Plastique la vie!

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Avec son fameux exemple du Pouce du Panda, Stephen Jay Gould a rendu célèbre la notion d’exaption: en fait de pouce, il s’agit d’une excroissance osseuse poussée par hasard sur la patte et que le Panda utilise comme un sixième doigt opposable, bien pratique pour effeuiller les bambous et se goinffrer avec les feuilles. L’exaption désigne la capacité qu'ont les êtres vivants à détourner l’usage de leurs propres organes pour les exploiter à leur avantage.
Le nez n'est pas "fait" pour supporter des lunettes, mais quand on a inventé les verres correctifs, c'était bien utile comme support des montures. L’exaption est donc une sorte de recyclage biologique, trouvant une utilité a posteriori aux caractères de l'être vivant. Les ailes des insectes se seraient ainsi constituées à partir des vestiges de leurs branchies, l’oreille interne des mammifères à partir des os des mandibules supérieures de leurs ancêtres reptiles, et les premières plumes étaient sans doute surtout surtout utiles pour se tenir chaud.

L'exaption est-elle darwinienne?
Tous ces exemples collent bien avec la théorie Darwinienne, puisque ces détournements d’usage ont probablement procuré assez d’avantage évolutifs à leurs inventeurs pour qu’ils passent le filtre de la sélection naturelle. J’ai plus de mal à croire qu'elle explique certains bricolages qui sortent carrément du cadre classique de la sélection naturelle. Prenez par exemple la capacité de récupération des handicaps accidentels ou congénitals qu'on observe chez les jeunes enfants. Quelque soit la lourdeur du handicap à surmonter, médecins et parents sont toujours épatés par leur incroyable résilience. On a par exemple découvert tout récemment que certaines personnes, aveugles de naissance, arrivaient à se repérer dans l’espace en écoutant l’écho sonore de leurs propres claquements de langue, un peu comme des chauve-souris qui se guident par écholocalisation. Cette technique est terriblement efficace et ces jeunes mènent une vie pratiquement normale, marchant dans la rue comme tout le monde en évitant les obstacles. Ils arrivent même à faire du roller! La vidéo est assez bluffante :

 Les neurologues qui se sont intéressés à leur cerveau ont découvert que leur aire visuelle y avait été reconvertie en zone d’analyse sonore des échos entendus! D’où vient cette capacité d'échololocalisation? Pas de la sélection naturelle, évidemment, à moins d’imaginer qu’il y a très très longtemps vivait un peuple d’individus aveugles de naissance chez lequel les borgnes écholocalisés s'en seraient mieux sortis que les autres. Et puis on n'est pas chez Marvel et ces aveugles talentueux ne sont pas des mutants! Vous me direz que ce n’est pas pas la faculté d’écholocalisation qui aurait été sélectionnée par l’évolution, mais la plasticité globale du cerveau, ce qui permet de mieux surmonter les accidents ou les aléas de la vie donc d'assurer une meilleure "fitness" comme disent les biologistes. Le problème c'est que la plasticité cérébrale n'est pas un trait morphologique précis, comme la taille des jambes ou la pilosité. C'est juste un concept un peu fourre-tout qui désigne les mille et une façon dont le cerveau peut s’adapter aux contraintes le cas échéant. Or la sélection naturelle n'opère pas sur des concepts généraux ou sur des talents cachés, elle ne sait que trier des caractères morphologiques (des phénotypes) bien réels en fonction de leur capacité à survivre et se multiplier. Exit donc, à mon avis, l'explication néodarwiniste classique.

Le vivant: une machine à optimiser?

La biologie a d'autres cordes à son arc que la génétique pour expliquer l'adaptabilité des individus aux conditions de l'environnement. On sait par exemple que l'expression des gènes est fortement modulée par l'environnement (l'alimentation, la température, le stress subi etc). La même fourmi se transforme tantôt en guerrière, tantôt en ouvrière, tantôt en reine selon le traitement qu'elle reçoit dans son berceau. Or on a vu (dans ce billet par exemple) que certaines de ces modifications du phénotype sont transmissibles sans modification de l'ADN. Les modifications épigénétiques, puisque c'est comme ça que ça s'appelle, ne pourraient-elles pas expliquer l'adaptabilité individuelle à l'environnement au cours de l'existence? Le problème c'est qu'on n'a pas trouvé l'équivalent épigénétique des mutations de l'ADN, qui constituent une source inépuisable de variations aléatoires. Or la théorie darwinienne a besoin de variabilité pour alimente le filtre de la sélection naturelle et trouver par hasard un phénotype adapté. Il manque donc un "horloger aveugle" à une théorie épigénétique de l'évolution...


DIfficile donc d'expliquer la plasticité cérébrale par la génétique ou l'épigénétique. D'autant que la plasticité tout court (pas forcément cérébrale) est LA qualité universelle du vivant, peut-être même sa signature tant il semble programmé pour tirer le meilleur parti des ressources physiologiques à sa disposition. C'est vrai au niveau des espèces (notre Panda et son fameux pouce), des individus (les jeunes handicapés) mais aussi des sociétés animales. Comme ces abeilles japonaises qui ont inventé mille et une façons de se défendre contre les envahisseurs-frelons. 



L'ADN, un livre de cuisine?
Les abeilles européennes récemment confrontés à ces mêmes frelons n'ont pas encore trouvé l'astuce, mais je parie un pot de miel qu'elles sauront très vite s'adapter... Ne pourrait-on imaginer que le même processus d'adaptation chez l'individu ait son équivalent au niveau de l'espèce ou des sociétés animales, à des échelles de temps différentes? Allez, délirons un peu. Cette "plasticité phénotypique" permettrait au vivant d'exploiter au mieux les différentes expressions possibles du code génétique, un peu comme une partition de musique qu'on pourrait jouer sur différentes clés, avec différents instruments ou selon différents tempos.


Alors que la théorie évolutive classique fait peu de cas de l'individu, dont le phénotype est entièrement déterminé par son code génétique soumis à un environnement donné, cette vision redonnerait à l'individu une place centrale dans l'équation. Grâce à un feedback permanent entre fitness et expression du code génétique, il puiserait dans son code génétique l'expression la plus adaptée à sa situation, un peu comme on cherche une recette dans un livre de cuisine, pour reprendre une idée chère au biologiste Thierry Lodé [1] Pour prendre une métaphore plus technologique, l'ADN serait un peu comme le hardware informatique, sur lequel l'individu pourrait faire tourner différents logiciels jusqu'à trouver le meilleur. Essayer de comprendre le vivant uniquement à partir du code génétique serait aussi difficile que de décrypter un logiciel à partir des circuits imprimés sur lequel il est programmé! 

Une plasticité phénotypique toute lamarckienne

Bon, je vous concède que ce processus auto-adaptatif entre phénotype, environnement et génotype fleure bon le néo-lamarckisme et reste encore un peu fumeux. En même temps, il permettrait d'expliquer pas mal de trucs:

- les organismes n'ont pas forcément besoin de grandes mutations pour s'adapter aux variations de l'environnement: il est plus simple et moins risqué de modifier un programme que de toucher au hardware!
- la (relative) indépendance entre code génétique et phénotype se comprend bien. Pour obtenir le même phénotype à partir de différents génotypes, il suffit que la même partition puisse être jouée sur des codes génétiques différents. [PS: la fin de ce paragraphe est à prendre avec des pincettes, cf le troisième commentaire de Taupo] J'ai raconté dans ce billet sur les plantes comment le botaniste Francis Hallé a trouvé 45 génotypes différents en analysant 13 figuiers étrangleurs. Et l'on a découvert il y a peu qu'en Afrique, les éléphants des savanes et ceux des forêts forment deux espèces bien distinctes malgré leur ressemblance. Avec plus de 58% de différence génétique, elles ont plus d'écarts qu'entre un cheval et un zèbre!

- un mécanisme auto-adaptatif expliquerait la rapidité avec laquelle les espèces s'adaptent parfois aux changements de l'environnement.

Source: Wikipedia

Prenez l'exemple des criquets Teleogryllus oceanicus que j'ai trouvé dans le bactérioblog de Benjamin. Ces criquets qui ont l'habitude d'attirer les femelles en "stridulant" grâce au frottement de leurs ailes, sont récemment devenus victimes d'un parasite mortel qui les repère grâce à ces stridulations. Vivre ou copuler, comment choisir? Pas de problème: en moins de vingt générations sont apparus des criquets mutants, dotés d'une forme d'ailes les empêchant de striduler. Pour se reproduire, les mutants se tiennent tout près des mâles chanteurs (car il reste des non-mutants survivants) et profitent ainsi des femelles attirés par ces mâles, sans risquer de se faire parasiter. Malins les mutants!

Aussi inachevée soit-elle, cette idée d'une plasticité phénotypique auto-adaptative (on pourrait la baptiser 2P2A!) commence à trouver quelques supporters, agacés par les insuffisances du néodarwinisme et son gène égoïste (Denis Noble ou Gérard Nissim Amzallag par exemple, que je n'ai pas encore lus). Elle pose pourtant au moins autant de problèmes qu'elle n'en résout: quelle serait la nature de cet algorithme auto-optimisateur et d'où sort-il? Comment l'interprétation optimisée se transmettrait-elle de génération en génération? Bon, mais après tout, n'est-ce pas le propre de toute nouvelle théorie que d'ouvrir de nouvelles zones d'ombres?


Sources:
Thierry Lodé, "la biodiversité amoureuse" (O Jacob, 2011): malgré quelques idées très pertinentes, j'ai été assez déçu par ce bouquin dont l'argument général très confus est noyé par des exemples pas toujours très bien expliqués.  Dommage!


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