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RÉVOLUTION DANS LE VIVANT

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RÉVOLUTION DANS LE VIVANT

Message par Patlotch le Dim 7 Oct - 19:47

ce titre est une raccourci : c'est pas qu'il y a révolution dans les sciences de la vie et  conception de l’humain que le monde vivant sera impacté par l'activité humaine



Le vivant repensé
Jean-François Dortier Revue Sciences humaines 2012

Résumé
L’ère du postgénomique est advenue : une révolution est en cours dans les sciences de la vie. Elle remet en cause le modèle du programme génétique centré sur le gène comme facteur décisif de construction du vivant. Les phénomènes d’épigenèse, de morphogenèse, de symbiose et de coévolution proposent une vision nouvelle de la vie et de l’évolution. Cette nouvelle vision du vivant a aussi des conséquences majeures sur notre conception de l’humain.
Comment la nature s’y prend-elle pour fabriquer un être vivant [1] Pendant un demi-siècle on a cru que la réponse tenait en trois lettres : ADN, cette longue molécule nichée au cœur du noyau de chaque cellule vivante, composée de milliers de gènes. Chaque gène porte une information qui commande la fabrication d’une protéine, celle-ci étant la substance de base de toute matière vivante : elle forme la chlorophylle des feuilles, les muscles de l’éléphant, les pigments colorés de la rose. L’ensemble des instructions codées sur chaque gène composait, du moins le pensait-on jusque récemment, un « programme génétique ». En décodant ce programme, inscrit sur la longue chaîne d’ADN, on allait donc parvenir à percer le langage de la vie. En attendant, on avait commencé à isoler ici ou là des gènes responsables de telle ou telle maladie, impliqués dans tel ou tel comportement, dans le langage ou la schizophrénie (et que l’on appelait un peu vite le « gène du langage » ou le « gène de la schizophrénie »).

2
Dans les années 1990, un grand projet – « Génome humain » – fut mis en œuvre dont le but était d’aboutir à une cartographie génétique complète de l’ADN. Des équipes se lancèrent dans la course, notamment un consortium public international qui entra en compétition avec la société privée Celera Genomics, dirigée par Craig Venter. Le 12 février 2001, celui-ci annonça avoir atteint le but. L’annonce du séquençage complet du génome humain fit les gros titres de la presse mondiale. Mais cette grande découverte était accompagnée d’une aussi grande surprise : le nombre de gènes humains était beaucoup plus réduit qu’on l’avait envisagé : 23 000 seulement, soit quatre fois moins que ce que l’on imaginait. Comment penser qu’un programme aussi complexe que la fabrication d’un être humain – yeux, oreilles, mains, système digestif, les centaines d’espèces de cellules différentes… – puisse tenir sur un aussi petit nombre de gènes ! L’étonnement toucha à son comble quand on apprit que le nombre de gènes chez l’être humain est inférieur de moitié à celui du riz : 23 000 contre 50 000 gènes ! Il y avait manifestement un problème.

3
En fait, depuis quelques années déjà les généticiens avaient pris conscience que le séquençage du génome n’ouvrait pas la voie au décodage du « programme génétique ». Pour la raison simple que ce dernier était un leurre [2]

4
À la même époque, d’autres recherches étaient en train de changer la façon de penser la construction du vivant [3]. Pendant que la course au séquençage battait son plein, biologistes et généticiens faisaient d’autres découvertes qui tournaient autour de notions et disciplines nouvelles : épigenèse, morphogenèse, embryogenèse et théorie évo-dévo. Celles-ci portaient une nouvelle conception de la vie. En même temps que l’on approfondissait la connaissance du génome (celui de l’humain, du riz, des carottes et des lapins), il apparaissait de plus en plus qu’un organisme n’est pas construit à partir d’un seul programme contenu dans ses gènes. L’idée de programme génétique s’effondrait.

5
La première grande entaille dans l’idée de programme génétique est l’épigenèse. Le principe épigénétique ne remet pas en cause le rôle des gènes dans la construction de l’organisme, il s’intéresse aux mécanismes d’activation des gènes par des facteurs extérieurs. Pour produire un être vivant, il faut produire des molécules organiques, les briques du vivant. Le gène joue ici un rôle déterminant. Mais qui lui commande de se mettre en action ? Voilà justement le domaine de l’épigénétique.

6
Prenons l’exemple des abeilles. Dans un essaim d’abeilles, il existe des statuts différents : les mâles (appelés faux bourdons), les ouvrières, les reines. Tous naissent d’œufs parfaitement identiques ayant le même génome. Si l’œuf pondu par la reine n’est pas fécondé, la larve deviendra un mâle assez différent en taille et en comportement de l’abeille ordinaire. S’il est fécondé, l’abeille deviendra femelle, ouvrière ou reine selon la nourriture reçue : si elle est nourrie de gelée royale, la larve se transformera en reine, si elle est nourrie de miel et de pollen, elle se développera en ouvrière. Ainsi donc, un même œuf, donc un même ADN, peut produire un faux bourdon, une reine ou une ouvrière, en fonction de son alimentation [4].

7
Au départ, un même ADN ; à l’arrivée, des organismes variés. Il se passe la même chose chez tous les animaux à métamorphose (la chenille qui devient papillon). Remarquons aussi que le même processus se produit pour les cellules de notre corps : à partir de cellules souches toutes identiques et portant le même génome, certaines vont devenir des globules rouges, d’autres des neurones, des cellules musculaires, osseuses, cutanées, hépatiques, etc. Ce n’est donc pas un programme génétique qui détermine leur destin. L’environnement agit en activant les gènes comme on compose des airs différents en appuyant sur telle ou telle note d’un même clavier. Le génome n’est pas ce grimoire sur lequel est consigné le secret de la vie ; il ressemble plutôt à un alphabet de quelques milliers de lettres. Mais comment ces lettres se combinent-elles pour former des mots (les molécules), des phrases (les cellules), des textes (les organismes) [5]. C'est une autre histoire.

8
Si la construction d’un être vivant n’est pas programmée au départ dans un plan prédéterminé, préétabli dans le patrimoine génétique, comment expliquer que les éléphants engendrent toujours des éléphants, que les roses donnent des roses, et les humains des humains ?

9
S’il n’existe pas de plan préalable inscrit dans le génome, il y a tout de même une logique d’ensemble à l’œuvre… mais elle ne nous est pas connue. Actuellement, les recherches portent sur plusieurs modèles évolutifs qui tentent de répondre à cette grande énigme de la genèse des formes vivantes.

10
Pour le biologiste et philosophe Henri Atlan, l’ère postgénomique dans laquelle nous sommes installés ouvre la voie aux théories de l’auto-organisation et de la complexité [6]; elles mettent l’accent sur l’émergence spontanée de formes stables à partir d’éléments désorganisés.

11
Constituées dans les années 1970 – dans la lignée des travaux sur la théorie des systèmes et de la cybernétique –, ces théories de l’auto-organisation convergent autour du problème suivant : comment penser les phénomènes d’organisation spontanés comme la création des galaxies et systèmes planétaires à partir de particules en mouvements désordonnés, l’émergence de la vie à partir de matière inorganique, la complexification des organismes vivants au cours de l’évolution ?

12
À partir de là, ces théories vont se déployer dans plusieurs directions ; associées aux concepts d’émergence, de complexité, de systèmes dynamiques, elles sont appliquées dans de nombreux domaines, de la physique des fluides aux crises financières en passant par l’organisation des sociétés d’insectes.

13
Un exposé systématique de toutes les théories de l’auto-organisation est impossible ; tout au plus peut-on en citer ici quelques variantes.

14
L’ordre par le bruit.

15
Heinz von Foerster fut l’une des figures de proue de ce que l’on a nommé la « seconde cybernétique », formulant le premier, en 1960, le principe de l’« ordre par le bruit » (Order from Noise). Ilya Prigogine, prix Nobel de chimie en 1977, s’est préoccupé de savoir dans quelles conditions un ordre (dans un processus chimique ou physique) peut se former à partir d’un désordre initial. Ainsi, si on jette un caillou dans l’eau, il se produit des ondes, c’est‑à-dire un mouvement ordonné des molécules : on dit qu’il y a « ordre par fluctuation ». Cet ordre va peu à peu disparaître (on parle alors de « structures dissipatives »).

16
De son côté, Henri Atlan a formalisé dans les années 1970 une théorie de l’« ordre par le bruit » (c’est‑à-dire le hasard, le désordre) applicable aux systèmes vivants. Sa théorie assimile l’information comme une mesure de l’ordre d’un système. La caractéristique du vivant serait justement de pouvoir intégrer le bruit, c’est‑à-dire une information extérieure, et d’en faire un facteur d’auto-organisation [7].

17
La morphogenèse.

18
Les mathématiques des catastrophes (René Thom) et les mathématiques des structures fractales (Benoît Mandelbrot) constituent une autre voie de la recherche de construction de formes universelles, générée par le hasard ou la répétition d’un même schéma structurel.

19
La vie artificielle.

20
Stuart Kauffman a initié tout un courant de recherche visant à simuler des processus de reproduction (la vie artificielle) à partir de modèles informatiques : les automates booléens [8]. L’étude des « systèmes adaptatifs complexes » (Complex Adaptive Systems ou CAS) regroupe à elle seule tout un champ de recherche en biologie évolutionnaire et sciences de l’artificiel sur les dynamiques non linéaires impulsées par le Santa Fe Institute. Dans cette filiation, on peut classer les études de Holland (1992) sur les « algorithmes génétiques » (genetic algorithm), les recherches de Kauffman (1993) sur les « réseaux booléens » (boolean networks) – fondées sur l’étude des propriétés liées aux réseaux de gènes ou de réactions chimiques dans une perspective évolutionnaire et auto-organisationnelle –, ainsi que les théories de Wolfram (2001) sur les « automates cellulaires » (cellular automata).

21
L’intelligence collective.

22
Certains de ces travaux relèvent des différents modèles d’intelligence collective – qui cherchent à simuler l’« intelligence en essaim » (swarm intelligence) –, technique, humaine ou animale. Les anciens modèles connexionnistes ont été remplacés par des réseaux d’« agents intelligents ». D’autres travaux portent sur les architectures cognitives (qui visent à simuler le fonctionnement global du cerveau), et d’autres encore relèvent d’une Intelligence Artificielle évolutionniste.

23
Le nouveau vitalisme.

24
En biologie et en sciences du vivant, des biologistes ont refusé le réductionnisme chimique du vivant et ont tenté de construire des modèles « holistes » : modèles d’« autopoïèse » développés par Francisco Varela ou Humberto Maturana ou modèles néo-vitalistes de Walter Elsasser [9], Paul Weiss [10] ou Marc Kirschner [11].

25
Edgar Morin, avec La Méthode, a cherché à formuler à la fois une démarche de pensée et un cadre conceptuel intégrant des apports multiples (de la théorie des systèmes aux théories de l’auto-organisation et de l’émergence) et apte à appréhender la complexité [12]. La démarche de la complexité doit relever plusieurs défis : penser l’articulation entre le sujet et l’objet de la connaissance ; penser l’enchevêtrement des divers facteurs ; penser les liens indissolubles entre ordre et désordre ; aborder les phénomènes humains en prenant en compte les interactions. L’auteur s’emploie à construire des outils mentaux destinés à affronter la complexité, tels que le principe hologrammique, la récursivité, la dialogique, l’émergence ou l’écologie de l’action.

26
Trente ans après, le paradigme de l’auto-organisation a donc évolué dans des directions divergentes. Loin de constituer une théorie unifiée, il s’agit plutôt d’un ensemble de recherches, hypothèses, théories, partiellement convergentes.

27
Force est de constater cependant que les théories de l’auto-organisation peinent à tenir leurs promesses. Les analogies prometteuses entre la fourmilière, le cerveau, la ville, la cellule n’ont pas accouché de modèles pertinents propres à rendre compte de processus d’émergence vraiment opérationnels.

28
Il n’est pas sûr d’ailleurs que les mots « auto-organisation » ou « émergence » ne soient pas des sortes d’attrape-tout conceptuels qui recouvrent en fait des processus différents [13].

29
En biologie, certains auteurs contestent la pertinence des modèles d’auto-organisation. Ainsi, Jean-Jacques Kupiec suggère une autre voie pour penser l’« origine des individus », c’est‑à-dire la formation d’un organisme vivant singulier au cours de l’ontogenèse. Selon lui, la formation des individus est le produit d’un processus darwinien qui a lieu à l’intérieur même des organismes [14].

30
Le schéma selon lequel chaque organisme produit une multiplicité de cellules dont seules survivent celles qui répondent à des formes viables a été démontré à l’échelle des neurones et des synapses du cerveau. La formation du nerf optique, qui relie l’œil au cerveau, par exemple, ne suit pas un trajet programmé par avance. Les fibres prolifèrent à partir de l’œil, puis se dirigent vers les aires cérébrales, attirées par un phénomène d’attraction (dit « trophique »). Seule une partie de ces fibres (celles qui sont utilisées) va survivre, les autres vont dépérir et mourir. On appelle cela le « darwinisme cérébral ».

31
La morphogenèse (étude de la genèse des formes) est une autre piste de recherche en plein essor visant à comprendre la construction des organismes vivants. Elle repose sur l’idée qu’un organisme se construit à partir de contraintes physiques simples qui imposent des formes stables et récurrentes. Ainsi, si la Lune, la Terre, le Soleil et toutes les planètes et étoiles de l’Univers ont la même forme sphérique, c’est en raison de la loi de gravité qui fait que la matière qui s’agrège tend à converger vers le centre. D’où le fait qu’il n’y aura jamais de planète plate, cubique ou en forme de poire. Ce principe peut être étendu à toutes les formes du vivant.

32
Les modèles explicatifs tels qu’épigenèse, morphogenèse, auto-organisation, sciences de la complexité ou théorie de l’évo-dévo visent tous à résoudre l’énigme de la construction du vivant à l’ère postgénomique. Ils partagent l’idée que la vie n’est pas contenue dans un programme mais découle d’une cascade de causalités s’enchaînant. Cette causalité complexe implique l’existence de schémas directeurs initiaux, des boucles de rétroaction, des niveaux d’organisation interdépendants, des sentiers d’évolution, des pôles d’attraction et des logiques de coévolution, qui convergent vers des formes stables et récurrentes.

33
Avec l’épigenèse et la fin du tout-génétique, une autre notion est venue bouleverser les sciences du vivant : celle de solidarité entre organismes. La vision du vivant dominante dans le darwinisme est celle d’une âpre « lutte pour la vie », une lutte de tous contre tous où individus et espèces se combattent et rivalisent entre eux. Or, depuis quelques années, la biologie nous a appris combien la vie peut aussi se montrer solidaire et coopérative.

34
On sait depuis longtemps que les abeilles se nourrissent du pollen et du nectar des fleurs, et qu’en se déplaçant elles transportent ce même pollen d’une fleur à l’autre et les fécondent : une forme de donnant-donnant indispensable à la vie de chacun. On appelle cela le « mutualisme ».

35
À la fin du xixe siècle, des savants ont découvert qu’il existait dans la nature une forme d’association plus intégrée encore : la symbiose. C’est ainsi que sont formés les lichens, organismes hybrides issus d’une association intégrée entre une plante et un animal. On a longtemps cru que ces associations étaient exceptionnelles. Depuis peu, les biologistes ont pris conscience de leur importance et de leur omniprésence dans le monde vivant.

36
Par exemple, dans l’estomac de chaque être humain vivent des milliards de bactéries très utiles puisqu’elles nous servent à prédigérer nombre d’aliments ou à synthétiser certaines vitamines dont nous avons un besoin vital. Nous nourrissons ces bactéries qui, en échange, nous aident à manger, forme de cohabitation très poussée puisque ces bactéries vivent en nous ! Mutualisme, symbiose, association, coévolution : le monde vivant est fait de multiples formes d’association de ce genre où les organismes s’allient, coopèrent, fusionnent, échafaudent des systèmes et des macro-organismes qui se soutiennent mutuellement [15].

37
En généralisant ce constat d’associations organiques entre individus vivants, on aboutit à une révolution paradigmatique dans les sciences du vivant. Au lieu de concevoir des organismes autonomes et en compétition, on perçoit plutôt des individus (bactéries, micro-organismes, végétaux, animaux, sociétés animales) comme des entités liées organiquement entre elles, chacune étant membre d’une unité plus large ou contenant en elle des unités plus petites. L’idée même d’individu autonome se dissout : chacun est un peu à l’intérieur de l’autre.

38
Comment fabriquer un être vivant ? La solution qui se dessine aujourd’hui est la suivante : la vie n’est pas enfermée dans les gènes mais se révèle le produit d’une cascade de causalités. Il reste à comprendre la façon dont les multiples interactions convergent vers la construction de ces formes stables et récurrentes que sont les êtres vivants.

39
En second lieu, la nature est plus solidaire qu’on ne le pense : les organismes ne sont pas des isolats vivant indépendamment les uns les autres, vision de la vie qui a des conséquences majeures sur notre représentation de l’humain.

40
Un être humain se construit, comme tous les autres organismes vivants, à partir d’un substrat biologique qui n’est pas intégralement inscrit dans le programme génétique. L’embryon humain oriente son développement en fonction des apports nutritifs de la mère puis des aliments extérieurs. L’œil humain, tout sophistiqué qu’il soit avec sa rétine, son iris, ses bâtonnets, ses cônes, ne fonctionne pas sans apport de vitamine A et de carotène, que l’on puise dans l’alimentation extérieure. Privé de produits frais, l’humain devient aveugle. Comme le résume Claude Gudin, « la vision, ça se mange [16] ».

41
Le lait dont l’enfant, comme tous les mammifères, a besoin pour vivre et se développer peut être apporté par la mère ou par une mère de substitution. Quelle que soit la société de primates, humains compris, il a été démontré par l’anthropologue Sarah B. Hrdy qu’aucune mère ne pourrait vivre seule, sans support social extérieur [17]. L’enfant a besoin d’une mère qui a besoin d’un groupe social (qui lui-même ne pourrait exister sans un minimum de règles et de techniques). Le développement biologique est donc branché sur des circuits sociaux indispensables. Inversement, les réseaux sociaux, culturels, techniques des humains ne pourraient exister et se déployer sans enracinement dans le monde vivant. La création de la plus petite unité sociale suppose que ses membres disposent de tout l’équipement mental et émotionnel permettant la communication et le lien social. Lorsque cet équipement est altéré (comme dans les troubles neuro-développementaux tels que l’autisme), la socialisation est gravement mise à mal et l’essor de la vie sociale impossible. Toutes les espèces sociales – rats, oiseaux, félins, primates dont les humains – ont développé au cours de leur évolution une palette d’instincts, d’émotions et de compétences sociales autorisant le vivre ensemble et la coopération. Aucune société complexe ne peut s’édifier sans cet équipement de base. Même au xxie siècle, les réseaux sociaux – Facebook ou Twitter – n’auraient pu connaître cet essor foudroyant s’ils ne s’étaient répandus au sein d’une espèce de mammifères sociaux très préoccupés par le fait d’être en contact avec d’autres.

42
D’un côté, les circuits biologiques s’alimentent des circuits sociaux et techniques, de l’autre, les circuits sociaux et techniques ne pourraient se déployer sans plonger leurs racines dans le vivant.

Notes
[1]
Ce texte développe l’argument d’un article publié dans Sciences humaines, n° 233, janvier 2012, p. 20-23.
[2]
Henri Atlan, Le Vivant post-génomique ou Qu’est-ce que l’auto-organisation ?, Paris, Odile Jacob, 2011.
[3]
Richard C. Francis, Epigenetics : The Ultimate Mystery of Inheritance, New York, W. W. Norton & Company, 2011.
[4]
Des chercheurs de l’université de Canberra (Australie) viennent de découvrir que la suppression d’une seule enzyme, l’ADN méthyltranférase, suffisait à faire d’une larve une reine féconde ou une ouvrière. La gelée royale inhibe le processus de méthylation ; dès lors, la présence ou l’absence de cette même enzyme sur les quelque cinq cent soixante gènes des larves décide de son destin. Ainsi, le milieu agit sur les gènes, qui vont ou non s’activer : tel est le processus dit « épigénétique » (Frank Lyko et al., « The Honey Bee Epigenomes : Differential Methylation of Brain DNA in Queens and Workers », PLoS Biology, novembre 2010).
[5]
L’analogie n’est pas si superficielle : chaque fonction complexe mobilise de nombreux gènes et chaque gène intervient dans la composition de plusieurs fonctions (de même, il faut plusieurs lettres pour former un mot, mais chaque lettre intervient dans des mots différents).
[6]
Henri Atlan, Le Vivant post-génomique, op. cit.
[7]
Henri Atlan, Entre le cristal et la fumée. Essai sur l’organisation du vivant, Paris, Seuil, 1979.
[8]
Stuart Kauffman, At Home in the Universe. The Search for Laws of Self-Organization and Complexity, Oxford, Oxford University Press, 1995.
[9]
Walter M. Elsasser, Reflexions on a Theory of Organism. Holism in Biology, Baltimore, Johns Hopkins University Press, 1998.
[10]
Paul A. Weiss, The Science of Life, Mount Kisco, Futura Pub. Co, 1973.
[11]
M. Kirschner, J. Gerhart et T. Mitchison, « Molecular Vitalism », Cell, 100, 2000, p. 79-88.
[12]
Edgar Morin, La Méthode, 6 vol., Paris, Seuil, 1977-2004.
[13]
Ainsi, les fourmis sont des structures auto-organisées au sens où elles n’ont pas de dispositif de pilotage ni de planification de l’activité (comme les entreprises), mais leur formation (c’est‑à-dire leur « émergence ») ne correspond pas à un processus d’auto-engendrement tel que celui qui régit les flocons de neige. La fourmilière est une structure qui est apparue au terme de plusieurs millions d’années d’évolution et de générations successives et non par un processus d’assemblage spontané.
[14]
Jean-Jacques Kupiec, L’Origine des individus, Paris, Fayard, 2008.
[15]
Claude Combes, L’Art d’être parasite. Les associations du vivant, Paris, Flammarion, coll. « Champs », 2010 (nouv. éd.).
[16]
Claude Gudin, Une histoire naturelle des sens, Paris, Seuil, 2010.
[17]
Sarah Blaffer Hrdy, Mothers and Others. The Evolutionary Origins of Mutual Understanding, Cambridge (MA), The Belknap Press, 2009.

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