Un petit essai pour résumer des lectures et réflexions récentes, des souvenirs de conférences de Davidson, et suscité notamment par certains messages personnels que j'ai reçus récemment. Je ressasse et reformule certaines idées exprimées ici ou là par d'autres; je rajouterai certainement des références par la suite. Tout commentaire est le bienvenu.
Vous avez sûrement appris à l'école que le code génétique est commun à toutes les espèces vivantes. De la bactérie à l'homme, des virus aux champignons, toutes les êtres vivants (et assimilés) traduisent leurs acides nucléïques exactement de la même façon. C'est ce qui permet de réaliser des OGM à peu de frais : on prend un gène d'une espèce, on l'introduit dans une autre. Comme la machinerie traduisant la séquence génétique en protéine est rigoureusement identique dans tout le vivant, on produit ainsi la protéine désirée.
Pourtant, une question se pose immédiatement : l'évolution a eu assez de temps pour passer, à coup de mutations successives, d'une bactérie à l'homme. Comment se fait-il alors que le code génétique chez tous les êtres vivants soit identique, malgré toutes les mutations potentielles de celui-ci ?
En fait, ce genre de question est en général retourné pour contrer la théorie de l'évolution darwinienne. J'avais par exemple écrit
un billet parodique sur les kernels du Dr Davidson, sorte de modules génétiques répandus dans tout le vivant de manière identique. Comment ces modules ont-ils pu resister à des millions d'années de mutations ?
Dans les deux cas la réponse est identique. Elle est quasi-évidente dans le cas du code génétique. Imaginons que votre machinerie cellulaire mute et que vous ne puissiez plus interpréter correctement certaines séquences d'acides aminés, produisant systématiquement une protéine à la place d'une autre. Catastrophe sur toute la ligne : pas la moindre chance de vous développer, pas la moindre chance de même voir le jour. Il en est de même pour les kernels de Davidson : ces kernels sont impliqués dans des processus cruciaux, comme la différenciation des cellules du coeur. On imagine mal ce que donnerait un animal sans coeur.
Autrement dit ce qui est universel, robuste d'une espèce à l'autre (d'aucuns y voient même une certaine perfection), n'est peut-être pas ce qui est le plus efficace ou le plus optimisé, mais au contraire ce qui est le plus sensible, et donc partant le plus contraint [1]. Du coup, la sélection naturelle va jouer à plein
contre toute modification de ces systèmes. La conservation et l'universalité de structures dans le vivant ne va pas du tout à l'encontre du processus de sélection darwinienne : il n'en est peut-être qu'une manifestation extrême.
Mais me direz-vous, comment ces systèmes ont-ils pu apparaître dans un premier temps, s'ils sont si immuables ? Je répondrai qu'un système très contraint aujourd'hui ne l'a peut-être pas toujours été. Prenons le code génétique. A priori, il aurait pu être largement aléatoire (même si certains travaux suggèrent que celui-ci aurait une part d'origine purement physique - les acides aminés auraient une affinité particulière avec leurs ARN de transferts). Mais une fois qu'un pré-animal a commencé à élaborer des structures complexes à partir de ce code génétique, ce dernier s'en est trouvé immédiatement gelé : impossible de modifier un tel élément de base sans casser tout la complexité élaborée en aval. Autrement dit, la vie a peut-être choisi au début une voie aléatoirement, puis une fois que ce chemin s'est révélé efficace, aucun retour en arrière n'était possible et les options sélectionnées à l'époque ont été définitivement fixées, ce qui explique finalement le partage du code génétique entre tous les êtres vivants. Dans un commentaire d'
un billet précédent sur les motifs de Davidson, il me semble Simon décrivait un processus similaire ... dans des codes informatiques !
L'idée centrale du livre de Vincent Fleury est justement cette notion de contrainte physique pour le développement des tétrapodes. Du coup, il prétend que l'évolution du plan d'organisation des tétrapodes est plus ou moins unidirectionnelle : plus ou moins "enroulé" selon ses propres termes. On peut être d'accord ou pas avec cette idée, mais on peut s'interroger sur l'origine de cette contrainte. Je dirais qu'une fois qu'un processus amenant de la complexité est mis en place, s'il est bien exploité par l'évolution et s'il est difficile de le changer sans le dégrader, il peut se gèler et se fixer totalement dans l'évolution. Cela relève presque de la tautologie, mais du coup seuls les systèmes vraiment plastiques (i.e. potentiellement soumis à des mutations qualitativement neutres) peuvent évoluer.
Une question est donc d'identifier dans quelle mesure différents processus biologiques sont plastiques ou non. Cela permettrait d'identifier ce qui est "évoluable"; a contrario, plus un système est contraint, moins il a de solutions pour évoluer (et donc plus il est "facile" de prédire son évolution effective comme essaie de le faire V. Fleury dans son livre). J'ai cité dans ce billet plein d'exemples de chose peu ou pas "évoluables"; il existe aussi de nombreux exemples de systèmes qui évoluent drastiquement d'une espèce à l'autre. Mon exemple favori est là encore la segmentation des insectes. Il existe un stade du développement commun à tous les insectes (appelés stade phylotypique) : en gros il s'agit du stade de la larve ayant une tête et une quinzaine de segments. Ce stade est un passage obligé du développement de tous les insectes, et les mutations sur ce système sont assez délétères, voire létales [2](c'est en partie ce papier sur le sujet qui m'a inspiré ce billet). Pourtant, d'un insecte à l'autre, en amont et en aval de ce stade, les choses sont extrêmement variables - c'est ce qu'on appelle le "hourglass model" en illustration (tiré de [3]) : plus on s'éloigne du stade phylotypique, plus les mécanismes de développement sont différents. C'est à mon avis une illustration de l'"evoluabilité" : en amont d'un stade très contraint ont pu évoluer des processus très différents pour y parvenir. Et qui sait, ce n'est peut-être pas fini... Quoi qu'il en soit, seule la théorie de l'évolution inspirée par Darwin me paraît capable d'expliquer à la fois la raison du maintien de ces systèmes très contraints et la plasticité d'autres systèmes.
[1] Notons à ce stade qu'il existe d'autres types de contraintes, par exemple les contraintes issues des lois de la physique. Impossible bien sûr pour l'évolution d'agir dessus en aucune manière, contrairement a priori aux contraintes issues de l'histoire de l'évolution même.
[2] Galis F, van Dooren Tom JM , Metz Johan AJ (2002). Conservation of the
segmented germband stage: robustness or pleiotropy? Trends Genet, 18: 504-509
[3] Peel AD, Chipman AD , Akam M (2005). Arthropod segmentation: beyond
the Drosophila paradigm. Nat. Rev. Gen, 6: 905-916