Depuis une petite décennie, les biologistes ont généré une quantité impressionnante de données qui mettent à la peine les lois fondamentales de la biologie. Non, il n'y a pas de "programme" ou de "code" génétique. Non, un être ne se développe pas sous la seule et implacable dictée de ses gènes. Et… oui, deux clones qui ont grandi dans un monde strictement identique peuvent parfaitement devenir des individus différents.
Par Jean-Baptiste Veyrieras - 20 déc 2020 (abonnés)
À l'échelle de l'individu... le hasard forge la personnalité
“Tout ce que j'avais appris jusqu'ici sur le développement du cerveau plaidait pour un pur déterminisme génétique”, se rappelle Bassem Hassan, spécialiste de la mouche du vinaigre à l'Institut du cerveau et de la moelle épinière. Jusqu'à ce que le hasard s'invite dans ses expériences.
Première surprise : le neuroscientifique a observé que des larves de mouches génétiquement identiques, grandissant dans des conditions rigoureusement semblables, développaient pourtant des connexions neuronales distinctes - jusqu'à 30 % de différences dans le câblage des axones au sein du système visuel étudié par le chercheur et son équipe. “On ne peut pas prédire la manière dont les neurones vont se configurer” , résume-t-il. En cause : un processus stochastique, où le guidage génétique se combine au hasard.
Et, surtout, deuxième surprise : cette variation neuronale se traduit par un changement de comportement chez les insectes.
Lorsque les chercheurs ont enfermé ces mouches dans une arène baignée de lumière et tapissée de deux bandes noires diamétralement opposées, deux types de comportement radicalement différents se sont dégagés… liés chacun à la forme donnée par le hasard aux connexions neuronales (voir ci-dessus). “Plus ces connexions sont asymétriques entre les deux lobes visuels, plus les mouches marchent d'une bande à l'autre” , détaille-t-il. “De petites différences dues au hasard lors du développement des organismes peuvent avoir de grandes conséquences morphologiques et comportementales , atteste Günter Vogt, de l'université de Heidelberg. Le hasard crée l'individualité !”
Sans doute apparue il y a une trentaine d'années dans un aquarium en Allemagne, cette nouvelle espèce d'écrevisse se répand en Europe, mais aussi à Madagascar et au Japon. Étonnamment, tous les individus sont des femelles et proviennent de la même écrevisse, qui a par hasard hérité de caractères génétiques très particuliers. Se reproduisant sans mâles, ces crustacés forment désormais un immense peuple de clones à travers le monde. Leur cas, unique, pourrait même inspirer des traitements contre le cancer. Curieux, vraiment.
Le livre Séduire comme une biche ou comment trouver le bon partenaire met en perspective la séduction animale et humaine. Interview de Jean-Baptiste de Panafieu, l'un des auteurs.
Jean-Baptiste de Panafieu, vous avez consulté des centaines d’études sur la séduction. Est-elle présente partout dans la nature ?
"La séduction est un phénomène très général, même si certaines espèces se passent de charme, comme l’oursin par exemple qui lâche au hasard ses spermatozoïdes et ses ovules en mer (> Leçon N°7). Mâle et femelles n’ont donc même pas besoin de se rencontrer pour procréer.
Il n’empêche que beaucoup d’animaux se séduisent. Et pas seulement les oiseaux ou les mammifères, mais aussi des espèces plus inattendues comme les insectes, (...)"
L’équipe d’Olivier Gandrillon au Laboratoire de biologie et modélisation de la cellule (LBMC) en collaboration avec leurs collègues du Généthon, du Centre Cavaillès et de l’École polytechnique fédérale de Zurich, démontre le rôle majeur de la stochasticité* dans le processus de prise de décision cellulaire. Cette étude publiée le 27 décembre 2016 dans PLOS Biology, met en lumière une augmentation de la variabilité de l’expression génique accompagnée d’une diminution de la corrélation entre les gènes, précédant un engagement irréversible des cellules dans la différenciation.
Ecole Normale Supérieure de Lyon - Quand les cellules jouent aux dés. Publication du LBMC, 03.01.2017
Beaucoup moins impressionnants visuellement que les dinosaures, les fossiles du schiste de Burgess constituent pourtant l’une des découvertes paléontologiques les plus importantes de tous les temps. Ils sont si bizarres qu’il a fallu aux spécialistes un demi-siècle pour les interpréter correctement. Mais ils nous montrent qu’il y a 500 millions d’années, existait une faune animale extrêmement étrange, et bien plus diversifiée que celle qui peuple la Terre aujourd’hui.
Manifestement, la sélection naturelle à elle seule ne suffit pas à expliquer pourquoi la plupart de ces lignées d’espèces bizarres se sont éteintes. Et il semble que tout cela soit simplement le fruit du hasard qui fut à l’oeuvre lors des périodes d’extinctions massives.
Des drosophiles au génome identique adoptent des comportements différents. Un aperçu fascinant du rôle des mécanismes aléatoires dans ce qui fait de nous des individus.
Par Hervé Morin Publié le 07 mars 2020 - Mis à jour le 09 mars 2020 - Article réservé aux abonnés
"Un même génome n’induit pas forcément les mêmes comportements. On l’observe chez les vrais jumeaux humains, qui ne sont pas strictement similaires malgré un patrimoine héréditaire identique. Entre le « programme » porté par l’ADN, l’environnement, la trajectoire de vie, les circonstances et la culture, bien des facteurs en interaction peuvent faire diverger l’« individualité ». A une échelle plus fondamentale, la drosophile permet d’explorer ce que les comportements individuels doivent aussi à la part d’aléatoire s’inscrivant dans le développement de chacun d’entre nous, y compris aux stades les plus précoces. Des observations conduites chez cet insecte, et décrites dans la revue Science du 6 mars, en apportent une illustration élégante, aux implications épistémologiques peut-être majeures.
L’expérience tourne autour de ce que les chercheurs nomment le « paradigme de Buridan », en référence à l’âne proverbial mort d’inanition parce que incapable de choisir entre deux picotins d’avoine. En l’occurrence, la mouche, privée de ses ailes et placée dans une petite arène circulaire fortement éclairée, hésite entre deux bandes verticales sombres placées sur la paroi à l’opposé l’une de l’autre. Elles sont perçues comme protectrices – ou simplement dignes d’exploration, dans ce morne environnement. La drosophile marche donc alternativement vers elles selon un parcours plus ou moins rectiligne.
Asymétrie imprévisible
Ce que montre l’équipe dirigée par Bassem Hassan (Institut du cerveau et de la moelle épinière (ICM), Paris ; Université de médecine et Université libre de Berlin), c’est que la trajectoire de la mouche entre ces deux pôles d’attraction est liée au degré d’asymétrie dans la façon dont des neurones participant à la vision se projettent vers deux structures cérébrales. Plus cette asymétrie est prononcée, plus l’animal « marche droit », et inversement. Faire se reproduire entre elles les mouches ayant le même comportement ne garantit pas de retrouver celui-ci à la génération suivante. Ce caractère est donc strictement individuel, non héritable et directement lié au développement primordial de ces neurones dont l’asymétrie n’est pas prévisible. Elle est liée à un mécanisme d’inhibition de certains signaux « intrinsèquement stochastique », aléatoire, au niveau moléculaire, écrivent les chercheurs. Le hasard est entré dans la danse, « et il touche la définition même de l’individualité », constate Bassem Hassan."
[Image] Cette illustration met en relation l’asymétrie neuronale au sein du système visuel de la drosophile, et sa façon de se rendre d’un point d’intérêt à un autre. Les trajets sont plus directs quand le réseau neuronal est plus asymétrique. Maheva Andriatsilavo/Suchetana Bias Dutta/Bassem Hassan
Une fourmi ne voit qu’à quelques centimètres devant elle. Tout au plus peut-elle décider de suivre ou non une trace de phéromone laissée par une congénère assez récemment pour que la substance ne se soit pas évaporée. Pourtant, le jeu complexe des règles simples qui régissent le comportement individuel des fourmis permet à la fourmilière de trouver une bonne approximation du chemin le plus court vers un pot de confiture situé à des dizaines de mètres du nid, malgré la perception très limitée des individus… et chacun a pu constater qu’elle le fait parfois très vite !
Reproduire cette performance dans une simulation informatique implique de résoudre une foule de...
[Image] Un exemple de simulation multi-agents (modèle de Thomas Schelling) montrant un phénomène de ségrégation ethnique. L'état initial (à gauche) représente une ville à deux ethnies (en bleu et rouge) dont les habitants sont logés au hasard. Pour chaque habitant, on applique la règle : « Si moins de 50 % de mes plus proches voisins sont de la même ethnie que moi, je déménage ». Au bout de quelques itérations, on voit apparaître des quartiers homogènes (à droite).
Marie-Hélène Tusseau Vuillemin est directrice scientifique à l’Ifremer. Spécialisée en océanographie, elle a précédemment mené des recherches autour de la biogéochimie et de l’écotoxicologie des milieux aquatiques, en particulier les contaminants d’origine urbaine. Elle plaide pour le respect de la nature. Entre art et science, la série Pourquoi cherchez-vous ? remonte aux origines de la vocation du chercheur. Quelle est la part de choix, d’engagement, de hasard, la part d’émerveillement et d’anxiété dans l’activité du chercheur ? La question n’est pas « Que cherchez-vous ? » mais « Pourquoi cherchez-vous ? »
Par Marie Fisler. Le Blog du Muséum. Site officiel du Muséum d’histoire naturelle du Havre. « Histoires d’interactions #4 : Solanopteris brunei - L'enfer, c'est (pas toujours) les autres »
Des animaux et des plantes peuvent-ils s'entraider ? Des fourmis peuvent-elles vivre dans des fougères sans les abîmer ? Un article exclusif sur une plante encore méconnue... Bonne découverte !
« Dans les forêts tropicales d'Amérique du Sud, on trouve des milliers d'espèces de plantes, de champignons ou d'animaux. Mais l'une d'entre elles est vraiment surprenante...
Il s'agit d'une petite fougère vivant sur le haut des immenses arbres de la forêt, la Canopée. Et cette fougère est très amie avec une tout autre espèce : une fourmi... »
[...]
« Lorsque l'on est un petit insecte de la canopée, on a des centaines de prédateurs. Lorsque l'on est une fougère, c'est également le cas. Mais imaginez que, par hasard, une de ces fougères ait des racines assez épaisses et creuses pour que quelques fourmis viennent s'y abriter... Le moindre prédateur approchant se ferait aussitôt attaquer par les insectes ! Si ce caractère peut être transmis à sa descendance, les petits de cette fougère auront donc la même chose, ce qui les avantagera aussi. Et parmi elles, par sélection naturelle, celles qui auront les plus gros rhizomes abriteront le plus de fourmis, ce qui les protégera le plus contre les prédateurs, ce qui leur permettra le plus d'avoir des petits ! Et c'est ainsi que les solanopteris actuelles ont d'immenses rhizomes creux, qui abritent des dizaines et des dizaines de fourmis. Ces rhizomes sont même reliés entre eux par de petits tunnels, ce qui forme une vraie fourmilière ! Et les fourmis en question, des Azteca et des Camponotus de leur petit nom, sont particulièrement efficaces pour faire fuir les prédateurs. Même les scientifiques et les explorateurs ont eu à en souffrir ! »
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À (re)lire, à (ré)écouter :
→ La « mouche de Buridan », modèle d’étude du hasard et de la nécessité - De www.lemonde.fr - 24 juin, 19:35
→ « C’est une question de câblage » : s’il est fait bien symétrique, la mouche passe pour saoule - De www7.inra.fr - 11 mars, 18:35
→ Cerveau et comportement, de la mouche à l'homme - De www.franceinter.fr - 19 septembre 2016, 14:04