Nature publie dans son numéro daté du 21 Septembre un article intéressant suggérant des liens entre deux “épidémies” des temps modernes : le manque de sommeil et l’obésité.

Quelques chiffres pour commencer. Le constat est connu et a été relayé par les médias ces derniers temps : un milliard d’êtres humains (dont deux tiers des américains) présentent un sur-poids (i.e. un indice de masse corporel supérieur à 25 kg.m^(-2) - pour calculer votre indice personnel, prenez votre poids et divisez-le par votre taille en mètre au carré.). Côté dodo, un américain moyen dormait entre huit et neuf heures dans les années soixante, contre moins de sept aujourd’hui. Or, très récemment, on s’est aperçu qu’il y a corrélation entre manque de sommeil et obésité : une étude montre que dormir seulement cinq heures par nuit augmente vos chances de devenir obèse de 60 % !

Cependant, corrélation n’implique pas relation de cause à effet. On peut en effet arguer du fait que les personnes obèses dorment moins bien du fait de leur surpoids par exemple. D’où la nécessité de faire des études plus précises, notamment sur des modèles animaux. En fait, dans un premier temps, certaines études non concluantes ont été effectuées sur les souris. Celles-ci étaient maintenues éveillées artificiellement, mais ne présentaient pas de surpoids évident. Les chercheurs ont alors réalisé que leurs méthodes de réveil des souris étaient un peu trop violentes (certaines souris étaient plongées dans l’eau par exemple) : les animaux, trop stressés, ne grossissaient pas !
Heureusement (pour les biologistes) existent des mutants animaux tout à fait adaptés à cette étude, ayant naturellement un rythme circadien perturbé. L’horloge circadienne est un cycle naturel qui vous donne votre rythme biologique interne, celui qui vous donne faim à midi, vous donne un bon coup de barre le soir et vous réveille naturellement le matin si vous oubliez de brancher le réveil. Ce rythme est “codé” par l’intermédiaire d’un oscillateur génétique, présent dans toutes nos cellules, et coordonné au niveau d’un groupe de neurones (le noyau suprachiasmatique) situé dans votre cerveau. Les horloges circadiennes des mammifères sont bien connues : plusieurs mutations génétiques sont répertoriées et il existe même des animaux arythmiques. Chez de tels animaux, rien ne va plus : incapables d’acquérir un rythme de sommeil régulier, les souris atteintes deviennent alors effectivement obèses en quelques semaines, avec toutes les pathologies associées (diabète, cholestérol…).

Qu’en est-il chez l’homme ? Dans une autre étude, on a demandé à de jeunes “cobayes” de ne dormir que quatre heures par nuit pendant deux nuits, puis on a mesuré les niveaux d’hormones dans le sang de ces patients. Les résultats sont édifiants : la leptine, hormone de la satiété, chute de près de 20 % tandis que la ghreline, hormone de la faim, grimpe de près de 30 %. Du coup, les patients avaient très faims à l’issue de ces expériences et confiaient vouloir se jeter sur des aliments riches en sucres !

Le lien entre sommeil et appétit semble donc se confirmer, et des études sont en cours pour regarder l’impact de cures de sommeil sur le poids. La moralité de tout cela, c’est que la prochaine fois que vous voudrez faire un régime, commencez déjà par faire une bonne cure de sommeil : c’est sûrement moins désagréable que de se serrer la ceinture !

Un billet un peu sérieux pour illustrer sur un thème simple un problème en fait délicat de génétique humaine.
Les statistiques le prouvent : les hommes sont en général plus grands et plus costauds que les femmes. D’où vient donc cette différence ?
Je vous vois déjà penser aux nageuses est-allemandes : l’hormone masculine par excellence, la testosterone, doit bien avoir un rôle là-dedans.
Et bien ce n’est pas le cas, et une anomalie génétique rare prouve sans ambiguité que si le chromosome Y a un rôle indéniable là-dedans, ce n’est pas via les hormones sexuelles.
Il se trouve que l’embryon humain est, par défaut, femelle. Cela signifie que si vous supprimez toute hormone sexuelle, ce sont les organes sexuels féminins qui se développent spontanément. La formation des organes sexuels masculins extérieurs nécessite obligatoirement de la testostérone, secrétée par les testicules (qui eux se forment sous l’action indépendante d’un gène du chromosome Y). Or, une mutation génétique rare existe sur les récepteurs aux hormones sexuels, les rendant insensibles aux hormones mâles. Un individu XY atteint par cette mutation, s’il possède des testicules, ne peut donc développer les organes mâles, et s’il est un homme génétiquement, tous ses caractères sexuels seront incontestablement féminins. Cette anomalie génétique passe en général inaperçue jusqu’à l’adolescence (où l’absence d’ovaires devient alors manifeste pour des raisons évidentes).
Or il se trouve que les études statistiques sont elles aussi sans ambiguité : si elles ont des proportions et des formes féminines (quoiqu’apparemment plus minces que la normale), les femmes XY sont statistiquement plus grandes- et ont en fait une taille d’homme. Le gène de la taille, s’il est sur le chromosome Y, n’a donc rien à voir avec la testostérone…

Réferences :
un site qui décrit le processus de différentiation sexuelle et parle de cette anomalie. Etrangement, l’auteur a l’air de ne pas aimer la théorie de l’évolution.
Un abstract de papier relatant cette fameuse différence statistique…

Allez, un petit “bloc-note” pour changer, deux petits points sur nos amis les singes dans le nouveau Nature…

• On commence soft : Kate Arnold and Klaus Zuberbühler y publient un article concernant la réponse d’une race de singes ( Cercopithecus nictitans, source photo http://www.cercopan.org) à différentes formes de cris. Ils mettent en évidence l’existence d’une “syntaxe” simplifiée. Ainsi, le cri ‘pyow’ informe les animaux de la présence d’un léopard, le cri ‘hack’ informe les animaux de la présence d’un aigle. Cependant, la séquence ‘pyow-hack’ a aussi un effet. Les singes ont été suivis à l’aide d’un GPS, et les chercheurs ont montré que ‘pyow-hack’ déclenche un mouvement des singes (fuite) tandis qu’ils restent immobiles après émission de séquences de ‘hack’. Ce travail montre donc que la combinaison des sons peuvent avoir des significations différentes…
• Je garde le meilleur pour la fin… Une étude de Patterson et al. a comparé la divergence génétique entre hommes et chimpanzés, en fonction de la position dans le génome. Grosse surprise : si en moyenne les gènes ont divergé l’un de l’autre il y a environ 6 millions d’années, la divergence entre les chromosomes X est beaucoup plus récente. Cela signifie que les ancêtres des hommes et des chimpanzés ont échangé des chromosomes X entiers pendant très longtemps. Autrement dit, bien après l’événement de la spéciation, hommes et chimpanzés ont continué à se reproduire entre eux, produisant vraisemblablement des hybrides mâles stériles et des hybrides femelles fertiles (un peu à l’exemple de ce qui se passe avec les souris actuellement en Europe centrale). Non content de descendre du singe, l’homme n’a donc pas eu que des relations platoniques avec lui…

C’est fini pour aujourd’hui !
PS : vous trouvez pas qu’il est mignon notre ami Cercopithecus nictitans

Il y a un peu plus de trente ans, Mary-Claire King et Allan Wilson publiaient dans Science une première comparaison entre les protéines humaines et celles des chimpanzés (dans un article apparemment classique mais néanmoins introuvable à l’ère de l’électronique). L’une des conclusions fortes de ce premier papier était que les protéines des deux espèces étaient bien trop proches pour expliquer les différences entre celles-ci. Les régulations entre gènes sont donc bien plus importantes que les protéines elles-mêmes pour expliquer nos différences. (Pour les plus motivés, Sean Carroll, grand spécialiste des gènes du développement, s’en est fait récemment l’écho dans Plos biology dans un article assez long, mais presque lisible pour le profane, qui plus est disponible gratuitement, joie des revues gratuites sur Internet !)
Notre humanité repose-t-elle donc uniquement sur la réorientation de quelques régulations génétiques ? En fait, on s’aperçoit de plus en plus de la difficulté de définir cette humanité, ce qui ferait blêmir d’horreur nos ancêtres convaincus de la place privilégiée de l’homme au sommet de la création. Jared Diamond, dans son livre “Le troisième chimpanzé”, insiste lourdement sur la proximité des génomes respectifs des humains et des chimpanzés. En fait, humains, chimpanzés et bonobos sont les trois derniers descendants d’un même ancêtre commun ce qui incite certains à considérer l’homme comme le véritable “troisième chimpanzé” et, démocratie oblige, à rebaptiser l’ “Homo sapiens” “Pan sapiens“… Beaucoup d’ouvrages et de travaux récents traquent l’humain chez l’animal, et posent sérieusement la question de notre spécificité. Ainsi, comme le relate Eric Dupin sur son blog à l’occasion d’une revue, chimpanzés et humains partagent de nombreux traits sociaux. Darwin déjà avait montré que les animaux exprimaient des émotions sur le visage tout comme les humains, ce qui laisse penser que l’origine évolutive de ces traits remonte à très loin. A vrai dire, même le rire ne semble plus nous appartenir en propre depuis qu’on a découvert qu’il existait chez … les rats ! Alors ce qui fait la spécificité de l’homme, est-ce son langage, sa culture transmise de génération en génération ? Jared Diamond, toujours lui, explique que des rudiments de langage ont déjà été observés chez certains singes, qui poussent des cris différents en fonction de la nature du danger par exemple. L’art n’est plus spécifiquement humain non plus depuis qu’on a découvert que les chimpanzés et même les éléphants aimaient s’adonner à la peinture (en captivité il est vrai). Quant à d’autres activités que l’on croyait spécifiquement humaine, l’exemple de l’agriculture, inventée il y a 50 millions d’années par les fourmis est assez éloquent… Et à mon avis, nous ne sommes pas au bout de nos surprises ! Non, définitivement, l’homme n’est qu’un chimpanzé comme un autre !

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Considérons deux être humains tirés au hasard, par exemple vous et votre conjoint(e). Sauf exception, à vous deux, vous avez quatre parents différents, huit grand-parents différents, seize arrière grand-parents, etc… Si on compte qu’une génération dure environ 25 ans, il est facile de voir qu’il y a 1000 ans, soit 40 générations, à vous deux vous devriez compter plus de mille milliards d’ancêtres. Beaucoup plus que le nombre d’êtres humains ayant jamais existé… Il y a donc nécessairement un problème aigu de cosanguinité ! La diversité génétique n’a donc en fait rien à voir avec la taille de la population, et en réalité, nous partageons d’un individu à l’autre de nombreux gènes en commun, à l’image des chromosomes Y pour l’empereur du Japon.
La modélisation de l’évolution de la diversité génétique de telles populations révèle des propriétés assez surprenantes. Considérons par exemple le modèle le plus basique, appelé modèle de Wright-Fisher. Dans ce modèle, on considère une population finie, de taille N. Chaque individu est caractérisé par un gène présentant deux allèles (par exemple A et a) dans une population diploïde (deux allèles par individu). A chaque génération, la population est modifiée, et pour chaque nouvel individu (enfant), on choisit au hasard les deux nouveaux allèles avec des probabilités proportionnelles aux fréquences des allèles dans la population parente. On étudie l’évolution statistique des populations des allèles A et a dans cette population, en négligeant les mutations dans un premier temps.
Ce modèle très simple a déjà des propriétés intéressantes. Ainsi, quoi qu’il arrive et quelle que soit la population de départ, un calcul élémentaire de probabilités montre qu’au bout d’un certain temps, un des allèles disparaît complètement. C’est ce qu’on appelle la fixation, et c’est ce qui explique que même sans avantage évolutif, une mutation peut se répandre dans toute une population, pourvu qu’elle soit finie - ce qui est en général le cas . L’ensemble de ce processus de fixation dans une population finie due à de simples fluctuations stochastiques est un phénomène appelé “dérive génétique”.
En fait, l’effet de dérive génétique est tel que si l’on tient compte de relations de parentés d’une génération à l’autre entre les allèles, on peut montrer très simplement qu’au bout d’un certain temps, tous les allèles dérivent d’un même allèle ancestral. Autrement dit, tous les individus finissent par descendre du même ancêtre ! Intuitivement, cela est simplement dû au fait que comme la population est finie, et comme les enfants sont faits aléatoirement, certains individus ont beaucoup d’enfants au détriment d’autres qui en ont très peu (comme Genghis Khan !) si bien que nécessairement le nombre de lignées diminue avec le temps, jusqu’à ce qu’il n’en reste qu’une (exactement comme dans Highlander en fait… d’ailleurs, Genghis Khan n’est-il pas le méchant d’Highlander III ?). Plus subtil et un peu plus dur à montrer mathématiquement, le nombre moyen de générations nécessaire à cette coalescence des lignées est exactement 2N dans ce modèle simple. En fait, même dans les modèles plus compliqués, l’effectif de la population est très important pour déterminer de nombreuses propriétés du système. Cela a conduit les scientifiques à définir la population “effective” d’une espèce. Cette population est en gros le nombre d’individus à considérer pour avoir les mêmes propriétés en terme de polymorphisme génétique dans la population réelle que dans une population idéale type Wright-Fisher. Etonnament, cette population effective n’a en général rien à voir avec la population typique observée. Par exemple, pour une colonie de bactéries de mille milliards d’individus, la population effective est typiquement 1 puisque toutes les bactéries dérivent du même ancêtre. Pour l’espèce humaine, la population effective est de l’ordre de 10 000 individus, ce qui est peu (à peine un gros bourg !) et beaucoup à la fois (on est très loin d’Adam et Eve !)…

Un article de Science de la semaine dernière (Gürerk et al., Science7 April 2006,Vol. 312. no. 5770, pp. 108 - 111) relate une expérience intéressante quant à l’évolution de la coopération entre être humains. Dans une société idéale (SI), les hommes mettent en commun de façon équitable leurs ressources et leur énergie afin de contribuer à l’intérêt général. Seulement, dans cette société idéale, on rencontre bien vite des problèmes type “dilemme du prisonnier” : il y a toujours des petits malins qui vont essayer de détourner le système pour maximiser leur profit propre, par exemple en investissant moins dans le bien commun tout en récoltant le fruit des efforts des autres. On peut donc imaginer un deuxième type de société : une société sado-masochiste (SSM) où tout un chacun peut maintenant choisir de punir un individu ne contribuant pas suffisamment au bien commun. Problème : il faut mettre alors en place une espèce de police, et la sanction a alors un coût. En fait, les sociologues prétendent qu’empiriquement une société humaine doit mettre en place de telles sanctions sous peine d’effondrement. Pourtant, la SI représente l’idéal théorique, puisqu’il n’y a pas de pertes dues au financement de la sanction.
Comment les sociétés humaines s’organisent-elles alors spontanément ? Afin de répondre à cette question, Gürerk et al. ont mis en place une expérience sociale grandeur nature. 84 étudiants se sont vus remettre de la monnaie fictive, qu’ils pouvaient investir collectivement, les intérêts étant répartis de manière équitable. A chaque cycle de l’expérience, les étudiants pouvaient choisir entre les deux types de sociétés. Dans la SSM, à chaque fin de cycle, les étudiants pouvaient décider individuellement d’appliquer des sanctions financières aux individus dont ils estimaient qu’ils n’investissaient pas assez, chaque sanction amputant néanmoins légèrement leur propre budget. L’expérience a duré 30 cycles, le but étant de maximiser le profit.
Spontanément, deux tiers des étudiants choisissent alors la SI pour les premiers cycles. En moyenne, au départ, les individus de la SI investissent peu, et beaucoup d’entre eux n’investissent pas du tout et profitent du système. Au contraire, les individus ayant choisi au départ la SSM investissent en moyenne beaucoup, et sanctionnent également beaucoup leurs congénères, ce qui à la longue crée une norme d’investissement minimum. L’évolution est alors intéressante, comme disent les auteurs, les individus “votent avec leurs pieds” : les individus de la SI finissent en fait tous par rejoindre la SSM, estimant que les bénéfices y sont plus importants. Détail cocasse : les anciens profiteurs de la SI se mettent à suivre la norme de la SSM et à sanctionner eux aussi les profiteurs… L’article présente alors deux conclusions : la première, c’est qu’il existe donc une minorité d’individus très actifs (les fondateurs de la SSM) qui ont une influence profonde sur le reste de la société et mettent en place une très forte norme sociale par la sanction. La seconde, c’est qu’en réponse à cette forte influence, le reste de la société se comporte comme des moutons et adopte sans remords cette norme sociale, même s’ils n’y adhéraient pas spontanément. Autrement dit, le conformisme est inscrit dans nos gènes…

C’est la question que les lecteurs de ce blog d’origine asiatique peuvent se poser. De fait, la génétique du chromosome Y permet de retracer l’histoire des lignées mâles, comme l’imaginaient les nationalistes Japonais. Le problème, c’est que par pur effet de dérive génétique, il se trouve que nombreux sont les hommes partageant les mêmes marqueurs et donc le même ancêtre, donc la lignée est en général assez fournie (d’où l’échec de nos camarades nippons) ! Récemment, Zerjal et al., dans un article publié dans Am. J. Hum. Genet. ont ainsi remarqué qu’un certain groupe de marqueurs très spécifiques étaient très répandus en Asie (au total 0.5 % de la population mondiale !). Ces marqueurs sont très bien conservés dans la population : cela veut dire qu’ils ont eu très peu de temps pour muter. Ceci indique que l’ancêtre commun de tous ces hommes a en fait vécu très récemment, et des modèles informatiques situent il y a environ 1000 ans l’ancêtre commun.
Autrement dit, un homme a vécu il y a 1000 ans, et 8% des Asiatiques descendent de cet homme. En fait, cela signifie concrètement que ces descendants ont eu, en moyenne sur 1000 ans, 36% d’enfants en plus à chaque génération que le pékin moyen. C’est évidemment énorme et ne peut être expliqué par la sélection naturelle ! La seule explication plausible est qu’en fait, il y a eu sélection sociale. Genghis Khan et sa famille ont établi dans cette région il y a 800 ans un Empire très étendu, ont souvent massacré la population locale et mis au pouvoir des membres de leur famille qui ont eu des descendances très prolifiques. Même si l’Empire Mongol s’est effondré, les descendants de Genghis Khan se sont maintenus au pouvoir, et ont donc vraisemblablement bénéficié d’avantages sociaux certains (richesse, pouvoir, et donc femmes…). D’où la distribution particulière de ce marqueur. En fait, on s’aperçoit également que les frontières de l’Empire Mongol semblent coller avec la répartition géographique de ces marqueurs Y, à l’exception d’une lignée pakistanaise, les Hazaras. Mais ceux-ci prétendent justement descendre de Genghis Khan, et cela semble donc confirmé par la génétique !

Référence : Zerjal et al. Am. J. Hum. Genet., 72:717-721, 2003

Un article intéressant du times est signalé … par mes amis les ID ! Il s’agit d’une revue d’un livre récemment écrit pas Lewis Wolpert, qui nous entretient du rapport entre sélection naturelle et croyance. J’aimerais me procurer ce livre, qui me semble tout à fait intéressant.
Si j’ai bien compris, selon Wolpert, la croyance est intrinsèquement liée à la notion de causalité, qui constitue en quelque sorte le fondement de notre humanité. En effet, il est impossible de fabriquer un outil complexe si l’on ne conçoit pas par avance ce que l’on souhaite faire, par exemple fixer une pierre aiguisée sur un bâton afin de fabriquer une hache. Autrement dit, ce qui fait l’humanité est cette faculté à comprendre et à influer sur les enchaînements des causes/conséquences. Cette faculté à anticiper les conséquences a été sélectionnée par l’évolution et s’est alors accompagnée de son corollaire naturel, la faculté de comprendre les causes. D’où la nécessité de créer des causes “imaginaires”, des croyances, pour expliquer l’incompréhensible (catastrophes naturelles, maladies)… L’article explique par ailleurs qu’en général, même confrontés à des faits, nous préférons bien souvent nous en tenir à nos croyances, qui nous semblent être de meilleurs guides…
Je trouve cette idée intéressante. Pourtant, je me demande s’il n’y aurait pas également une sélection positive de la croyance. J’ai le sentiment qu’un groupe social, partageant un but et des croyances communes (comme la croyance en un au-delà ou en une vie terrestre meilleure) est bien plus fort collectivement. L’avantage de la croyance est peut-être aussi qu’elle balaie le doute, qui est certainement contre-productif lorsqu’il s’agit de fuir une bête sauvage, de se battre contre la tribu ennemie, ou de chasser le mammouth…

Suite à un commentaire de Nicole dans un billet précédent, je suis allé sur le site de l’INSEE récupérer la démographie en France en fonction du sexe et de l’âge. Grâce à gnuplot et à Perl, vous pouvez voir ce que cela donne sur le graphique de gauche. Les hommes sont en bleu et les femmes en rouge. Je trouve le résultat assez étonnant : il naît d’abord clairement plus de garçons que de filles. Ce n’est probablement pas une fluctuation statistique puisque la proportion fille/garçon reste à peu près constante jusqu’à 15 ans. Plus étonnant, à partir de 15 ans, on voit clairement que les hommes tombent comme des mouches ! Evidemment, c’était connu, mais je ne pensais pas que cette inflexion arrivait si jeune ! Gasp, j’ai du mal à m’en remettre, serions-nous plus fragiles ? Ou tout simplement plus risque-tout… Evidemment, il y a un effet de loupe dû à l’échelle, mais j’ai bien l’impression que les jeunes garçons ont effectivement un taux de mortalité plus élevé, si bien que le rapport fille/garçon approche 1 autour de 30 ans (ce qui doit correspondre à peu de chose près à l’âge moyen de naissance du premier enfant, la nature est bien faite, même si je pense que c’est une coincidence). Mon hypothèse foireuse quant au mécanisme de contre-sélection des don-juans s’effondre d’un coup !

Et tout cela ne s’arrange pas avec l’âge comme on peut le voir sur les deux belles exponentielles ci-dessous…