Biologie : comment les expériences de Gregor Mendel ont donné naissance à la génétique moderne
Les expériences réalisées par Gregor Mendel dans le jardin d’un monastère passèrent largement inaperçues de son vivant. Elles bouleversèrent pourtant le monde des sciences des décennies plus tard.
Gregor Mendel, botaniste autrichien et fondateur de la génétique, pose pour une photographie vers 1860. Entre 1856 et 1863, Mendel cultiva près de 30 000 plants de pois dans le jardin de son monastère et démontra que les caractères héréditaires des plantes se transmettent des parents à leur descendance.
C’est à l’abri d’un monastère rural de l’actuelle Brno, en République tchèque, que Gregor Johann Mendel planta les graines de la génétique moderne.
Aujourd’hui connu comme le « père de la génétique moderne », ce paysan autrichien devenu moine augustinien connut pourtant des débuts décevants : on l’avait jugé inapte à exercer en tant que prêtre de paroisse en raison d’une « timidité insurmontable », pour reprendre les mots écrits à l’époque par son mentor, l’abbé Cyrill Napp. Cependant, l’expérience acquise par Gregor Mendel en travaillant dans la ferme familiale, ainsi que ses études en mathématiques et en sciences à l’Université de Vienne, firent de lui un excellent candidat pour s’occuper du jardin du monastère.
Gregor Mendel réalisa ses expériences désormais célèbres sur Pisum sativum, le pois cultivé, de 1856 à 1863, tout en vivant à l’abbaye Saint-Thomas. Par le biais de ces études, il tenta de comprendre comment des caractéristiques, comme la couleur des pois et la forme des gousses, se transmettaient d’une génération à la suivante. Les lois de l’hérédité de Mendel remirent en question la théorie dominante de l’hérédité par mélange, la thèse selon laquelle la progéniture n’était qu’un mélange des traits des parents.
« Sans les lois de Mendel, on n’aurait probablement pas la génétique moderne », explique Daniel Kevles, professeur d’Histoire à l’Université Yale.
On ne reconnut le travail de Gregor Mendel qu’après sa mort en 1884. « Le pauvre hère était mort depuis seize ans environ quand on a commencé à s’y intéresser. C’est un peu triste », commente Jessica Riskin, professeure d’Histoire titulaire de la chaire Frances-et-Charles-Field à l’Université Stanford.
Voici comment le travail méticuleux de Mendel dans un jardin de monastère transforma la biologie, sans qu’il ne reçoive de reconnaissance de son vivant.
Portrait de Mendel réalisé par Mikhail Dmitrievich Ezuchevsky en 1906. Mendel, qu’on appelle parfois le père de la génétique, était un moine augustinien qui vécut dans l’Empire austro-hongrois.
L’ouvrage Breeding and the Mendelian Discovery d’A.D. Darleishire illustre les caractères héréditaires des pois comestibles étudiés par Mendel (couleur, texture, etc.)
LES EXPÉRIENCES SUR LES PLANTS DE POIS
L’abbé Napp était intéressé par l’hérédité des plantes et pressa Gregor Mendel de conduire des expériences dans le jardin du monastère.
Pourquoi donc étudier les plants de pois ? Eh bien, parce qu’ils se prêtaient parfaitement à des croisements contrôlés. Gregor Mendel mena son expérimentation sur 28 000 plants de pois environ pendant huit ans, tout cela dans l’anonymat complet. Un plant de pois produit des dizaines de cosses et des centaines de pois individuels et ont des caractéristiques facilement observables. « On cherche des organismes dont la culture coûte peu, qui se reproduisent en abondance et qui se reproduisent rapidement », explique Daniel Kevles. Cela maximise les chances de faire apparaître des « régularités statistiques ».
La percée de Gregor Mendel provient d’une expérience rigoureusement contrôlée lancée en 1856 et fondée sur des observations attentives et suivies. Nul détail n’était trop insignifiant ; le biologiste documenta les sept traits des plants de pois (forme des graines, couleur des albumines, c’est-à-dire des protéines du pois, couleur des téguments des pois, forme des gousses, couleur des gousses immatures, position des fleurs et longueur des tiges). Gregor Mendel consigna ensuite méticuleusement les traits qui apparaissaient dans les générations suivantes selon que les plants s’autopollinisaient ou étaient pollinisés.
Personne, pas même Gregor Mendel, ne savait alors qu’il était en train de réaliser une découverte scientifique majeure. Selon le point de vue scientifique dominant, la progéniture était un mélange des deux parents. Les observations de Gregor Mendel réfutèrent cette croyance. Ses recherches montrèrent accidentellement que des « particules », qu’on nommerait plus tard gènes, transmettaient des traits hérités à la génération suivante.
Selon Daniel Kevles, Gregor Mendel n’essayait pas de répondre à des questions sur l’hérédité des plantes lorsqu’il commença ses expériences. « La clé pour comprendre ce qui intéressait principalement Mendel lui-même est qu’il était un cultivateur reconnu de plantes à fleurs qu’il croisait pour produire différentes couleurs. » Gregor Mendel essayait de découvrir un ensemble spécifique de lois susceptibles de déterminer le type de descendance produit par les plantes hybrides.
Gregor Mendel exposa ses résultats à une quarantaine de personnes lors de deux présentations effectuées à la Société des sciences naturelles de Brünn (actuelle Brno) le 8 février et le 8 mars 1865. Son article, publié l’année suivante, contenait les trois principes de l’hérédité que nous connaissons aujourd’hui sous le nom de lois de Mendel. À l’époque, toutefois, ses idées passèrent largement inaperçues.
La première loi de Mendel est celle de la dominance et de l’uniformité. Selon elle, certains traits, comme les taches de rousseur, sont dominants tandis que d’autres sont récessifs, auquel cas les descendants doivent hériter de deux copies du gène pour qu’il se manifeste. La deuxième loi, celle dite de ségrégation des caractères, décrit la façon dont les gènes sont distribués à la descendance avec une copie d’un gène pour un trait donné provenant de chaque parent. La troisième et dernière loi de Mendel, la loi de l’assortiment indépendant, énonce que chaque trait se transmet à la descendance indépendamment des autres. On peut hériter des yeux bleus de sa mère, mais cela ne signifie pas que l’on héritera aussi de ses cheveux roux.
DES RECHERCHES IGNORÉES PENDANT DES DÉCENNIES
Bien que crucial pour les progrès de la recherche génétique, le travail de Gregor Mendel n’obtint aucune reconnaissance de son vivant car il n’entretenait pas de liens étroits avec la communauté scientifique. « Il ne connaissait personne. Il ne correspondait pas avec Darwin, ni rien de tout cela », raconte Jessica Riskin.
Cette photographie colorisée montre le jardin de Gregor Mendel à l’abbaye Saint-Thomas de Brno, en République tchèque. Ce jardin occupa une place centrale dans l’expérience menée par Mendel ; il y cultiva près de 30 000 plants.
En plus de son anonymat relatif en tant que scientifique, l’hérédité n’était pas un domaine d’intérêt populaire quand Gregor Mendel réalisa ses découvertes. Comme l’explique Daniel Kevles, les scientifiques du milieu du 19e siècle s’intéressaient principalement à l’évolution.
Dans les années qui suivirent la mort de Mendel en 1884, les biologistes de l’évolution commencèrent à étudier l’agriculture pour tenter de comprendre comment les changements se produisent au sein des espèces. Les botanistes faisaient pousser de grandes quantités de plantes pour mieux comprendre comment les traits se transmettaient de génération en génération et, si possible, améliorer leur qualité.
En 1900, trois scientifiques qui ne se connaissaient pas, Carl Correns, Erich von Tschermak et Hugo de Vries, redécouvrirent chacun de leur côté le travail de Gregor Mendel en tombant par hasard sur la clé de ce que nous appelons aujourd’hui la génétique.
Le champ de la génétique fut constitué au 20e siècle. « Mendel n’utilisait pas de termes tels que gène ou génétique », fait observer Sharon Kingsland, professeure d’histoire des sciences et des technologies à l’Université Johns-Hopkins. « Après 1900, d’autres biologistes se sont inspirés de ses travaux pour défendre la création du domaine que l’on allait appeler la génétique. »
Il fallut attendre vingt-et-un ans après la mort de Mendel pour que l’on utilise le mot « génétique ». Le biologiste William Bateson employa le mot pour la première fois dans une lettre datée de 1905 adressée à son collègue, Adam Sedgwick, proposant ce terme pour désigner l’étude de l’hérédité, car ses racines grecques signifient « donner naissance ».
On adopta le terme un an plus tard, en 1906, lors de la Conférence internationale sur l’hybridation des plantes qui se tint à Londres. Le terme « gène » fut inventé en 1909 par Wilhelm Johannsen, qui donna enfin un nom aux « particules » que Mendel avait décrites dans ses travaux plus de quarante ans auparavant.
L’HÉRITAGE DE MENDEL DANS LA GÉNÉTIQUE MODERNE
« D’autres auraient fini par découvrir les lois de Mendel, si on leur avait laissé le temps, explique Daniel Kevles. Mais Mendel était là le premier, et il savait ce qu’il faisait. »
Les travaux de Mendel demeurent fondamentaux pour le domaine de la génétique moderne et pour la compréhension de la transmission des caractères d’une génération à l’autre chez de nombreuses espèces, y compris chez les humains. Ses lois de l’hérédité permirent également de faire avancer la biologie de l’évolution moderne en répondant à une question à laquelle Darwin ne pouvait pas répondre : comment les descendants héritent-ils des traits de leurs parents ?
Mendel avait bonne foi que son génie finirait par être reconnu. Quelques mois à peine avant son décès, il annonça ceci à un autre moine : « Mon œuvre scientifique m’a apporté grandes joie et satisfaction ; et je suis convaincu qu’il ne faudra pas longtemps pour que le monde entier en apprécie les résultats et la portée. »
Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.
