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Pour un principe matérialiste fort

Compléments du livre
"Pour un principe matérialiste fort"

 

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Approfondir le darwinisme

 

Nous devons, au jour où ce livre est écrit, mentionner d’autres approches qui toutes permettent de mieux comprendre les mécanismes de l’évolution, notamment au niveau de la reproduction. Le schéma darwinien s’en trouve ainsi approfondi, ce qui lui permettra de mieux résister aux critiques des spiritualistes.

La biologie de l'ARN

On considérait jusqu'à ces derniers temps l'ARN comme le serviteur dévoué mais sans initiative de l'ADN, dont il assurait la duplication des sites codants lors de la construction cellulaire. La double hélice de l'ADN ou plus exactement les portions de celle-ci identifiées comme des gènes, c'est-à-dire comme portant les instructions permettant de commander la fabrication des protéines, avaient en effet jusqu'à présent focalisé l'attention. L'ARN – ARN dit messager – était considéré uniquement comme la recette que la cellule devait lire pour fabriquer la protéine commandée par le gène, c'est-à-dire par la portion d'ADN s'exprimant sous la forme dudit messager. Mais on a découvert qu'une grande partie du génome ne code pas pour permettre la fabrication de protéines. On a parlé d'ADN-poubelle, parce que l’on considérait qu’il s’agissait de portions du génome ne servant à rien (ou ne servant plus à rien) conservées parce que personne ne se charge de faire le ménage dans ce dernier. Aujourd’hui, on découvre que cet ADN, qu’il vaudrait mieux qualifier d’ADN de deuxième ligne, joue de nombreux rôles importants. Cela permettrait, mieux que la négligence de la femme de ménage cellulaire, d'expliquer pourquoi il a survécu à la sélection naturelle. Il sert notamment ainsi à fabriquer des fragments d'ARN qui circulent dans les cellules.

Le rôle de ceux-ci a été longtemps obscur. On soupçonne aujourd'hui que cet ARN est encore plus important à la vie de la cellule – et donc de l'organisme - que les protéines. Ceci explique la persistance de cet ADN non codant au long de l'évolution. Mais les expérimentations restent difficiles, l'ARN étant instable et peu observable. On lui prête cependant de nombreuses propriétés pouvant être importantes, notamment celle de catalyser les réactions chimiques (1). On conçoit que, dans l'hypothèse de l'auto-évolution, l'existence d'un agent aussi polyvalent s'exprimant tout au long de la vie du génome, à partir de ses éléments non-codants (et parallèlement à l'activité codante du génome) permettrait d'expliquer pourquoi certaines fonctions adaptatives puissent apparaître et se transmettre au sein des organismes, qu'il s'agisse de simples bactéries ou d'organismes pluricellulaires complexes. Il ne s'agirait plus du tout alors de mutations s'étant produites au hasard mais d'une véritable co-évolution de l'organisme et du milieu avec lequel il interagit.

Le transfert d’ADN par franchissement de la barrière germinale

Des observations de plus en plus nombreuses montrent par ailleurs aujourd'hui que la barrière germinale réputée étanche protégeant l'intégrité de la partie codante du génome peut être franchie par divers facteurs extérieurs, résultant de l'activité de l'organisme dans son milieu. Il en résulte que le génome est modifié de la même façon que s'il avait subi une mutation. Mais ces modifications peuvent être de bien plus grande ampleur. Elles sont provoquées en laboratoire par des manipulations diverses relevant du génie génétique. Mais dans la nature, elles se produisent spontanément, pour des causes diverses. Certaines sont accidentelles et pourraient être rangées dans la catégorie des mutations aléatoires. C'est le cas lorsque des particules fortement énergétiques, par exemple provenant d’émissions de rayons cosmiques, pénètrent dans la cellule et provoquent des mutations génétiques. Mais d'autres sont systémiques, internes au système cellulaire et contribuant à son auto-réparation et à son adaptation. Ainsi, dans les cellules circulent, outre les éléments d'ARN déjà évoqués, des morceaux d'ADN (ADN circulant) qui peuvent s'introduire dans les génomes et modifier de façon plus ou moins importante l'économie du génome tout entier.

Le transfert d'ADN, commun chez certaines cellules comme les globules blancs, peut aussi se faire entre cellules d'espèces différentes (Horizontal gene transfer). C'est lui qui est craint dans le cadre de la contamination par des organismes au génome artificiellement modifié. Mais il semble répondre à des besoins très anciens permettant de répondre spécifiquement à certains changements environnementaux, notamment en ce qui concerne les réactions immunitaires.

Le parasitisme et la symbiose

Une cause encore plus répandue de modifications adaptatives du génome, cela dès les origines de la vie, relève du parasitisme et de la symbiose, qui permettent à des organismes différents de s'associer pour mettre en commun leurs propriétés. Dans les cas de symbiose allant jusqu'à l'apparition d'une nouvelle espèce, un nouveau génome résulte du rapprochement des deux génomes antérieurs. La symbiose est considérée comme le facteur le plus efficace aux origines non seulement de la biodiversité mais de la constitution des organismes complexes, par association d'organismes plus élémentaires assurant des fonctions vitales spécialisées. Gilbert Chauvet, là encore, en a précisé les règles, notamment en proposant le concept d'auto-association stabilisatrice (Voir ci-dessous, section 6). La symbiose fait aujourd'hui l'objet de nombreuses études. Nous ne pouvons les évoquer ici. Remarquons, contrairement à ce qui a été dit parfois, que la symbiose n'est pas à ranger dans la catégorie des évènements authentiquement aléatoires. On ne se marie pas avec n'importe qui mais avec un partenaire présentant des traits favorables à une vie partagée (2). Nous sommes donc bien là dans le domaine de l'auto-évolution.

La variation facilitée

D’autres hypothèses aboutissant à préciser le mécanisme darwinien classique sont maintenant régulièrement proposées par les généticiens et biologistes voulant répliquer avec des arguments scientifiques aux défenseurs du Dessein Intelligent. Sous le titre de The plausibilitry of Life, deux biologistes évolutionnaires (3) discutent les origines des organes et organismes biologiques complexes. Ils présentent l'hypothèse de la "variation facilitée" (facilitated variation) qui selon eux permet de répondre à la question de savoir comment des mutations génétiques survenant au hasard ont pu produire des organes complexes, tel que l'oeil.

Ce livre caractérise la nouvelle attitude des darwiniens, attaqués sur tous les fronts par l'incroyable offensive de l'Intelligent Design (ID). Face à des idéologues qui, soutenus par les milieux politiques et religieux les plus conservateurs, tentent de démontrer que seule la main de Dieu a pu organiser l'évolution, les scientifiques matérialistes ont décidé de réagir, plutôt que traiter ces opposants par le mépris. On comprend mal encore en Europe la virulence des débats, si bien que les biologistes européens n'ont pas encore jugé bon de se mobiliser contre un mouvement qui n'a pas encore vraiment traversé l'Atlantique. Mais peut-être ont-ils tort.

Quoi qu'il en soit, comme toute théorie est perfectible, les critiques faites au darwinisme par les défenseurs de l'ID permettent de perfectionner les hypothèses relatives à l'évolution, ce qui ne peut être inutile. Le livre de Kirschner et Gerhart en donne l'exemple.

Selon les auteurs, le problème de la variation, posé par Darwin dès les origines, avait été occulté par les tenants de la Synthèse Moderne (4) qui insistent sur les mécanismes de l'hérédité. Or la variabilité des organismes est infiniment plus grande que l'on imagine. Elle ne résulte pas seulement de mutations génétiques ponctuelles mais du fait que, depuis le niveau génétique jusqu'à celui des organes, les organismes sont constitués de blocs modulaires. Les mutations génétiques ne produisent pas de variations au hasard. Au contraire, tous les organismes ont maintenu intact au cours de deux milliards d'années un ensemble de mécanismes vitaux relatifs au métabolisme, à la reproduction de l'ADN, aux processus de croissance. Ce sont ces éléments, conjointement avec des schémas corporels globalement homogènes, qui ont servi de plate-forme aux variations plus visibles.

Ils prennent l'exemple de la défense de l'éléphant, des bois du cerf et de l'éperon du narval. On peut les considérer comme des innovations différentes, caractérisant une grande complexité spécifique. Mais il apparaît que c'est le même type de cellule qui guide leur développement dans chacune des espèces considérées. La structure modulaire de la vie signifie que ces appendices peuvent se développer selon des modalités différentes sans affecter le reste de l'organisme. Ils ne sont que les expressions différentes d'un même type d'activité génétique découlant du processus de la sélection naturelle, dans lequel seules survivent les variantes utiles dans un environnement déterminé. Le corollaire de ceci est que des variations génétiques minimes peuvent produire des changements corporels importants, tout au moins dans l'apparence. Ainsi les yeux des insectes, comme ceux des autres espèces, y compris les mammifères, qui semblent présenter des complexités différentes, partagent d'importants processus biochimiques modulaires de construction et de mise en relation des composants.

Cette hypothèse permet de faire l'économie de celle selon laquelle des mutations convergentes se produisant dans des espèces différentes plongées dans des environnements différents donneraient des résultats voisins (comme l'oeil) bien que provenant de sources distinctes. On retrouverait sous une autre forme la théorie selon laquelle la vie, partie d'une origine simple mais commune, obéit à des logiques de base sous-jacentes elles-mêmes communes, que des études de physiologie intégrative pourraient aujourd'hui mettre en évidence. Ces logiques s’inspirent des processus de la mécanosynthèse et de la morphogenèse constructale évoqués dans la section 1 de ce chapitre. Le darwinisme n'est pas remis en cause, mais situé dans une approche plus globale.

Sur le plan politique et philosophique, qui nous intéresse aussi ici, les auteurs de The plausibility of Life militent, non seulement pour une contre-offensive généralisée de tous les scientifiques matérialistes contre l'ID, y compris auprès du grand public et des écoles, mais pour une relance interdisciplinaire de toutes les études portant sur les différents mécanismes de l'évolution, afin d'enrichir une théorie darwinienne qui ne peut être considérée comme définitive. Maintenir une grande activité interdisciplinaire de recherches et d'échanges dans l'étude des phénomènes évolutionnaires constitue la seule façon efficace de répondre aux insinuations de l'ID et aux dégâts produits par cette doctrine dans l'esprit scientifique, au moins aux Etats-Unis.

Mais il ne faut pas se faire d'illusion. Les promoteurs de l'ID, dans leurs blogs et autres publications, ont déjà présenté The plausibility of life comme une nouvelle preuve de la validité de leurs thèses. Il leur est toujours possible d’expliquer que d’éventuelles convergences dans le sens des mutations font partie du grand dessein divin.

Aux origines des bactéries. Le marché commun des gènes

Nous pourrions rédiger un livre entier présentant les travaux en cours visant à compléter la définition néo-darwinienne de l’évolution, sans remettre en cause les fondements du darwinisme. C’est évidemment impossible. Le lecteur sera sans doute intéressé, cependant, par la thèse récemment présentée par deux chercheurs vétérans, le britannique Freeman Dyson et l’américain Carl Woese (5). Elle concerne les origines des bactéries, qui sont les formes les plus anciennes de vie identifiées indiscutablement à ce jour. Carl Woese, dans un article publié en juin 2004 par les Microbiology and Molecular Biology Reviews, A New Biology for a New Centuryl, s'est engagé dans une entreprise audacieuse consistant à réécrire en partie la Théorie de l'Evolution. Il s'en est pris au dogme selon lequel toutes les formes de vie aujourd'hui présentes sur Terre descendent d'une forme primordiale de proto-cellules apparue il y a quelque 3 milliards d'années. Ce dogme est souvent présenté comme darwinien, encore que certains des historiens ayant étudié la pensée de Darwin disent que celui-ci n'avait pas des idées aussi arrêtées sur les origines des espèces. C'est en s'appuyant sur les grandes quantités d'informations génétiques aujourd'hui recueillies dans les bases de données génomiques que Woese eut l'idée de rechercher d'où pouvaient provenir les trois grandes familles identifiées aujourd'hui, archea, bactéries et cellules à noyau. Et surtout, pourquoi semblaient-elles être apparues simultanément ?

Pour Woese, on ne peut pas comme le font traditionnellement les arbres de l'évolution, faire descendre les trois ordres d'une branche unique. Elles proviendraient au contraire d'un univers peu organisé de proto-cellules, qui échangeaient constamment du matériel génétique entre elles, au sein d'un environnement commun dont les effets sélectifs s'appliquaient à toutes. Il s'agissait d'une espèce de marché commun des gènes, qualifié par Woese de transfert génétique horizontal (horizontal gene transfer), où les espèces n'existaient pas encore. Ce transfert permettait aux diverses sortes de cellules d'échanger les processus biochimiques et catalytiques inventés par les plus efficaces d'entre elles, de sorte que toute la communauté en profitait. Un tel mécanisme a permis à l'évolution de s'étendre rapidement à la Terre entière. De nouvelles solutions en matière de codage pouvaient être découvertes simultanément par des cellules différentes évoluant en parallèle et être ré-assemblées dans de nouvelles cellules par transfert horizontal de gènes. Cette thèse est d’un grand intérêt et ses applications seront nombreuses (6).

Dans un article du NewScientist daté du 11 février 2006, Freeman Dyson reprend cette hypothèse et souligne qu'ainsi, pendant une durée non négligeable, l'évolution a procédé sur un mode non darwinien. Il ne veut pas dire que le mécanisme fondamental mis en évidence par Darwin, les mutations/sélections, ne se produisait pas. Il ne s'agissait pourtant pas du processus généralement qualifié de sélection darwinienne résultant de la compétition pour la survie entre espèces non interfécondes.

Mais pourquoi ou comment les espèces sont-elles alors apparues ? Freeman Dyson explique avec humour que le phénomène s'est produit un certain jour « catastrophique » où une cellule particulière a muté d'une façon si efficace qu'elle a pris un temps d'avance sur ses concurrentes et n'a donc plus voulu (en fait n'a plus été capable de) partager son invention avec elles. Elle les a donc surclassées. Ce fut la première archéobactérie. Ensuite vinrent les premières bactéries puis les premières cellules eucaryotes, sans doute indépendamment les unes des autres. Il assimile le "marché" des processus protéomiques primitifs au marché des logiciels. Si celui-ci est ouvert, c'est-à-dire si les inventions ne sont pas brevetées, tout le monde en profite. Si les brevets existent, ceux qui inventent perçoivent une prime par rapport à leurs concurrents, autrement dit, ils évoluent dans le sens vertical. Mais ils n'évoluent plus dans le sens horizontal et l'ensemble de la communauté perd en adaptabilité et en efficacité productive. Les défenseurs des logiciels libres apprécieront particulièrement cette métaphore (qui montre d’ailleurs que ce concept de logiciel libre a plus de portée philosophique qu’on ne pense).

En effet, l'évolution darwinienne entre des espèces aux génomes fermés est nécessairement lente et surtout cloisonnée. Elle dépend de la survenue aléatoire de mutations qui sont elles-mêmes sélectionnées au sein de niches environnementales étroites. Certes sur des centaines de millions d'années, le processus aboutit à la variété et à l'adaptation fine que l'on sait et dont l'homme est un des produits. Mais en même temps se créent des fragilités. Les menaces actuelles pesant sur la biodiversité en sont l'illustration. Du fait de l'homme, des extinctions massives se sont produites et continueront à se produire. Malheureusement les espèces survivantes n'auront pas la possibilité de se réapprovisionner sur un marché libre des brevets génétiques auxquels seuls les scientifiques auront accès. Elles seront livrées à elles-mêmes, c'est-à-dire que pratiquement elles n'auront pas le temps de muter pour produire des descendants mieux adaptés. Elles ne pourront donc pas réagir rapidement aux menaces que nous leur faisons subir. Mais, et c'est encore plus malheureux, les espèces évoluées complexes seront les seules à en souffrir. Il semble bien au contraire que le marché commun des échanges génétiques continuera à fonctionner au profit des bactéries et des virus, héritiers selon Woese des proto-cellules initiales. Ces micro-organismes sont de ce fait et deviendront de plus en plus les pires ennemis des espèces évoluées.
Freeman Dyson ne se borne pas à paraphraser Carl Woese. Il ajoute à la théorie de ce dernier des perspectives du plus grand intérêt. Selon lui, et nous le suivrons bien volontiers dans cette approche, on peut distinguer trois époques dans l'évolution : l'époque pré-darwinienne du marché commun des gènes, que nous venons de décrire – l'époque darwinienne, où l'évolution prend une forme spectaculaire avec l'apparition et le développement des espèces – et une époque qui commencerait de nos jours et qu'il qualifie de post-darwinienne. Dans celle-ci, l'homme, jusque là principalement responsable des extinctions massives d'espèces, pourrait se révéler un nouvel et inattendu créateur de biodiversité à grande échelle. Mais comment ?

C'est, on le devine, en pronostiquant, comme beaucoup de futurologues, l'explosion au XXIe siècle des biotechnologies, analogue à celle des infotechnologies au XXe siècle, qu'il s'appuie pour décrire cette ère post-darwinienne (Nous développons ces perspectives au chapitre 5). Il estime que, dans un avenir proche, chacun pourra disposer de boites de manipulations génétiques en « kits » permettant de réaliser en série l'analyse et la recombinaison de génomes, afin de faire apparaître et d'élever de nouvelles espèces vivantes hybrides ou chimères (Voir par exemple les sites des entreprises Interchim ou Biolynx). Cette activité, que les grandes firmes de biogénétique voudraient se réserver par des brevets, se développera de telle sorte que l'on retrouvera, dans le monde entier, un marché commun des gènes et des génomes analogues à celui qui caractérisait la vie à ses débuts. Très vite, écrit-il, la Terre et pourquoi pas aussi les planètes proches (qui seraient ainsi "terraformées" grâce à l'importation d'organismes adaptés à leurs environnements) se trouveront couvertes de nouveaux systèmes vivants entre lesquels s'exercera une sélection féroce, mais qui produiront en contrepartie de nouveaux écosystèmes qui pourront être favorables à une relance de la vie en général, sous de nouvelles formes. Il s’agit d’une hypothèse optimiste. On verrait ainsi l’homme ressusciter des espèces disparues et parallèlement créer de nouvelles « chimères  » ou même des espèces tout à fait nouvelles capables, au sein du règne animal comme dans celui du règne végétal ou bactérien, de s’adapter mieux que les anciennes espèces à un environnement devenu hostile. Dans une hypothèse plus pessimiste, que les esprits chagrins n’ont pas manqué d’opposer aux idées de Dyson, les hommes créeraient, par sottise ou par malignité, un véritable enfer d’espèces nuisibles à l’homme comme aux formes supérieures d’organisation.

Physique quantique et auto-évolution

Nous avons plusieurs fois évoqué les très probables liens entre les mécanismes à l'œuvre dans les systèmes physiques au niveau quantique et ceux à l'œuvre dans les systèmes biochimiques. A priori pourtant il n'y en a pas, notamment parce qu'aucun ensemble de molécules biologiques ne semble capable d'offrir à un micro-état quantique un isolement suffisant pour lui éviter la décohérence (c'est-à-dire pour lui éviter de perdre son état quantique et se matérialiser sous forme d’une entité du monde macroscopique) le temps nécessaire à ce qu'il accomplisse un travail utile dans un organisme biologique. Ainsi les propriétés spécifiques aux particules quantiques, notamment l'état de superposition ou l'intrication, que l'on espère utiliser dans les calculateurs quantiques pour réaliser des opérations impossibles à un calculateur ordinaire, ne paraissent pas pouvoir se produire dans les cellules vivantes. Pourtant de plus en plus de chercheurs s'efforcent actuellement de démontrer le contraire. Un article de Paul Davies du Centre australien d'Astrobiologie à l'Université Macquarie, Sydney, en fait le recensement (The Vital Spark, par Paul Davies, NewScientist, 11 décembre 2004, p. 28).

Une intuition simple suggère selon lui qu'il conviendrait d'approfondir ces perspectives. La science se heurte aujourd'hui à deux grands mystères. Le premier est celui de la vie (en ce qui concerne son origine mais aussi en ce qui concerne les mécanismes de l'évolution – pour ne pas parler de ceux propres au fonctionnement des neurones du cerveau). Le second est celui du monde quantique. Il y a tout lieu de penser qu'ils pourraient s'éclairer réciproquement. Nous avons déjà évoqué ces questions au chapitre 1. Inutile d’y revenir. Pour Paul Davies, il serait temps que les hypothèses correspondantes soient reprises très sérieusement par la Big Science, peut-être à l'occasion des travaux concernant l'ordinateur quantique. Il pense notamment qu'explorer le thème d'un ordinateur quantique biologique permettrait de montrer que les idées que nous nous faisons sur la décohérence sont encore bien sommaires. Des systèmes biologiques ont peut-être appris, dès l'origine de la vie, à abriter certains micro-états quantiques des risques de décohérence, au moins le temps nécessaire (quelques nanosecondes ?) pour leur permettre de faire tout ce qui dans les processus vitaux nous paraît encore incompréhensible.

1 : On trouvera dans le NewScientist (Move over DNA, Master and Commander, par Philip Cohen, NewScientist, 27 novembre 2004, p. 36) une liste des fonctions attribuées à l'ARN à l'intérieur de la cellule, par exemple outre l'ARN messager, l'ARN transfert, l'ARN ribosomal, etc.

2 : Les bactéries entretenant des relations symbiotiques avec le système digestif, dont la masse serait équivalente à celle des cellules du corps, sont très variées. Mais gare à l’intrusion d’une salmonelle (salmonella enterica) dont le moins que l’on puisse dire est qu’elle n’est pas bienvenue.

3 : The plausibility of life (Yale University Press, octobre 2005), par Marc Kirschner, (fondateur du département de biologie des systèmes à la Harvard Medical School) and John Gerhart (biologiste à l'University of California, Berkeley).

4 : Le terme de Synthèse Moderne, dite aussi Néo-darwinisme, désigne la synthèse entre le darwinisme, les lois de Mendel et celles de la reproduction du génome au niveau moléculaire. Voir note ci-dessus, concernant le néo-darwinisme.

5 : Freeman Dyson, actuellement professeur émérite à Princeton, a servi dans le Bomber Command de la RAF pendant la seconde guerre mondiale. Quant à Carl Woese, il s'était rendu célèbre dans les années 1970 en « inventant » le règne des archéobactéries, là où avant lui on ne voyait pas d'intermédiaires entre les bactéries et les eucaryotes (cellules à noyaux dont nous procédons tous). Rappelons que les « archea » identifiées par Woese ont été retrouvées depuis dans tous les environnements extrêmes, ce qui tend à prouver que la vie a commencé aussi bien dans l'extrême chaud, l'extrême froid, l'extrême acidité, l'extrême sulfurisation, l'extrême pression… et que par conséquent elle pourrait bien exister sous cette forme ailleurs que sur Terre, notamment dans les planètes du système solaire.

6 : Nous avons vu que ce mécanisme d'échange de matériel génétique a été aujourd'hui détecté non seulement chez les bactéries mais entre génomes d'espèces évoluées. Les phénomènes d'acquisition de résistances en résultent.

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