DE L'EVOLUTION : les mécanismes de l'évolution

Vendredi 22 février 2008 5 22 02 2008 17:17

DE L'EVOLUTION : les mécanismes de l'évolution

le périple de Charles Darwin autour du monde de 1831 à 1836

Lorsque, le 27 décembre 1831, il quitta Devonport à bord du navire « le Beagle », Charles Darwin n'avait aucune idée préconçue. Plus encore, comme

il l'affirma lui-même, il n'avait aucune notion de ce que ce voyage allait lui apporter. Il aurait pu demeurer toute sa vie un simple gentilhomme fortuné mais la place de naturaliste de bord qu'on lui avait offerte et qu'il eût le bon sens d'accepter en décida autrement : durant les cinquante-sept mois que dura son périple autour du monde, il accumula un nombre incroyable d'observations et d'échantillons qui, une fois de retour, lui permirent de réfléchir sur l'évolution des espèces et d'enterrer définitivement ce qui était alors la croyance commune, le fixisme.

Il passa le reste de sa vie à organiser ce qu'il avait observé et donna ses lettres de noblesse à une des plus grandes découvertes de la biologie moderne, le transformisme, c'est à dire l'évolution des espèces au fil des âges géologiques. Conscient de ce que sa découverte allait susciter de réticences et d'oppositions, voire de haine, il différa le plus possible la parution de son livre, « l'origine des espèces » (1859), avant d'en accepter la publication et d'entrer dans l'Histoire.

Depuis cette date mémorable, le darwinisme s'est approfondi, amélioré mais l'essentiel demeure : les deux millions d'espèces différentes (effectivement décrites mais il en existe certainement beaucoup plus) qui peuplent notre globe ont toutes une origine commune et seul le hasard a permis avec le temps l'apparition de leur diversité.

Constatation de l'évolution

Lorsqu'on observe la descendance immédiate d'un animal, on est frappé par la ressemblance existant entre lui et ses parents, et cela au fil des générations. On a donc beaucoup de mal à comprendre qu'il puisse apparaître des variations risquant par la suite de se maintenir et de transformer durablement l'espèce étudiée : l'explication tient au fait que l'observation est toujours faite à l'échelle d'une (ou plusieurs) vies humaines, un période de temps bien trop courte pour noter le moindre changement. Il est pratiquement impossible de s'imaginer ce que représentent les temps dits géologiques, c'est à dire les millions d'années qui nous séparent du début : l'Humanité proprement dite ne possède un recul que de quelques milliers d'années, un battement de cil à l'échelle de la Vie sur Terre.
Il y a, bien sûr, les fossiles. En étudiant ces squelettes plus ou moins bien exploitables (il est extrêmement rare que les parties molles des animaux disparus soient conservées, voir sujet le schiste de Burgess), on remarque combien les espèces du passé étaient différentes tout en conservant certains liens anatomiques avec les vivantes. Cela ne suffit pourtant pas pour faire la preuve d'un lien de parenté. Après tout, George Cuvier lui-même pensait que ces espèces – qu'il croyait immuables – avaient été créées telles quelles par Dieu avant de subir des extinctions brutales.

Pour affirmer qu'il y a eu évolution, il faut donc mettre en évidence un lien de parenté génétique entre les espèces étudiées. Il faut retrouver leur ancêtre commun en identifiant les caractères partagés par chacune d'elle et cet ancêtre, ce que l'on appelle l'homologie. On arrive ensuite à dresser une sorte de « carte » appelée arbre phylogénétique des espèces (qu'on appelle alors « taxons » du point de vue de la « systématique »), carte qui permet de les classer les unes par rapport aux autres. Reste à expliquer le pourquoi de ces évolutions différentes.

Les principes de base

Darwin proposa sa théorie au milieu du XIXème siècle. A cette époque, on

n'avait aucune idée de l'importance de la génétique, ni même de ce qu'elle était. Le moine autrichien Gregor Mendel – qui travaillait sur les pois – avait bien publié un article résumant ses observations sur la transmission des caractères héréditaires dès 1865 mais ses travaux étaient demeurés inconnus. Ce n'est qu'à l'aube du XXème siècle qu'on redécouvrira les lois de l'hérédité et il faudra encore des décennies pour que celles-ci soient enfin admises. Jusqu'à ce que Watson et Crick décrivent le modèle en double hélice de l'ADN, découverte qui leur valut le Prix Nobel et permit le développement de la génétique moderne. On ne s'étonnera donc pas que Darwin ait, pour une grande mesure, cru à l'hérédité des caractères acquis. Cela ne l'empêcha pas de fonder sa théorie résumée en trois grands principes :

a. les individus – c'est une constatation - sont tous différents les uns des autres : ces différences sont plus ou moins marquées (couleur de la peau, du pelage, des yeux, etc.) et représentent pour un sujet donné ce que l'on appelle le phénotype ;

b. les individus les mieux adaptés à leur milieu sont les plus aptes à survivre et donc à se reproduire : c'est ce que Darwin appelle la « sélection naturelle ». Il veut dire ainsi que certains sujets échappent plus facilement à leurs prédateurs, qu'ils sont moins malades et que, accédant plus facilement à la nourriture, ils vivent plus longtemps, suffisamment en tout cas pour se reproduire. Ces « survivants » peuvent également posséder des caractéristiques qui les rendent plus attirants pour le sexe opposé (en tout cas, dans la reproduction sexuée) et, en copulant davantage, engendrent une plus grande descendance (c'est la sélection sexuelle). Pour tous ces cas, on parlera « d'avantages sélectifs » ;

c. les avantages sélectifs doivent pouvoir se transmettre à la descendance de l'individu qui les possède : c'est un caractère forcément héréditaire et, ce que Darwin ne pouvait que supposer, ce sont les gènes (formant le génotype) qui entraînent le maintien de l'avantage d'une génération à l'autre.

Mécanismes de l'évolution

On vient de dire que la transformation progressive d'une espèce se caractérise par l'apparition de différences qui se maintiennent, une fois apparues, chez ses descendants. Elle est de nature génétique et apparaît principalement du fait de mutations.

* mutations génétiques

Le fait que l'acquisition d'un caractère nouveau apparaisse – et se transmette – s'explique par plusieurs mécanismes, d'ailleurs parfois liés. On se souvient que lors de la méiose, c'est à dire la formation d'une cellule à partir de la moitié des chromosomes des parents, il existe une recombinaison du matériel génétique : il peut alors exister des erreurs lors de la réplication des gènes. Ces « erreurs » peuvent être ponctuelles (portant sur le code lui-même) ou résulter d'une duplication de ces gènes, voire d'une cassure des chromosomes qui les portent. Ailleurs, il s'agira d'une délétion ou de l'insertion anormale d'une séquence chromosomique. Dans tous les cas, le génotype du descendant sera différent de ce qu'il aurait dû être si la duplication s'était normalement déroulée. Le descendant sera donc doté de caractères différents de ceux de ses parents, caractères qui, si cela constitue un avantage évolutif, seront conservés comme on a déjà eu l'occasion de le dire.

* échange de matériel génétique

Les mécanismes décrits ci-dessus concernent la reproduction sexuée. Les organismes qui n'y ont pas recours verront les différences apparaître par transfert simple de matériel génétique : c'est le cas, par exemple, des virus et des bactéries.

* épimutations

Il s'agit ici de la transmission de différences, non sur l'ADN lui-même, mais sur des groupements chimiques qui lui sont attachés (voir sujet évolution de l'Evolution.)

Les mutations que l'on vient de brièvement résumer sont le plus souvent létales, c'est à dire qu'elles perturbent tant le sujet qui les possède que celui-ci n'est pas viable. Elles peuvent également être neutres : les modifications génétiques sont bien inscrites dans le génome mais elles n'ont aucune conséquence visible. Enfin, de temps à autre, une mutation entraîne l'apparition d'un caractère qui apporte un véritable « plus » à l'individu qui en est porteur et ce dernier pourra transmettre à sa descendance un moyen de prendre le dessus sur ses (presque) semblables. A quel rythme ces variations ont-elles lieu ? Comme on va le voir, cela reste encore amplement débattu. Quoi qu'il en soit, une chose est sûre : les modifications du matériel génétique d'un individu relève du hasard et seulement de lui.

Modifications de la théorie de Darwin

* le Darwinisme originel

Comme on l'a déjà signalé, Darwin ignorait l'origine génétique des mutations et par conséquent des caractères qui y sont liés. Il proposa donc une modification graduelle, progressive des caractères expliquant, par la sélection naturelle, la transformation des espèces au fil du temps. Quelques années plus tard, l'irruption de la génétique va modifier l'approche originelle de la théorie.

* la théorie synthétique de l'évolution

Afin d'intégrer les nouvelles données de la science, dès les années 40, un grand nombre de scientifiques repensèrent la théorie de Darwin dans une approche plus globale intégrant non seulement la génétique mais aussi la paléontologie, la biologie, l'embryologie et la génétique des populations. Dans cette optique, on ne s'intéresse plus uniquement aux individus mais à des groupes d'individus : c'est la fréquence d'une mutation dans une population qui importe. Lorsque cette fréquence devient élevée en raison d'un facteur facilitant (comme, par exemple, un changement du milieu), on arrive alors à la modification de l'espèce.

Le point important à prendre en compte est que, comme le soulignait Darwin, c'est la sélection naturelle qui reste à l'œuvre. Pour mieux faire comprendre ce concept, je prends souvent comme exemple le maintien d'une maladie génétique africaine, la drépanocytose. Cette affection génétique induit la formation de globules rouges de mauvaise qualité (entraînant une anémie falciforme). Normalement les individus porteurs de l'affection devraient être éliminés car moins résistants (leur oxygénation est forcément plus pauvre). Sauf que leurs globules rouges anormaux empêchent la transmission du parasite du paludisme, ce qui dans les contrées impaludées leur confère un avantage évolutif... qui disparaît sous les cieux où le moustique est absent !
Signalons aussi, à l'appui du néodarwinisme, le phénomène de dérive génétique qui concerne le fait que si des populations d'une même espèce sont géographiquement longtemps séparées, les différences génétiques qui s'accroissent entre elles finissent par aboutir à la formation de deux espèces distinctes, incapables de se reproduire entre elles.
La théorie synthétique de l'évolution s'est finalement imposée chez la majorité des scientifiques puisqu'elle permet une « relecture du Darwinisme » par intégration des données génétiques sans en toucher les trois principes que nous avons évoquer plus haut, notamment la sélection naturelle. Reste une question déjà soulevée dans l'article : à quelle fréquence apparaissent ces mutations ? Progressivement et graduellement au fil du temps disent les tenants de cette « synthèse darwinienne ». De façon brutale entrecoupée de longs moments de silence, rétorque S. J Gould.

* la théorie des équilibres ponctués

Stephen. J. Gould, le paléontologue de talent que j'ai eu l'occasion d

'évoquer dans un sujet précédent, provoqua la survenue « d'un coup de tonnerre dans un ciel serein » dans le petit monde du néodarwinisme lorsque, en 1972, il cosigna avec Niles Eldredge un article jugé à l'époque iconoclaste.

L'idée de ces deux scientifiques part d'une constatation des plus évidentes : lorsqu'on examine les données fossiles, on ne trouve presque jamais de fossiles des formes intermédiaires entre deux espèces que l'on sait apparentées. Cela veut il dire que c'est parce qu'elles n'existent pas ou bien qu'on ne les a pas encore trouvées ? Gould propose une réponse : les transformations des fossiles apparaissent brutalement avant de subsister longuement dans la position d'équilibre alors atteinte. Il évoque donc une transition brutale d'une espèce à une autre (sur quelques milliers d'années ce qui n'est rien en terme de temps) avant une longue phase de statu quo qu'il nomme stase, au cours de laquelle il peut certes apparaître quelques modifications mais qui restent mineures.

Il n'y a donc pour lui pas de gradualisme mais des crises évolutives brutales et brèves sur un fond d'immobilité. J'étais un peu trop jeune en 1972 pour avoir vécu

l'irruption des équilibres ponctués dans la théorie classique de l'évolution. Toutefois, lorsque je me suis intéressé à cette question une quinzaine d'années plus tard, la polémique faisait encore rage, parfois avec violence. Aujourd'hui, le calme – si je puis dire – est revenu et la plupart des paléontologues adhèrent à la théorie de Gould. On pense même probable que les deux mécanismes (gradualisme et équilibres ponctués) coexistent selon les espèces. De toute façon, à présent que les passions sont retombées, on comprend bien que la théorie ponctualiste de Gould n'est finalement qu'une adaptation de la théorie de l'évolution qui reste intacte pour ses principaux fondements.

La théorie de Darwin aujourd'hui

Hormis quelques créationnistes patentés dont l'obscurantisme est d'autant plus virulent qu'ils se situent loin des disciplines scientifiques, plus aucune personne sensée ne remet en question la théorie de l'évolution qui, à proprement parler et depuis longtemps, n'est d'ailleurs plus une simple théorie tant les faits et les idées militent en sa faveur.

Darwin, on peut l'affirmer aujourd'hui, a réellement découvert les lois de l'évolution des espèces vivant sur notre globe (et probablement, si elles existent, ailleurs). Je ne peux que reconnaître à cet homme en apparence ordinaire l'importance toute particulière qu'il a pris dans le domaine des sciences du vivant. Il reste à découvrir bien des choses en ce domaine, c'est certain, mais l'essentiel est acquis : le gentilhomme de Shrewsbury, dans le centre-est de l'Angleterre, a sorti cette partie de la science du moyen-âge. Qu'il en soit remercié une fois encore.

Images

1. le périple de Charles Darwin autour du monde de 1831 à 1836

(sources : commons.wikimedia.org/ wiki/)

2. le "Beagle"

(sources : darwinbeagle.blogspot.com/)

3. la double hélice d'ADN

(sources : www.ifgene.org/)

4. Stephen J Gould (par Katty Chapman)

(sources : fr.wikipedia.org/wiki/)

5. Niles Heldredge

(sources : www.uninsubria.eu/)

Brève : la drosophile prouve que l'évolution ne peut reculer

Placée dans les conditions environnementales de ses ancêtres, la mouche drosophile ne retrouve pas ses caractéristiques originelles. Telle est la conclusion d'une expérience menée par des chercheurs portugais et américains. Après avoir fait évoluer pendant vingt-cinq ans des populations de drosophiles dans des environnements différents, Henrique Teotonio et ses collègues ont replacé les mouches dans leur environnement initial. Après 50 générations, elles s'étaient à nouveau adaptées à leur environnement ancestral mais d'une manière différente de celle de leurs aïeux : s'il arrive que les mouches retrouvent un phénotype (les traits physiques et biochimiques) semblable à celui de leurs ancêtres, elles sont néanmoins génétiquement différentes. Malgré la réadaptation à l'ancien milieu, 50% des variations génétiques survenues au cours des vingt-cinq ans d'évolution étaient maintenues. Inversement, il paraît donc impossible de prédire comment évoluera une population lorsque le milieu change.

(Science & Vie, 1098, mars 2009)

Mots-clés : Beagle, fixisme, transformisme, évolution des espèces, darwinisme, schiste de Burgess, homologie, arbre phylogénétique, phénotype, génotype, gène, sélection sexuelle, mutation, épimutation, néodarwinisme, théorie synthétique de l'évolution, équilibres ponctués, S J Gould, N Eldredge,mouche drosophile

(les mots bleus soulignés renvoient à des sites d'informations complémentaires)

Mise à jour : 26 juin 2009

Par cepheides - Publié dans : paléontologie - Communauté : Les fossiliens
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