L'évolution des systèmes vivants

L'arbre phylogénique (VI)

Il reste une question en suspens. Si nous acceptons la théorie de l'évolution, comment dans ce cas peut-on imaginer à l'instar des créationnistes que nous appartenons au même arbre de vie que le cierge du Mexique ou l'amibe ? Existe-t-il une "chaîne du vivant" comme l'on proclamé longtemps les savants d'avant Darwin ? Non, non et non. Une nouvelle fois, tout tient dans la précision du langage - bien que dans l'esprit des créationnistes leurs intentions soient guidées par une doctrine.

Si nous sommes tous d'accord sur le fait qu'il y ait des variations d'une génération à l'autre et ainsi de suite durant des millions d'années, j'ai tout de même du mal à croire que je descends d'un cactus ou d'une amide ! Ce qui est exact en revanche c'est le fait que tous les êtres vivants ont un code génétique, l'ADN qui prouve que nous descendons vraisemblablement tous d'un ancêtre commun.

Ainsi que le remarque C.de Duve[22] : "L'étude phylogénique se fonde sur l'hypothèse - aujourd'hui amplement vérifiée dans de nombreux cas - que les similitudes de séquences entre des gènes homologues de différents organismes sont le reflet d'une origine commune".

Il existe un gène très connu, celui de l'histone H4 qui peut nous servir d'exemple. L'histone H4 est un peptide composé de 306 acides aminés dont la tâche est de compactifier les brins d'ADN dans le noyau des cellules. Tous les loci de cette chaîne moléculaire ont un rôle spécifique. On retrouve l'histone H4 dans le poids de senteur et le thymus du veau, comme d'ailleurs chez tous les êtres vivants[23]. Celui du poids de senteur ne diffère de celui de l'être humain que par la substitution de deux acides aminés. L'ancêtre commun de ces deux groupes est un protiste qui a existé avant la bifurcation végétal/animal, il y a environ 1.5 milliards d'années. Il est étonnant et cela relève même du prodige que le "texte" de l'histone H4 ait été copié sans la moindre faute à chaque génération depuis cette lointaine époque. Cela représente quelques dizaines de milliards de copies parfaites dans un environnement parfois hostile, en tous cas soumis aux lois de la sélection naturelle pour finalement aboutir à moins de 1% d'erreur ! Essayer de vous imaginer la précision et la "résistance" au milieu que cela entraîne. Mais tous les gènes ne sont pas à l'image de l'histone H4, certains mutent facilement d'une espèce à l'autre, d'autres se fourvoient dans des hybridations sans lendemain.

L'arbre phylogénique

Evolution cellulaire selon Carl Woese. Les eubactéries, les archaebactéries et les eucaryotes descendent d'un ancêtre commun, le progénote. les mitochondries que l'on retrouve aujourd'hui dans les cellules eucaryotes seraient issues des bactéries synthétiques pourpres tandis que les chloroplastes descendraient des cyanobactéries (algues bleues). Noter sur la branche de droite, la petite ramille émergeante du rêgne des animaux, de laquelle nous sommes issus. Perdu dans l’arbre de l’évolution, cette ramille n’a vraiment pas de quoi nous enorgueillir...

Nous pouvons donc être rassuré sur la fidélité[24] de certains gènes et dessiner notre arbre "paléogénétique" ou "phylogénique". On découvre que nous sommes tous issus d'un tronc commun, du même arbre phylogénique que les végétaux, les bactéries et les insectes. Les réactions métaboliques de tous les systèmes vivants terrestres reposent sur les propriétés d'une vingtaine d'acides aminés, dont les premiers dignes représentants vivants furent probablement des systèmes anaérobies sans noyau mais disposant d'une membrane externe, les progénotes, longtemps avant les organismes photosynthétiques.

L'arbre archaebactérien

Arbre eucaryote

Arbre éocyte

Deux façons de considérer l’origine phylogénique des cellules eucaryotes. Dans l’arbre eucaryote, ces derniers partagent un ancêtre commun avec 3 groupes récents de bactéries : les bactéries halophiles, les méthanogènes et les éocytes. Dans l’arbre éocyte, les eucaryotes ne partagent qu’un seul ancêtre commun, les éocytes. Document adapté de Science.

Sur ce schéma, que l'on doit principalement à Carl Woese chaque espèce est issue d'une lignée ancestrale profondément modifiée par le hasard. En comparant l’ARN ribosomial entre les espèces, Woese considère que les organismes unicellulaires ne sont pas divisés en plus de 3 catégories. Les éléments communs de ces groupes peuvent cependant s’être développés en parallèle. Une analyse systématique fondée sur la chronologie permettra sans doute de préciser cette réponse. Mais d’ores et déjà, nous pouvons dire qu’il n'existe pas de "chaîne du vivant", ni au stade embryonnaire, ni dans un quelconque "chaînon manquant".

Du hasard à la raison Suprême

Comme bon nombre de personnes, lorsqu'on parle de hasard nous détournons la tête car l'hypothèse ne semble pas pouvoir soutenir l'observation du milieu; tout semble contrôlé avec une minutie d'horloger dans le sens du progrès. Mais ce refus est posé par ignorance. Cette importante nuance a conduit les chercheurs néodarwiniens à faire de nouvelles expériences, mais cette fois au niveau du génome de la cellule ou en manipulant des bactéries. Les conclusions bien qu'un peu moins doctrinales semblent prouver une chose : statistiquement, des facteurs neutres, régressifs ou dominants ont les mêmes chances d'apparaître mais le milieu influence l'avenir du système.

D'un point de vue thermodynamique, l'évolution biologique se complexifie suite à des contraintes croissante, progressant par saut de manière imprévisible. Etant donné la complexité de la matière, sa compréhension totale paraît impossible. D'autant plus si l'on accepte l'hypothèse des équilibres ponctués pour lesquels le hasard (cumulatif) est capable de créer de nouvelles espèces en quelques dizaines de milliers d'années.

Pour certains biologistes il est tout à fait impossible que cette seule théorie puisse expliquer l'apparition des mammifères après l'extinction des grands sauriens. Une algue bleue, ou plutôt certaines séquences de son code génétique, ne peuvent pas se transformer en si peu de temps en un petit équidé galopant. Nous devons nous tourner vers les physiciens et les physico-chimistes pour rendre cohérent les observations contradictoires. D'autres, tel le mathématicien Hermann Weyl ou le paléontologiste Roberto Fondi[25] vont plus loin encore et invoquent des facteurs métaphysiques pour expliquer cette évolution. Mais cette recherche n'est plus le but de la physique mais celui de la philosophie.

Intrinsèquement, la théorie de Darwin, même alliée aux lois de Mendel est imprécise. Si on découvre une vie extraterrestre, qu'elle soit multiple ou unique, la théorie de Darwin expliquera le fait en disant simplement que l'espèce s'est suffisamment bien adaptée pour survivre, mais cette théorie ne pourra jamais prédire comment cette espèce évoluera. Ne pouvant pas expliquer ce phénomène - quelles que soient les conditions - le néodarwinisme apparaît comme une théorie "faute de mieux", ne pouvant prédire que "l'apparition d'une variété si les conditions le permettent". 

Comme le disait Karl Popper[26], "dire qu'une espèce est adaptée à son environnement est presque une tautologie". Et de poursuivre, la question fondamentale est de savoir "comment mesurer la réussite effective d'un effort pour survivre ? La possibilité de tester une théorie aussi faible que celle-ci est presque nulle".

L'art du mimétisme chez le phasme.

De fait, seule une théorie statistique permet de reconstituer les liens de causalités des processus. En nous tournant vers la théorie des grands nombres, des phénomènes de masse, la théorie de Darwin a une valeur universelle car elle prédit la variation des espèces et la faible quantité de grandes mutations accidentelles. Elle explique également parfaitement la lente évolution des organismes. A contrario il lui est pratiquement impossible de prédire l'évolution d'un changement particulier car une nouvelle fois le hasard travaille à son propre compte. Reste à savoir quand la vie émergea, qu'est-ce qui différencie une structure physique, un robot par exemple, d'un organisme qui se développe par sélection naturelle ? Si un biologiste répond qu'un organisme vivant résout des problèmes, le cybernéticien réfutera son argument en invoquant les robots adaptés aux environnement hostiles[27].

Reste donc le problème de la reproduction et de la variation de l'espèce, propre aux organismes vivants. Cette force vitale - inhérente à la vie - et qui dépend d'une sélection "à la Darwin" marquerait donc ses préférences pour les organismes disposés à évoluer, capable à terme d'avoir une conscience. C'est le "principe intérieur de perfectionnement" ou "orthogenèse" invoqué par le botaniste suisse Karl von Nägeli en 1884.

Oeil de mouche. Document Université de Oulu.

Vers 1870, le célèbre théoricien de l'orthogenèse Theodor Eimer concédait déjà que la variation de la couleur des yeux chez les insectes n'avaient rien de nature adaptive. D'un autre côté, l'évolution avait conduit à l'extinction de nombreuses espèces. 

Pour Darwin l'évolution de la couleur des yeux pouvait s'expliquer par le mimétisme. Or le darwinisme ne tenait pas compte de l'attitude comportementale des individus qui, le cas échéant, pouvaient exercer une pression suffisante sur leur niche écologique pour agir sur leurs descendants. Cet effet se réalise de manière objective, c'est-à-dire sans nécessairement que les organismes en soient conscients. L'orthogenèse exclut tout recours au hasard et tend à exclure l'idée de progrès de la nature. Elle se rapproche donc des idées vitalistes - et fausses - de Henri Bergson[28] et s'oriente vers le spiritualisme.

C'est dans ce sens que la théorie de Darwin est un programme de recherche, une idée métaphysique qui n'est corroborée que par l'existence des niches écologiques.

Aujourd'hui, le courant néodarwinien passe inévitablement par la génétique moderne. Mais l'histoire ne s'arrête pas là. Grâce aux travaux de IIya Prigogine[29], les biologistes contemporains considèrent les êtres vivants comme des "structures dissipatives" et leur appliquent les lois de la thermodynamique. Cette vision néodarwinienne semble promue à un bel avenir. Elle s'écarte du schème réductionniste traditionnel pour s'orienter vers un concept holistique et dynamique : la coévolution.

Ce n’est pas pour autant que cette évolution allant du simple au complexe signifie que les organismes dits “inférieures” sont moins adaptés à leur environnement que les organismes dits “supérieurs”. Qui oserait le prouver ? Voyez les bactéries. Leur ADN ne contient même plus de séquences inutiles et elles ont conquis tous les milieux. Pouvons-nous en faire autant ? Du reste rien ni personne ne peut expliquer pourquoi dame Nature n’en n’est pas resté aux bactéries et s’est mise à “bricoler” comme le dit François Jacob des organismes plus complexes.

Sur une base rationnelle on peut invoquer “le mur de gauche” comme le dit S.Gould, une tendance statistique qui force les espèces les plus simples à se diversifier ou “l’effet du caniveau”, qui conduit toujours un être acculé contre un mur à se diriger vers le caniveau, indépendamment des tendances.

S’il est possible de quantifier une mutation, ce qui est bénéfique pour un organisme ne l’est pas nécessairement pour un autre. Mais il est impossible d’évaluer cet avantage pour une adaptation environnementale. Puisque le seul hasard n’est pas le moteur de l’évolution et puisque la théorie de l’évolution est presqu’une tautologie, il ne reste donc pour certain que la raison Suprème et irrationnelle, la recherche du “point Oméga” cher au père Teilhard de Chardin.

Une idée de l'évolution

Et si dame Nature était aveugle...? En 1985, l'évêque de Birmingham[30] écrivit un livre en faveur d'une théorie doctrinale de l'évolution. Il considérait que la sélection naturelle était dépourvue de signification, qu'elle n'était pas en mesure d'appréhender la complexité de l'évolution.

Après ces explications, nous pouvons lui répondre que la sélection naturelle a bel et bien un sens. A la question de savoir pourquoi dans un milieu isolé, où les prédateurs sont rares, l'ours polaire est-il blanc ?, il n'y a qu'une seule réponse. Ce n'est pas par hasard ou par la volonté divine que le pelage de l'ours Arctique est blanc, mais essayer donc de chasser un phoque sur la neige avec un pelage sombre !

Depuis Darwin, biologistes et zoologistes considèrent à juste titre que les changements que l'on a observé dans l'évolution des espèces sont dus à la sélection naturelle. Même si on ne peut intuitivement nous imaginer ces lentes mutations successives, il faut bien accepté ce fait.

Nous pouvons mieux saisir ce mécanisme si nous retraçons l'évolution de l'homme, de Lucy à l'homme de Néanderthal. En l'espace de 3.5 millions d'années, des changements infimes dans le développement biologique des pré-hominidés ont conduit à l'Homo sapiens. Ces centaines et ces milliers de siècles nous rendent incrédules car nous avons du mal à nous imaginer des durées plus longues que la vie humaine. Pourtant, aux yeux d'un paléontologue, cette durée est infime en regard de ce qu'il peut appréhender.

Une idée de l'évolution

Document http://www.signaturecommunities.com/

A travers ces deux très belles images j'aimerais vous donner une idée intuitive des changements qui se sont déroulés au cours de l'évolution de la nature. Chaque pas que vous imprimez dans le sable vous fait remonter de 3 millions d'années. Vous parcourez ainsi 2280 m jusqu'à l'époque des stromatolites et 3 km jusqu'à la formation de la Terre. En vous retournant vous constaterez combien vos empreintes successives ont façonné la terre, berceau de l'évolution. Il y a peu d'accidents de parcours. La marée cependant, modifie ponctuellement vos empreintes. Comme le dit son propriétaire "Nous façonnons l'avenir sur les traces de notre passé". L'illustration de droite que nous devons à Sandra Kuck a été adaptée par l'auteur.

Nous pouvons toutefois essayer de nous représenter cette durée. Imaginons que nous représentons la durée de l'évolution de la race humaine depuis Lucy. 3 millions d'années (en arrondissant) représentent un grand pas en avant, vous en conviendrez. Imaginons également qu'à chaque pas nous laissions une empreinte sur la plage pendant que la marée monte. Si nous remontons à 12 millions d'années, nous rencontrons nos ancêtres simiesques arboricoles; cela fait quatre pas. Plus tôt encore, il y 65 millions d'années, la Terre était envahie de dinosaures et probablement par nos ancêtres, de petits animaux cavernicoles, effrayés par ces monstres. Cela représente presque 18 pas de plus et 13 mètres de franchis. Ainsi de suite. Combien de mètres faudra-t-il marcher pour remonter à l'époque des premiers stromatolites, il y a 3.8 milliards d'années? 2280 mètres. Et combien jusqu'à la formation de la Terre ? 3 km.

Maintenant retournons la flèche du temps. Vos dernières traces sont les plus récentes et datent d'aujourd'hui, vos premières traces remontent à l'âge de la formation de la Terre. En vous retournant vous avez ainsi une idée de ce que représente l'évolution de la nature et de la quantité de changements déjà importants qu'elle laissa tous les 3 millions d'années dans la terre. Chaque empreinte laissée dans le sable suit le schéma général de votre marche et très peu d'entre elles s'écartent du chemin, telles des accidents de parcours, des mutations aléatoires.

A mesure que l'eau monte, vous constatez que de petits changements aléatoires apparaissent dans vos premières empreintes, mais dans l'ensemble vos traces n'ont pas subit de profondes modifications l'une par rapport à l'autre. Vous êtes le fruit du hasard et pourtant votre chemin vous a graduellement conduit là où nous l'avions espéré ! Par contre la première empreinte est presque méconnaissable alors que celle que vous venez de marquer est sèche et bien définie. Telle est la distance qui nous sépare des premiers signes de la vie sur Terre. Rien ne nous y relie directement mais elle est néanmoins empreinte dans vos gênes.

Ainsi procède dame Nature. Dictée par un instinct de survie, elle ignore où elle va, mais gouvernée par la sélection naturelle elle regarde résolument vers l'avenir, tamisant les générations pour engendrer les ordres croissants de la complexité.

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[22] C.de Duve, "Construire une cellule", op.cit., p55. A propos de l'arbre phylogénique lire J.Lake, Nature, 321, 1986, p657 - C.Woese et al., Nature, 320, 1986, p401 - C.Woese, Microbiological Review, 51, 1987, p221 - C.Woese et al., Proceeding of the National Academy of Science of the USA, 87, 1990, p4576 - M.Rivera et J.Lake, Science, 257, 1992, p74.

[23] S.Gould et al., EMBO Journal, 9, 1990, p85.

[24] L.Orgel, Proceedings of the National Academy of Sciences (USA), 49, 1963, p517 - S.Gould et al., EMBO Journal, 9, 1990, p85 - B.Perbal et M-M.Kohiyama, Compte Rendu de l'Académie des Science de Paris, 300,1985, p177.

[25] R.Fondi, "La révolution organiciste", Le Labyrinthe, 1986.

[26] K.Popper, "La Quête inachevée", op.cit, p242.

[27] Cf. le dossier consacré à la philosophie des sciences.

[28] H.Bergson, “L’évolution créatrice”, A.Skira (Genève), 1945.

[29] I.Prigogine et H.Nicolis, Quaterly Review of Biophysics, 4, 1971, p107 - I.Prigogine et I.Stengers, "La Nouvelle Alliance. Métamorphose de la science", Gallimard, 1979. M.Ray, Proceedings of the Royal Society of London, B, 228, 1986, p241 - Cf. également le dossier consacré à la théorie du Big Bang.

[30] H.Montefiore, "The Probability of God", SCM Press, 1985.


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