Ce que Darwin ignorait sur l’évolution

Des technologies avancées qui n’existaient pas au temps de Darwin ont permis de découvrir de nouveaux aspects de l’évolution.

De SIMON WORRALL

Il y a peu encore, les piliers de la théorie de l’évolution de Darwin, qu’il s’agisse du fonctionnement de l’hérédité ou de la variation graduelle au sein des espèces, étaient considérés comme irréfutables. Mais comme l’explique David Quammen, rédacteur chez National Geographic, dans son dernier livre The Tangled Tree, au cours des dernières décennies, de nouvelles découvertes relatives à la biologie humaine ont conduit les scientifiques à réécrire fondamentalement l’histoire de l’origine de la vie, dont les conséquences pour notre santé, mais aussi pour nous-même, sont importantes.

Interrogé par National Geographic depuis sa maison située dans le Montana, l’auteur du livre a expliqué comment la découverte d’un « troisième règne » du vivant avait modifié notre compréhension de l’évolution, comment les triatomes, des insectes, peuvent transférer de l’ADN d’une espèce à une autre et pourquoi l’outil de manipulation génomique, appelé CRISPR, offre de nouvelles perspectives passionnantes, mais présente aussi des défis éthiques.

 

Votre livre s’ouvre sur Charles Darwin, qui dessine un petit croquis dans un carnet. Racontez-nous ce moment et expliquez-nous comment la représentation de l’arbre de vie a été modifiée au fil des siècles.

Après avoir voyagé à bord du Beagle, Darwin, qui est alors un jeune homme, rentre à Londres. Il pense qu’il est probable que les espèces aient évolué avec le temps, mais il n’a pas de théorie sur la façon dont cela ce serait produit. Il fait ce petit croquis dans son carnet B, l’un de ses carnets secrets de transmutations, le terme qu'il utilisait pour désigner l’évolution. Il dessine la silhouette d’un arbre en bâtons et gribouille au-dessus de celui-ci « je crois ».

L’arbre de vie existe depuis longtemps, depuis l’Apocalypse. Mais l’arbre dessiné par Darwin était le premier arbre phylogénétique. Mon livre parle de cela, mais aussi de la façon dont la représentation de l’arbre de vie a radicalement changé au cours des 40 dernières années, suite aux découvertes que nous avons faites sur le séquençage du génome.

 

L’une des phrases les plus frappantes de votre livre est la suivante : « Nous, les humains, descendons certainement de créatures dont l’existence était inconnue il y a tout juste 40 ans. » Expliquez-nous ce que sont les archées.

Les archées constituent le troisième règne de vie. Il y a 40 ans, nous ne savions pas qu’ils existaient. Nous pensions que ces organismes étaient des bactéries. Observés au microscopes, ils ressemblaient aux bactéries, à de petits insectes qui ne présentaient pas une anatomie complexe. Mais après le séquençage de leurs génomes, il s’est avéré qu’ils n’étaient pas des bactéries et qu’en plus de cela, ils étaient bien plus différents des bactéries que de nous du point de vue de leurs génomes.

Ce que Darwin pensait de l’évolution ne correspond pas exactement à la réalité, comme le révèle un nouveau livre, intitulé « The Tangled Tree » (l'Arbre emmêlé). Le génome humain est composé d’environ 8 % d’ADN viral, obtenu au fil du temps par le biais d’infections. Ci-dessus, une représentation d’un brin d’ADN.
Photographie de SEAN GALLAGHER

Votre livre parle autant des scientifiques que de la science. Le biologiste Carl Woese, que vous désignez comme un « brillant grincheux » y est très présent. Pourquoi est-il si important ?

Il était microbiologiste à l’Université de l’Illinois, au beau milieu de la prairie américaine et à la fin des années 1960 et au début des années 1970, il travaillait sans relâche. Il avait un très grand intérêt pour l’histoire primitive de la vie sur Terre, c’est-à-dire pour le début de la vie cellulaire et pré-cellulaire, qui a eu lieu il y a environ 4 milliards d’années. « Comment puis-je apprendre à ce sujet ? », se demandait-il.

Pour cela, il a décidé que le mieux serait d’aller au cœur des cellules vivantes, de trouver une seule molécule commune à toutes les formes de vie, de prélever cette molécule, de séquencer ses lettres génomiques avant de collecter des paragraphes de ces lettres pour un organisme puis un second, avant de les comparer afin de déterminer s’ils étaient liés, s’ils étaient proches ou éloignés et comment la vie s’était modifiée sur des milliards d’années. Par la suite, Carl Woese a découvert que certaines de ces créatures qui ressemblaient à des bactéries n’en étaient pas et qu’il s’agissait d’archées, qui constituent ce troisième règne de vie. Cette découverte lui a permis de faire la une du New York Times le 3 novembre 1977.
 

Nous avons récemment beaucoup entendu parler du laboratoire de recherche britannique de Porton Down dans le cadre de l’affaire Skripal. Parlez-nous de ce laboratoire top secret et du NCTC#1...

Un de mes précédents livres avait pour sujet les nouvelles maladies, comme Ebola, et beaucoup de recherches sur celle-ci ont été menées à Porton Down. Par la suite, j’ai appris que le laboratoire abritait aussi la NCTC (National Collection of Type Cultures), une banque de microbes congelés conservés au fil du temps à des fins scientifiques et médicales. Je me suis dit « Je ferais bien d’aller observer quelques bactéries. »

Il n’est pas facile d’entrer dans ce lieu, mais après en avoir fait la demande, j’ai été chaleureusement accueilli et on m’a montré quelques-uns des microbes lyophilisés, dont un baptisé NCTC #1. Il est désigné ainsi car il s’agit de la toute première acquisition de la collection : c'est un échantillon d’une forme de bactérie pathogène responsable de la shigellose, une maladie qui s'apparente à la dysenterie. Cette bactérie, qui s’appelle shigella flexneri, a été isolée pendant la Première Guerre mondiale en 1915 dans les selles d’Ernest Cable, un soldat britannique, qui est mort dans un hôpital français de dysenterie, une maladie qui a tué de nombreux soldats.

Cette bactérie a été mise de côté à Porton Down et a été oubliée pendant environ 90 ans, jusqu'à ce qu’une équipe de scientifiques menée par Kate Baker prenne un échantillon pour le décongeler et le laisser se développer à nouveau en laboratoire avant d'analyser son génome. Et surprise, ils ont notamment découvert que l’échantillon de cette bactérie datant de 1915 était déjà résistant à la pénicilline. Réaction des scientifiques : « Attendez une minute ! La pénicilline n’avait pas encore été découverte à l’époque » ! Ce n’est qu’à la fin des années 1930 que son utilisation contre les bactéries a été découverte et elle n’a pas été utilisée avant le début des années 1940 comme médicament. Et voilà qu’une bactérie tueuse de 1915 provenant d’un soldat britannique résistait déjà à cette substance anti-bactérienne qu’est la pénicilline.

David Quammen, l’auteur du livre décrit le microbiologiste Carl Woese comme un « brillant grognon ». Le scientifique a découvert le troisième règne du vivant, les archées.
Photographie de E. JASON WAMBSGANS/CHICAGO TRIBUNE/MCT/GETTY

L’un des concepts clefs dont vous parlez est le « transfert horizontal de gènes ». Pouvez-vous nous expliquer de façon simple de quoi il s'agit et quel est le lien avec l’étrange phénomène dont sont responsables les triatomes ?

Le transfert horizontal de gènes est tout simplement une hérédité latérale. Il s’agit de la transmission de matériel génétique latéralement, d’une créature à l’autre, d’une espèce à l’autre. Ce transfert peut même s’effectuer d’un règne de vie à l’autre, malgré d’importants obstacles. On pensait que c'était impossible. Je me suis documenté pour la première fois à ce sujet en 2013 et ma réaction fut la suivante : « Attendez, quoi ? Non ! Cela n'existe pas ! Ça ne peut pas être possible ! »

En fait, les gènes peuvent se déplacer latéralement à travers d'importantes frontières entre les espèces. Ainsi, un gène résistant à un type d'antibiotiques chez une espèce de bactérie comme le staphylocoque peut se déplacer latéralement et intégrer une autre bactérie complètement différente, par exemple l'E. coli. Les bactéries ne sont pas les seules concernées, cela se produit aussi chez les animaux, les plantes et les organismes supérieurs et en général, c'est la conséquence d'une infection ou de parasitisme.

Voici un exemple : une forme de transposon. Un mot bien compliqué [rires]. Qu'est-ce qu'un transposon ? Il s'agit d'un brin d'ADN qui se déplace d'une partie vers une autre d'un génome d'une créature. Les scientifiques ont découvert que les transposons peuvent aussi passer d'une créature à l'autre, et même d'une espèce à une autre.

Un transposon a ainsi été baptisé « envahisseur de l'espace ». Il s'agit d'un long brin d'ADN qui a envahit de nombreux organismes différents. Il est apparemment capable de passer d'un reptile à un insecte ou d'un opossum à un rat, par l'intermédiaire d'un insecte, le triatome. Celui-ci, lorsqu'il suce le sang, aspire aussi un peu de ce transposon. Ce dernier passe alors d'une espèce à une autre et fait partie du génome dont hérite cette nouvelle espèce.

 

En 2009, le magazine britannique New Scientist avait fait sa une avec le titre suivant : « Darwin avait tort », s'attirant immédiatement les foudres des créationnistes. Expliquez-nous quel était le problème et comment les dernières découvertes scientifiques sont en train de réécrire l'idée de la sélection naturelle.

Il ne s'agit pas d'une réécriture de la sélection naturelle, mais plutôt d'une réécriture de notre compréhension de l'évolution, dont la sélection naturelle est encore un pan très important. D'après l'évolution darwinienne classique, il existe deux phases : la première concerne l'émergence de variations d'une créature à une autre ou d'une population individuelle à une autre. Les scientifiques pensaient que cela se produisait par étapes, très lentement, par des mutations dans le génome. Une fois que ces variations existent parmi les individus, la sélection naturelle, c'est-à-dire la survie du plus fort, agit sur ces variations.

Ce qui est nouveau et a conduit New Scientist à choisir le titre provocant et exagéré qu'est « Darwin avait tort », c'est que nous pensons aujourd'hui qu'il existe une autre forme de variation extrêmement importante. Il ne s'agit pas seulement d'une mutation croissante, mais d'un transfert horizontal de gènes qui amène de nouveaux paquets d'ADN dans les génomes.

À l'époque de Darwin, il existait un axiome qui disait « natura non facit saltus ». Vous savez certainement, grâce à vos connaissances du latin [rires], que cela signifie que la nature ne fait pas de bond, que les choses se produisent petit à petit. Sauf que la nature fait parfois des bonds, comme l'a révélé le transfert horizontal de gènes. Ce phénomène se traduit par l'apparition possible et très soudaine de gros morceaux d'ADN chez un individu ou une population. Ensuite, la sélection naturelle agit sur ces morceaux d'ADN. Il est possible qu'il s'agisse d'un mécanisme important de l'évolution de nouvelles espèces.

À l'Institut Max Planck pour la biologie des infections, une colonie de bactéries Streptococcus pyogenes est placée dans une boîte de gélose au sang. Un gène de résistance à une sorte d’antibiotique chez une forme de bactérie peut se déplacer latéralement et entrer dans une autre bactérie complètement différente.
Photographie de WOLFGANG KUMM/PICTURE ALLIANCE/GETTY

La plupart d'entre nous ignore que nos intestins ou nos aisselles abritent de nombreuses bactéries. Qu'est-ce que notre microbiome et pourquoi joue-t-il un rôle crucial dans notre santé ?

Maintenant que nous sommes capables de séquencer les génomes, nous avons réalisé que de très grandes populations de bactéries vivent en nous. Les gens pensent que vous êtes souffrant si vous avez des bactéries. En réalité, des centaines, si ce n'est pas des milliers, de bactéries bénignes différentes peuplent nos intestins, nos aisselles, nos oreilles, notre nez, nos pores et notre peau. Il s'agit du microbiome humain, un écosystème constitué de bestioles microscopiques, en majorité des bactéries, qui vivent sur et dans notre corps. Conserver cet écosystème de microbes est essentiel à la santé humaine. C'est une des raisons pour lesquelles le recours abusif aux antibiotiques peut être mauvais. La plupart des antibiotiques ont un large champ d'action : si vous en prenez pour éliminer une bactérie spécifique qui serait responsable de vos maux de gorge, les autres bactéries vont également être tuées, alors que la plupart sont essentielles, voire nécessaires, pour que vous restiez en bonne santé et que vous ayez le bon équilibre de microbes en vous.

 

Dans votre livre, vous posez plusieurs questions dont celle-ci : « Quelles sont les conséquences de ces découvertes pour le concept d'identité humaine » ? Quelle est votre réponse David ? 

Aujourd'hui, nous savons que nous, les humains, ainsi que la plupart des autres espèces, sommes des composites d'autres créatures. Il ne s'agit pas uniquement de celles qui se trouvent dans le microbiome et vivent dans notre ventre et nos intestins. Cela renvoie aussi aux créatures qui se sont introduites dans nos cellules avec le temps. Voici un exemple : chacune des cellules contenues dans le corps humain contient de petits mécanismes qui aident à stocker de l'énergie, les mitochondries. Aujourd'hui, nous savons que ces mitochondries descendent de bactéries capturées qui ont infecté ou ont été avalées par les cellules qui sont devenues les cellules complexes de l'ensemble des animaux et des plantes. Ainsi, nous savons que 8 % du génome humain correspond à de l'ADN viral, dont nous avons hérité au cours des 100 derniers millions d'années environ à travers les infections. Une partie de cet ADN viral sert aujourd'hui encore en tant que gènes essentiels à la reproduction et la vie humaine.

Ernst Heinrich Philipp August Haeckel, biologiste de l’évolution allemand et disciple de Darwin a réalisé cet arbre de vie, titré « L’évolution de l’Homme ».
Photographie de MICHAEL NICHOLSON/CORBIS/GETTY

Votre livre s'achève dans le présent, avec l'arrivée de l'outil d'épissage CRISPR. Parlez-nous de cet outil et de la façon dont il est en train de révolutionner la biologie et la génétique.

CRISPR est l'acronyme d'un outil de manipulation génétique très efficace et peu onéreux découvert il y a 10, 15 ans. Grâce à lui, les scientifiques peuvent désormais modifier les génomes, supprimer les mutations ou insérer des fragments de nouveaux gènes. Il devrait donner lieu à de nombreuses et merveilleuses possibilités médicales, mais suscite des inquiétudes d'ordre moral et sociétal.

Si le CRISPR permet aux scientifiques de corriger un défaut génétique dans une ovule fécondée et ainsi éviter qu'un enfant souffre d'une maladie congénitale en modifiant son génome, ce serait merveilleux. Mais jusqu'où cela peut-il aller ? Permettra-t-il aux gens en bonne santé de faire des enfants « sur-mesure », en les rendant plus intelligents ou plus forts après que leurs génomes aient été modifiés ? Le moins que l'on puisse dire, c'est que cela pose de nombreux problèmes d'un point de vue éthique. Il y aura de nombreux débats sur le CRISPR dans les années futures.

Mais cela a toujours existé dans la nature. Les microbes avaient recours au CRISPR pour se protéger et pour modifier leurs propres génomes avant que cela ne soit découvert et utilisé dans un laboratoire par des personnes très intelligentes. [rires]

 

Cette interview a été éditée pour des raisons de longueur et de clareté.

Simon Worrall écrit pour le Book TalkRetrouvez-le sur Twitter ou sur son site internet simonworrallauthor.com.

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.

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