De la mutation au problème de la variation

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(en travaux)

Plan

page simplifiée pour les secondes : Les mutations


Introduction : des mutations très instrumentalisées

Qu'est-ce que la vie ?

Qu'est-ce qu'un gène ?

Les 4 causes d'Aristote en SVT

Biologie théorique

Cours de première: partie historique

Popularisé par les séries télévisées (des X-files ou X-men en passant par les Spiderman et autres comics....) l'idée de mutants - et surtout de mutants humains - a d'abord été un simple prolongement de science-fiction des interprétations de l'hérédité mendélienne et morganienne : une mouche avec une paire d'ailes supplémentaires, une bactérie capable de résister à un antibiotique... L'imaginaire s'est vite déchaîné et l'on en est venu à considérer que les élucubrations de la science-fiction n'étaient peut-être pas si éloignées que cela d'un futur proche. Ceci une idée scientifiquement erronée.

Il y a de quoi s'alarmer devant la naïveté de certains raisonnements d'élèves, ou même de pédagogues qui s'appuient sur les programmes de l'enseignement secondaire. Ceux-ci, en effet, véhiculent des visions simplistes sur le programme génétique ou sur le programme de développement. On a tenté, depuis les années 2000, de modérer ce travers à l'aide des termes "environnement" et "épigénétique" , mais sans grand succès, étant donné que l'on est resté, dans la plupart des cas, à la présentation d'un être vivant comme machine moléculaire dont le comportement est déterminé par un programme (génétique) sous le contrôle de l'environnement (épigénétique). Il y a une profonde méconnaissance de la richesse de la recherche en épigénétique et de la remise en cause de la théorie de l'information génétique - dans sa version scolaire - qu'elle suppose (voir quelques pistes sur la biologie systémique ou encore la biologie autonome dans la page de biologie théorique et celle sur la science).


 

http://epigenomique.free.fr/fr/index.php

épigénèse/préformation... une riche histoire de ces mots (voir remarque en bas de page)


Dans le cadre de la théorie de l'information génétique, la mutation est un changement de l'information génétique (au sens le plus restreint de séquence de l'ADN), qui détermine donc (par causalité matérielle) un changement plus ou moins important, voire non apparent, chez l'être vivant.

D'une façon paradoxale, cette vision, même reconnue comme inexacte, est, à mon avis, volontairement colportée par ceux qui y trouvent un appui pour leur attitude philosophique de rejet de la notion de cause (voir les 4 causes) en s'efforçant d'y substituer un hasard (qui joue en fait le rôle de la fin). Ils s'appuient en effet sur le hasard (des erreurs non corrigées...) pour expliquer l'apparition des mutations mais invoquent le plus souvent un déterminisme (qui diffère de la causalité) pour le passage du génotype au phénotype (il y a des exceptions notamment la vision probabiliste de Kupiec, mais sa vision reste, je crois, un matérialisme qui rejette toute causalité autre que matérielle). Il est peu crédible de donner un sens à l'information génétique, tout en refusant d'en donner un à la variation.

Une autre raison plus politique et surtout économique des efforts de certains pour favoriser cette vision étroite de la mutation repose sur l'implication de ses promoteurs dans la technologie génétique : recherche de gènes impliqués dans telle ou telle maladie, manipulations génétiques et surtout OGM... la théorie de l'information génétique est défendue par ceux qui ont réalisé des investissements colossaux et se sont engagés dans une entreprise parfois très immorale dans le but de contrôler l'alimentation et la santé des hommes.
En effet, si la théorie de l'information génétique n'est plus guère satisfaisante scientifiquement, il n'en reste pas moins qu'elle a donné naissance à une technologie génétique efficace, même si elle reste aléatoire, et sur laquelle repose l'espoir de grands profits... financiers.

Sans entrer dans l'aspect politique, je vais m'attacher à corriger, scientifiquement, cette manière stérilisante de présenter la mutation, particulièrement faussée, historiquement et expérimentalement. Je présenterai quelques ouvertures après un essai de panorama "historique".

 

1 - Une histoire en 3 étapes : mutations héréditaires, géniques et chromosomiques


Les étapes sont une sorte d'artifice de présentation (je n'ai pas de prétention historique - au sens d'un véritable travail d'histoire des sciences- sur cette question complexe).


1.1 la mutation comme changement brusque héréditaire

ancienne page sur l'histoire de la génétique

cours de terminale de spécialité
TD- Mendel, Johannsen, de Vries (partie 4 : travaux de Jan Sapp)

Il semble que ce soit Hugo de Vries (1848-1935) (qui travaille sur Œnothera lamarckiana) qui utilise la première fois le terme de mutation dans un sens biologique en nommant ainsi le changement brusque de caractères observé dans une descendance. Il développe la théorie selon laquelle les mutations président à l'apparition de nouvelles espèces. De Vries utilisera le terme de pangène pour désigner les particules héréditaires qui seront finalement nommées gènes (le sens actuel est différent sauf si on ajoute le qualificatif "héréditaire") selon la proposition du biologiste danois Wilhem Johannsen (1857-1927).


Œnothera lamarckiana

Je ne crois pas me tromper en affirmant qu'historiquement le terme de mutation désigne plutôt, à l'origine, un phénomène qui atteint l'ensemble de l'être vivant (qualifié alors de muté) et non pas une particule ou une molécule.
La référence à la
théorie de l'évolution l'insère même dans le cadre plus général d'une théorie de la variation (que nous traiterons plus bas).

 

On notera qu'il est sous-entendu que ce nouveau caractère est lui-même héréditaire (héritable ou transmissible à la descendance donc stable). On voit donc combien on est là dans une théorie de la descendance. (voir page sur l'hérédité)

 

Remarque historique:
Les mutations observées par De Vries ne donnent pas n'importe quoi, mais au contraire des formes stables. Comme il ne les observe que chez quelques espèces, et à certaines périodes de la vie de l'espèce, il affirme la fixité de l'espèce (ce qui peut être considéré comme une conception typologique), les mutations faisant passer brusquement d'une espèce à une autre (c'est une théorie de la mutation, mais qui évacue l'évolution des espèces: elle est fixiste).

Même si cette vision saltatoire de la mutation est aujourd'hui abandonnée, la théorie de De Vries a joué un grand rôle dans l'histoire du darwinisme. De nos jours ce type de mutation reste largement inexpliqué par la génétique moléculaire.

« Il est très étonnant que les diverses mutations Œnothères offrent un grand degré de régularité; il n'y a pas de chaos de formes, ni de déviations mal définies à tous les degrés et dans toutes les directions; au contraire, il est évident, à première vue, que le phénomène tout entier est régi par des lois très simples. (H. De Vries, Espèces et variétés, 351)»

Histoire de la notion de vie, André Pichot, 1993, Gallimard, pp 921s

Il est important de noter combien la stabilité est associée à la variabilité dans cette vision héréditaire de la mutation.


La mutation est un changement brusque et stable d'un caractère (ou d'un ensemble de caractères) héréditaire(s), apparu chez un nouvel être vivant à l'issue d'une reproduction.


image d'après http://www2.ville. montreal.qc.ca /insectarium/toile /nouveau/gest/ uploaded/ 28879.gif


1.2 la mutation comme variation allélique

théorie chromosomique de l'hérédité

cours de terminale de spécialité

hérédité

Sans que l'on puisse déterminer de façon nette, et surtout datée, un changement de sens, la mutation se comprendra ensuite, dans la théorie chromosomique de l'hérédité (weismannienne), comme un changement au niveau du gène (au sens de gène héréditaire bien sûr).

Les mutations sont la cause de la variation allélique: les nouveaux allèles (forme des gènes) apparaissent par mutation; ils sont ensuite transmis fidèlement par la reproduction sans altération.

Tous les allèles, sauf les allèles sauvages, sont donc le résultat de mutations dans une telle théorie héréditaire (on voit que pousser ce raisonnement à l'extrême est peu convaincant). Pour les eucaryotes les gènes sont souvent notés avec une seule lettre (minuscule pour les allèles récessifs et majuscule pour les allèles dominants, le sauvage étant souvent agrémenté d'un + en exposant: par exemple, W+ indique la couleur rouge des yeux de la drosophile, w pour white, la couleur du mutant le plus fréquent). Pour les procaryotes les groupes de gènes intervenant pour un même produit sont nommés par trois lettres (par exemple lac), suivies par une lettre majuscule indiquant le gène (lac Z); l'allèle sauvage est lui aussi affecté d'un exposant + (lac Z+) et les allèles mutés par - ou d'autres sigles en exposant.

La théorie chromosomique de l'hérédité (Weismann puis De Vries et Morgan...) repose donc sur un système stable de transmission héréditaire (les gènes, portés par les chromosomes) et un système de variation allélique (les mutations). Si le support matériel particulaire est affirmé (le chromosome comme groupe de liaison, voir cours de TS), le support moléculaire éventuel reste alors inconnu.


Inséparables de la variation allélique, les réarrangements au sein des chromosomes après cassure (crossing-over et autres recombinaisons), sont parfois considérés comme des mutations chromosomiques (voir ci-après).


Un exemple très simplifié de correspondance entre la carte factorielle et la carte cytologique établie à partir des bandes colorées sur le chromosome X géant de la drosophile (Nathan, TC, TD, 1983)

image:http://www.astrosurf.com/luxorion/Documents/adn-3d-mit.gif


1.3 les mutations géniques dans la théorie de l'information génétique

source principale: Analyse génétique moderne, Griffiths et al., 2001, DeBoeck Université, ch 7 et 8

voir la partie historique du cours de 1èreS

vocabulaire pour les gènes héréditaires et moléculaires : annexe au cours de 1èreS

Vers les années 1940, dans le cadre de la théorie de l'information génétique, les biologistes moléculaires vont tenter de fusionner le gène héréditaire et le gène moléculaire.

Cette fois encore on superpose la stabilité de l'expression et de la transmission de l'information génétique à la variation (mécanisme supposé aléatoire, vis-à-vis de ce qui est supposé stable: l'information, représentée par la séquence du gène moléculaire, ce qui est très différent du caractère considéré dans la théorie chromosomique).


Ces mutations géniques ont un sens construit a posteriori qui repose strictement sur la notion de gène moléculaire, avec, comme fondement matériel, la fragilité de l'ADN ou la variabilité des mécanismes cellulaires de synthèse ou de transcription de ce même ADN. Elles n'ont souvent de sens expérimental que pour les bactéries !!!! La généralisation à tout organisme vivant est problématique.

La "première" (?) mutation historique présentée par De Vries chez Œnothera, sera associée à une recombinaison génétique par translocation.

Les mutations des survivants à l'application d'un agent mutagène:
+ très étudiées chez le
poisson-zèbre (voir références)
+ pour des données utilisables en TP voir le site de Didier Pol pour les mutants chez Saccharomyces

La mutation génique est un changement de l'information génétique (au sens le plus restreint de la seule séquence de l'ADN), déterminant un changement plus ou moins important, voire non apparent, chez l'être vivant.

Même si je pense qu'il est dépassé (je reporte la discussion au chapitre suivant), ce type d'explication n'est pas à rejeter totalement, surtout du fait de la cohérence du pouvoir explicatif du modèle proposé.


Le passage d'une mutation comme changement phénotypique à une mutation comme changement génotypique s'est fait progressivement. Le terme est maintenant employé avec des sens différents et recouvrant parfois des visions incompatibles.

Les paragraphes ci-dessous présentent différentes approches qui se superposent plus ou moins.

a - les mutations selon leur origine lointaine
(même si la part de l'un ou l'autre type peut difficilement être évaluée):


Il est d'usage de considérer deux types de mutations :

* Les mutations spontanées (sans que l'on ai soumis l'organisme à un agent mutagène) sont considérées comme dues à
- des erreurs dans les mécanismes de réplication de l'ADN (ou des systèmes de correction),
- des lésions spontanées (dépurination, désamination, bases endommagées par oxydation...), ou
- l'insertion ou l'excision d'éléments génétiques transposables.

* Les mutations induites (avec soumission à un agent mutagène) : pouvant être dues
- au remplacement d'une base,
- à la modification d'une base qui empêche un appariement correct (méthylation, agent intercalant...), ou
- à une altération de bases (système SOS, lumière UV, aflatoxine...).

Il va sans dire que ces deux types de mutations peuvent être naturelles étant donné que l'on considère qu'il existe dans la nature de nombreux agents mutagènes, à commencer par le rayonnement u.v.. Cette distinction repose donc plutôt sur l'observation de la fréquence des mutations. Une fréquence élevée laissant supposer la présence d'un mutagène. Cependant, certaines souches présentent naturellement une forte instabilité.

b - les mutations selon leurs conséquences sur la synthèse des produits génétiques
(le gène moléculaire étant une unité fonctionnelle synthétique)


Les substitutions dans les gènes de structure du protéome

Les mutations silencieuses, quelle qu'en soit la cause, provoquent un changement de la séquence de l'ARNm qui ne se traduit, du fait de la redondance du code génétique par aucun changement dans l'expression du gène moléculaire (même acide aminé ou autre codon stop).


Les mutations faux-sens conduisent au remplacement d'un aa par un autre.
Les mutations non-sens conduisent à l'arrêt de l'allongement de la chaîne polypeptidique du fait du remplacement d'un codon correspondant à un aa par un codon stop.

Les conséquences phénotypiques de telles mutations ne sont pas forcément simples.
Il ne faut pas avoir une vision strictement moléculaire (et scolaire pour ainsi dire) car on sait bien que la séquence primaire des peptides ne détermine pas de façon absolue leur fonction. Dans certains cas très particuliers, on a pu mettre en évidence qu'une seule mutation ponctuelle, avec un changement d'aa, était à l'origine d'une protéine non fonctionnelle (ex de l'HbS), mais cela ne semble pas du tout être le cas général. Les protéines présentent de nombreux variants fonctionnels (même si leur efficacité peut elle aussi varier indépendamment de la séquence) et l'on sait, notamment, que certaines protéines gardent leurs propriétés, même si elles sont mal ou partiellement repliées. Un changement d'aa, ne modifiant pas la fonction, est qualifié de substitution synonyme. L'univocité de la relation entre fonction et séquence primaire ne peut donc s'appliquer qu'à des sites très particuliers, sensibles ou actifs, d'un certain nombre de protéines.

Les autres mutations

Les additions ou les délétions (ponctuelles ou non) de bases peuvent avoir des conséquences nettement plus importantes que les simples substitutions notamment dans le cas d'un décalage du cadre de lecture, tous les codons étant susceptibles d'être changés en aval d'une addition ou d'une délétion.

Les conséquences des mutations dans les séquences régulatrices et autres séquences non codantes sont difficile à évaluer, même du point de vue théorique. Par exemple les mutations au niveau des sites d'épissage (splice-site : dans ce type de mutation des nucléotides sont insérés ou délétés juste au niveau des sites d'épissage, ce qui empêche le bon déroulement de cette phase de maturation des ARNm).



voir par exemple l'étude systématique des mutations dans le gène HGO dans le cas de l'
alcaptonurie avec pour conséquence la mise en évidence de l'absence de déterminisme simple entre génotype et phénotype

c - les réarrangements de l'ADN des procaryotes


Ces réarrangements sont parfois classés avec les "mutations chromosomiques", à tort, puisque le terme de chromosome est tout à fait inadapté pour les procaryotes.

Du fait des moyens investis et du foisonnement des modèles concernant l'organisation dynamique du matériel génétique des Procaryotes, je ne prétends pas ici être à jour des derniers développements.
Voici juste quelques questions qui n'ont pour but que de montrer l'évidence de l'inadéquation de l'emploi du terme de mutation pour désigner des changements au niveau de l'ADN de ces organismes.

Il faut d'abord souligner que l'ADN d'un Procaryote se présente souvent sous la forme de plusieurs (4 à 6 habituellement chez E. coli) boucles d'ADN sans compter les plasmides. Il y a donc une redondance de ce que l'on appelle l'information génétique. Mais savoir quelle information est utilisée n'est pas non plus évident : la présence de l'ADN ne suffit pas à prouver que cette information est exprimée.

Finalement, quelle importance peut avoir l'ordre des gènes sur le nucléofilament ? Cette importance dépend surtout de la présence et de la position des séquences régulatrices ce qui fait que le gène ne serait pas la bonne unité de fonction. On revient à l'ancienne notion d'opéron qui a eu son succès, même si les choses se sont compliquées depuis. Les séquences régulatrices sont-elles spécifiques, mobiles,.. ? Les gènes peuvent-ils être fractionnés tout en étant actifs ? Pire encore, un gène disparu peut réapparaître dans le génome des descendants. À partir des ARN ?

Comment distinguer une origine dans le filament d'ADN bactérien ?

Il y a cependant des points de cassure préférentiels. Quels sont leur lien avec les gènes ?

Quels sont les points d'attachement des nucléofilaments à la membrane/paroi ?

Les échanges de matériel génétique sont très fréquents entre bactéries d'une même espèce mais aussi entre espèces différentes. Les virus participent aussi à ces échanges. Une homogénéisation génétique des populations est ainsi plus ou moins obtenue.

d -les réarrangements à l'échelle du chromosome (donc chez les eucaryotes)


Ces réarrangements sont la plupart du temps qualifiés de "mutations chromosomiques", ce qui se discute.

D'abord interprétés dans le cadre d'une hérédité chromosomique morganienne (voir cours de spécialité) - un chromosome linéaire orienté (du fait de la position du centromère) avec des allèles disposés les uns à la suite des autres dans un ordre fixe dans l'espèce- , les mécanismes proposés permettent de rendre compte de la transmission héréditaire des allèles étudiés chez la drosophile et d'autres organismes modèles (Saccharomyces, Œnothera, Cænorhabditis...) , dans des cas particuliers. Dans l'étape suivante, celle de la théorie de l'information génétique, le chromosome sera ensuite assimilé à une unique molécule d'ADN. Des techniques développées avec les outils du génie génétique (voir cours de spécialité) permettront alors d'intégrer la génétique des procaryotes, avec plus ou moins de réussite.

À l'inverse des mutations géniques considérées ci-dessus, le chromosome est bien pris ici comme support des gènes héréditaires (et non pas de l'information génétique). La mutation ne change pas l'information, mais provoque matériellement un changement dans la structure du chromosome supposée stable, allongée et orientée (de par la position d'un centromère décalé - l'orientation par les bandes colorées (banding) est aussi possible). Ce changement structurel a pour principales conséquences des changements statistiques dans la transmission des allèles (voir ci-dessus), sans que l'on s'intéresse au niveau moléculaire, du mois dans un premier temps.

On considère que les cassures suivies d'une réunion sont extrêmement fréquentes, elles sont d'ailleurs à la base de la théorie du crossing-over, ou recombinaison site-spécifique. On pense que ces cassures sont pour la plupart indécelables. C'est dans le cas où la réunion se fait de façon différente d'avant la cassure que l'on peut; parfois, déceler des modifications. On fait, il serait préférable de dire que, la fragilité et la capacité des chromatides à se réunir à nouveau après cassure permet d'envisager des mécanismes explicatifs dont la plupart sont loin d'être autre chose que des hypothèses plus ou moins séduisantes.

Même si l'on s'est efforcé de réunir les deux niveaux d'étude il n'est rien moins que très incertain que les sites de cassure / réunion des chromosomes proposés comme explication aient quelque chose à voir avec les sites de recombinaison observés dans l'ADN bactérien.

En travaux


1.4 les variations caryotypiques cadrant mal avec une théorie des mutations

On qualifie habituellement, à tort, les anomalies du caryotype (nombre, taille, forme ou structure des chromosomes) de mutations chromosomiques

  

cours de seconde : les chromosomes

Si les outils de la biologie moléculaire peuvent être employés pour s'efforcer de comprendre ces phénomènes, il est cependant important de souligner que l'on se place ici à une autre échelle que celle de la molécule. Ici ce sont des corps colorables micrométriques: les chromosomes, que l'on peut observer au microscope (mais souvent très difficilement...voir par exemple Acetabularia qui est loin d'être un cas isolé), marquer avec des sondes fluorescentes, voir, même, manipuler. La théorie mise en jeu dans ces phénomènes va avoir beaucoup de peine à intégrer l'information génétique issue de la biologie moléculaire du gène. Si l'on trouve parfois le terme de cytogénétique, il faut alors bien remarquer que ce terme ne désigne pas une génétique centrée sur l'ADN, et encore moins sur l'ADN procaryotique, mais une cytologie du matériel génétique eucaryote.

Les anomalies caryotypiques ne correspondent pas à des changements brusques de caractères dans une descendance car tout d'abord, elles ne sont pas héréditaires, du fait de la stérilité qui les accompagne souvent lorsqu'elles touchent les cellules sexuelles.


Ensuite, les modifications "structurales" que l'on fait porter la plupart du temps sur l'ADN contenu dans le chromosome (alors que le contenu protéique du chromosome est majoritaire dans la structure colorable) sont fortement tributaires de la représentation que l'on a de cette structure: voir le chromosome comme une simple pelote d'ADN dont le seul rôle est de contenir deux immenses molécules d'ADN force implicitement à fusionner la génétique chromosomique avec la génétique moléculaire. Ce n'est certes pas la seule voie et nous choisirons bien sûr ici de présenter le chromosome comme une structure originale (composée d'ADN et de protéines mais surtout comme une forme dynamique) qui ne se résume pas au modèle moléculaire.

Une difficulté supplémentaire, d'ordre méthodologique , vient des techniques de marquage chromosomique - ces techniques utilisent uniquement l'ADN comme cible des marqueurs- . Elles fusionnent donc implicitement les représentations cytologiques et moléculaires, souvent de façon indue. Le marquage d'un gène moléculaire, parfois possible directement sur un chromosome traité, fait incontestablement penser au chromosome comme à une pelote de gènes, ce qui laisse de côté les aspects dynamiques proprement structuraux.


Les variations du nombre de chromosomes ne sont pas des mutations

Le nombre de chromosomes est normalement fixe dans une espèce.

La plupart des organismes possèdent , au moins lors d'une génération de leur cycle de développement, plus d'un jeu de chromosomes : on les qualifie d'euploïdes (2n=diploïdes, 3n=triploïdes,4n=tétraploïdes, 5n=pentaploïdes, 6n=hexaploïdes, etc.).
Des anomalies sont fréquentes et l'on s'est aperçu, notamment chez les plantes, qu'il était assez facile de construire des polyploïdes
(>2n) avec un nombre plus élevé de chromosomes que leur espèce n'en a.

Des individus monoploïdes apparaissent aussi chez certaines espèces (gamétophyte de très nombreuses plantes, reproducteurs mâles chez les abeilles par exemple...).


Un exemple typique de polyploïde naturel est représenté par le blé; l'espèce, utilisée majoritairement pour la panification est Triticum æstivum, un hexaploïde naturel issu de la fécondation entre une espèce tétraploïde (Triticum dicoccum) et une espèce diploïde (Aegilops squarrosa ou Æ. ovata ou Triticum tauschii). on parle d'allopolyploïdie (voir ancienne page sur le blé, dont on a pu retracer l'histoire génétique probable depuis sa domestication).

Mais l'on peut manipuler le nombre de chromosomes d'un individu (que l'on reproduit ensuite) dans un but commercial. Par exemple, de nombreux individus triploïdes (toujours stériles) ont été obtenus à partir du croisement d'une espèce tétraploïde avec une espèce diploïde.

Chez certaines espèces on peut augmenter le degré de polyploïdie par fécondation entre individus de polyploïdie différents (que l'on trouve naturellement dans les cultures) mais de la même espèce (autopolyploïdie), comme chez le tabac. On a noté qu'habituellement la plante (et ses cellules) était alors d'autant plus grande que son degré de ploïdie était élevé. On a aussi fabriqué des polyploïdes artificiels en augmentant la ploïdie de gamètes par l'utilisation de la colchicine (voir les expériences de Taylor pour l'utilisation de cette toxine).

De la même manière il est possible de réaliser des monoploïdes artificiels par culture de grains de pollen (androgénèse) qui, pour certaines espèces, peuvent conduire à des plants complets monoploïdes (soja, tabac...). On peut ainsi sélectionner certains plants directement à partir de la culture in vitro de cals appelés embryoïdes (par exemple pour la résistance à telle ou telle substance). On peut ensuite passer du monoploïde au diploïde par utilisation de la colchicine (ou un autre bloquant partiel de la séparation anaphasique des chromatides) lors des premières divisions.


Ces techniques, très aléatoires, ont cependant donné des résultats probants pour la sélection de plants destinés à l'agriculture "contrôlée". Il va sans dire que la stabilité problématique de leurs caractères et la nécessité de réaliser à nouveau les manipulations pour chaque génération, du fait de la stérilité des hybrides, font que ces manipulations sont d'une tout autre nature que celles réalisées par les sélectionneurs qui travaillaient uniquement à partir des semences constituées de plantes matures.

Les cas de polyploïdie ne sont pas du tout réservés au royaume des plantes. On trouve de nombreux animaux polyploïdes. Tout le monde connaît la parthénogenèse du puceron ou des abeilles, mais il est plus rare que l'on sache que de nombreux invertébrés, poissons, amphibiens et surtout reptiles peuvent présenter habituellement des polyploïdies, plus ou moins stables.

Les aneuploïdies, anomalies dans le nombre de chromosomes, touchent une ou quelques paires de chromosomes seulement. Les plus connues sont, chez l'homme, les trisomies dont seules les 21, 13 et 18 sont viables, au moins jusqu'à la naissance (130 jours de vie moyenne pour les enfants atteints de trisomie 13 ou syndrome de Patau). La trisomie 21 ou syndrome de Down fut la première maladie à être associée à un caryotype anormal par l'équipe du professeur Lejeune. On est loin de bien comprendre la cause des symptômes des maladies associées à ces trisomies qui sont toutes associées à un retard mental.

La théorie la plus courante concernant la cause des anomalies phénotypiques associées aux anomalies chromosomiques reprend la théorie de l'information génétique en supposant qu'il existe un déséquilibre dans le dosage des produits associés aux gènes présents sur les chromosomes excédentaires. Cette thèse est assez mal confirmée par les récents dosages réalisés massivement (à l'aide de puces) sur des cellules trisomiques qui ne montrent que de faible taux de surexpression (voir de baisse du niveau d'expression) des gènes présents en 3 exemplaires dans la cellule trisomique.

Il me semble bien plus prometteur de s'intéresser à des explications faisant intervenir le niveau supérieur d'organisation dans la cellule. Les anomalies chromosomiques se retrouvent fréquemment associées à des cellules cancéreuses et peuvent même être transmises entre organismes adultes comme une maladie infectieuse (voir page sur les chromosomes - partie 6).


On peut aussi remarquer que les anomalies concernant les chromosomes sexuels observées chez une vingtaine d'espèces de mammifères dont l'homme (XO, XXX pour des femelles, souvent stériles, et XXY et XYY pour des mâles, toujours stériles) sont loin d'être généralisables. De plus, il existe de très nombreuses espèces - y compris de vertébrés - chez lesquelles la présence de chromosomes sexuels n'a pu être mise en évidence (reptiles (tous les crocodiliens, nombreuses tortues, quelques lézards), amphibiens (plus de 99%), poissons (la plupart)).

voir aussi page sur l'identité

Ainsi, les euploïdies naturelles stables ne peuvent guère être considérées comme des mutations, car elles ne modifient pas vraiment les caractères d'un individu (ou le font de façon harmonieuse).

D'autre part, les aneuploïdies ne sont pas transmissibles héréditairement et ne correspondent pas à un changement stable.

Au niveau cellulaire, une cellule cancéreuse, présentant une aneuploïdie, est certes anormale, et peut transmettre dans certains cas cette anomalie aux cellules issues de sa division, mais il ne s'agit pas d'hérédité au niveau de l'organisme. Le terme de mutation cellulaire ne peut être employé que de façon plus ou moins analogique.

Il n'y a donc pas vraiment de raison sérieuse pour utiliser le terme de mutation pour les variations du nombre de chromosomes.


Les variations caryotypiques fines

délétions

Les délétions (du latin deletere=détruire), ou pertes ne sont pas toutes de même ampleur. Les macrodélétions peuvent aller jusqu'à toucher l'ensemble d'un bras d'un chromosome. Les fragments contenant le centromère sont aussi parfois perdus ce qui empêche l'accrochage des fibres kinétochoriales et le déplacement du chromosome à l'anaphase. Les cellules résultant de la division n'auront pas alors le même caryotype.

Les macrodélétions sont parfois mises en évidence par des boucles (boucles de délétion) que font les chromosomes appariés lors de la 1re prophase de la méïose. La zone non appariée formant une boucle que l'on peut observer au microscope. C'est aussi le cas dans les chromosomes polyténiques où de telles boucles, très fréquentes, sont interprétées comme des boucles de délétion.

On peut mettre en évidence des modifications plus ou moins fines dans l'organisation des chromosomes à l'aide des techniques de coloration des chromosomes en bandes claires et sombres (banding, voir fiche chromosomes).

Le syndrome le plus connu est celui du "cri-du-chat", nommé ainsi du fait des sons émis par le nouveau-né atteint de cette maladie (les symptômes sont nombreux et sont associés à un retard mental prononcé). Il est associé à la délétion de l'extrémité du bras court du chromosome 5 (bandes 5p15.2 et 5p15.3). Cette délétion est donc de très grande ampleur (macrodélétion) et est quasiment un exemple viable unique. Par contre il existe des microdélétions, beaucoup plus difficiles à mettre en évidence, mais aussi beaucoup plus fréquentes. Elles ne sont pas toujours associées à des différences phénotypiques.

On a observé que des microdélétions identifiées et localisées n'ont pas les mêmes conséquences phénotypiques dans toutes les cellules, notamment les cellules sexuelles. Seules les cellules polliniques semblent très sensibles aux délétions (comme aux aneuploïdies). Par contre, les spermatozoïdes, tout comme les ovules des plantes, les ovocytes animaux et les cellules somatiques, pourraient par contre comporter des délétions sans qu'apparaissent des modifications phénotypiques.

duplications

Il n'est pas rare que l'on trouve une copie supplémentaire d'une région chromosomique dans le génome des organismes. Chez les diploïdes la région concernée est effectivement en double exemplaire (on parle de duplication en tandem lorsque les deux zones sont voisines, et de duplication par insertion dans le cas contraire). Chez les diploïdes, en supposant que la duplication intervient après la phase de synthèse de l'ADN et avant la phase de condensation -donc en phase G2 - on peut considérer que la zone dupliquée se trouve en 3 exemplaires dans le génome.

les barres orange dans les deux schémas ci-dessous sont censées représenter non pas l'ADN mais les chromatides (2/3 de protéines pour 1/3 d'ADN environ) dont l'organisation est inconnue (voir chromosomes).

Mais ces réarrangements "chromosomiques" sont en fait moléculaires...


d'après Analyse génétique moderne, De Boeck, 2001

... en effet, toutes ces interprétations théoriques s'inscrivent dans une théorie de l'information génétique linéaire, associée à une molécule d'ADN unique de très grande taille dans chaque chromosome. La fusion, pour ne pas dire la confusion, entre les mécanismes moléculaires proposés pour les Procaryotes et la très hypothétique structure linéaire du chromosome des eucaryotes, rend le travail de l'historien des sciences ou du philosophe extrêmement compliqué, voire impossible.


Les variations caryotypiques comme mécanisme évolutif

Origine de l'homme, Jean Chaline, Encyclopedia Universalis v12, 2007

Jean Chaline et ses coauteurs (J. Chaline, B. Dutrillaux, J. Couturier et al., Un modèle chromosomique et paléobiogéographique d'évolution des primates supérieurs, Géobios, Lyon, 1991) se sont efforcés de reconstituer les caryotypes probables des Primates de la lignée des hominidés en comparent les caryotypes d'organismes actuels et en faisant des hypothèses concernant les modifications possibles (duplications, insertions, délétions, fusions...). Ils ont ainsi proposé une reconstitution phylogénétique de cette lignée à partir de ce qu'on peut appeler les distances chromosomiques (voir évolution de l'homme).


2 - Discussion

2.1 un article fondateur peu convaincant: Luria et Delbrück, 1943



L'article de Luria, S. E., et M. Delbrück, 1943. Mutations of bacteria from virus sensitivity to virus resistance. Genetics, 28: 491-511
(disponible à l'adresse: http://www.esp.org/ foundations/ genetics/ classical/holdings/l/ slmd-43.pdf) est un article fondateur qui tente d'établir le caractère aléatoire des mutations dans une population à partir d'une analyse statistique des résultats.

Abstract
« The distribution of the numbers of virus resistant bacteria in series of similar cultures of a virus-sensitive strain has been analyzed theoretically on the basis of two current hypotheses concerning the origin of the resistant bacteria. The distribution has been studied experimentally and has been found to conform with the conclusions drawn from the hypothesis that the resistant bacteria arise by mutations of sensitive cells independently of the action of virus. The mutation rate has been determined experimentally.»

Voici les premières lignes de l'introduction:
« Quand une culture bactérienne pure est attaquée par un virus bactérien, la culture se clarifie après quelques heures du fait de la destruction, par le virus, des cellules sensibles. Cependant, après une incubation supplémentaire de quelques heures, ou parfois de quelques jours, la culture redeviendra souvent à nouveau trouble, en raison de la croissance d'un variant bactérien qui est résistant à l'action du virus. Ce variant peut être cultivé isolément du virus et conservera alors, dans de nombreux cas, sa résistance au virus, même si la souche est repiquée sur un grand nombre de générations, en l'absence du virus. Tandis que la souche sensible capture le virus aisément, le variant résistant ne montre généralement aucune affinité envers celui-ci. Les souches bactériennes résistantes apparaissent aisément dans les cultures développées à partir d'une cellule. Elles n'étaient, donc, certainement pas présentes au début de la culture. Leur résistance est généralement plutôt spécifique. Elle ne s'étend pas aux autres virus...»

Résumé
L'apparition de bactéries résistantes à un virus dans une série de cultures identiques d'une souche virus-sensible a été analysée théoriquement sur la base de deux hypothèses courantes au sujet de l'origine des bactéries résistantes. La distribution a été étudiée expérimentalement et s'est avérée être en accord avec l'hypothèse selon laquelle les bactéries résistantes surgissent par des mutations chez les cellules sensibles indépendamment de l'action du virus. Le taux de mutation a été déterminé expérimentalement.


On lira avec profit un chapeau à la publication de l'ESP écrit par Robert J. Robbins en 2001 qui tente de montrer l'importance de cette expérience replacée dans une perspective évolutionniste (mutationnisme, supposé darwinien, contre adaptationisme, supposé lamarckien). Cette interprétation est à mon avis discutable (dans le sens où l'on cherche à nouveau des pères fondateurs au mouvement darwinien). Mais je pense que ce commentaire manque surtout l'essentiel de l'article qui porte sur la méthode de sélection supposée pertinente pour connaître la physiologie de ces micro-organismes (voir ci-dessous Nissim Amzallag).
En 1943 la théorie de l'information génétique est déjà dans certains esprits, au moins aux Etats-Unis (voir
cours de 1èreS partie historique). Les expériences de Griffith (voir page spéciale) ont ouvert la voie à la recherche d'un principe transformant chimique pour les bactéries. Cette expérience est, à mon avis, bien davantage la preuve de l'importance de la vision chimique de la vie que d'un darwinisme.


Voici quelques pistes d'interprétations plus ouvertes, sortant du cadre de la théorie de l'information génétique. Dans cette conception ancienne (voir historique dans le cours de 1èreS), mais qui persiste dans l'imaginaire de beaucoup, le matériel génétique d'une bactérie (sélectionnée et repiquée) est absolument identique à celui de ses descendants. Ceci est actuellement beaucoup moins sûr :
- chaque bactérie est plutôt une cellule d'un organisme pluricellulaire (voir Shapiro dans le
cours de seconde) et possède une grande quantité d'ADN (environ 6 exemplaires de son matériel génétique); donc, les phases de multiplication cellulaire (et non de reproduction) de l'individu peuvent être considérées comme des phases critiques où peuvent se mettre en place des métabolismes nouveaux (voir ci-après).
- le métabolisme repose sur un réseau génétique dynamique et fluctuant avec des redondances, l'activité de certains gènes peut être relayée par d'autres en cas de déficience.... une cellule présentant une résistance n'implique pas que les autres cellules n'auraient pas pu présenter cette résistance, plus progressivement, par adaptation à des conditions changées progressivement
(voir suite de cette page).

Analyse de Nissim Amzallag


Voici un extrait de l'homme végétal qui souligne les enjeux de l'extraordinaire retentissement de cet article qui influe encore aujourd'hui la conception de la variabilité du vivant pour de nombreux biologistes.
J'ai ajouté quelques
intertitres personnels.

L 'homme végétal, Nissim Amzallag, Albin Michel, 2003, pp 58-62 -Ch 2 : Les fabuleux pouvoirs de l'horloger aveugle

 

 

 

 

 

Contexte historique
«1. La métaphysique de l'innovation
Invoquer le hasard des circonstances dans le cas de molécules interagissant à l'aube de la vie est délicat. [...]
Ce n'est qu'au milieu du XXe, siècle que la querelle s'éteignit: toutes les innovations, modifications, transformations propres au vivant furent reconnues comme émergeant de mutations fortuites. Cette victoire fit définitivement basculer la biologie dans l'horizon du vivant-machine mû par un hasard aveugle, et les quelques contestataires furent systématiquement accusés d'en revenir à un vitalisme dépassé. Cette révolution est la conséquence directe des travaux de deux éminents chercheurs, Salvador Luria et Max Delbruck, publiés en 1943 dans un article devenu depuis lors extrêmement célèbre, Cet article peut être considéré comme le tournant décisif dans l'approche du vivant, l'expérience inaugurant une nouvelle ère. Il est donc intéressant de se pencher un peu sur son contenu.
C'est encore d'une machine qu'il s'agit ici, mais très particulière: une des innombrables
machines à sous sur lesquelles les Américains tentent régulièrement leur chance. C'est en observant ses collègues d'université s'essayer à la machine à sous que Salvador Luria eut l'idée de vérifier l'idée suivante: la nature ne serait-elle pas comme cette machine à sous, tirant par hasard et relativement rarement la combinaison gagnante, celle qui compense à elle seule les innombrables échecs précédents? Certes, il y avait une différence de taille: dans les machines à sous, la combinaison gagnante (celle qui fait pleuvoir les pièces) a été prévue durant la conception du jeu parmi une série finie de possibilités. Ce ne peut nullement être le cas d'une bactérie plongée subitement dans un milieu qu'elle n'a jamais rencontré. Le hasard dont il est question dans la machine à sous ne peut donc être le même que celui qui fait émerger une nouvelle solution dans une bactérie.
Mais, au-delà de ces subtilités, il était tout de même tentant d'essayer. Depuis la découverte de l'effet des rayons X ou celui des rayons ultraviolets sur les organismes vivants, les mutations étaient déjà devenues très à la mode. Des centaines étaient déjà recensées, cataloguées, et beaucoup d'entre elles se transmettaient selon les lois mendéliennes de l'hérédité. Mais, dans tous les cas, il ne s'agissait ici que de mutations artificiellement provoquées. Qui plus est, elles se révélaient systématiquement comme provoquant des déficiences, et non pas comme introduisant des innovations conférant un quelconque avantage dans la compétition. Le hasard des mutations ne semblait donc pas aussi souriant qu'on voulait le croire.»

(... suite ---->)

«La grande innovation de Luria et Delbruck fut la mise au point d'une expérience permettant de vérifier si de rares "innovations avantageuses" étaient susceptibles d'apparaître au hasard des mutations. L'enjeu était de taille, et le résultat fut à la hauteur de leurs prétentions: l'expérience en question devint la démonstration historique de l'origine fortuite des mutations avantageuses.
Les résultats statistiques sont en accord avec l'hypothèse de préadaptation
Cette expérience consiste à exposer des bactéries à un virus auquel elles sont sensibles. En règle générale, les bactéries infectées meurent rapidement. Cependant, malgré le fait que toutes les bactéries utilisées étaient issues d'un même ancêtre par division,
Luria et Delbruck observèrent que quelques rares individus réussissaient presque toujours à se développer en présence du virus. Par rapport à leur ancêtre originel, ces survivants étaient donc devenus subitement résistants. Luria et Delbruck montrèrent que ces mutants étaient déjà présents dans la population avant même toute confrontation avec le virus. C'était donc là une preuve éclatante de la marque du hasard dans l'émergence de ces mutations avantageuses.
Deuxième niveau d'interprétation où l'on s'écarte de l'expérience : préadaptation génétique avec mutations aléatoires; cette hypothèse n'est pas testable expérimentalement
Pour pouvoir expliquer l'existence de ces mutants, il fut tout simplement supposé que, durant la multiplication de l'individu souche, s'étaient introduites des «erreurs» dans la copie du génome. Au nom de cette interprétation, il apparaissait nettement que certaines de ces mutations étaient adaptatives, conférant au hasard des erreurs une portée universelle que n'avaient pas encore les expériences d'irradiation aux rayons X.
Jusqu'aux expériences de Luria et Delbruck, l'immense majorité (pour ne pas dire l'intégralité) des expériences de mutagenèse produisait des individus affaiblis, déficients en certaines fonctions. Comme dans les machines conçues par les hommes, la " machine vivante» semblait tout au plus tolérer les erreurs de copie du génome. On comprend alors l'importance capitale des expériences de Luria et Delbruck: elles montraient pour la première fois un aspect "positif" au hasard des mutations, qui complétait magnifiquement l'idée d'organisme-machine. C'est pourquoi cette expérience est considérée comme la pierre angulaire de la biologie moderne.
Autre piste d'interprétation plus moderne et plus probable
Et pourtant, à y regarder de plus près, les choses sont loin d'être aussi limpides qu'elles le paraissent. En effet,
la tolérance des bactéries mutantes ne résulte pas forcément de l'émergence au hasard d'un mécanisme sophistiqué de défense contre l'infection virale. Elle peut également provenir d'une déficience dans la protéine bactérienne que reconnaissait le virus, et qui, par sa présence, stimulait l'infection. La tolérance n'est alors que le produit secondaire d'une altération née d'une erreur de copie. Il est même possible que la malformation en question, celle qui empêche la reconnaissance par le virus, induise également une quelconque déficience ou fragilité chez la bactérie.
Il était impossible, du temps de Luria et Delbruck, de vérifier le bien-fondé d'une telle interprétation. C'est fort regrettable parce que, en vertu de ce qui est aujourd'hui connu de l'infection par virus chez les bactéries, il semble bien que ce soit là l'explication du phénomène observé. Dans ce contexte, les bactéries mutantes ne sont pas des individus super~performants. Elles s'apparentent plutôt aux centaines de mutants déficients identifiés jusque-là. Cette objection remet en cause la valeur de cette «expérience historique» en tant que preuve de l'émergence d'une nouvelle fonction par le hasard des mutations.
Tout au plus, il est montré que la défaillance induite par erreur peut être bénéfique dans certaines circonstances très particulières. Ce n'est déjà pas si mal, mais on reste encore loin de la force créatrice conférée au hasard.
Du profond aveuglement lié à la méthode sélective
Ensuite, Luria et Delbruck décelèrent leurs mutants sur un milieu sélectif, c'est-à-dire dans lequel les bactéries sont incapables de survivre en l'absence d'une parade « prête à l'emploi ».
Dans un tel contexte, ce ne sont pas toutes les réponses possibles à la contrainte qui sont examinées, mais seulement celles qui permettent la survie avant toute confrontation avec le nouveau milieu. L'expérience est donc conçue avant tout pour mettre en évidence un type très particulier d'événement: le hasard salvateur, soit encore la combinaison entre un hasard de circonstances (la mutation) et la sélection dans un milieu dans lequel le fruit de ce hasard octroie un avantage particulier, ou même conditionne la vie ou la mort de l'individu.»

2.2 pour sortir de la vision chimique de la vie


Cours de 1ère S: A 1 - De la genèse à l'abandon d'une vision chimique de la vie

Les 4 causes d'Aristote en sciences de la vie

Je me suis déjà efforcé autre part de documenter l'histoire de la vision chimique de la vie qui en est venue, jusqu'à la fin du XXème siècle, à orienter tout l'effort de recherche en science de la vie dans une direction qualifiée de moléculariste, allant de pair avec un réductionnisme physico-chimique.

Des changements importants sont apparus depuis et la vision la plus courante actuellement fait cohabiter un déterminisme avec un indéterminisme (voir la science), mettant en avant un principe d'émergence que l'on appelle hasard mais qui n'est plus la hasard salvateur incriminé par Nissim Amzallag (les 4 causes et page de biologie théorique).

Par contre, dans le domaine de l'évolution, et notamment de la phylogénétique moléculaire, la théorie est restée la même et le mutationnisme mécaniciste semble être la règle de compréhension de la variabilité. Il n'est donc pas inutile de revenir sur cet indéterminisme que Nissim Amzallag qualifie d'autonomie.


adaptations versus génétique/épigénétique

L 'homme végétal, Nissim Amzallag, Albin Michel, 2003

- l'exposition d'une population à des substances toxiques conduit l'ensemble de la population (et non quelques individus préadaptés) à une tolérance progressive (et variable selon les individus).


Viktor Jollos, 1930 - population de paramécies, tolérance à l'arsenic, à l'acétate de plomb notamment

- des cellules de plantes clonées présentent une grande variabilité dans leur sensibilité aux hormones végétales; ce phénomène, appelé habituation, n'a rien à voir avec une sélection. Pour assurer la croissance d'un cal, les cellules de plantes isolées ne se divisent pas, en effet, spontanément, il est nécessaire de les stimuler par des hormones (auxines, cytokines...). Leur réponse à ces hormones, qu'elles sécrètent elles-mêmes, est complexe. Les résultats obtenus avec les outils de la biologie moléculaire, utilisés pour comprendre cette complexité, n'ont fait que l'augmenter (action sur les gènes des hormones, action épigénétique (notamment par les ARN), action directe sur les protéines actives dans la division...). On a ainsi perdu de vue l'autonomie de chaque cellule, qui est une donnée, qui s'est noyée dans un fouillis de réseaux d'interactions plus ou moins déterministes.


F. Meins Jr, 1989, Habituation : heritable variation in the requirement of cultured plant cells for hormones, Annual Review of Genetics, 23, pp 395-408 (article de synthèse)

- dans les années 1980-1990, pour cadrer avec l'hypothèse d'une information génétique déterministe on a considéré que les phénomènes d'adaptation réversibles (qui pouvaient disparaître - si l'organisme était ramené dans les conditions initiales ou, même de façon spontanée, sans changement des conditions de milieu) - seraient considérés comme épigénétiques , parce que réversibles. Étant sous-entendu que les phénomènes génétiques, comme les mutations mis en évidence par sélection, étaient irréversibles.
Il ne manque pas d'exemples actuels pour invalider cette hypothèse de stabilité du matériel génétique (voir
Qu'est-ce qu'un gène ?).
Mais là encore, la persévérance dans l'aveuglement d'un déterminisme moléculaire génétique à conduit à interpréter l'instabilité de certaines mutations
(capacité métaboliques de certaines souches bactériennes "mutées" par exposition aux U.V., travaux de Cyril Hinshelwood, en 1955), comme des cas d'instabilité non significative (malgré leur fréquence). Les travaux qu'Hinshelwood, pourtant prix Nobel de chimie en 1956, entreprit ensuite de publier sur l'adaptation (par exemple sur la résistance de la levure de bière à certains poisons; voir ci-dessous) furent oubliés.

Helen Pearson, Nature, vol 441, 25 May 2006, 399-401

des travaux allant dans une direction opposée à celle de Luria

travaux de Hinshelwood
par exemple:

- Colony Formation by Bact. lactis aerogenes on Solid Media Containing Antibacterial Agents, A. C. R. Dean and Cyril Hinshelwood, Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, Vol. 140, No. 900 (Nov. 20, 1952), pp. 339-352 (abstract)

 

- The Development of Drug Resistance in Strains of Saccharomyces cerevisiae: Resistance to 2.4-Dinitrophenol and to Brilliant Green, G. Wild and Cyril Hinshelwood, Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, Vol. 144, No. 916 (Nov. 29, 1955), pp. 287-297 (abstract):«En considérant la différence de comportement entre les souches habituées et les non-habituées, nous suggérons que le développement progressif de l'habituation des cellules de levure à ces conditions, corresponde davantage à une réponse adaptative à l'inhibiteur qu'à la sélection de mutants pré-existants. (On the basis of the time relations for the trained and the untrained strains it is suggested that the gradual development of training of the yeast cells under these conditions is more likely to be an adaptive response to the inhibitor than the selection of pre-formed mutants).»

L 'homme végétal, Nissim Amzallag, Albin Michel, 2003, p 71-75


émergence d'une nouvelle fonction chez Escherichia coli

Hall et Hartl, dans les années 1975, utilisèrent des bactéries "mutées" dans lesquelles un segment entier du génome avait été éliminé par sélection (cette portion fonctionnelle, contenant plusieurs gènes, était ce que l'on connaissait sous le nom d'opéron lactose). La souche "mutée" était donc incapable de se nourrir de lactose. Quelques jours après la mise culture de cette souche sur un milieu dont le lactose devenait progressivement la seule source de nutriment, ils virent apparaître des individus ayant récupéré la totalité de la fonction (d'utilisation du lactose). Ils notèrent que cette nouvelle fonction était due à l'activité d'une nouvelle enzyme capable d'utiliser le lactose, et adaptée à la concentration en lactose du milieu. En fait, cette enzyme était déjà présente dans la souche initiale, mais présentait alors une faible activité. Il s'agit clairement d'un cas de redondance métabolique, qui invalide la méthode de sélection des mutants. Mais il ne faut pas croire que ces résultats firent perdre pied aux tenants du mutationnisme salvateur. On inventa un mécanisme d'erreurs d'autant plus nombreuses dans les gènes que ceux-ci étaient exprimés, doublé d'un processus de duplication qui permettait d'envisager une compétition entre gènes pour retomber sur le hasard sélectif.... ces explications ont toujours cours, malgré la simplicité de l'hypothèse de la redondance.

travaux de B.G. Hall des années 1975-1985 (travaux de cet auteur dans Pubmed dont un bon nombre sont en libre accès

Experimental evolution of a new enzymatic function. II. Evolution of multiple functions for ebg enzyme in E. coli., Hall BG., Genetics. 1978 Jul;89(3):453-65


phénocopies

Une phénocopie est un phénotype considéré d'abord comme modification environnementale (non héréditaire) mais qui mime un phénotype obtenu par mutation d'origine génétique.

Le terme de phénocopie est souvent mal employé et mal compris. Étymologiquement le mot est composé des racines phéno = visible (du grec phainô= paraître) et copie (du latin co-opia = abondance).


Le summum de l'inadéquation de l'emploi du mot est celui que l'on trouve dans le dictionnaire de l'Encyclopedia Universalis : « en biologie, individu sur lequel on a provoqué des mutations génétiques».

Un des premiers à intégrer le terme dans sa biologie théorique fût probablement Waddington (j'ai présenté par ailleurs des éléments que René Thom lui a emprunté, voir aussi le cours de seconde sur l'effort). Voilà une description de ses intéressantes thèses par Saunders.


Figure 1.
Le "paysage épigénétique" de Waddington.

 

L'évolution des formes biologiques, Peter.T. Saunders, Intellectica, 1993/1, 16, pp. 61-83 (http://www. intellectica. org/archives/ n16/16_06_ Saunders.pdf)

« Ainsi, puisque le processus de développement est non-linéaire, il est à la fois stable et capable de changements organisés importants. Le biologiste Conrad Waddington a illustré cette idée par son fameux "paysage épigénétique" (figure 1) : le développement d'un organisme y est représenté par une bille qui descend une vallée représentant un chemin ontogénique (Waddington 1957 ; Saunders 1992). Les gènes contrôlent la forme du paysage, et une mutation peut être vue comme une modification de ce paysage. La mutation n'aura un effet perceptible que si la modification est suffisante pour détourner la bille vers une autre vallée. Puisque ce qui compte est le choix de la vallée, autrement dit du chemin, différentes mutations peuvent avoir le même effet sur le développement bien que les changements de paysages seraient probablement un peu différents pour chacune. Une perturbation extérieure sur le système aura un effet similaire à celui d'une mutation : peu ou pas d'influence si la bille reste dans la même vallée, mais la possibilité d'un développement entièrement différent si elle passe au-dessus d'une "ligne de partage des eaux". Nous savons aujourd'hui que ces propriétés sont caractéristiques des systèmes non-linéaires, mais Waddington a abouti à cette vision des choses empiriquement, à partir de ce qu'il savait des propriétés des systèmes en cours de développement. Un exemple particulièrement clair du type de comportement qu'il avait à l'esprit est le phénomène bien connu de la phénocopie. Perturber le développement d'un embryon génétiquement normal peut avoir le même résultat qu'une mutation. Ainsi, un embryon de drosophile normal traité avec de la vapeur d'éther peut produire une mouche adulte avec une paire d'ailes supplémentaire, exactement comme le mutant bithorax. Cet exemple n'est pas isolé. Dans les années quarante, Richard Goldschmidt réussit à obtenir une phénocopie de tous les mutants connus de la Drosophile. Les phénocopies de papillons mutants sont suffisamment courantes pour que les lépidoptéristes se sentent obligés de les exclure explicitement de leurs collections. La phénocopie montre clairement l'importance réduite accordée aux gènes dans la conception de l'évolution qui émerge actuellement. La source de variations n'est plus la mutation, mais l'ensemble des potentialités de l'organisme, les mutations ou les perturbations de l'environnement ne jouant que le rôle d'un stimulus. Cette idée a quelques conséquences importantes. Si le facteur crucial réside dans une mutation particulière, il est peu probable que la même variation apparaisse chez plusieurs individus en même temps. Et si tel est le cas, alors à moins qu'elle ne procure un avantage sélectif vraiment important elle disparaîtra probablement par "dérive génétique", autrement dit selon le hasard. Si, au contraire, la variation correspond à un changement vers un chemin déjà existant dans le paysage épigénétique, lequel est commun à tous les individus, il est bien plus probable qu'elle ait lieu dans suffisamment d'individus pour subsister.»


Notes:
(4) N.D.T. : le terme anglais watershed signifie aussi "moment critique, moment décisif".
(5) Karl Bailey, qui m'a informé sur ce point, remarque que puisque des phénocopies peuvent être produites par des moyens aussi simples qu'un refroidissement des pupes, il est probable que bien des variants, récoltés de bonne foi sur le terrain, sont en fait des phénocopies plutôt que des mutants.

Remarque:
Aucun article de Richard Goldschmidt sur ses travaux avec des phénocopies (des années 1940 à la fin de sa vie où il ne cessa de travailler sur cette question, même en retraite) n'est accessible sur internet à ma connaissance. Les seuls travaux qui ont fait l'objet de publicité récente (depuis la mise en place d'internet) sont ceux qui notamment développent les homéoses et ce que l'on a appelé les "hopeful monsters" (monstres prometteurs) ; dans cette optique, voir par exemple: Michael R. Dietrich, "Richard Goldschmidt: Hopeful Monsters and Other "Heresies"," Nature Reviews Genetics 4 (2003), 68-74
http://www. dartmouth. edu/~ dietrich/ NRG2003.pdf, à partir de la page: http:// www.dartmouth. edu/~ dietrich/ goldschmidt.html. Il faut rendre justice à Stephen Jay Gould qui a toujours soutenu la vision de Goldschmidt sur les mécanismes non purement génétiques de la macroévolution (dont faisaient partie les phénocopies).

Piaget revendique une acception du terme personnelle dans son effort de redonner au vivant un certaine autonomie (détails dans le chapitre III (Les phénocopies, p7) d'un article de Susan OYAMA : Penser l'évolution : l'intégration du contexte dans l'étude de la phylogenèse, de l'ontogenèse et de la cognition, Intellectica, 1993/1, 16, pp. 133-150). L'auteur critique cette utilisation et donne une définition exacte du terme (p 10): « La signification réelle de la phénocopie réside dans le fait que le même phénotype peut provenir d'une modification soit génétique,soit environnementale».

Antoine Danchin (voir son site à l'Institut Pasteur), connu pour sa participation au débat de biologie théorique (ses échanges avec René Thom dans le CD-ROM des œuvres complètes de René Thom sont toujours courtois, même si je suis loin d'être d'accord avec sa vision de la biologie) a écrit, il y a déjà de nombreuses années une Note critique sur l'emploi du terme phénocopie, In: "Théories du langage, théories de l'apprentissage" (CRSH), Le Débat Chomsky-Piaget, Le Seuil (1979) pp 109-114 (traduit en anglais en 1981).


2.3 la méthode sélective en accusation

Au niveau phénotypique et non plus génotypique (théorique donc) qu'est-ce qui permet d'affirmer que l'on a affaire à une mutation ?

La démarche est une démarche analytique : dans une population homogène, on isole un ou des individus qui présentent un trait de caractère rare (qu'il corresponde à une perte ou à un gain de fonction). Ces individus sont isolés, et sont considérés comme mutants s'ils conservent ce caractère sur plusieurs générations.

Dans certains cas simples, notamment chez les procaryotes on associe le phénotype muté à un génotype muté grâce à un séquençage très partiel du génome (au niveau de gènes que l'on suppose impliqués).

On voit que dans cette méthode l'interprétation génétique reste en toile de fond (c'est une hypothèse explicative énoncée dès le départ), et ne peut donc pas être prouvée par l'expérience, qui consiste en une simple sélection.

On peut en effet imaginer que les "mutants" sont des organismes capables de s'adapter et que les variations génotypiques sont présentes chez de nombreux autres individus non testés, car ne présentant pas le changement de caractère, ou un changement moindre.

la sélection remplace la compréhension

Nissim Amzallag pointe de façon très claire l'erreur que l'on fait dans le raisonnement lorsque l'on cherche à prouver la présence de mutation dans le cadre du paradigme moléculaire.

La raison malmenée
Nissim Amzallag, CNRS Éditions, 2002, p 34

« La sélection a posteriori d'individus modifiés n'est pas seulement la méthode exclusive en biotechnologie, mais également la voie d'investigation privilégiée du vivant. C'est par l'analyse de mutants, individus reconnus comme déficients pour une fonction, que les biologistes se proposent de comprendre le fonctionnement d'un organisme normal. Il est possible, au moyen d'irradiations ou d'autres techniques, d'altérer la structure ou l'expression de petites régions du génome. L'analyse des modifications observées en parallèle sur l'organisme et sur les gènes affectés permet d'établir un lien de causalité entre gènes et fonctions, génotype et phénotype. Le cas idéal est bien entendu celui où il est possible d'établir un lien direct entre une déficience fonctionnelle et l'altération d'un seul gène, comme c'est le cas dans de nombreuses maladies dites génétiques. C'est la première mise en évidence d'une telle relation qui valut, en 1958, le prix Nobel à Georges Beadle et Edward Tatum. Depuis lors, cette approche est devenue la méthode privilégiée d'investigation, celle qui ouvrit la voie à la biologie moléculaire et à la correspondance étroite entre science et technologie dans le domaine du vivant.
Cependant, la méthode en question recèle un très sérieux travers. La technique de sélection mène à l'identification de mutants modifiés pour une fonction, sur lesquels l'analyse génétique se focalise ensuite. Le phénotype est donc le révélateur des modifications génétiques. Or, une telle méthodologie implique un lien déterministe entre le génotype et le phénotype, alors que ce lien prétend être lui-même démontré par l'expérience. En effet, elle suppose que le gène modifié au point de perturber la fonction de son produit d'expression implique nécessairement une carence au niveau phénotypique. Cependant, il est impossible de déterminer si, au sein de l'immense majorité des individus non sélectionnables parce que n'exhibant aucune anomalie visible, ne se trouvaient pas également des individus dont le gène en question était lui aussi modifié.»


Divertissement philosophique

Une approche du syllogisme, formalisation du raisonnement par Aristote

Tout être vivant est mortel (P1)
or
Escherichia coli est un être vivant (P2)
donc
Escherichia coli est mortel (C)


moyen terme= être vivant, sujet en P1 puis prédicat en P2 (1ère figure)

P1(majeure) affirmative universelle (mode A)

P2 (mineure) affirmative particulière (mode I)

C conclusion affirmative particulière (I)

Ce syllogisme s'appelle AII ou Darii, selon la terminologie aristotélicienne.

Le syllogisme est basé sur deux propositions (prémisses, P1 et P2) dont on déduit une conclusion (C). L'idée géniale et novatrice d'Aristote est de s'appuyer sur le structuration du raisonnement et non pas sur le contenu (c'est d'ailleurs pourquoi de nos jours la science du syllogisme est incluse dans la logique formelle). Le côté séduisant du syllogisme vient de ce que le rapport entre la conclusion et chacune des prémisses est caché dans le terme moyen, commun aux deux prémisses, la première étant qualifiée de majeure et la seconde de mineure. Les variantes du syllogisme viennent du type (quantité) de proposition (universelle ou particulière), de leur qualité (affirmative ou négative) ou encore de la position du moyen terme dans les prémisses.
Les règles pour avoir un syllogisme concluant sont:
«- une prémisse au moins doit être affirmative ;
- si une prémisse est négative, la conclusion doit être négative, et une conclusion négative requiert une prémisse négative;
- si les deux prémisses sont affirmatives, la conclusion doit être affirmative ;
- l'une au moins des deux prémisses doit être universelle ;
- si l'une ou l'autre des prémisses est particulière, la conclusion doit être particulière.» (d'après E.U. Pierre Aubenque, article "syllogisme").


Dans notre petit "jeu", si nous appliquons ce raisonnement à la méthode sélective, nous avons la conclusion:
(C) Nous avons sélectionné une bactérie résistante, parce que mutée (sous-entendu au niveau de son génome, ce qui cause son phénotype particulier).

Efforçons nous de restituer les propositions cachées du raisonnement. Quelques propositions sur le mode IAI (en inversant la prémisse universelle et la prémisse particulière):


(P1) Cette bactérie apparaît comme résistante. Comme (P2) toutes les modifications de phénotypes (et donc les résistances) sont dues à des mutations, (C) cette bactérie est donc mutée.
(P1) Cette bactérie survit. (P2) Ne peuvent survivre que les individus adaptés. (C) Cette bactérie est préadaptée.
(P1) Cette bactérie peut survivre avec un nutriment original. (P2) La nutrition nécessite des gènes adaptés pour chaque type de nutriment. (C) Cette bactérie possède donc des gènes originaux qui lui permettent d'utiliser ce nutriment original.

Il est clair qu'à chaque fois c'est la prémisse universelle qui est fausse dans sa généralité :
- toute variation n'a pas une origine génétique, loin s''en faut
- la cause de la survie est plus dans la résistance au changement brutal de condition de milieu (lié à la sélection) que dans une capacité d'adaptation;
- la liaison causale entre génotype et phénotype est loin d'être une évidence.

Il ne faut pas confondre les syllogismes non concluants (qui ne permettent pas d'énoncer de proposition) et les faux syllogismes ou encore sophismes (volontairement trompeurs).

un sophisme bien connu d'Anaxagore, qui caricature le syllogisme :
« La neige est de l'eau gelée ; or l'eau est noire, donc la neige est noire.»

En n'énonçant pas les prémisses universelles de leurs raisonnements, les biologistes qui se meuvent au sein d'un paradigme font œuvre de sophistes.


Il est donc à craindre que l'on ai indûment construit un échafaudage imaginaire en biologie moléculaire sur la stabilité de l'information génétique et sur sa variation assimilée aux mutations.

Construire de nouveaux modèles à partir d'un autre regard sur la variation est indispensable, mais demande un travail, qui en plus d'être franchement à contre-courant, s'avère être extrêmement difficile, car nécessitant de construire les outils avant de pouvoir obtenir des résultats. Nissim Amzallag s'est attelé à cette tâche... je vais m'efforcer de présenter quelques aspects de son travail dans la quatrième partie de cette page.


2.4 - des statistiques assourdissantes

Qu'est-ce que la science ?

Modèles thomiens en SVT

Dans la démarche scientifique qui établit des modèles plutôt que des lois (voir René Thom, une théorie générale des modèles), les statistiques interviennent soit dans l'élaboration du modèle (statistiques descriptives comme les nomme N. Amzallag) soit dans la justification (a posteriori) du modèle (statistiques qualifiées de justificatives).
Dans les deux paragraphes suivants, je m'appuie sur la réflexion de N. Amzallag pour souligner qu'au-delà du fait de négliger la variabilité ce sont même les déterminismes des phénomènes vivants que l'on manque.

*La Raison malmenée. De l'origine des idées reçues en biologie moderne, Gérard Nissim Amzallag, Préface d'André Pichot, CNRS Editions 2002, p 194-196 (Les statistiques justificatives)

les analyses de variance (ANOVA)


RM*p195

Il est d'usage de décomposer les caractères dans les études de populations en trois parties: le génotype (supposé constant et héritable, s'exprimant quelles que soient les conditions de milieu), l'environnement (la part du phénotype sous la dépendance directe du milieu) et la composante d'interaction entre ces deux premiers termes.

Les analyses de variance (ou ANOVA) permettent, en comparant des populations exposées à des environnements différents de déterminer STATISTIQUEMENT et quantitativement la part respective des trois composantes.
MAIS,
il est évident que l'on ne peut faire varier l'environnement (ou le facteur génétique) que si l'on considère que ces deux paramètres sont indépendants. « La séparation des deux facteurs est une contrainte née de la définition des paramètres, c'est-à-dire liée aux présupposés de la méthode elle-même».

Ainsi, dans le modèle de contrôle génétique du développement, majoritairement considéré, on exerce une «pression sur le réel» de type «autocatalytique, en renforçant toujours davantage la réponse positive, parce que celle-ci fait déjà partie intégrante de la méthode d'investigation».

Amzallag relie ce parti-pris à la comparaison que fait Lewontin: «Par exemple, si deux hommes construisent un mûr en posant des briques l'une sur l'autre, nous pouvons aisément quantifier leur contribution respective en comptant le nombre de briques posées par chacun. Par contre, si l'un prépare le ciment et l'autre pose les briques, il est absurde de mesurer leur contribution respective en comparant le nombre de briques posées avec le volume de ciment produit» (R.C. Lewontin, The analysis of variance and the analysis of causes, American Journal of Human Genetics, 1974, 26, 400-411 - cité dans RM p 196).

du bruit à la surdité


RM*p200s

Une irréductible variabilité est inhérente à toute mesure expérimentale. Vis-à-vis de la valeur absolue, c'est l'incertitude. Vis-à-vis du sens de la mesure les statistiques s'efforcent de chiffrer la fiabilité de la mesure vis-à-vis d'un phénomène, soit approximé à partir d'un traitement statistique des données (régression par exemple), soit déduit à partir des propriétés du système (fonction continue par exemple dans un modèle thomien).

 

Poussé à l'extrême le raisonnement déterministe statistique considère que la variabilité est non orientée (isotrope) dans sa cause comme dans son effet. La variation est alors évaluée à l'aide de l'écart-type qui représente l'amplitude des variations par rapport à la valeur moyenne. On définit alors une limite arbitraire à partir de laquelle on considère que les variations autour de la moyenne sont plus importantes que le bruit de fond inhérent à l'expérience. Une mesure très excentrique a donc toutes les chances d'être considérée comme un artefact expérimental. Et le chercheur est fondé à recommencer son expérience jusqu'à ce qu'il obtienne une majorité de résultats qui s'inscrivent dans les limites de la loi statistique choisie, avec une variabilité considérée comme acceptable.

 


° la causalité redondante est définie par N. Amzallag par opposition à la causalité simple (existence d'une voie unique de régulation du paramètre étudié; par exemple un substrat, une enzyme, un produit), comme un cas où le paramètre étudié est influencé par au moins deux voies redondantes de régulations (par exemple, un produit avec deux substrats et deux enzymes).

Dans un travail de biologie moléculaire, avec l'arsenal technique (et donc le coût) que représente une publication - par exemple pour les résultats de l'expression d'un gène ciblé -, on considère que l'obtention d'un seul résultat significatif est probante, sans même exiger une reproductibilité de l'expérience, impossible à réaliser d'ailleurs la plupart du temps étant donné la destruction du matériel vivant aux fins d'analyse.

En recherchant des résultats conformes (paradigmatiquement corrects) on se ferme à une complexité considérée comme inaccessible, par exemple celle reposant sur des cas de redondance des réseaux de régulation: ce qu'Amzallag nomme la causalité redondante°.


«...Il est impossible de déceler, au moyen de la méthode d'investigation traditionnelle, si l'effet observé sur la moyenne est un artefact (c'est-à-dire une transformation artificielle d'une causalité redondante° en causalité dominante) ou bien s'il reflète une réalité biologique, puis que la méthode classique d'investigation ne permet d'étudier un système qu'après avoir transformé ses régulations selon un mode de causalité dominante».

«... les mutants ne sont détectés que grâce aux différences qu'ils affichent par rapport aux individus normaux, c'est-à-dire par le résultat même de la [supposée] mutation. Par voie de conséquence, les mutations détectables sont uniquement celles relatives à une causalité dominante. Dans le cas d'une causalité redondante d'un réseau fonctionnel, les mutants sont décelés uniquement si la mutation affecte un tronçon en chaîne du réseau, d'un nœud ou dans les dernières étapes (parfois linéaires) de la production d'un composé ou de la régulation d'une variable. Dans les autres cas, la déficience d'un gène passera complètement inaperçue, même si le produit du gène en question est impliqué dans le processus étudié».

On ne pourra dépasser ces limites qu'en élargissant le cadre épistémologique afin d'intégrer l'hypothèse déterministe et la causalité redondante°, tout en trouvant le moyen de distinguer entre ces deux modes de régulation.
Des exemples précis sont fournis dans la
4ème partie de cette page.


3. Comprendre la variation en biologie ... une question ouverte


sans prétendre balayer la question, voici quelques approches...

3.1 l'approche fonctionnelle mathématique


C'est Leibniz qui, dans un manuscrit de 1684, utilise le mot fonction dans le sens où on le comprend actuellement (ou presque*): « toute quantité qui varierait d'un point à un autre d'une courbe » . On considère qu'on lui doit les mots de variable et constante ainsi que de paramètre.

En mathématique une variable est à la fois une grandeur (mesurable) et un symbole formel.

En biologie paramètre et variable sont employés dans le même sens d'élément mesurable ou contrôlable d'un système (voir cours de seconde sur les paramètres de l'effort).

*d'après M. Kline, Mathematical Thought from Ancient to Modern Times, New York, Oxford University Press, 1972, p. 339-340.; cité dans les notes de Paraboles et catastrophes, René Thom


Qu'est-ce que la vie ?

Modèles thomiens en SVT

Ainsi, on pourrait ramener le problème de la variabilité à celui de la description du phénomène vivant à l'aide de fonctions et donc de constantes et de variables.

Dans cette approche le phénomène vivant est variation et il n'y a pas de méthode particulière pour étudier ou exprimer la variation qui est l'expression même de la vie. La compréhension de la variation dépend alors principalement de l'échelle à laquelle on se place.

Mais il existe une autre approche, plus philosophique, qui repose davantage sur les temps du vivant.


3.2 l'approche par le changement

revenir à Aristote, puissance et acte....


le secours d'Aristote

Aristote est considéré comme le premier philosophe grec qui a résolu le problème du mouvement / changement à l'aide de la division de l'être en acte et puissance. L'unité vient de l'acte, la multiplicité de la puissance. Un être vivant est à la fois en acte, un être, unique dans son être corporel, et à la fois multiple, divisé, car matériel.

les 4 causes d'Aristote en SVT

la variation comme différence et la variation comme changement


étymologie

Une fois encore revenir à l'étymologie permet de débusquer des a priori : variation vient du latin varius qui a deux sens que l'on retrouve dans l'ancien français vair ou vairon (de couleur différente mais aussi changeante, par exemple pour les yeux):
1 - tacheté, bigarré, hétérogène,
2 - changeant

En biologie la variation peut donc désigner
- l'hétérogénéité d'un ensemble
- ou la nature changeante de l'individu ou d'un ensemble.

Une cellule et, a fortiori, un organisme sont des ensembles hétérogènes. Et l'on peut aussi bien les étudier comme formes stables que comme formes changeantes.

Cette oscillation continuelle entre ces deux sens brouille notre perception de la variation que l'on croît saisir comme le mouvement d'une forme vivante stable (la vie étant considérée comme un processus dynamique, mais stable) ou comme une propriété intrinsèque des organismes vivants que l'on sait en perpétuelle évolution.


la variation comme différence

La théorie des modèles de RenéThom

Qu'est-ce qu'une espèce ?

La catégorie qui représente le mieux cette stabilité est l'espèce.


Une espèce biologique est la forme à laquelle appartient un être vivant de par sa naissance à partir d'un autre être vivant.

Les êtres vivant (individus) naissent, vivent et meurent au sein de l'espèce. L'espèce représente le continu et les individus des formes saillantes*.

La différence entre les individus au sein de l'espèce c'est la variation intraspécifique.

* pour le vocabulaire de René Thom voir la page sur les 4 causes d'Aristote en SVT


la variation comme changement

Qu'est-ce que l'évolution ?

Qu'est-ce que la vie ?

Les espèces évoluent.


L'évolution c'est l'idée selon laquelle les espèces vivantes se transforment et dérivent les unes des autres.

Les individus naissent, croissent, vivent, meurent.


Les individus changent tout d'abord au cours de leur vie (morphogénèse, croissance, sénescence...) et ensuite en fonction de leur environnement (adaptation...).

Même si c'est l'espèce, qui est le sujet théorique de l'évolution, seuls les individus sont accessibles expérimentalement. La fonction de l'individu qui le fait participer de l'espèce est la reproduction, c'est donc probablement là que se joue l'évolution au niveau local.

L'espèce est un continu. Mais il y a une discontinuité, lors de la spéciation, apparition d'une nouvelle espèce, et lors de l'extinction.
On peut considérer que les espèces disparaissent par extinction du fait de la mort de tous leurs représentants.
Pour l'apparition, un ou plusieurs membres peuvent apparaître simultanément (origine monophylétique ou pluriphylétique).

Contrairement à ce que l'on pourrait penser, l'étude des populations nous permet d'atteindre la stabilité de l'espèce, par l'étude des variations intraspécifiques, alors que l'étude de phylums nous permet de comprendre les mécanismes de la spéciation.

Vouloir confondre ces deux ordres de grandeur est une tentation extrêmement prégnante mais que je crois qu'elle conduit à des erreurs.

En comparant les individus au sein d'une espèce on peut évaluer la variation intraspécifique, À UN INSTANT DONNÉ, mais non la variation AU COURS DU TEMPS, pour laquelle il faut accéder à des individus à des époques différentes, ce qui ne peut se faire que par la paléontologie, qui n'est pas une science expérimentale.
Même si la variation intraspécifique est continue (au sens où elle ne change pas l'espèce de l'individu), les individus sont des éléments discrets pour lesquels on ne peut apprécier l'évolution à partir d'eux-mêmes. Il faut donc se baser sur un continu pour apprécier cette évolution continue.

La variation interspécifique ne peut guère se faire qu'en comparant des espèces et donc des individus d'espèces voisines.


La stabilité de l'espèce et donc les petites variations intraspécifiques s'étudient à l'échelle de la population pour des temps de l'ordre de quelques générations (temps de reproduction). C'est, de loin, le sujet le plus fréquent des études sur la variation. Ces études concernent donc davantage la stabilité de l'espèce, malgré les variations individuelles, que l'évolution.

L'évolution, dans son approche interspécifique, s'étudie à l'échelle des phylums (embranchements et autre regroupement classificatoire évolutif). La méthode la plus universellement employée est la méthode cladistique. Cependant, cette méthode n'inclue aucune théorie de la variation spécifique, elle est, en cela, inachevée. La plupart du temps les chercheurs considèrent que cette variation résulte d'un mutationnisme (moléculaire au départ) généralisé aux fonctions. Nous nous sommes efforcés de démonter cette interprétation simpliste ci-dessus.


Remarque

Mes propos pourraient être mal interprétés. Je ne dis pas que la variation des individus est un bruit indésirable, comme le fustige si bien Nissim Amzallag, mais, bien au contraire, que la variation individuelle, qui est vraiment une variation de l'individu, n'est, profondément, que l'expression de la stabilité de l'espèce.
Le propos de N. Amzallag est tout autre lorsqu'il s'attaque à la mesure de moyennes biométriques.

J'appelle de tous mes vœux, comme je vais essayer de le présenter plus bas, et comme pédagogue ouvert à toutes les inventions de l'esprit humain qui cherche à comprendre la vie, un développement de la conception d'une individualité émergente qui supporte un mécanisme original de spéciation qui pourrait être élargi au sein d'une nouvelle théorie évolutive (la dissociation autonome pour Nissim Amzallag).

N. Amzallag, Du sens de la variabilité, 2007, in Génétiquement indéterminé, ch 1 (pp27-58), Quæ (Cemagref, Cirad, Ifremer, Inra) (table des matières: http://www.quae.com/livre/ ?GCOI=27380100948540)

L'homme végétal : pour une autonomie du vivant, Gérard Nissim AMZALLAG, Albin Michel, 2003 (préface de Bernard Werber)


3.3 points de vue

celui de Charles Darwin dans : The Variation of Animals and Plants under Domestication, 1868

C. Darwin en observateur minutieux ou conteur intarissable décrit des variations héréditaires de façon très détaillée chez un grand nombre d'espèces domestiques (chats, chiens, chevaux, ânes, porcs, bovins, ovins, caprins, lapins, pigeons (exhaustif !!!), volailles, vers à soie, céréales, plantes potagères, fruitiers, fleurs...). Il se rapporte parfois à sa théorie de la descendance avec modification que l'on retrouve dans L'origine des espèces mais il y a dans cet ouvrage une faconde stupéfiante qui déborde généreusement l'étroitesse des développements théoriques modernes plus ou moins inspirés de cet auteur.

Une traduction française est disponible gratuitement sur Gallica: http://gallica.bnf.fr /ark:/ 12148/ bpt6k406270g
De la variation des animaux et des plantes à l'état domestique, traduit par Ed. Barbier, 1879 (malheureusement les images générées: .pdf ou .tiff ne permettent pas une recherche dans le texte...)

le texte original en anglais (formal html avec chapitrage et figures séparées) en téléchargement gratuit est disponible sur la librairie virtuelle Gutenberg: http://www.gutenberg. org/ etext/ 3332.

Pour de plus amples détails sur les différentes éditions voir désormais Darwin online qui offre l'intégralité de l'œuvre de Darwin.


bergsonisme

 

Bergson

téléchargement gratuit des livres d'H. Bergson (très utile pour faire des recherches intratext automatisées)

page sur le temps (terminales S)

Bergson, par sa démarche métaphysique originale (à partir de l'intuition) réconcilie le corps et l'esprit dans la durée (Matière et mémoire : essai sur la relation du corps et de l'esprit, 1896, cité MM). Sans développer une ontologie de la matière, qu'il considère impossible, il renvoie dos à dos les positions tranchées matérialistes et idéalistes. Il met ainsi en évidence l'inanité d'une théorie de la variation puisqu'elle est l'expression du jaillissement permanent de nouveauté qu'est la vie.

C'est donc dans l'Évolution créatrice (1907, accès gratuit au livre, cité EC) qu'il faut aller chercher la signification de la variation. Si L'évolution créatrice est très ancrée dans son temps par la discussion des théories (Lamarckisme, Darwinisme, travaux de Spencer, qui furent les premières amours de Bergson) et de philosophies (le ch IV est un excellent résumé de la vision des sciences de la vie de nombre de systèmes philosophiques), cet ouvrage n'apporte pas moins une vision originale, lumineuse et cohérente de l'évolution.

Le premier point fondamental est, à mes yeux, que le milieu ne se distingue pas de façon nette de l'organisme vivant, à la manière de ce que Bergson dit du corps et de l'esprit ou de la matière et de la conscience (ci-contre quelques phrases; voir extraits plus complets sur la page sur Bersgon).

Il ne s'agit de s'arrêter ni au réalisme naïf, ni à l'idéalisme naïf : « Les mêmes besoins, la même puissance d'agir qui ont découpé notre corps dans la matière vont délimiter des corps distincts dans le milieu qui nous environne.
...
Notre perception [...] dessine l'action possible de notre corps sur les autres corps. ...
C'est [...] de cette expérience [...] qu'il faut partir. C'est donc la perception pure, c'est-à-dire l'image, qu'on doit se donner d'abord.
...les sensations, [...] étant ce que nous projetons de notre corps dans tous les autres.
...
En passant de la perception pure à la mémoire, nous quittions définitivement la matière pour l'esprit.»
(MM)

S'il n'y a pas de milieu indifférent (on retrouve ces termes chez Canguilhem), on pourrait même dire avec Bergson que le milieu proche n'est séparé de l'être vivant que dans la durée et non pas dans l'espace. Je voudrais aussi faire le rapprochement avec le discours d'André Pichot sur la disjonction d'évolution entre l'être vivant et son milieu.


« Que la condition nécessaire de l'évolution soit l'adaptation au milieu, nous ne le contestons aucunement. Il est trop évident qu'une espèce disparaît quand elle ne se plie pas aux conditions d'existence qui lui sont faites. Mais autre chose est reconnaître que les circonstances extérieures sont des forces avec lesquelles l'évolution doit compter, autre chose soutenir qu'elles sont les causes directrices de l'évolution. Cette dernière thèse est celle du mécanisme. Elle exclut absolument l'hypothèse d'un élan originel, je veux dire d'une poussée intérieure qui porterait la vie, par des formes de plus en plus complexes, à des destinées de plus en plus hautes. Cet élan est pourtant visible, et un simple coup d'œil jeté sur les espèces fossiles nous montre que la vie aurait pu se passer d'évoluer, ou n'évoluer que dans des limites très restreintes, si elle avait pris le parti, beaucoup plus commode pour elle, de s'ankyloser dans ses formes primitives. Certains Foraminifères n'ont pas varié depuis l'époque silurienne. Impassibles témoins des révolutions sans nombre qui ont bouleversé notre planète, les Lingules sont aujourd'hui ce qu'elles étaient aux temps les plus reculés de l'ère paléozoïque.

(--->)

La vérité est que l'adaptation explique les sinuosités du mouvement évolutif, mais non pas les directions générales du mouvement, encore moins le mouvement lui-même.
...
Mais, si l'évolution de la vie est autre chose qu'une série d'adaptations à des circonstances accidentelles, elle n'est pas davantage la réalisation d'un plan. ...
Au contraire si l'évolution est une création sans cesse renouvelée, elle crée au fur et à mesure, non seulement les formes de la vie, mais les idées qui permettraient à une intelligence de la comprendre, les termes qui serviraient à l'exprimer. C'est dire que son avenir déborde son présent et ne pourrait s'y dessiner en une idée.

Là est la première erreur du finalisme. Elle en entraîne une autre, plus grave encore.

(--->)

Si la vie réalise un plan, elle devra manifester une harmonie plus haute à mesure qu'elle avancera plus loin. Telle, la maison dessine de mieux en mieux l'idée de l'architecte tandis que les pierres montent sur les pierres. Au contraire, si l'unité de la vie est tout entière dans l'élan qui la pousse sur la route du temps, l'harmonie n'est pas en avant, mais-en arrière. L'unité vient d'une vis a tergo : elle est donnée au début comme une impulsion, elle n'est pas posée au bout comme un attrait. L'élan se divise de plus en plus en se communiquant. La vie, au fur et à mesure de son progrès, s'éparpille en manifestations qui devront sans doute à la communauté de leur origine d'être complémentaires les unes des autres sous certains aspects, mais qui n'en seront pas moins antagonistes et incompatibles entre elles.
...
C'est une création qui se poursuit sans fin en vertu d'un mouvement initial. Ce mouvement fait l'unité du monde organisé, unité féconde, d'une richesse infinie, supérieure à ce qu'aucune intelligence pourrait rêver, puisque l'intelligence n'est qu'un de ses aspects ou de ses produits. »
(EC)


4 . Explorer la variation individuelle par l'expérience


Nissim Amzallag

(Photo trouvée sur le site de
Nakim)

En travaux


*Du sens de la variabilité, Nissim Amzallag, in Génétiquement indéterminé - le vivant auto-organisé, ch1, éditions Quæ (Cemagref, Cirad, Ifremer, Inra), 2007 (partiellement accessible sur http://books.google.com)
Rejet de souche (cinquième partie) in La Raison malmenée. De l'origine des idées reçues en biologie moderne, Gérard Nissim Amzallag, Préface d'André Pichot,
CNRS Editions 2002, ISBN : 978-2-271-05998-7 (une note de lecture de Girolamo Ramunni)

Si j'éprouve une forte attirance pour la philosophie (je ne cache pas mon attirance pour les propos de Bergson ci-dessus), philosophie qui, je crois, peut faire gagner du temps, je suis cependant admiratif du profond enracinement de Nissim Amzallag dans l'expérience. Ce petit chapitre va s'efforcer de rendre compte, progressivement, des travaux qu'il a lui-même vulgarisés dans La Raison malmenée. De l'origine des idées reçues en biologie moderne (cinquième partie: Rejet de souche) et dans le chapitre1 de Génétiquement indéterminé. J'ai du parfois aller chercher quelques figures dans ses publications scientifiques...


4.1 - Historique


La variation n'est pas un bruit


«...il existe un choix qui n'a pour ainsi dire jamais été remis en cause en biologie : celui considérant la variabilité comme l'expression d'un bruit». DSV*p 27

À la suite de Poincaré nous avons cherché à modéliser les phénomènes par des fonctions (voir Maths-SVT). Il y a peut-être eu une erreur faite avec la tendance à considérer que ce qui n'était pas la fonction était un bruit (phénomène = fonction (loi) + bruit).
Pour N. Amzallag, ce qui était légitime en physique classique, dans un but opératoire de prédictibilité des phénomènes, est non transposable en biologie où le comportement individuel se révèle assez peu prédictible, à toutes les échelles d'organisation.

« Un simple aperçu de la réalité biologique révèle l'existence d'au moins deux options épistémologiques. La première (la transposition de l'approche de la physique classique à la biologie) s'appuie sur le postulat de validité de la condensation des données au travers de la moyenne. Dans ce cas, l'écart-type représente la quantité de bruit dans l'expression de la valeur moyenne. Au contraire, la variabilité n'est pas un simple bruit isotrope dans la seconde approche. Elle est l'expression d'une individualité de la réponse». DSV* p 30

Travaux de Pascale Mentré sur l'eau (voir Au-delà de la cellule).


Comme les éléments du vivant (molécules, individus...) sont singuliers, les réponses sont singulières (individuelles).

La biométrie (qui utilise l'outil statistique) à poussé les expérimentateurs à travailler de plus en plus sur des populations homogènes, avec des comportements prédictibles... ce qui a éliminé la variation et a renforcé la légitimité de l'outil statistique (voir ci-dessus).

Ce passage est géant. Il invalide la relation de cause à effet de nombre de résultats expérimentaux puisqu'on a normalisé les résultats et excluant toute individualité.

« En toute rigueur, l'ignorance de la nature de la distribution des valeurs mesurées dans les populations devrait conduire à l'usage (...) de statistiques (...) dites non-paramètriques. Cependant, fondés sur une hiérarchisation qualitative des individus selon un critère donné, ces outils statistiques n'utilisent qu'une faible partie de l'information contenue dans les données, si bien que leur usage aboutit à une généralisation de portée très limitée. Elle réduit ainsi le "rendement" de la machine scientifique. C'est pourquoi, en biologie, la condition de normalité est non pas vérifiée par l'expérimentation, mais pratiquement tout le temps implicitement entendue.
De ce postulat découlent deux conséquences. La première est que
l'absence de variations significatives de la valeur moyenne du caractère examiné est interprétée comme une absence d'effet du facteur testé. La seconde est que l'influence "mesurable" est traduite par une relation de cause à effet, interprétation qui finit, après que de multiples facteurs aient été testés, par engendrer un "schéma fléché" construit en imitation de la cybernétique ». DSV* pp 32 - 33

 

Pour un comportement d'un ensemble de molécules, c'est donc une fonction globale statistique que l'on cherche et non le comportement individuel qui lui repose sur la cause-effet (local). Mais la fonction globale n'est pas justifiée par des entités individuelles (les molécules) mais par le tout (organisme). C'est pour cela qu'il applique son raisonnement aux populations et non pas aux molécules. On peut parler d'individualité à partir des cellules (et encore...).

de la difficulté de publier des résultats sur l'individualité


2 exemples

« Et pourtant, la variabilité demeure une réalité incontournable en biologie. En témoigne, par exemple, la variation inter-individuelle de l'ordre de 1000 fois qui est mesurée dans la sécrétion de l'endomannanase par l'extrémité de jeunes racines de tomates pourtant génétiquement identiques et exposées aux mêmes conditions (15). Un tel écart rend impossible l'usage de moyennes, du moins tant que l'hypothèse de normalité n'est pas vérifiée. Mais une telle vérification n'est généralement même pas envisagée pour deux raisons. Tout d'abord, elle exigerait d'effectuer la mesure sur plusieurs centaines d'individus, ce qui représente un travail fastidieux. Ensuite, une absence de normalité n'est mène pas concevable dans la perspective réductionniste servant généralement de support à l'hypothèse testée.

Au-delà des fluctuations immenses de variabilité parfois enregistrées, il peut également apparaître des distributions plurimodales (c'est-à-dire l'existence de plusieurs pics dans une distribution de fréquences), et ce, même sur des systèmes biologiques très homogènes. Par exemple, dans les embryons de graines de tournesol, la quantité d'ADN (1C) par cellule suit une distribution bimodale. Celle-ci correspond au fait que les plantules issues de graines situées en périphérie du capitule contiennent en moyenne 20 % d'ADN en moins que les plantules issues de graines développées au centre (16). Ce phénomène ne peut être regardé comme un artefact parce qu'il se reproduit systématiquement sur chaque inflorescence. C'est pourquoi le calcul d'une quantité moyenne d'ADN (1C) ne reflète ici rien d'autre qu'un état virtuel. Non seulement la valeur moyenne ne représente aucun des individus de la population, mais en plus elle occulte un phénomène remarquable d'autocompensation de la quantité d'ADN à un moment donné du développement, dont l'existence est révélée par l'impossibilité de sélectionner des lignées de faible ou haute quantité d'ADN (17).
L'indifférence, sinon la suspicion avec laquelle sont accueillis les travaux mettant en avant des phénomènes de variabilité fait qu'il est extrêmement difficile aujourd'hui de les publier».*DSV p 35

Notes:
(15) Still et al, 1997, A single seed assay for endomannanase activity from tomato endospermal radicle tissues. Plant Physiol. 113 : 13-20;
Trewawas A., 1999. The importance of individuality, in H.R. Lerner (ed.), Plant response to environmental stresses. From phytohormones to genome reorganization. marcel Dekker Inc. New-York, 730p (lire en anglais pp 32-33 et s)

(16) Cavallini et al., 1989,, Nuclear DNA changes within Helianthus annuus L. : origin and control mechanism, Theor. appl. Genet. 77, 12-16 ; une pareille différence se retrouve chez Festuca arundinacea entre graines situées en haut et en bas de l'épi, voir Ceccarelli et al., 1992, Variations in genome size and organization within hexaploïd Festuca arundinacea. Theor. appl. Genet. 83, 273-278.

(17) Cavallini et al., 1996, Nuclear DNA changes within Helianthus annuus L. : Variations in the amount and methylation of repetitive DNA within homozygous progenies, Theor. appl. Genet. 92, 285-291


4.2 - Deux exemples

les brassinostéroïdes peu efficaces


DSV* p 35-37

Les brassinostéroïdes (BRs) sont les phytostéroïdes, stéroïdes végétaux. On a donc voulu leur attribuer des rôles hormonaux calqués sur ceux connus chez les animaux. Mais ils ne circulent pratiquement pas et semblent pouvoir mimer l'effet de pratiquement toutes les substances informatives (comme l'éthylène, voir Trewavas, 1999 accessible en image sur books.google.fr).

Trewawas A., 1999. The importance of individuality, in H.R. Lerner (ed.), Plant response to environmental stresses. From phytohormones to genome reorganization. marcel Dekker Inc. New-York, 730p

« Les BRs ont réellement commencé leur carrière de régulateurs de croissance à partir du moment où l'on a pu identifier quelques situations dans lesquelles l'effet des BRs était proportionnel à la concentration administrée. Les BRs seraient donc bien des hormones dont l'action se combinerait avec celles des autres régulateurs de croissance, ce qui justifie le vaste spectre d'influence observé. Initialement réfractaires au modèle traditionnel de l'hormone, les phytostéroïdes semblent lentement s'y plier.
Afin de vérifier l'effet des BRs sur le gravitropisme, j'ai entrepris de mesurer l'intervalle de temps nécessaire à l'initiation de la courbure d'une extrémité de racine de pois placée à l'horizontale. Une diminution progressive du temps moyen requis s'observe bien après un traitement aux BRs, dans un intervalle de concentrations de 0.1 pM à 100 nM.
Le test statistique comparant les valeurs moyennes révèle que l'effet est significatif à partir de l'application de 1 nM. En apparence, tout porte donc à conclure que les BRs stimulent l'initiation de la réponse gravitropique dans l'extrémité de la racine du pois, selon un mode d'action typique des substances hormonales.
Mais les choses apparaissent sous un jour très différent dès que l'on se penche sur la variabilité. Un histogramme de fréquence de la réponse par unité de temps
révèle l'existence de deux pics (l'un à 120 et l'autre à 240 minutes) dans la population de plantes témoins. La population n'est donc pas homogène dans sa réponse. Or, en pratiquant la même analyse sur les plantes traitées aux stéroïdes, on remarque que la position des deux pics reste inchangée dans tous tes cas (fig. ] .2). La baisse de la valeur moyenne proportionnelle à la concentration provient du fait que le traitement aux BRs augmente les effectifs de la première sous-population au détriment de ceux de la seconde. En fin de compte, cette analyse révèle que les BRs n'ont aucun effet accélérateur sur l'initiation du gravitropisme chez le pois. Ils n'ont qu'un effet unificateur sur une population hétérogène, exprimant une réponse plurimodale. En l'occurrence, il s'agit d'une bimodalité puisque la population manifeste deux types distincts de réponses. Dans une population homogène soumise à un traitement uniforme, l'existence d'une plurimodalité est l'indication d'une individualité, c'est-à-dire la capacité à exprimer une multiplicité de réponses distinctes en regard d'un même stimulus.

Dans cet exemple, l'effet sur la moyenne est reproductible à loisir, à condition de travailler sur des populations suffisamment grandes. Il peut de ce fait être utilisé afin de déceler la présence de BRs dans un extrait. Mais cette prédictibilité de l'effet ne préjuge en rien de l'action des BRs dans le gravitropisme. Cet exemple illustre la coexistence de deux niveaux de réalité complètement indépendants, un niveau ingéniérique (la mise au point d'un essai biologique fiable) et un niveau scientifique (le mode d'action des BRs sur la racine). Ainsi, la restriction de l'analyse à une comparaison de moyennes revient à extrapoler le niveau ingéniérique à la réalité biologique. Il n'est pas étonnant que cette approche conduise à une représentation des transformations propres au vivant sous la forme de «mécanismes» ressemblant à s'y méprendre à ceux développés par les ingénieurs cybernéticiens».

Figure 1.2. Effet des brassinostéroïdes sur le temps nécessaire à l'initiation de la réponse gravitropique chez le pois. PIGR : pourcentage de la population initiant la réponse gravitropique dans l'intervalle de temps (en min) indiqué en abscisse. D'après Amzallag G.N. et Vaisman J., 2006,

la tolérance au NaCl, une réponse adaptative au milieu


DSV*p39s

N. Amzallag a déjà publié de nombreux articles sur la tolérance des végétaux (notamment le sorgho) au NaCl. Certaines idées ont été vulgarisées dans son livre La Raison malmenée. De l'origine des idées reçues en biologie moderne , dans la cinquième partie (CNRS éd, 2002).

Amzallag, 2001a: Developmental Changes in Effect of Cytokinin and Gibberellin on Shoot K+ and Na+ Accumulation in Salt-Treated Sorghum Plants, G. N. Amzallag, Plant biol (Stuttg) 2001; 3: 319-325 DOI: 10.1055/s-2001-16465;(abstract)

La tolérance au NaCl peut être induite chez le sorgho grâce à l'exposition des plants à une concentration de 150mM durant trois semaines, et ce, uniquement, pendant une période de compétence (cette notion de période de compétence a été développée en embryologie par Rosine Chandebois), durant le développement précoce. Les plantes sont ensuite capables de résister à des concentrations de 300mM de NaCl, létales en absence d'adaptation induite à la salinité.
Cependant, au cours de l'adaptation, on observe une augmentation importante de la variabilité des plantes en termes de croissance (poids, volume, taille) et d'accumulation du sodium (les Na-includers utilisent les ions Na+ comme osmolyte dans leurs vacuoles, alors que les Na-excluders utilisent le potassium ou des composés organiques pour augmenter leur pression osmotique) qui se maintient une fois dans le milieu chargé de 300 mM de NaCl.

Mais cet exemple peut aussi montrer les dangers de l'analyse statistique trop rapide.
En effet, si l'on ajoute, au milieu de culture des plants adaptés, des CKs (cytokinines), qui sont des substances (facteurs de croissance) connues pour réduire l'accumulation du sel dans les tissus aériens, on note qu'il y a bien une baisse moyenne d'accumulation des ions Na+ dans les tissus. Mais, comme dans le cas des BRs pour le gravitropisme, les CKs ne font que modifier la structure de la population en favorisant un mode d'osmorégulation (Na-excluders) aux dépens de l'autre. Il est donc faux d'affirmer, sans distinction, que les CKs agissent globalement comme des facteurs de croissance limitant l'accumulation de sels par les plantes.


4.3 - Mesurer la variabilité

DSV*p41s

On peut considérer qu'il existe 4 sources de variabilité:

- l'individuation (ou effet du à l' individualité qui « résulte de l'orientation de l'individu vers une trajectoire particulière dans un champ de possibilités [je préfère parler de champ de dynamiques] qui s'ouvre à un moment précis du développement.» (p 39) « ... si la variabilité reflète une réorganisation individuelle des régulations développementales en réponse à un changement abrupt, alors les différences de viabilité [dans le cas où des organismes sont exposés à un stress] devraient être relativement réduites, le développement aboutissant à l'émergence de formes généralement viables et harmonieuses».
- le polymorphisme génétique
- l'hétérogénéité environnementale
- les phénomènes d'origine stochastiques (variation stochastique qui reflète une perturbation dans le fonctionnement normal du système; il y a donc un écart à une norme d'expression).


le coefficient de variation (CV)


N. Amzallag propose de se servir de l'écart-type (noté ici S) comme indicateur de «quantité de variabilité» d'un caractère. Plus exactement il utilise le coefficient de variation défini comme suit:

CV (coefficient de variation)= 100 X SX(écart-type) / Xm (valeur moyenne)


N. Amzallag propose de comparer les CV dans une série de données homologues afin de détecter une fluctuation de la stabilité d'un caractère ou encore sa canalisation****.

« Même en conditions naturelles, où l'hétérogénéité génétique et environnementale est importante, le CV peut refléter une réalité biologique. Ce point est illustré par l'analyse d'une Labiée pluriannuelle, Origanum dayi, plante endémique du versant est des montagnes de Judée, vivant à la limite de la zone désertique. Les plantes de celle espèce produisent une huile essentielle dont il est possible d'analyser les composés principaux (22 molécules volatiles distinctes) dans chaque individu.

En échantillonnant les individus dans dix stations dispersées sur l'aire de répartition de cette espèce, il est possible de calculer la moyenne de la représentation de chacun des 22 composés volatils de l'huile essentielle. L'amplitude des différences environnementales entre stations n'est pas connue, mais on constate qu'elle agit exactement de la même façon sur tous les composés volatils mesurés. C'est pourquoi on peut considérer, en première approche, que la fluctuation inter-stations dans la moyenne (soit encore le CV calculé sur la base des 10 moyennes intra-station) reflète le degré de plasticité des composés volatils. Par ailleurs, le niveau de canalisation dans l'accumulation d'un composé volatil peut être considéré comme inversement proportionnel au CV intrastation (ou plus exactement à la moyenne des CV intra-stations).
Puisque tous les composés sont recueillis sur les mêmes individus, il devient possible d'ordonner l'ensemble des composés volatils en fonction de leur degré de plasticité (CV des 10 moyennes intra-stations), et de leur degré de canalisation (la moyenne de l'inverse des CVs intra-station). Cette analyse des 22 couples de valeurs révèle une corrélation hautement significative entre la plasticité et la canalisation. Même calculé sur des variables mesurées dans des populations sauvages, on voit donc que le CV conserve pleinement sa signification biologique».


Fig 1. Relations entre la plasticité P(Y) et la canalisation C(Y ) chez 21 composés volatils essentiels d'O. dayi (Y).

Soil microvariations as a source of variability in the wild : the case of secondary metabolsime in Origanum dayi, Post, G. N. AMZALLAG, O. LARKOV, M. BEN HUR, and N. DUDAI, Journal of Chemical Ecology, Vol. 31, No. 6, June 2005, DOI: 10.1007/s10886-005-5283-4

****canalisation = le terme est utilisé par Conrad Waddington en 1942 pour désigner une contrainte sur une trajectoire définie. L'exemple le plus simple est celui donné par les chréodes ("routes obligatoires" selon Thom) dans son paysage épigénétique (voir ci-dessus et page sur les modèles). Il est aussi utilisé comme traduction de chanelling dans le métabolisme (voir Au-delà de la cellule, 2.1.2.c).

le degré de redondance des réseaux de régulation


Amzallag G.N., Seligmann H., Lerner H.R., 1995. Induced variability during the process of adaptation in Sorghum bicolor. J. Exp. Bot. 45, 1017-1024 réedité in Salinity: Environment - Plants - Molecules, 291-312,Springer Netherlands, DOI 10.1007/0-306-8155-3, 2004 (abstract)

Dans le cas théorique d'une double chaîne métabolique: soit les substrats XA et XB, les produits intermédiaires A et B, et C, le produit final unique. Les flèches ab et ba indiquent des voies de conversion de A en B et réciproquement.
Dans une
situation optimale, les deux voies métaboliques de synthèse (sa et sb) sont régulées de façon indépendante par C et par les substrats XA et XB. Les deux voies contribuent à la synthèse de C, d'une façon propre, pas forcément égale.


d'après fig 1.3 (DSV p 43)modifiée Schéma d'interactions dans un processus redondant de régulations et/ou de transformations.

Cas I
Si un facteur stimule de façon préférentielle UNE des deux voies (
++) CHEZ TOUS LES INDIVIDUS D'UNE POPULATION, l'allure de la courbe (gaussienne "en cloche") n'est pas modifiée. Il y a uniformisation de la distribution des valeurs.

Cas II
Si un facteur stimule l'UNE des deux voies, mais pas la même chez tous les individus, on observe une augmentation de la variabilité autour du même point d'équilibre, ce que l'on peut appeler une
diversification de la distribution qui permet d'appréhender la différence qui existe entre les deux voies.

Cas III
La
distribution plurimodale peut apparaître, même avec ce simple réseau, pas si hypothétique que cela, lorsqu'il existe une asymétrie dans les voies de conversion entre A et B (ab‚ ba).

On peut donc appliquer ce raisonnement à l'étude du gravitropisme de la racine de pois sous l'action des BRs vu ci-dessus.


« ... il existerait deux voies parallèles de stimulation de la réponse de la racine mettant chacune en jeu un mécanisme plus ou moins rapide de courbure, la première des deux voies exprimée éliminant l'effet de l'autre. Dans ce cas, l'effet des BRs serait l'annulation de l'inhibition de la réponse rapide par la réponse lente.»

Remarques

effet silencieux


N. Amzallag fait judicieusement remarquer que dans le contexte d'un réseau redondant de régulation, un changement de moyenne indiquerait davantage la perte de la variabilité du réseau (qui tend à stabiliser la moyenne) par transformation du réseau en une chaîne de régulation, qu'une réelle variabilité. Il appelle ce paradoxe «l'effet silencieux».

« Les BRs appliquées à des concentrations de 0,1 à 10 nM ne modifient pas de façon significative le rapport entre les deux types de racines (adventives et séminales) chez le sorgho. On est donc porté à conclure que les BRs n'ont aucune influence sur l'allocation des ressources entre ces deux organes. Mais c'est là ignorer les changements induits par le traitement aux BRs dans la variabilité: le CV augmente considérablement après application de 0,1 nM BRs, alors qu'il diminue après addition de BRs à 1 et 10 nM. Il y a donc ici un effet silencieux. Il suffit de changer le sens des flèches dans la figure 1.3 (ci-dessus) pour le représenter, puisque les deux types de racines dépendent pour leur croissance des mêmes ressources produites par les parties aériennes. Ainsi, l'étude de la variabilité révèle que les BRs jouent d'une façon très subtile sur les relations source-puits entre tiges et racines. À faible concentration (0,1 nM), ils accentuent l'asymétrie de distribution des tiges vers les deux types de racines, mais ils imposent ensuite (à partir d'une concentration de 1 nM) un mode de relation stabilisé. Les BRs n'exercent une influence sur le rapport tige/racine qu'à partir d'une concentration de l'or de de 10 nM. Or cette concentration est très éloignée de la concentration physiologique (sauf exception, les concentrations de BRs mesurées dans les tissus végétaux sont généralement en deçà de 0,1 nM). II semble donc que l'effet sur la moyenne reflète une linéarisation des processus de contrôle, qui est ici probablement un artefact. C'est donc en fait l'influence silencieuse sur le CV qui révèle ici le véritable mode d'action des BRs.» DSV*p44


exercice d'application :


effet des BRs sur la vigne (Vigna radiata) dont les racines adventives sont exposées au sel.

On observe (au niveau des valeurs moyennes) une stimulation de croissance à 20 nM de BRs et une inhibition après exposition à 500 nM de BRs. L'analyse des CV montre de plus que les racines dont la croissance est la moins inhibée sont celles pour lesquelles la valeur du CV est la plus faible.

réponse ci-dessous


la connectance

de r, coefficient de corrélation d'une régression, à z, indicateur biologique de la variabilité

Le coefficient de corrélation d'une régression est censé représenter le degré de représentativité de la fonction de régression par rapport à la dispersion des points de mesure.
La fonction de régression ne constitue pas en elle-même un lien de causalité entre les variables corrélées.

Mais il existe un moyen de transformer le coefficient de corrélation r (surtout pour les faibles valeurs de r, dont la limite de représentativité est habituellement fixée aux valeurs de probabilité P < 0,05) afin qu'il présente une distribution quasi-normale et puisse donc être considéré comme une variable du système biologique étudié au moyen des paramètres corrélés.

z est défini par

z = 0,5 [(1+r)/(1-r)]

où r est le coefficient de corrélation.

C'est la valeur absolue de z que l'on utilise comme indicateur biologique d'une variation.

N. Amzallag reprend ici l'exemple des 10 populations sauvages d'Origanum dayi présentées plus haut.

Soil microvariations as a source of variability in the wild : the case of secondary metabolsime in Origanum dayi, Post, G. N. AMZALLAG, O. LARKOV, M. BEN HUR, and N. DUDAI, Journal of Chemical Ecology, Vol. 31, No. 6, June 2005, DOI: 10.1007/s10886-005-5283-4

« Après avoir mesuré la quantité de matière organique dans le sol de chacune des dix stations, il devient possible de calculer le coefficient de corrélation entre le taux de matière organique du sol et la valeur moyenne (calculée sur la base de toutes les plantes de la station) de chacun des 22 composés principaux de l'huile essentielle.
Selon l'
approche traditionnelle de la régression, ce calcul permet d'identifier les composés dont l'accumulation est significativement influencée par le taux de matière organique du sol. Ce cas s'observe pour trois des 22 composés (l'alpha-pinène, le bêta-pinène, et le E-sabinène hydrate). On peut en conclure que le métabolisme de ces trois composés est, d'une manière ou de l'autre, conditionné par la quantité de matières organiques dans le sol. En corollaire, le métabolisme des 19 autres composés volatils est regardé comme insensible, du moins dans l'intervalle de variation de matières organiques ici mesuré. Cette approche conduit à focaliser l'investigation sur la nature du lien existant entre ces trois composés et la quantité de matières organiques dans le sol, au moyen d'expériences et d'outils d'analyse plus précis.
En ce qui concerne le métabolisme secondaire des populations d'
Origanum dayi, nous avons déjà observé qu'une grande partie du CV intra-populationnel ne reflétait pas une simple diversité génétique du caractère considéré, mais en fait sa canalisation (que l'on peut quantifier en tant qu'inverse de la moyenne des CV intra-populationnels du composé volatil considéré). Il devient alors possible de tester l'hypothèse de Berg, à savoir s'il existe réellement un lien entre l'influence de la matière organique sur la représentation moyenne d'un composé volatil dans chaque station (quantifiée par la transformation en z du coefficient de corrélation r ici calculé) et sa canalisation (quantifiée par la variabilité intra-station). En comparant le CV moyen de chaque composé volatil avec la valeur z correspondante", une corrélation hautement significative apparaît (voir fig 2 ci-contre).
(<-----)



fig 2 . Relations entre l'influence de la matière organique du sol et et la représentation moyenne des 21 composés essentiels volatils de O. dayi L'index d'influence (valeur moyenne de la valeur absolue des coefficients r transformés en z) est calculé séparément pour les paramètres structuraux (abscisses) du sol et pour les paramètres de composition (ordonnées) du sol. La corrélation est hautement significative : r = 0.805, df = 19, P < 0.001.

Celle-ci ne résulte pas uniquement de la position des coordonnées des 3 composants pour lesquels la valeur de r révèle une corrélation significative. Ce sont toutes les valeurs de z qui s'alignent de façon cohérente sur un tel graphe. Cela révèle que les valeurs de z peuvent servir à mettre en évidence un phénomène biologique, et ce indépendamment du seuil de signification de la corrélation. Dans le cas présent, il apparaît que les matières organiques présentes dans le sol conditionnent, dans son ensemble, le métabolisme secondaire générant les composés volatils. Cette conclusion n'a rien de très étonnant dans la mesure où le métabolisme secondaire est généralement organisé en un réseau d'interactions entre voies métaboliques. (---->)

Par l'usage des statistiques qualitatives, l'expérimentateur tend à réduire progressivement son champ (dans ce cas, la réduction de 22 à 3 composés) avant de prolonger l'investigation, alors que le contraire se produit le plus souvent au travers de l'approche explorative illustrée ici. Ainsi, les conclusions de l'expérience, mais également le type de questions se trouvent conditionnées par le mode, qualitatif ou quantitatif, d'approche de la régression.
Que l'on s'entende bien. Il ne s'agit ici pas d'inciter à abandonner une démarche au profit de l'autre, mais de prendre conscience de leur nécessaire complémentarité. Une approche purement qualitative conduit à une représentation réductionniste de la réalité. En lui adjoignant une approche quantitative, il devient possible d'élaborer une représentation à la fois précise et susceptible de prendre en compte les phénomènes d'ensemble propres aux systèmes biologiques, à ses diverses échelles d'organisation.» DSV*p48-49

La «connectance» d'une variable est la valeur moyenne de l'intensité de ses relations avec les autres variables exprimées en valeurs absolues de z.


Dans RM* (p210), Amzallag utilise le terme légivité à la place de connectance (mot anglais). Définie pour une régulation en réseau , la légivité d'un paramètre mesure «combien la variation du paramètre en question est proportionnelle à la variation de toutes les autres variables étudiées».

La «connectance» globale d'un système est la moyenne de la valeur absolue de tous les z. «Dans ce cas elle reflète la structure du réseau de relations entre unités biologiques homologues (individus, organes, cellules, organites, protéines, molécules, etc.). Sa valeur est influencée par le degré de ramification, de redondance du réseau, ou encore l'intensité des relations entre unités».
«Cependant, le seul examen de la connectance ne permet pas de conclure quant à l'architecture du réseau. C'est l'
analyse combinée des variations du CV et de la connectance, dans la réaction du système face à une perturbation, qui offre la possibilité d'évaluer l'architecture du réseau et ses propriétés dynamiques

Exemple:
Dans le cas de la réponse du sorgho aux doses croissantes de BRs (voir
ci-dessus, l'effet silencieux), on observe, comme pour le CV, une augmentation de la connectance (inter-organes, mesurée sur la base des relations entre tige, racines adventives et racines séminales), en réponse aux doses croissantes de BRs. On a donc le même effet silencieux d'un changement d'intensité des liens entre organes après addition de 0,1nM Br, soit bien avant une quelconque modification de la valeur moyenne des variables (décelable après traitement à 10nm).
On peut ainsi considérer que cet effet est révélateur d'une structure en réseau redondant des régulations.


« Comparons la connectance et le CV pour une série de caractères de fins de cycle mesurés sur des populations homogènes de sorgho (descendant chacune par autofécondation d'un seul parent) exposées au même milieu. Une relation non-linéaire, en forme de V, apparaît sur le graphe. La canalisation maximale d'un caractère (les valeurs du CV les plus faibles) correspond à une valeur intermédiaire de la connectance (autour de 0,5), tandis qu'un fort CV, reflétant une faible canalisation (soit encore une forte influence du milieu sur l'expression du caractère) s'observe pour de faibles ou très fortes connectances. Ce résultat correspond au fait qu'une faible canalisation (forte influence des perturbations diverses dans l'expression d'un caractère) se manifeste dans deux cas distincts: une faible connectance (isolement de la régulation du caractère par rapport au réseau), ou une très forte connectance (réorganisation du réseau autour d'un seul et unique facteur chapeautant l'ensemble). (----->)

Connectance in Sorghum development: beyond the genotype-phenotype duality, G.N. Amzallag, BioSystems 56 (2000) 1-11



Fig. 2. Relations entre la connectance et la variabilité (coefficient de variation = CV). On observe une corrélation positive signifiante (r = 0.412, PB = 0.001, 46 df). Les données ont été séparées selon la valeur de connectance 0,5 : des cercles pour les valeurs inférieures à 0,5 et des triangles pour les valeurs supérieures de la connectance.

Remarque:
l'article ci-contre examine aussi la relation entre connectance et héritabilité grâce à l'étude des populations homogènes de sorgho. «L'analyse menée sur les caractères de fin de cycle du sorgho révèle une corrélation négative significative entre l'héritabilité d'un caractère et sa connectance. Cette observation confirme que le phénotype ne résulte pas seulement de l'expression d'un génotype (dans lequel les signaux de l'environnement sont perçus) mais encore du mode de régulation (linéaire ou redondant) de l'expression d'un caractère, et ce, de façon plus ou moins indépendante.»

Dans les deux cas, l'expression du caractère devient conditionnée par un nombre minimum de facteurs, eux-mêmes influençables par les diverses variations susceptibles de perturber son expression.»


4.4 - Une nouvelle épistémologie à construire
Les propos qui suivent peuvent paraître s'éloigner du thème de cette page (les mutations) mais il faut garder à l'esprit que la plupart des résultats expérimentaux en biologie du développement qui présente des
phénomènes non-linéaires sont interprétés à grand renfort de mutants imaginaires surgis au hasard et sélectionnés par le milieu. Dans cette partie N. Amzallag nous emmène sur d'autres pistes.

DSV*p 51s

Les exemples proposés ci-dessus restaient au sein du paradigme génétique avec un réseau de régulation, même redondant, qui reposait sur des gènes supposés être responsables des différents éléments du réseau. On est toujours dans une vision linéaire du développement de l'organisme, sous le contrôle d'un programme génétique. Mais il est évident que cela n'est pas l'interprétation la plus simple ni la plus évidente.

« Comment imaginer un mode darwinien d'évolution de gènes codant pour des voies parallèles, alors que la redondance contrecarre toute possibilité de les sélectionner de façon spécifique ?»

Au contraire, il est patent que les outils d'analyse expérimentaux mis en place précédemment peuvent nous aider à caractériser de façon plus exacte les changements de phase lors du développement, plutôt qu'à les considérer comme des changements arbitraires dans le programme de développement.

En effet, la stabilité d'un réseau, et plus encore celle d'un réseau redondant, porte à penser que l'émergence d'une nouvelle phase de développement ne peut se faire que par interruption du réseau existant et mis en place d'un nouveau réseau.

Si l'on utilise la connectance entre organes comme indicateur de la stabilité du réseau de régulation, on devrait pouvoir noter, au cours du développement, des modifications importantes de cette connectance, lors des interruptions des réseaux existants.


« Il est difficile de mettre en évidence un tel changement par la mesure de corrélation entre poids des différents organes, parce que les modifications se produisant sur un faible intervalle de temps n'y laissent que peu de traces visibles. Par contre, l'expansion foliaire, s'effectuant sur un bref intervalle de temps, est un indicateur sensible, susceptible de rendre compte des brefs changements dans les régulations. Par exemple, chez le sorgho, il est possible de calculer la corrélation entre la taille de la gaine des feuilles successives et le poids de la plante à un jour donné. Si la croissance était un phénomène continu, alors on devrait observer une corrélation d'intensité croissante entre la taille de la gaine et le poids de la plante au fur et à mesure que l'on considère des feuilles les plus récemment développées. Mais en réalité, on observe que la connectance baisse progressivement de la 3e à la 5e feuille, pour remonter ensuite à la 6e et à la 7e feuille. Cela implique qu'il existe un moment, celui de l'émergence de la 5e feuille, durant lequel la croissance est relativement déconnectée des événements ultérieurs. Cette observation appuie l'idée qu'une discontinuité dans la régulation de la croissance peut se manifester au cours du développement (note 59).

L'événement observé durant l'émergence de la 5e et 6e feuille correspond justement à une phase où, chez le sorgho, les racines adventives deviennent l'appareil racinaire principal de la plante (note 60). Peu avant l'émergence de la 5e feuille, l'ensemble du réseau de relations semble se défaire pour se reconstituer à partir de l'expansion de la 6e feuille (note 61).

Observé sur des plantes exposées à des conditions optimales, ce phénomène semble inhérent au développement normal. Il témoigne de la refonte de l'ancien réseau de régulation (parties aériennes et racines séminales) inhérent à l'intégration d'un nouveau type d'organes (les racines adventives). Cette intégration coïncide justement avec la période d'adaptation au sel (note 62). L'augmentation induite de tolérance ne serait que le produit de l'intrusion de facteurs perturbateurs supplémentaires (en l'occurrence le NaCI) dans un processus d'adaptation de la plante à une perturbation endogéne (l'émergence de racines adventives) générée par son propre développement.

Confirmée par certaines observations (note 64) cette interprétation conduit à une représentation dans laquelle l'échelle de temps propre au développement n'est plus continue. On y découvre un processus composé de périodes de stabilité (les phénophases) durant lesquelles un réseau de régulation régit les relations entre entités. et de périodes critiques durant lesquelles s'opère une restructuration de ces réseaux de régulation conduisant à leur auto-réémergence (fig. 1.4 ci-dessous).


note 59
Ce phénomène est même amplifié par l'addition de BRs dans le milieu, suggérant que ces hormones sont impliquées dans l'expression de cette non-linéarité dans la régulation de la croissance)

note 60
elles représentent à ce moment près de 20% du poids de la plante

note 61
Pour s'en convaincre, il suffit de comparer la connectance mesurée entre les parties aériennes et les racines adventives avec la connectance des feuilles (calculée comme la relation entre la (aille du limbe et celui de la gaine foliaire). On observe alors une baisse temporaire de connectance entre la régulation tige/racines adventives et la se feuille (voir fig. 3, Amzallag, 1999b ; ci-dessous). Ce résultat, obtenu par comparaison sur 11 génotypes de sorgho, confirme l'indépendance temporaire des différents processus de régulation de la croissance durant l'émergence de la 5e feuille.)

Figure 3. Relations entre la connectance des feuilles et la compétence pour l'adaptation au sel. (a) Connectance moyenne pour les feuilles 3 et 4. (b) Connectance moyenne pour les feuilles 5-7. Une corrélation non signifiante (r=0.254, P>0,50) est observée en (a). Une corrélation signifiante et positive (r=0,724, P<0,05) est observée en (b).
En abscisses: RGR300 = compétence pour l'adaptation au sel évaluée par la croissance moyenne relative des pousses de sorgho durant les 10 premiers jours d'exposition à 300 mM de NaCl pour des plants exposés préalablement à 150 mM de NaCl pendant 3 semaines depuis le 8ème jour suivant la germination.


note 62:
En effet, l'émergence de la 5e feuille (correspondant plus ou moins au 15-17e jour suivant la germination), se situe exactement à la fin de la «première phase» du processus d'adaptation, c'est-à-dire un peu avant l'expression de l'individuation et du changement de sensibilité des tissus aux régulateurs de croissance.

note 64:
On observe des anomalies sur la 5e feuille des plantes exposées en cours d'adaptation au sel. Ces malformations s'observent également sur les 2-3 feuilles suivantes, mais avec une fréquence et une intensité moindre. La capacité des différents génotypes à s'adapter au sel est proportionnelle à leur propension à exprimer ce type de malformations durant la période de maturation. Il semble que ce phénomène résulte de la disparition temporaire des réseaux de régulations qui assurent une harmonisation des processus inhérents à la morphogenèse et à l'expansion des feuilles. Cette relation observée entre plantes non-exposées au sel et la capacité d'adaptation confirme le lien existant entre adaptation et développement normal.


Figure 1.4. Représentation schématique du développement en fonction des variations de connectance entre organes. Phen : phénophase. CP: période critique. Ne sont ici schématisées que trois phases critiques alors qu'il en existe probablement bien plus entre la cellule œuf et l'état adulte (dans lequel la dynamique ne s'interrompt probablement jamais).

 

Cette réalité est généralement éludée parce que le fort degré de redondance des régulations biologiques masque l'expression des processus auto-organisés, et parce que la variabilité est une dimension négligée de l'étude des organismes. Or pour mettre en évidence une période critique, il est nécessaire d'appliquer à un moment précis une perturbation susceptible par son intensité de conditionner le devenir du systéme, phénomène qui se traduit avant tout par une augmentation du niveau d'individualité.»

Cette vision du développement replace correctement la notion d'information génétique en la libérant de l'imaginaire d'un contrôle fonctionnel (des gènes pour des produits et non des gènes pour des fonctions, voir cours de 1èreS).

N. Amzallag souligne que l'on comprend ainsi comment l'expression de certains gènes, qualifiés un peu vite de morphogénétiques, peut revêtir, durant certaines périodes critiques, une signification morphogénétique alors que durant une phénophase, ils "codent" pour des protéines n'ayant rien à voir avec un phénomène d'induction de la morphogenèse.

Ainsi, si l'on perturbe un de ces pseudo-gènes-morphogénétiques, on provoque une perturbation grave de l'émergence d'un nouveau réseau lors d'une phase critique, qui peut conduire à une morphogenèse anormale ou décalée. On notera que les expériences de N. Amzallag ont été menées sur des plantes mais qu'il paraît tout à fait légitime de tenter une extrapolation au développement des animaux qui présente des phases larvaires et juvéniles homologues de la phase végétative des plantes.

Le contrôle de l'expression des gènes durant les périodes critiques permet de comprendre la stabilité du développement, malgré la variabilité inhérente à une espèce. Alors que les variations des processus auto-émergents, associés à ces mêmes phases critiques, permettent de comprendre pourquoi l'individuation, lorsqu'elle est observée, est si étroitement liée à l'adaptation.



Remarque philosophique:
épigénèse / préformation

 

 

 

d'après E.U. (article "épigenèse" par Alain Delaunay)

On rapporte souvent À TORT ces deux théories à une différence dans la matière alors qu'elles concernent la forme substantielle qui donne vie et structure à la matière indifférenciée (aristotélicienne).

L'épigénomique et surtout l'épigénétique moderne s'inscrivent dans cette lignée où le sens des mots ne cesse d'évoluer.

Les épigénistes considèrent que la forme individuelle n'est pas visible au début de la vie (que l'on placerait maintenant à la fécondation) et se manifeste progressivement au cours du développement (au sein de la mère). Il est bien sûr évident que cette forme existe dès le début puisque c'est elle qui donne l'être à la matière. Cette théorie sera reprise par exemple par Piaget ou Freud dans le développement psychique.

Les préformistes considèrent que l'individu a déjà une forme complète dès le début de sa vie. cette forme est héritée de la mère, pour les ovistes, et du père, pour les animaculistes. La forme se déplie ensuite ou s'agrandit.

Au XVIIème siècle on retrouve ces deux termes mais qui désignent des processus différents :
* Van Helmont ou Harvey sont des épigénistes au sens où ils pensent que l'ovocyte et le spermatozoïde sont deux substances séminales inorganisées qui par leur union développent une force d'organisation;
* Bacon ou Descartes sont des préformationistes "atomistes" au sens où ils pensent que les 2 semences sont préorganisées et se combinent pour donner l'individu.


Quand on lit : « Leeuwenhoek (1675) croyait que le spermatozoïde contenait un individu en réduction», c'est un peu juste. Par son observation des spermatozoïdes dans la semence masculine, il apportait des arguments aux animaculistes préformationistes, mais il ne semble pas d'ailleurs qu'il se soit douté de leur rôle, ni de la querelle sur la forme. C'est Spallanzani qui démontrera la rôle des spermatozoïdes dans la fécondation chez la grenouille (1777) alors qu'il était paraît-il un oviste convaincu; la fusion des cellules n'étant observée qu'en 1875 par Hertwig.

Réponse de l'exercice d'application sur les BRs


Plutôt que de considérer qu'il existe un unique effet moyen pour toutes les racines, mais variable et opposé selon la concentration, on peut d'abord considérer qu'il existe deux effets : l'un activateur, l'autre inhibiteur.

L'effet activateur s'exprime aux deux concentrations de BR puisque le CV (qui exprime la réduction de la variabilité autour de la valeur moyenne) est plus faible lorsque la croissance est moins inhibée dans les racines adventives qui globalement ont une croissance inhibée. Le sens de la relation entre moyennes et CV révélerait donc un effet activateur direct (permanent).

L'effet inhibiteur, apparent seulement aux fortes concentrations de BRs (et ce, bien au-delà des concentrations physiologiques), serait un artefact expérimental qui masquerait l'effet activateur. Cet effet inhibiteur serait indirect puisque non permanent.