Archives Billets/Articles "Monitoring" de la planète - Les drones NTIC et combat pour la démocratie Privatisation de l'espace War games at Crypto-city Tous les articles

7 février 2009
par Jean-Paul Baquiast

Nouvelles perspectives intéressant le transfert horizontal de gènes

Le schéma de l’arbre de la vie, imaginé par le jeune Darwin de 1837, et dessiné
par lui dans un de ses carnets ( source NewScientist).

Dans un article de février 2006, «Nouveaux nouveaux regards sur la biologie»(1), nous avions présenté les recherches de deux biologistes émérites, Carl Woese et Freeman Dyson, qui s’appuyaient sur le concept de transfert horizontal de gènes (horizontal gene transfer ou HGT), ou «marché commun des gènes», pour comprendre comment les premières formes vivantes avaient pu échanger rapidement entre elles les processus biochimiques et catalytiques inventées par les plus efficaces d’entre elles, à une époque où les espèces telles que définies aujourd’hui, c’est-à-dire disposant de génomes spécifiques leur interdisant de s’hybrider entre elles, n’existaient pas encore.

Ils en ont tiré la conclusion que pendant une période non négligeable, l’évolution a procédé sur un mode non darwinien ou plutôt sur un mode prédarwinien. Cela ne voulait pas dire que le mécanisme fondamental mis en évidence par Darwin, celui des mutations/sélections, n’existait pas, mais seulement que les mutations se transmettaient sur un autre mode que celui de la filiation d’ascendant à descendants. Rappelons que Freeman Dyson est allé plus loin, puisqu’il pronostique l’arrivée aujourd’hui d’une ère post-darwinienne ou l’homme et les nouvelles technologies modifieront directement les espèces en réalisant ce que l’on pourrait appeler des mutations et des sélections artificielles.

Mais revenons au darwinisme. Dans un article du NewScientist daté du 21 janvier 2009, “ «Why Darwin was wrong about the tree of life? »(2) dont nous inspirons ici pour l'essentiel, l’éditeur scientifique Graham Lawton fait le point des études récentes concernant le transfert horizontal de gènes et l’hybridation dans la nature. Selon ces études, le phénomène du transfert horizontal de gènes n’intéresse pas seulement les organismes simples non cellulaires, bactéries et archeae (procaryotes) mais aussi les organismes pluricellulaires (eucaryotes), y compris ceux dotés de formes complexes.

Autrement dit, on pourrait en conclure que le schéma de l’arbre phylogénétique foisonnant décrit par Darwin pour illustrer la diversification progressive des espèces à partir d’un ancêtre supposé unique ne peut plus être considéré comme le seul pertinent pour modéliser l’évolution. Pour Darwin, rappelons-le, l’évolution ne fait pas de saut. Si l’on considère l’espèce comme le groupe le plus représentatif permettant de classer les êtres vivants, la bifurcation majeure est la spéciation à partir de laquelle l’espèce-mère se divise en deux espèces-filles. La descendance suit une logique verticale, incluant les unes dans les autres des espèces isolées entre elles(3). C’est le schéma de l’arbre, imaginé par le jeune Darwin de 1837, et dessiné par lui dans un de ses carnets, qui est apparu comme le mieux de représenter ce mécanisme (notre image, source "NewScientist").

Le concept de l’arbre phylogénétique (ou tree of life, selon la dénomination de Darwin et de ses successeurs), se révéla fondamental pour la théorie de l’évolution. Chaque branche représente une espèce, l’embranchement représente le moment où l’espèce se divise en deux. Beaucoup de ces branches se sont éteintes, mais certaines ont survécu jusqu’à nos jours. En remontant le long des branches de l’arbre, on peut retrouver toute l’histoire de leurs relations avec les autres – ce jusqu’à un hypothétique ancêtre commun. Dans l’esprit des biologistes évolutionnistes, jusqu’à ces dernières années, l’arbre était une réalité de la nature. Pour en préciser les détails il suffisait d’approfondir l’analyse des espèces éteintes.

Aujourd’hui cependant ce concept d’arbre est considéré par beaucoup de biologiste comme erroné, sinon dangereux. Il donnerait une fausse idée de l’évolution. Le remettre en cause doit contribuer à la révolution dans la biologie qui s’impose désormais à leurs yeux. La découverte de la structure de l’ADN en 1953 avait un moment fait espérer que la biologie moléculaire justifierait la réalité des arborescences constituant l’arbre phylogénétique. Plus deux espèces se sont séparées récemment, plus similaires devraient être leurs ADN, ARN et séquences de protéines correspondantes. Cette hypothèse fut initialement confirmée. L’analyse de l’ARN présent dans les ribosomes, ou organites intracellulaires responsables de la fabrication des protéines, avait permis de retrouver le schéma d’un arbre, et accessoirement de différencier, comme le fit Carl Woese précité, les archaea des bactéries.

Mais les progrès de la biologie moléculaire permirent à partir des années 1990 de séquencer l’ADN des bactéries et archaea et pas seulement leur ARN. Or là, en de nombreuses occasions, ces analyses ne permirent pas de retrouver l’arbre évolutif des ARN. De nouveaux arbres apparurent, semblant montrer que des espèces proches selon l’arbre des ARN ne l’étaient plus dans l’arbre des ADN. Cela ne voulait pas dire que l’une ou l’autre de ces analyses était erronée, Elles ne l’étaient pas. Cela voulait seulement dire que le concept d’arbre n’était plus applicable à l’évolution globale des espèces. Il n’avait de valeur que dans la perspective d’une descendance s’exerçant verticalement mais non dans celle où des espèces pouvaient échanger du matériel génétique de façon horizontale, par exemple par l’hybridation.

L’hybridation résulte d’une reproduction entre espèces différentes n’entraînant pas de modifications et moins encore de disparition des espèces mères. Elle est généralement infertile mais dans de nombreux cas, il a été découvert qu’elle ne l’était pas (voir ci-dessous). A la lumière de ces analyses, l’arbre s’est transformé en un réseau complexe d’interrelations, dit aussi un « web », les espèces pouvant être proches par certains caractères et éloignées par d’autres.

Un mécanisme absolument général

La multiplication des séquençages de gènes entre bactéries et archaea montra que ces organismes échangent régulièrement leur matériel génétique entre eux, le cas échéant à travers de grandes distances taxonomiques. D’où la nécessité d’inventer le concept de transfert horizontal de gènes. De plus, il est apparu qu’il ne s’agissait pas d’un phénomène marginal, tel celui mis en oeuvre dans l’acquisition de résistances aux antibiotiques. Il s’agit d’un mécanisme absolument général.

Le débat s’est poursuivi cependant entre partisans de l’arbre et partisans du web, jusqu’à aujourd’hui. En 2006, une étude menée par Peer Bork du Laboratoire européen de Biologie moléculaire de Heidelberg, portant sur 31 gènes appartenant à 191 génomes de bactéries, archaea et eucaryotes mettait en évidence un arbre presque parfait. Mais d’autres chercheurs (notamment Tal Dagan et William Martin de l’Université Henri Heine à Düsseldorf) répliquèrent – sans convaincre les précédents - que l’échantillonnage était insuffisant. Ils ont depuis mis en évidence 80% de transferts de gènes au sein de 500.000 gènes appartenant à 181 procaryotes.

Quant aux eucaryotes, c’est-à-dire à la catégorie à laquelle nous appartenons, les exemples abondent montrant qu’ils ont recours à la symbiose génétique. D’abord, il est admis généralement que les eucaryotes prirent naissance par la fusion de deux procaryotes, une bactérie et une archaea. Les eucaryotes primitifs ainsi formés ont ensuite absorbé d’autres procaryotes, ayant abouti aux mitochondries et aux chloroplastes, organites responsables au sein de la cellule moderne de la fabrication de l’énergie et de la photosynthèse. On parle à ce sujet d’endo-symbiose, en ce sens que les organismes absorbés ont transféré une grande partie de leurs génomes dans ceux de leurs hôtes, créant des génomes hybrides.

Le libre marché des gènes se poursuit aujourd’hui à grande échelle. Certes, il intéresse principalement une majorité d’eucaryotes unicellulaires (protistes) qui constituent 90% des espèces connues. Mais l’évolution des multicellulaires, plantes et animaux, fait aussi largement appel spontanément à l’hybridation. Ce serait le cas de 14% des plantes et de 10% des animaux, selon James Mallet, biologiste évolutionnaire à l’University College de Londres. On sait que la question a été posée (sans être clairement résolue à ce jour) à propos des relations entre homo neandertalensis et homo sapiens. De plus, on trouve dans les génomes de diverses espèces des séquences d’ADN identiques qui semblent bien avoir été transféré au cas par cas par HGT. Un morceau d’ADN de serpent a ainsi été retrouvé chez une vache. Les agents de ces transferts semblent être principalement des virus. On estime ainsi que 40 à 50% du génome humain, souvent associé à des fonctions vitales, à été importé horizontalement par des virus. Tout ceci n’exclut pas cependant l’évolution darwinienne classique le long d’arbres phylogénétiques. Elle reste identifiable dans environ 50% des cas.

Pour Eric Bapteste(4), de l’université Pierre et Marie Curie (photo), il ne faut pas conclure de ce qui précède que la théorie de l’évolution jusqu’alors dominante soit fausse et doive être changée. Elle est seulement plus complexe que Darwin ne l’imaginait. Il faut donc l’envisager dans sa nouvelle complexité. Pour d’autres chercheurs au contraire, il convient dorénavant de concevoir l’évolution plus autour des fusions et de la coopération qu’autour de mutations survenant dans des lignées isolées. Un changement majeur dans les concepts et le paradigme s’imposerait donc.

La question des hybrides est intéressante à cet égard. Il conviendrait de rejeter la croyance selon laquelle ses produits sont stériles. Pour le biologiste marin Donald Williamson, retraité de l’Université de Liverpool, de nombreuses espèces marines conjuguent successivement au cours de leur vie des caractères hérités de deux espèces différentes s’étant hybridées pour leur donner naissance. Il s’agit de chimères viables. Le milieu marin est il est vrai très favorable au rapprochement des semences d’espèces différentes.

Ajoutons pour notre part que d’autres formes de chimères viables – en dehors de celles formées par génie génétique – existent peut-être au sein des espèces supérieures. Elles n’auraient réussi à survivre que dans des cas exceptionnels, mais sur des millions d’années d’évolution, de telles exceptions auraient eu la possibilité de se produire. Ces considérations donnerait fondement à un thème parfois développé dans la science fiction : l’apparition possible à l'avenir d’un hybride d’humain et d’un autre organisme supérieur non humain, d’où naîtrait une nouvelle espèce. Il faudrait en effet considérer la vie et son évolution comme un phénomène global immense, réagissant en totalité et qui ne peut être compris par l’analyse de quelques cas seulement. Mais nous sommes là pour le moment dans le domaine de l’hypothèse.

Une autre conclusion nous paraît s’imposer, ne relevant sans doute pas de l’hypothèse. Les mutations considérée comme fondamentales dans le schéma darwinien classique, lequel a été repris par exemple dans le livre « Le hasard et la nécessité » de Jacques Monod, ne sont pas les seules facteurs de l’évolution, qu’elles relèvent d’accident à la duplication du génome, d’irradiations ou d’autres causes externes. L’inter-évolution et l’endo-évolution, qui réduisent (sans l’annuler) le champ du hasard dans la nécessité, joueraient un rôle tout aussi important. Mais leurs produits seraient, eux aussi, soumis à la sélection darwinienne. Les spiritualistes ne peuvent donc s’appuyer sur ce qui précède pour réintroduire le finalisme.

Notes
(1) Article du 17 février 2006 : "Nouveaux, nouveaux regards sur la biologie"
(2) http://www.newscientist.com/article/mg20126921.600-why-darwin-was-wrong-about-the-tree-of-life.html
(3) Philippe Lherminier et Michel Solignac, De l’espèce, Syllepse 2005, p. 199-200.
(4) Eric Bapteste. Page personnelle
http://www-ihpst.univ-paris1.fr/151,eric_bapteste.html

© Automates Intelligents 2009