Evolution: adaptation d’abord, mutation ensuite

En matière d’évolution, le processus généralement présenté part de mutations génétiques aléatoires qui procurent certains avantages adaptatifs. A ceci s’ajoute, depuis une bonne dizaine d’années, la dimension épigénétique qui associe directement des modifications génétiques aux pressions environnementales. Le déterminisme génétique tellement en vogue dans les années 1980 du fait d’auteurs tel Richard Dawkins est aujourd’hui reconnu comme étant une simplification sans réel connexion avec la réalité observable, mais on a pas encore vraiment fait le pont entre ces mécanismes de mutation génétique et la complexité du vivant. Quel est réellement le mécanisme de l’évolution?

Une piste est la notion de « force de progrès », que j’ai déjà présenté dans l’article « Faut-il réintégrer la notion de progrès dans l’évolution?« : outre les processus de sélection naturelle, il existerait un processus inhérent vers de plus en plus de complexité.

Une nouvelle piste, que je vais présenter ici, se base sur une expérience récente avec des poissons à poumons du Nil (Polypteridaetoute, ou Bishir en anglais, terme que je vais utiliser ici) qui a fait surgir le phénomène dit de plasticité, qui désigne une adaptation physiologique presque en temps réel (au sein d’un même organisme) à une modification de l’environnement. Et qui n’a rien à avoir avec une quelconque modification génétique.

L’expérience consistait tout simplement à vider l’eau d’un aquarium contenant ces Bichirs, dotés de poumons donc capables de respirer à l’air libre, et voir ce qui allait se passer. Emily Standen, l’expérimentatrice, voulait voir si ces poissons arriveraient à survivre et, idéalement, à développer les traces d’un début d’adaptation à la vie terrestre. Ces Bichirs firent bien mieux que cela! Après huit mois d’une vie essentiellement terrestre, Standen pu constater des modifications comportementales et physiologiques importantes: les poissons arrivaient à se déplacer en marchant sur leurs nageoires inférieures, les plaçant beaucoup plus près du corps qu’au début. Ils levaient plus la tête et glissaient bien moins que des Bichirs de contrôle essentiellement marins. Mais mieux encore, leur squelette se modifiait: leurs épaules s’allongeaient et devenaient plus puissantes. Les attaches osseuses entre le corps et la tête s’affaiblissaient, permettant à cette dernière de bouger plus facilement.

On sait depuis longtemps que nos muscles, tendons et os s’adaptent à notre mode de vie mais les Bichirs montrent que cela peut aller loin et vite. De plus en plus de biologistes pensent que cette plasticité joue un rôle majeur dans l’évolution. Selon eux, plutôt que s’adapter suite à une mutation génétique, les animaux le plus souvent s’adaptent d’abord et intègrent cela sous forme de « mutations » génétiques ensuite.

L’idée n’est pas neuve loin s’en faut, et Jean-Baptiste Lamarck avec sa théorie transformiste ne disait pas autre chose – hors le fait qu’il ne connaissait évidemment pas l’existence du gène. Mais Darwin lui-même pensait que la plasticité était ce qui permettait l’existence de variations héréditaires sur lesquelles la sélection naturelle pouvait agir.

Ces notions furent jetées aux oubliettes dès les années 1940 avec l’avènement du tout-génétique, mais néanmoins certains biologistes continuèrent à faire des expériences sur la plasticité. Dans les années 50, le biologiste anglais Conrad Hal Waddington démontra avec des mouches qu’une modification plastique induite (la perte des veines des ailes de la mouche quand la pupe est chauffée) se transforme en modification génétique au bout de la 14ème génération.

La réalisation que les gènes ont un haut degré de flexibilité, en cours depuis une vingtaine d’années, incite certains biologistes à proposer que la plasticité est en elle-même un facteur majeur du processus évolutionnaire. Même si à long terme l’évolution reste un processus fondé sur la mutation génétique, il se pourrait que ce soit la plasticité qui décide de quelles mutations pourront se propager.

En tout cas les travaux de Standen démontrent comment des animaux marins ont pu se transformer en quadrupèdes terrestres, et l’étape suivante est d’examiner la transition entre quadrupède et bipède voici environ 7 millions d’années. Adam Foster, de la Northwood Ohio Medical University, a passé trois mois à faire marcher des rats sur un tapis roulant, avec un système de harnais permettant de charger plus ou moins les pattes arrières des rats. Ainsi, certais rats couraient normalement à quatre pattes, et d’autres étaient obligés de courir sur leurs seules pattes arrières. Après une heure par jour pendant trois mois de ce traitement, Foster examina ses rats et se rendit compte que les rats « bipèdes » avaient développé des pattes arrières plus longues que les rats normaux, ainsi que des têtes fémorales plus importantes. Caractéristiques associées au passage de l’état quadrupède à celui de bipède.

Cela dit, faire la preuve que ce sont bien les modifications plastiques qui engendrent les futures modifications génétique reste très difficile: il faut suivre les animaux sur des générations. Et les fossiles ne permettent pas d’en faire la preuve non plus car on ne peut savoir si la modification constatée est l’oeuvre de la plasticité ou de la mutation génétique.

Un autre élément à prendre en considération est que toutes les parties du squelette n’ont pas la même plasticité: la structure en alvéoles des têtes de nos os longs est plus légère et plus faible que celle de nos cousins Néandertaliens. Une récente étude des os des  chasseurs-cueilleurs et des premiers fermiers en Amérique du Nord montre une modification – vers plus de légèreté et moins de solidité – corrélée avec cette modification de mode de vie. Nous pourrions avoir un squelette aussi solide que nos ancêtres préhistoriques si nous menions des vie aussi physiquement actives. Il se pourrait donc que ce qui est interprété comme des modifications au niveau de l’espèce soient en fait des modifications liées à la plasticité physiologique. Pour Colin Shaw de l’Université de Cambridge, les humains ont ceci d’unique que notre première ligne de défense contre les agressions de l’environnement est la culture (par exemple la création de vêtements chauds). La seconde ligne de défense pourrait bien être la plasticité – la modification physiologique au sein même de l’individu permettant une adaptation rapide – et, en troisième ligne, la sélection génétique.

Il existe actuellement une dynamique et une accumulation d’indices supportant cette approche, qui pourrait fortement modifier notre compréhension classique de l’évolution.

 

Sources:

http://www.nature.com/nature/journal/v513/n7516/full/nature13708.html

http://www.newscientist.com/article/mg22530040.300-adapt-first-mutate-later-is-evolution-out-of-order.html?full=true#.VOSTevmG-iB

http://www.pnas.org/content/112/2/372

http://www.sciencemag.org/content/306/5697/828

 

2 réflexions sur “Evolution: adaptation d’abord, mutation ensuite

  1. Bonjour,
    J’ai découvert votre blog avec l’article « Evolution: adaptation d’abord, mutation ensuite », passionnant pour moi qui ne cesse de me questionner sur l’inné vs l’acquis. Bref c’est donc ici que je vous laisse un message qui n’a pas forcement de rapport direct avec cet article, quoi que. Les thèmes que vous abordez dans votre blog me laisse penser que vous serez sans doute intéressé (peut-être pas autant que moi) par le travail de synthèse de François RODDIER. En guise d’introduction voici un article, écrit par un journaliste et accessible à tous http://petrole.blog.lemonde.fr/2013/10/30/francois-roddier-par-dela-leffet-de-la-reine-rouge/
    Sinon voici l’essentiel des liens pour découvrir son travail :
    – son blog http://www.francois-roddier.fr/?p=4 (à lire chronologiquement, un régal !) ,
    – son dernier bouquin http://www.decitre.fr/livres/thermodynamique-de-l-evolution-9782917141328.html
    – la vidéo « La thermodynamique de l’évolution : du Big Bang aux sciences humaines » http://www.canal-u.tv/video/cerimes/la_thermodynamique_de_l_evolution_du_big_bang_aux_sciences_humaines.9530
    – la vidéo « La thermodynamique des transitions économiques » https://youtu.be/5-qap1cQhGA
    Bonne continuation.

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