybernéticiens n’auront pas (re)-créé d’être vivant).

Atlan, qui ne remet à aucun moment en cause les métaphores informatiques, ne s’aperçoit pas non plus que ce concept de PG n’est pas le seul indice d’une contamination biologie-informatique – utilisation d’un terme informatique en biologie :

Le PG trouve sa contrepartie exacte dans le “virus informatique” – utilisation d’un terme biologique en informatique. Malheureusement, tout le monde devrait bien voir que ce terme de virus informatique n’est qu’une simple boutade, difficile à élever seulement au rang d’analogie ! … et que cela aurait dû rendre les scientifiques plus méfiants par rapport à une notion aussi creuse que celle du “programme génétique” !

Que peut-on coder dans l’ADN ?

L’erreur de raisonnement est toujours la même : on découvre un gène dont l’absence ou l’anomalie provoque un certain changement par rapport au développement, la physiologie normaux. Aussitôt on en infère que l’action “normale” en question est “contenue” dans ce gène quand il est normal. Par exemple on laisse croire que le gène du chromosome Y “responsable” du développement des testicules chez l’embryon de mammifère serait un “gène du sexe mâle”, c’est à dire qu’il aurait un lien avec le phénomène physique de la masculinisation, donc contiendrait le “plan” de la différentiation sexuelle du corps et du système nerveux, voire du comportement. Il n’en est rien, bien sûr, puisque la même différentiation s’opère dans d’autres classes animales ou végétales par d’autres procédés, caryotypiques ou physiologiques par exemple. En réalité, ce gène de la différentiation sexuelle n’est ni une portion de programme ni même une portion de données mais une simple marque arbitraire ne contenant aucune information propre !

(Si je détruit l’interrupteur de la lumière de mon salon, cette lampe ne pourra plus être allumée, cela ne signifie pas que sa capacité d’éclairage, son plan de construction ou que sais-je, étaient contenus dans l’interrupteur…)

Redescendons sur terre : bien sûr, il y a un “code génétique” qui contient des informations qui vont déterminer des caractères simples de notre forme : la couleur de nos yeux, notre groupe sanguin, notre complexe HLA etc., mais apparemment il y a un grand vide au-delà : comment se fait-il que personne apparemment ne se demande  ce qu’on peut “coder”, voire “programmer” avec le code génétique ?

Peut-on programmer d’avoir quatre membres ? Peut-on programmer la forme d’un os ? Peut on programmer l’insertion des muscles sur ces os ? Peut-on programmer la répartition et le sens d’insertion des poils sur la peau ? Peut-on programmer une durée (de vie par exemple ou d’une étape embryonnaire ) ? Peut-on programmer une taille à l’âge adulte ?

Que peut-on programmer avec 30000 gènes au maximum ? Peut-on programmer la possibilité d’apprendre à parler ? Cette dernière affirmation, que le don d’apprendre à parler serait programmé dans l’espèce humaine, n’est pas rare dans les livres de linguistique ou traitant de l’évolution humaine. Pourtant n’est-ce pas aussi absurde que de penser que le don d’apprendre à lire ou à faire du vélo le serait aussi ?

Le problème de l’hérédité reposé

Une vache engendre une vache engendre une vache engendre une vache engendre une vache… et le processus paraît se répéter indéfiniment (à notre échelle).

Le code génétique ayant, à part quelques petites mutation spontanées, la propriété (prouvée) de se répliquer à l’identique, on en déduit habituellement qu’il est le responsable de la propriété (observée à court terme mais non prouvée à très long terme) des organismes vivants de se reproduire “raisonnablement à l’identique” quand il n’y a pas de changement génétique.

Mais un jour une vache ne pourrait-elle donner naissance à autre chose (un monstre) à partir du même matériel héréditaire, un monstre qui aurait les mêmes protéines mais qui ne serait plus une vache et qui se reproduirait semblable à lui-même ?

Si on abandonne le tout génétique, c’est pour le remplacer par quoi ?

Bien que la critique d’Atlan contre le programme génétique soit très virulente au départ, ce qu’il propose finalement pour le remplacer reste assez timide : l’ADN ne serait pas un programme mais… des données, le programme correspondant à ces données ne serait pas dans l’ADN mais dans la cellule toute entière ! On voit qu’on ne s’échappe pas facilement de la métaphore informatique ni même de celle du “programme” qu’Atlan, d’ailleurs, ne définit pas plus que Mayr !

Il y a pourtant d’autres directions de recherche : avant cette mode du tout génétique, on s’était beaucoup penché sur l’embryogenèse ainsi que sur l’étude des monstres : la tératologie. À cette science un peu oubliée, on doit ajouter quelques autres pistes peu défrichées : l’étude des régulations, dans le développement et dans le fonctionnement normal, y compris la réparation (par exemple la cicatrisation) et enfin l’étude des métamorphoses.

Il faut peut-être revenir à la recherche, à l’enseignement et à la vulgarisation de ces disciplines !

C’est une telle réflexion, et non une recherche génétique, qui a permis à Iltis (Iltis H. H. 1983 From Teosinte to Maize: The Catastrophic Sexual Transmutation, Science, Vol. 222) de comprendre l’origine du Maïs domestique, avec son épi complètement aberrant au sein des graminées. Iltis explique l’apparition de la forme aberrante par sa situation “transsexuelle” au sein de l’architecture de la plante. “L’épi” de maïs ne viendrait en réalité pas d’un épi femelle de graminée mais d’un épi mâle féminisé ! Toutefois, à part le fait que les épis mâles en question auraient été amenés dans une zone d’influence femelle par un raccourcissement des rameaux latéraux, et une surenchère de mots opaques comme “catastrophe” et “transmutation”, Iltis ne donne que très peu d’indication sur le mécanisme réel en jeu sur le plan ontogénique.

Il manque donc une théorie qui pourrait expliquer non seulement comment surgit la nouvelle forme mais d’où et pourquoi surgit cette forme…

La théorie du chaos appliquée à la biologie, ou comment se débarrasser d’une croyance

Pins atteints du phénomène de "Foxtailing" (ou queue de renard) © Photo : Stéphane Jourdan

Pins au développement aberrants (foxtails)

Chez les végétaux, la morphogenèse est généralement continue, c’est-à-dire qu’on peut l’observer pendant toute la vie de l’individu, contrairement à celle des animaux, plus ou moins confinée dans la vie embryonnaire. Cela permet d’étudier chez eux avec beaucoup de facilité les changements, quelquefois très brusques de l’architecture ou de l’anatomie.

C’est en étudiant de telles anomalies de l’architecture et des fructifications des pins et en cherchant des explications structurales (c’est-à-dire replacées dans le cadre de l’ontogenèse et de la phylogenèse) que je me suis rendu compte que diverses anomalies de croissances pouvaient être expliquées par un même phénomène intervenant dans l’ontogenèse : le chaos (voir mon article sur les pins).

La théorie du chaos, multiforme et multidisciplinaire a déjà été appliquée en physique des écoulements pour modéliser l’apparition de la turbulence et, en biologie, a notamment été proposée comme explication de la fibrillation cardiaque.

On sait aussi que l’orbite des planètes du système solaire, en apparence stable et prévisible, recouvre une réalité chaotique si on l’étudie à long terme. Cette idée n’a pourtant jamais été appliquée, à ma connaissance, au phénotype des êtres vivants.

En effet, la constatation qu’un génotype donné produit habituellement le même phénotype, fait observé dans la reproduction des races pures homozygotes, chez les vrais jumeaux et aujourd’hui encore souligné dans le clonage ne suffit pas à prouver que le même phénotype sera toujours produit, ce qui ressort d’une “croyance” basée sur une erreur de raisonnement.

Un parallèle extrêmement pertinent m’a été signalé par Jean-Paul Baquiast : avec l’étude (hyper-médiatisée aujourd’hui) des prions, on s’aperçoit qu’un gène code une protéine dont le repliement définitif n’est finalement pas codé dans ce gène, contrairement à ce qu’on a longtemps affirmé par croyance !

Alors même si à un génotype donné correspond habituellement un certain phénotype (pseudo-héréditaire !) ce qui n’empêche pas qu’un autre phénotype pourrait très bien apparaître à tout moment, tant que le contraire n’est pas prouvé. Cette théorie de l’évolution brusque par la surrection du chaos pourrait expliquer a fortiori les grands bouleversements phénotypiques lors d’une légère modification génotypique (et/ou caryotypique) par exemple entre le chimpanzé et l’homme.

Si notre théorie recevait un jour des confirmations factuelles, elle aurait l’avantage de rendre possible le saltationnisme (et même carrément l’ancien mutationnisme) et d’expliquer le paradoxe du neutralisme.

3 commentaires

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  1. destroyer98844

    ces une question qui tamene a une autres question et une question qui te creer une possibilite une question qui tamene a une autre recherche un sicle sans fin
    ses chien

  2. destroyer98844

    ta pourtant pas vraiment repondu a ma question pauvre con tu dit de la merde une des raison pourquoi certain animaux ou etre vivant fon un montres teste radiation sur certain etre vivant ou substance qui fiat un changement fai que l’ADN ce modifie ou ce desorganise imbecile tu fait pitite tesaye de faire ton smat mais tu dit nimporte quoi. la science nest mm pas une connaisance seulement un outils quont utilise & quand on ne sai pas comment lutiliser ont fait ce qui sappelle le chao la destruction. pcq ces des gens comme toi qui esaye de tou savoir de tou vouloire te juste un outils hahhahhaha pitie jai etudier a luniversiter biologie,chimie, technolgie, histoire et je comprend . pose toi la question a quoi tu sert toi? qui est tu reelement dans lunivers la science ne te repondras pas. cars la science est humaine .

    • stefjourdan

      Mon cher Christopher, si vous aviez lu mon article en profondeur, vous auriez vu que je ne suis pas aveuglement en admiration devant la science, “officielle” du moins, souvent un ramassis de préjugés. Maintenant le ton de votre intervention ne donne pas vraiment envie d’engager la conversation avec vous et je vous laisse donc à vos études universitaires. Je ne sais pas si vos vélléités de “Destroyer” vous ont permis de “comprendre ” tant que ça. Avant d’arriver à la critique, il faut assimiler pas mal de choses avec beaucoup d’humilité….

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