La suite de son billet n’a rien à voir (si ce n’est qu’elle lui permet de faire une private joke pour physicien en titre), mais est tout aussi intéressante !

De l’utilité des cornes, de la vie sociale et de l’augmentation de la taille des herbivores … On voit bien où sont les pressions sélectives, et on comprend comment ces gènes et ces mèmes vont se transmettre puisque le petit veau survit …

La conférence s’ouvrait classiquement par une série de sondages: seulement un quart des Américains acceptent la théorie de l’évolution comme un fait scientifique. 64% des Américains croient que l’homme a été créé tel quel par Dieu, 10 % par un “Intelligent Designer”. Et comme la liberté de parole est sacrée, 55% des Américains croient qu’il faut enseigner à la fois la théorie de l’évolution, le créationnisme et l’Intelligent Design à l’école, contre 12% l’évolution seule et 23% la création seule.

Montrer l’évolution

Comment lutter contre cette tendance ? Coyne explique que d’abord et avant tout, il appartient aux scientifiques de définir proprement la théorie de l’évolution, et surtout de montrer explicitement les preuves de celles-ci, dans les salles de classe comme dans les conférences publiques.
Tout d’abord, il a insisté sur un point important : le mot “théorie” en science n’a pas le même sens qu’une théorie dans le sens commun. Une théorie scientifique n’est pas une simple spéculation pour expliquer un phénomène : une théorie est au contraire un cadre cohérent et convaincant pour expliquer des faits. Une théorie est testée sans cesse; d’après Coyne, virtuellement, il y a une feuille de papier à cigarette entre ce qu’on appelle une théorie et les faits. [Note de TR : ce qu'on appelle "théorie" dans le sens courant s'appelle plutôt "modèle" ou "hypothèse" dans le jargon scientifique]. Ainsi parle-t-on de la théorie de l’évolution, mais aussi de la théorie de la relativité, ou encore de la théorie de l’électrodynamique quantique, toutes ayant passé avec succès les “tests” auxquellles elles ont été confronté.

Coyne a alors explicité les fondements de la théorie de l’évolution :

• les espèces animales ont évolué dans le passé,
• les changements évolutifs sont graduels,
• une espèce peut se séparer en deux espèces, dans un processus appelé spéciation. On en tire surtout la notion d’ancêtre commun
• la cause principale de fixation des caractères est la sélection naturelle, qui est la seule force entraînant l’adaptation.

J’avoue avoir ressenti un petit froid dans le dos à l’énoncé de ses 4 points : cela me paraît très old-style comme vision. Autant le point 1 est incontestable, autant les autres me semblent assez discutable. Le point 2 est à mon avis potentiellement faux : un changement évolutif est par nature discret, puisqu’il est au minimum un changement dans une base d’ADN, ce qui peut tout d’un coup changer la fonction d’une protéine. Je ne suis pas sûr que les bactéries acquièrent une résistance de façon continue. Le point 3 est à moitié faux : la spéciation peut-être un processus très continu; ainsi a-t-on démontré que la lignée humaine s’est hybridée pendant longtemps avec les chimpanzés. Le point 4 est aussi à moitié faux : la dérive génétique peut tout aussi efficacement fixer les allèles, je pense qu’il ne faut pas non plus négliger l’avantage (au niveau de la population, pas de l’individu, cf billet et commentaire chez Oldcola) des mutations neutres pour explorer l’espace des possibles.

Toujours est-il que Coyne a poursuivi en donnant une liste de faits qui confirment la théorie de l’évolution. C’est toujours instructif :

• On trouve des fossiles de formes transitoires entre différents animaux. Par exemple. archaeopteryx, forme transitoire entre sauriens et oiseaux est littéralement un dinosaure (par son squelette) à plumes.
• Il existe apparemment des preuves fossiles de spéciation : on a pu par exemple reconstituer en observant les fossiles la séparation de deux branches de diatomées semble-t-il.
• On a fait des prédictions sur les formes de fossiles intermédiaires avant de retrouver des fossiles correspondants. Ce fut par exemple le cas pour l’évolution des cétacés, ou pour l’évolution du poisson qui marche
• L’embryologie confirme des scénarios d’évolution. Par exemple, on pense que les cétacés descendent de mammifères terrestres, or les embryons de cétacés forment des petites pattes postérieures qui disparaissent ensuite mais trahissent leur origine. De même les bébés humains prématurés possèdent une couche de poils sur tout le corps appelé “lanugo“. Cette couche de poils disparaît normalement dans les derniers mois de gestation, et est une réminiscence de notre passé évolutif plus velu.
• L’existence d’organes vestigiels est également une preuve de l’évolution. Par exemple, même s’ils ne volent pas, les kiwis possèdent de petits moignons d’aile.
• Une preuve qui est surtout un contre-exemple pour l’intelligent design : plein de trucs dans le vivant sont très très mal foutus ou ne servent à rien. Par exemple, l’appendice chez l’homme est une calamité inutile. Encore plus impressionnant : le nerf reliant le cerveau et le larynx ne fait pas un chemin direct mais passe par le coeur. Les girafes ont ainsi un nerf long de plusieurs mètres faisant une gigantesque boucle ! Seule l’évolution est capable d’expliquer la conservation de telles bizarreries.
• Il y a des preuves “bio-géographiques”. Les fossiles d’espèces disparues ressemblent aux espèces locales. L’exemple frappant présenté étant celui du Glyptdodon et du tatou .
• Enfin et surtout la sélection naturelle est un fait scientifique constaté : il existe plus de 300 cas étudiés dans la littérature scientifique de sélection naturelle due en particulier à l’activité humaine. L’exemple canonique que nous avons tous étudié à l’école est l’évolution de la couleur de la phalène du bouleau suite au noircissement des troncs d’arbre dû à la pollution. Citons également les cas de résistance bactérienne.

Connaître l’ennemi

Une fois les faits scientifiques posés, il s’agit d’identifier avec soin l’adversaire. Coyne a expliqué alors qu’il avait eu beaucoup de mal à trouver une vraie définition de l’Intelligent Design (ID). La raison est la suivante : l’ID existe sous deux formes, une forme laicisée, faible, pour la communication avec le grand public et pour la lutte sur le terrain judiciaire, et une forme forte, qui explicite ce que les ID croient vraiment.

La forme “faible” avance les points suivants :

• certains caractères des organismes ont été “conçu” par un être supérieur intelligent (”designer”).
• ces caractères sont tellement complexes qu’ils n’ont pu évoluer graduellement. Plus exactement, les ID parlent de “complexité irréductible”.
• certains traits, cependant, ont pu évoluer par sélection naturelle. Coyne remarque alors ironiquement qu’une fois que l’évolution d’un catactère est expliquée, ceux qui restent sont ceux qui ont été “designés”.
• on ne peut rien savoir des buts du “designer”.

Il y a de nombreuses critiques possibles de cette théorie faible. Coyne souligne que l’ID faible est avant tout un argument venant d’une incrédulité personnelle : si quelque chose semble inexpliqué, c’est qu’il est inexpliquable. Evidemment, c’est tout le contraire d’une démarche scientifique; bien plus, ce raisonnement pousserait à arrêter toute science.

Coyne a enfin cité un point amusant soulevé par Richard Dawkins : tout l’ID est basé sur l’idée que derrière la complexité se cache un créateur. Or il est difficilement contestable qu’un créateur doit être une créature bien plus complexe que ce qu’on peut imaginer. Donc l’ID devrait nécessairement pousser son raisonnement et admettre l’existence d’un créateur du créateur, puis d’un créateur du créateur du créateur, etc… Un panthéon infini en somme !

La forme “forte” y va franco :

• le designer est le dieu des chrétiens, voir par exemple ce que dit Dembski
  

  “The job of apologetics is to clear the ground, to clear obstacles that prevent people from coming to the knowledge of Christ. And if there’s anything that I think has blocked the growth of Christ [and] the free reign of the Spirit and people accepting the Scripture and Jesus Christ, it is the Darwinian naturalistic view…. It’s important that we understand the world. God has created it; Jesus is incarnate in the world.” – National Religious Broadcasters, 2000

• Dieu utilise les miracles pour agir sur le monde
• Les exemples d’imperfection dans le Monde sont des conséquences néfastes du péché originel
• Les grands groupes d’animaux sont apparus soudainement
• Il n’existe pas de transitions entre les différentes formes d’animaux
• la sélection naturelle ne peut rien faire de complexe.

Evidemment, il y a des preuves contre quasiment toutes les affirmations à caractère plus ou moins scientifiques des ID. Par exemple, les ID ont souvent utilisé comme exemple de complexité irréductible le flagelle des bactéries. Or on sait qu’il dérive en fait d’une pompe ionique, qui n’avait rien à voir avec la fonction de déplacement des bactéries mais qui a été “détournée” par l’évolution. Pour Coyne, l’ID est donc non testable sur ses affirmations positives (genre l’histoire du péché originel) et faux sur ses affirmations négatives…

Combattre l’ennemi
Comment alors combattre l’ennemi ? Coyne propose une synthèse en 5 points :

• enseigner et montrer les preuves de l’évolution, et pas seulement les aspects théoriques
• expliquer ce que signifie vraiment le mot “théorie” en science
• expliquer la différence entre explication naturelle et surnaturelle, et le peu de puissance explicative de cette dernière
• reconnaître que les scientifiques sont “l’establishment”, qu’ils sont les gens sérieux et ne pas accepter de débattre avec les ID publiquement qui ne sont pas leurs égaux
• se renseigner sur l’Intelligent Design et apprendre à le connaître pour ne pas se faire piéger

Coyne a terminé par un graphique montrant les corrélations dans différents pays entre croyance en Dieu et acceptation de la théorie de l’évolution. La corrélation est effectivement assez frappante : plus une société est sécularisée, plus elle accepte la théorie de l’évolution.

On peut discuter longuement sur le sens de cette corrélation. Coyne affirme qu’on peut accepter la religion et enseigner l’évolution, mais il pense que cela n’est pas très efficace. Il pense en fait qu’il n’y a qu’une seule stratégie efficace : combattre la religion elle-même. D’après lui, la religion est l’adversaire du rationalisme, car la foi sans preuve est par définition une démarche inverse et incompatible avec la science.

Je dois dire que pour ma part je n’ai pas du tout été convaincu par ses derniers arguments. Pour avoir un peu lu sur le débat, le problème me paraît éminemment complexe, et essayer de combattre la religion elle-même me paraît être le plus sûr moyen de braquer les gens, d’en faire des martyrs. Comme je l’avais expliqué à propos du créationniste devenu paléontologue, toute cette affaire est éminemment sociale; c’est assez difficile d’expliquer à des gens que leur mode de pensée est tout pourri et qu’il faut en changer (pensez par exemple aux débats politiques …). N’oublions pas non plus que si le créationnisme est si actif, c’est précisément car les créationnistes considèrent la science comme une atteinte à leur morale, sur le même plan que l’autorisation de l’avortement ou le mariage gay (comme j’avais essayé de l’expliquer dans mon premier billet sur le sujet il y a plus de deux ans). Affirmer qu’on va justement lutter contre la religion, c’est aller donc complètement dans leur sens et me paraît contre-productif …

[Fin de ma série de compte-rendus qui m'ont pris beaucoup de temps et ne s'adaptent pas très bien au format du blog je pense; la deuxième journée était à la fois plus technique et moins intéressante; en particulier j'ai été un peu déçu par le talk de Bruce Lahn sur les hybrides sapiens/Néandertal qui n'a rien raconté de plus que ce que j'écrivais dans ce billet un peu ancien ]

En effet, cela signifierait qu’on a en gros “tout compris” à ce qui se passe et qu’il n’y a rien de nouveau à découvrir. Bien sûr, il y aurait quelques Nobels à la clé, mais on ne pourrait s’empêcher de ressentir un petit sentiment d’amertume, de perte de temps, puisqu’il n’y aurait rien de nouveau sous le soleil. Or ce qui intéresse le scientifique, c’est de découvrir et d’expliquer des faits nouveaux : la simple confirmation des modèles en cours constituerait une vraie déception.

Il y aurait donc décalage entre d’un côté, le grand public qui voit ces expériences avant tout comme la “confirmation” de phénomènes prédits théoriquement, et les scientifiques qui espèrent sans le dire que la confirmation n’aura pas lieu ou ne sera que partielle et qu’il y aura une nouvelle physique à développer.

Rassurons toutefois les scientifiques : on peut penser que le génie de l’homme n’est pas infini et qu’on trouvera de nouveaux phénomènes. De fait, les physiciens des hautes énergies sont très excités d’avoir enfin de nouvelles manips à se mettre sous la dent …

[Peut-être que Pablo, physicien des particules repenti , peut nous en dire plus sur le sujet.]

Il y a très très longtemps, dans une contrée très lointaine, on avait pris l’habitude de classifier toutes les espèces vivantes en deux grandes catégories. A ma gauche, la catégorie des procaryotes. En gros, il s’agit des bactéries dont notre ami Benjamin est le spécialiste maison estampillé c@fé des sciences. Les bactéries sont volontiers qualifiées de “simples” : ce sont des organismes unicellulaires, dont l’ADN est plus ou moins libre dans la cellule et qui n’ont pas de noyau. Pourtant, ce sont les bactéries qui sont les véritables maîtresses du monde, avec leur 10 puissance 50 soldats, ayant conquis tous les écosystèmes, à la base de nombreuses fonctions biologiques y compris à l’intérieur de notre propre corps.
Autant dire que la vielle catégorie de droite, les eucaryotes, fait pâle figure en comparaison (en tous cas en termes d’effectif). Pourtant, le monde des eucaryotes contient tous les êtres vivants pluricellulaires, en particulier les plantes et les animaux. Quant à la cellule eucaryote, elle possède de nombreuses propriétés inconnues des bactéries :

• d’abord, les cellules eucaryotes ont un noyau cellulaire; l’ADN est composé de plusieurs chromosomes
• ensuite, les cellules eucaryotes ont un véritable squelette interne, le cytosquelette. Il s’agit de polymères biologiques qui structurent la cellule et lui assurent en particulier sa rigidité
• grâce à ce cytosquelette, les cellules eucaryotes sont capables de faire des trucs impossibles pour une bactérie : changer leur forme, se déplacer en lançant des espèces de tentacules, voire phagocyter d’autres cellules
• enfin autre propriété importante des eucaryotes : leur intérieur est beaucoup plus organisé que celui des bactéries, avec des compartiments spécialisés. Par exemple, de nombreux eucaryotes ont de petites centrales, les mitochondries, chargées de fournir de l’énergie aux cellules.

Les liens de parenté entre eucaryotes et procaryotes ne sont pas évidents. Malgré leurs différences, on était à peu près sûr qu’ils dérivent d’un ancêtre commun car les points communs sont trop importants pour être dûs au hasard : le code génétique est partagé, la méthode de production des protéines est la même (transcription de l’ADN en ARN, traduction de l’ARN en protéine par les ribosomes) …
Les premières études bioinformatiques dans les annés 70 ont essayé de classifier leur positions respectives sur l’arbre de la vie. Et là, big surprise : en comparant les séquences d’ARN des ribosomes des différents organismes, on a vu apparaître un troisième groupe. Plus exactement, les procaryotes se sont retrouvés divisés en deux sous-groupes distincts de bactéries : les eubactéries et les archées (voir arbre ci-contre). La séparation remonterait à plusieurs milliards d’années ! Les bactéries sont donc beaucoup plus diverses qu’on ne le croit : entre deux bactéries, il peut y avoir autant de différences qu’entre une bactérie et l’homme…

L’histoire est loin d’être terminée, et le symposium a été un compte-rendu passionnant des rebondissements les plus récents. Thomas Cavalier-Smith est revenu sur cette classification en arbres distincts avec un message très clair : tout cet arbre n’est, en gros, qu’un vaste bulllshit. Il ne croit pas aux classifications généalogiques (on dit phylogénétiques) faites à base d’ARN ribosomal. Car les nouvelles données sur les comparaisons des génomes entiers bouleversent complètement la donne. D’abord, il y a énormément de transferts horizontaux entre bactéries. Kesaco ? Et bien les bactéries n’ont pas de sexe, mais elles sont néanmoins capables de s’échanger des bouts de gènes, même entre espèces éloignées. Lorsqu’on analyse les génomes de souches de bactéries différentes, on s’aperçoit que les bactéries modernes sont en fait de véritables patchworks de gènes, des mélanges complètement brassés. L’image “d’arbre de la vie” ne tient pas pour les bactéries (et a fortiori pour les ancêtres de tous les êtres vivants) : au contraire des animaux, les enfants n’ont pas nécessairement les mêmes gènes que leur mère, vu qu’ils peuvent échanger leurs gènes avec leurs cousins éloignés d’un milliard d’années. L’arbre de la vie ressemble donc beaucoup plus à un “filet” comme on peut le voir sur la figure ci-contre (tirée de wikipedia ).

La situation est encore plus étonnante lorsque l’on compare les eucaryotes aux procaryotes. Car les études génétiques complètes dévoilent que nous sommes de véritables monstres de la nature : environ 70% de nos gènes viennent des eubactéries, alors qu’environ 30% de nos gènes (et en particulier tous les gènes de la transcription, autrement dit les “têtes de lecture” sur l’ADN) viennent des archées. Or rappelons-le, les archées et les eubactéries se sont séparées il y a au bas mot 3 milliards d’années. Une seule explication est possible : les eucaryotes sont des hybrides entre archées et eubactéries. Une sorte de mariage fécond entre la carpe et le lapin, à la puissance 10 au niveau des distances génétiques !

Comment une telle horreur a pu arriver ? Comment deux royaumes animaux ont pu ainsi fusionner pour en engendrer un troisième ? C’était tout l’objet de la conférence d’Eugene Koonin, qui est revenu sur les hypothèses possibles et a une petite idée en tête. Rappelons-le, les eucaryotes contiennent des organites comme les mitochondries. Or il se trouve que les analyses génétiques ont montré que les mitochondries sont en fait … des bactéries vivant dans les cellules de manière symbiotique. D’où l’idée suivante : les ancêtes des eucaryotes ont phagocyté à un moment dans l’évolution des bactéries, pour donner naissance à de nouvelles espèces.

Koonin propose alors une hypothèse assez audacieuse, qui a le mérite d’expliquer comment le noyau cellulaire est apparu. Pour Koonin, l’événement fondateur a été la phagocytose d’eubactéries (future mitochondrie) par une archée. Cette phagocytose a eu un effet ravageur sur la cellule gourmande: en effet, Koonin pense que les gènes des mitochondries ont littéralement “attaqué” l’ADN des cellules hôtes (en produisant des introns). Ces attaques ont été relativement destructrices et ont cassé/réorganisé plusieurs gènes. L’évolution s’est alors mise en route. L’une des façons de se défendre contre ces attaques a été d’évoluer une membrane interne, protégeant l’ADN de la cellule hôte des attaques des gènes des mitochondries. Cette membrane interne, c’est bien sûr le noyau. Koonin a présenté des analyses bioinformatiques à l’appui de ce scénario. En particulier, il a montré que l’ancêtre commun des eucaryotes était très enrichi en introns d’origine bactérienne, ce qui est une prédiction de son scénario. Un modèle très élégant d’évolution (publié dans William Martin and Eugene V. Koonin, Nature 440, 41-45(2 March 2006)) , reposant sur une phagocytose qui a dégénéré en guerre de tranchées entre espèces (”you are what you eat“) aboutissant à l’émergence d’un nouveau règne animal !

La conclusion de cette session est revenue W. Ford Dolittle. Comme vous avez pu le constater si vous avez lu ce long billet bactérien jusque ici, le premier milliard d’années de l’histoire de la vie a vraisemblablement été très mouvementé, avec des transferts de gènes horizontaux, des phagocytoses, des royaumes entiers émergeant de la fusion de deux royaumes plus anciens … Cette histoire continue aujourd’hui : il y a toujours des transferts de gènes horizontaux entre plantes, et dans l’histoire de la vie, des eucaryotes ont phagocyté plus récemmment
d’autres bactéries ou eucaryotes, formant de nouvelles espèces hybrides. Il nous faut donc abandonner un ces concepts majeurs de l’évolution darwinienne : l’arbre de la vie. S’il a été très utile pour structurer la pensée et faire avancer la théorie, s’il est relativement valable pour les animaux, il n’en est rien pour les formes de vie plus primitive qui n’ont cessé d’échanger des gènes. L’une des conséquences est aussi qu’il faut abandonner le concept d’espèce : les choses ne sont pas si tranchées, et il peut être dangereux voire contre-productif de rester attacher à des cadres de pensée trop stricts. De plus, Doolittle a parfaitement expliqué comment ces débats scientifiques peuvent être vus comme des failles dans la théorie de l’évolution alors qu’il ne sont que des failles dans nos préconceptions, ce qui est dangereux dans la lutte contre le créationnisme. Mais nous verrons cela dans le prochain épisode de ces compte-rendus !

1858-2008 : le premier article de Wallace et Darwin sur la théorie de l’évolution est sorti il y a 150 ans (le livre “l’origine des espèces” sera publié quant à lui en 1859). L’occasion de faire le point sur la vitalité de cette théorie, plus que jamais d’actualité : Nurse ne peut s’empêcher de rappeler la fameuse phrase de Dobzhansky, lui-même chercheur autrefois au Rockefeller :

Rien n’a de sens en biologie, si ce n’est à la lumière de l’évolution.

Et Nurse d’insister sur la nécessité des biologistes de se tenir au courant des dernières évolutions sur la théorie à la lumière de cette idée, voire de contribuer eux-mêmes davantage aux développements de la théorie.

La première session était consacrée à la vie primitive.

The RNA World

Le premier orateur de la session est Gerald Joyce. Joyce est un spécialiste de ce qu’on appelle le “RNA world”, le monde de l’ARN.
Petit rappel de biologie : la majorité des fonctions biologiques aujourd’hui sont effectuées par des protéines. Ces protéines sont issues de la traduction d’ARN, eux-même issus de la transcription des gènes contenus dans notre ADN. Mais les formes de vie primitive étaient sans aucun doute très différentes : en particulier, ni l’ADN, ni les protéines n’existaient. A cet époque, l’ARN jouait probablement tous les rôles. En effet, l’ARN est un polymère étonnant qui peut avoir à la fois les propriétés des protéines et de l’ADN. Comme les protéines, les ARN peuvent se replier et acquérir des fonctions catalytiques. Comme l’ADN, l’ARN peut être dupliqué et transmettre une information génétique. Il y a donc fort à parier que le premier être vivant avait une chimie à base d’ARN (voir plus bas un exemple d’un tel ARN fonctionnel fabriqué par Joyce).

Le RNA world a-t-il vraiment existé ? Rien n’est sûr, mais Joyce souligne bien que les ribosomes, les machines cellulaires de base pour produire des protéines, sont quasiment entièrement faits d’ARN, ce qui est une bonne indication sur leur origine.

Le problème majeur du “RNA world” est de découvrir si un simple brin d’ARN peut se dupliquer seul sans aide extérieur. Un tel brin d’ARN serait en effet serait capable de se reproduire advitam aeternam et constituerait donc un candidat idéal au titre de premier être vivant, comme le disait Crick :

” Possibly the first enzyme was an RNA molecule with RNA replicase properties”

Le but de Joyce est donc de fabriquer des molécules d’ARN pouvant catalyser la réplication d’ARN. Il utilise pour cela une approche type biologie synthétique, en utilisant comme outil … l’évolution darwinienne elle-même. Joyce essaie de fabriquer des enzymes faites d’ARN en les faisant évoluer dans le laboratoire à partir de brins d’ARN aléatoires. Cela ne marche pas trop mal : Joyce a ainsi réussi à fabriquer une enzyme en ARN capable de polymériser environ 1/10 de sa propre longueur. Il développe également des machines permettant de faire ce travail d’évolution sans intervention humaine (Darwinian evolution on a chip, Praegel & Joyce, 2008, Plos Biology, voir cet article du New Scientist).

Le gros avantage de cette approche est qu’on peut potentiellement étudier de façon très contrôlée l’évolution de ces ARN; on pourra voir par exemple si partant des mêmes conditions initiales, le système évolue de la même façon, réalisant l’expérience de pensée de S.J. Gould de “rembobinage” de la vie…

La dernière partie de la présentation semble plus anecdotique mais est à mon sens presque plus impressionnante. Joyce utilise toujours des enzymes biologiques pour faire sa sélection darwinienne. Mais Joyce a aussi conçu un système un peu complexe à base d’ARN pouvant se reproduire lui-même tout seul. L’idée est simple : supposons qu’il y ait quatre brins d’ARN, A,B,C et D. Les brins A et B, ensemble, servent de “modèle” pour une enzyme E, les brins C et D, ensemble, pour une enzyme E’. Le truc est que E catalyse la formation de E’ à partir de C et D, et E’ la formation de E à partir de A et B. Les deux systèmes s’autoactivent alors; si on commence avec un petit peu de E et E’ avec les 4 brins A,B,C,D, le système s’auto-entretient, sans intervention extérieure (en particulier sans cycle de température contrairement à la PCR). Joyce a montré expérimentalement qu’avec ce système on peut amplifier 10^20 fois l’enzyme E ! Un système capable de se reproduire tout seul à l’infini, n’est-ce pas la définition d’un être vivant ?

Site web : http://www.joycelab.com
Source de l’image : Darwinian evolution on a chip, Paegel & Joyce, Plos Biology,2008

Vésicules, polymérisation de nucléotides et première cellule

Le deuxième orateur du jour était Jack Szostak. Un ton calme, un faux air d’Axel Kahn … et un sacré scientifique. Szostak essaie de comprendre comment la physique a pu contraindre l’évolution des premièrs êtres vivants. Le moins qu’on puisse dire, c’est que les résultats sont impressionnants !

Szostak part de la constatation suivante : si on croit au RNA world, il y a un léger problème. En effet, le premier ARN répliquant d’autres ARN n’avait aucune raison de se répliquer lui plutôt que les autres ARN présents. A moins qu’il ne soit séparé des autres ARN par une membrane. Szostak pense donc que des membranes (type membrane cellulaire) devaient exister dans la soupe primitive pour pouvoir abriter des ARN primitifs. Il étudie donc les interactions possibles entre proto-membranes cellulaires et acides nucléiques.

Comme modèle de membranes cellulaires, Szostak a fabriqué des vesicules à base d’acide gras. Ces vesicules ont la propriété d’être extrêmement stable en solution. Puis il essaie de réfléchir à la façon dont la première molécule d’ARN a pu se former. Il se trouve que c’est en fait beaucoup plus facile qu’on ne le croit : par exemple, il a été montré expérimentalement que des nucléotides peuvent spontanément s’assembler et former de l’ARN dans de simples cristaux de glace ! Mieux, certaines argiles (”montmorillonite”) peuvent avoir le même effet et polymériser spontanément de l’ARN à leur surface (voir cet article). La nature fait alors très bien les choses car l’argile en présence d’acide gras, c’est la même chose que de la poussière et du savon : le savon s’assemble autour de la poussière et forme des vésicules. Comme ces vésicules peuvent naturellement polymériser de l’ARN, roulez-jeunesse, nous avons notre première cellule !

Szostak examine ensuite plusieurs propriété physico-chimiques de ces vésicules. Point numéro 1 : il montre qu’un procédé physique appelé séparation de Clusius-Dickel, combinant convection et gradient de température (par exemple dans un océan primitif) permet naturellement de concentrer les acides gras et de catalyser la formation de ces vésicules. Point numéro 2 : il montre que si on ajoute des acides gras en solution et qu’on agite le tout, les vésicules peuvent se diviser spontanément. Voici notre première division cellulaire dans l’océan primitif ! Il montre également que certains nucléotides modifiés peuvent spontanément polymériser très vite en complément d’un brin d’ARN existant : dans ce cas, une enzyme spécifique telle que Joyce essaie de la fabriquer (voir plus haut) est inutile et on peut reproduire assez rapidement une information génétique. Point numéro 3 : une telle membrane d’acide gras a une perméabilité sélective. Il se trouve en particulier que ces membranes d’acide gras laissent passer préférentiellement un sucre. Devinez lequel : le ribose bien sûr, à la base de l’ARN (Acide Ribo Nucléique) ! Le choix dans l’évolution du ribose comme sucre de base ne serait dont qu’une conséquence de la propriété physique de micelles d’acides gras. Point 4 : Szostak combine les deux parties du point 2 et montre qu’un acide nucléique à l’intérieur d’une membrane peut se “reproduire” si on met des nucléotides dans la solution. Si on combine cela au point 1, on a une première division cellulaire primitive …

Conclusion : une présentation extraordinaire qui montre des scénarios plausibles et vérifiés dans le labo de formation de cellules hyper primitives “à partir de rien”, pouvant ensuite être soumises à l’évolution.

A voir : le site se Szostak pour plein de références et des animations de tous ces processus.

La dernière présentation de cette session eut lieu dans l’après-midi et fut l’oeuvre de Philip Sharp, qui est revenu sur l’apparition des régulations par l’ARN (comme pour les micro ARN). LA conférence était un peu plus technique, en résumé Sharp pense que ces premières régulations sont apparues à l’époque du RNA world et présente un scénario d’évolution de la vie à partir du RNA world en fonction de cette hypothèse.

La vie sur la terre primitive

La deuxième partie de cette première session était plus axée sur l’interaction entre biosphère et géologie. Roger Buick a une obsession : trouver les premières traces de la vie, afin de dater avec précision les événements majeurs sur l’arbre de la vie. Problème : comme il le dit de façon imagée, les roches de trois milliards d’années sont comme des personnes de 120 ans, elles sont rares et en général en mauvais état. En fait, il existe 4 types de traces de vie identifiables :
- d’abord les cadavres fossilisés (microfossiles)
- ensuite les stromatolites, qui sont aux bactéries ce que les ruines sont aux hommes, c’est-à-dire des traces directes de leur activité
- puis des biomarqueurs, des molécules ayant été fabriquées par les êtres vivants. L’exemple le plus connu est … le pétrole ! Autre example moins évident : le cholestérol. Selon Buick, si on vous enterre pendant 2 milliards d’années, on pourra sans problème retrouver votre taux de cholestérol en analysant vos “traces” d’ici là …
- enfin des traces isotopiques. “Life is lazy” : la vie utilise préférentiellement dans les réactions chimiques certains isotopes (par exemple car l’énergie pour casser ou fabriquer des liaisons chimiques est légèrement différente). Des déviations par rapport aux concentrations isotopiques “naturelles” sont des traces de vie.

Pour chacune de ces 4 traces, Buick a montré plusieurs exemples. Il était à la recherche de preuves non ambigues de vie pour chaque type de traces. En résumé :
- le plus vieux cadavre fossilisé non ambigu remonte à 2.6 milliards d’années. Il s’agit de cellules se divisant à l’intérieur de stromatolites. Le plus vieux microfossile ambigu remonte à 3.45 milliards d’années : il s’agit de structures cellulaires carbonnées, mais difficilement étudiables car cuites à 350 C dans la roche pendant tout ce temps.
- les plus vieux stromatolites non ambigus remontent à 2.7 milliards d’années, et contiennent des traces de filaments microbiens bien identifiables. Les plus vieux stromatolites ambigus remontent à 3.47 milliards d’années.
- le plus vieux biomarqueur non ambigu remonte à 2.45 milliards d’années. Il s’agit d’une nano goutte - nano barril- de pétrole dans un grain de quartz (voir photo ci-contre, tirée de Adriana Dutkiewicz et al., Nature 395,(1998)) ! L’analyse de cette goutte de pétrole montre en particulier que des cyanobactéries et des eucaryotes vivaient déjà à cette époque. Le plus vieux biomarqueur ambigu remonte quant à lui à 2.7 milliards d’années, et est également une goutte de pétrole. Il y a des possibilités de contamination, mais dans cette goutte on retrouve des marqueurs pour les trois grands domaines de la vie : bactéries, archaebactéries et eucaryotes.
- enfin, le plus vieux marqueur isotopique non ambigu a été découvert récemment par Buick et remonte à 3.52 milliards d’années. Buick a trouvé des traces de matières contenant plusieurs déviations isotopiques concordantes indiquant la présence de vie. La plus vielle trace non ambigue remonte à 3.8 milliards d’années, et consiste en des tubes de graphite dans des cristaux bourrés de carbone 13. Néanmoins, Buick suspecte une erreur de datation sur ces cristaux …

Enfin, Andrew Knoll dans la dernière conférence de cette matinée abordait l’évolution de l’océan dans les premiers âges de la vie. En gros, les océans étaient d’abord anoxiques (sans oxygène dissous), puis se sont remplis de souffre en profondeur et d’oxygène en surface, avant d’être majoritairement oxygénés. Lorsque les océans se sont oxygénés, il y a environ 580 millions d’années, la vie a explosé sous l’impulsion de ce changement d’environnement (la fameuse explosion cambrienne). La conclusion majeure de Knoll, c’est que les grands changements de l’environnement se traduisent immédiatement par des grands changements dans la biosphère; Knoll a terminé son talk par un graphique représentant l’évolution du pH des océans et de la concentration de CO2 ces derniers milliers d’années, qui ont respectivement plongé et explosé comme jamais en cent ans !

Prochain compte-rendu, dès que j’ai le temps : l’arbre de la vie reloaded - nous sommes tous des hybrides de bactéries !

Wikipedia comporte beaucoup de faiblesses très spécifiques. Certaines sont bien connues : wikipedia n’est pas vraiment idéale pour les sujets un peu sensibles. J’ai par exemple déjà dit ailleurs tout le mal que je pensais de certaines pages, comme par exemple ce passage remarquablement mauvaise langue sur Axel Kahn :

Présenté parfois par les médias comme le « généticien français le plus renommé en Europe », Axel Kahn ne figure cependant pas dans la liste des 137 scientifiques français les plus cités, rigoureusement établie par l’Institute for Scientific Information. Cette liste comporte une bonne dizaine de généticiens français, parmi lesquels Pierre Chambon, Daniel Cohen, Jean-Louis Mandel, Marie-Geneviève Mattéï et Jean Weissenbach.

contrebalancé depuis ma dernière visite par cette incise qui fait très “cadavre exquis” :

Il a néanmoins publié plus de 500 articles dans des revues internationales.

L’objectivité version “1 partout” balle au centre en somme.

Beaucoup plus gênant à mon goût : les “trous” récurrents dans wikipedia. La version francophone de Wikipedia est très complète pour la star academy, mais reste un peu pauvre sur les sujets plus pointus (au hasard les cellules souches). C’est d’autant plus flagrant lorsque l’on compare les versions francophones et anglophones. Et de fait, j’utilise quasiment exclusivement la version anglophone de wikipedia à titre personnel.

Lorsque j’ai rédigé mon billet sur le procès du singe, j’ai bien évidemment cherché quelques renseignements complémentaires sur wikipedia. Le billet français était très court; sans surprise les billets en Anglais étaient bien plus complets. Je me suis basé sur ces articles ainsi que sur une émission de “2000 ans d’histoire” et c’est cette compilation qui s’est retrouvée dans mon billet, et donc par la suite largement reprise par l’article sur wikipedia.

Sentiment mitigé. D’abord, j’étais assez content de cette reprise, c’est toujours sympa d’être cité. Mais j’ai aussi ressenti comme une petite gêne. Pour une raison simple : je ne suis absolument pas spécialiste du sujet, et cela fait un peu drôle d’être cité par une “encyclopédie”. Mon billet est devenu une source d’information fiable pour wikipedia. Et les vraies sources ont disparu depuis belle lurette dans ce processus de digestion de l’information. Pour être clair, j’ai un peu l’impression d’être un “usurpateur” scientifique, crédité pour une simple reprise d’informations compilées et analysées par d’autres.

C’est en fait la conséquence directe des “trous” de wikipedia : ces trous sont probablement dus au plus faible nombre de contributeurs compétents dès que le sujet devient un peu pointu, et donc un blog peut devenir une source. Un scientifique spécialiste du sujet aurait pu s’attaquer à la page wikipedia du procès du singe et en faire une vraie référence par elle-même. Or, manifestement aucun “professionnel” n’est disponible pour faire ce travail, et l’auteur de la note wikipedia a compilé et fait un travail de synthèse à partir de plusieurs “billets” sur le sujet.

La question qui se pose alors est de savoir pourquoi l’énergie déployée sur les blogs scientifiques ne se traduit pas concrètement plus souvent sur les pages wikipedia. Lorsque je blogue sur un sujet dont je suis spécialiste, pourquoi n’irais-je pas aussi recycler mon texte sur une page wikipedia adequate ? Plusieurs raisons à mon avis. Primo, l’avantage du blog est qu’il y a un vrai contact avec les lecteurs, ce que wikipedia ne permet pas. Secundo, et je pense que c’est le point le plus important, un blog est un travail signé, au contraire d’une notice wikipedia qui reste anonyme. Et la signature et la citation sont les premières (et parfois seules) gratifications du scientifique. Tertio, le scientifique est en général perfectionniste et aime bien contrôler les choses, ce qui est tout à fait incompatible avec le travail de rédaction collective (surtout amendé par des anonymes plus profanes). Le côté “cadavre exquis” est fort peu ragoûtant lorsque l’on parle de science.

Pour le scientifique intéressé par la communication sur internet, bloguer est donc beaucoup plus gratifiant que de participer à la rédaction d’une notice wikipedia. En somme, le blog a tous les avantages par rapport à wikipedia, la cerise sur le gâteau étant lorsque votre blog est cité par celle-ci : le scientifique blogueur ayant alors le beurre (la satisfaction d’avoir participé à l’encyclopédie en ligne) et l’argent du beurre (sa citation). La conséquence est que les “trous” dans les notices wikipedia sur les sujets pointus ne sont pas prêts de se résorber : le blog se prête beaucoup mieux à ce travail de vulgarisation, et constitue donc un concurrent direct à wikipedia. Je suis du coup prêt à parier que certains projets comme knol, dont la spécificité est justement de proposer des articles signés, rencontreront beaucoup plus de succès sur les sciences en tous cas. En attendant peut-être aussi une plate-forme de blogs scientifiques indexant les articles de façon thématique …

R&B diva Mariah Carey has somewhat surprisingly titled her latest album E=MC2, not as a homage to the main man Einstein, but because it’s allegedly short for “Emancipation equals Mariah Carey times two”. Somebody please teach her some maths before she releases more music.

Effectivement, on note la confusion entre “puissance” et “multiplication”

(merci Nicole)