La sélection naturelle

Votre esprit ne s’est-il jamais enthousiasmé à la vue d’un aigle chassant sa proie, ou bien d’une girafe dont la longueur du cou semble étrangement adaptée à la hauteur des arbres ? Si tel est le cas, alors vous êtes en droit de vous demander comment ces merveilles de la Nature sont arrivées jusqu’à nos yeux. 

Afin de répondre ensemble à cette question, je vous propose de commencer par remonter le temps jusqu'aux prémices des pensées de nos aînés. Nous nous intéresserons ainsi à la façon dont ces scientifiques appréhendaient le monde qui les entourait et nous verrons comment cette pensée a évolué à travers les siècles.  

Nous entrerons ensuite dans le vif du sujet pour mieux comprendre les mécanismes de cette théorie qui porte le nom de sélection naturelle. Nous verrons alors que le hasard fait bien les choses en dotant certaines espèces de capacités incroyables.

Pour finir de vous convaincre, nous nous intéresserons ensemble à un exemple marquant d'évolution d'espèce à l’échelle d’une vie humaine ! 

Enfin, nous aborderons les quelques controverses ayant marquées l'histoire de cette théorie de la sélection naturelle.   

Qu’est-ce-que l’évolution ? 

En biologie, l'évolution désigne le changement des caractéristiques d'une espèce donnée sur plusieurs générations, comme la forme du bec chez les oiseaux ou bien la formation des membres chez les tétrapodes par exemple, et repose sur de multiples processus (évolutifs).  

La sélection naturelle constitue l’un des processus évolutifs le plus connu et étudié par les scientifiques, et c’est à ce dernier que nous allons nous intéresser dans cet article. 

L’histoire d’une théorie

J’espère que vous me pardonnerez de ne pas citer ici l’entièreté de l’histoire de la sélection naturelle ! Je vais toutefois tâcher d’en énumérer les faits les plus marquants 🙂

Toute science dispose de sa propre philosophie, et la biologie évolutive ne fait pas exception.

Dans l’Antiquité, des philosophes comme Platon ou bien Aristote s’interrogeaient déjà sur la place des espèces dans le monde. Aristote est même allé jusqu’à inventer un système de classification des animaux qu’il nomma Scala naturae

Son idée reposait sur le fait que les êtres vivants puissent se voir attribuer une position hiérarchique sur cette échelle en fonction de leur degré de « perfection ». Ainsi, l’humain était juste en dessous des anges. Les autres créatures du monde se trouvant à des échelons progressivement inférieurs [1]. 

Plus tard, la pensée d’Aristote s’étendit à la pensée chrétienne. À cette époque en Europe, on pensait qu’un dieu était à l’origine de la création de chaque espèce. À cela s’ajoutait la pensée que ces espèces étaient figées dans le temps, c’est-à-dire qu’elles n’évoluaient pas.  

Au fil des siècles, de nombreux scientifiques se sont intéressés à ce monde plein de vie qui les fascinait. Ils ont donc commencé à le décrire, avec toujours plus de précision.

Entre 1600 et 1800, l'idée selon laquelle "Le chemin vers Dieu passe par la contemplation de ses œuvres" était populaire. Cette pensée a justifié (ou motivé) une grande partie des premiers travaux d'histoire naturelle, et a donc donné lieu à de grandes tentatives de classification. Néanmoins, un problème fondamental se posait avec la question des unités de vie qu’il fallait classer. 

C’est au XVIième siècle que le botaniste Carl von Linnée proposa l’espèce comme unité fondamentale. Celle-ci pouvait être regroupée par similarité de structure en groupes plus importants au moyen d’une hiérarchie inclusive : Espèce, Genre, Famille, Ordre, Classe, Embranchement et Règne [2].

Linné a catalogué les espèces comme si elles étaient invariables, en d’autres mots, comme si elles n’évoluaient pas dans le temps. Mais les hybrides occasionnels entre les espèces (bien connus des éleveurs de chiens par exemple) laissaient entendre qu’elles n’étaient pas aussi fixe que ce que l’on pensait.

Au fil des années, la découverte de restes fossilisés bouscule cette vision d’un monde figé et permet d’introduire le concept d’extinction d’espèces [3]. Les naturalistes du siècle des Lumières commencent alors à s’éloigner des interprétations strictement religieuses de la science. Une révolution de pensée est en marche : les espèces évolueraient dans le temps ! 

Afin d'expliquer physiquement ce qu'est un animal, c'est-à-dire comment il "fonctionne" et comment il se forme, Lamarck fut le premier au début du XIXème à élaborer une théorie de l'évolution organique [4]. Pour Lamarck, les organismes vivants étaient en quelque sorte capables de réagir positivement (nous dirions, de manière adaptative) aux changements de l'environnement extérieur. Ces modifications physiques seraient le résultat d’une sorte d'impulsion vitale interne et pourraient être transmis d'une génération à l'autre grâce à un processus plus tard nommé : l’hérédité des caractères acquis. 

Pour comprendre cette théorie, intéressons-nous à un exemple illustratif : le long cou des girafes. Pour expliquer l’évolution de cette « étrangeté », Lamarck maintient l’idée que les girafes avaient à l'origine un cou comparable aux autres animaux[1]. Cependant, pour atteindre les feuilles des hautes branches (d’acacia par exemple), les girafes devaient s’étirer (et s’étireeeeer). À force d’insistance et au cours de leur existence, leurs cous se seraient étendus. La girafe au long cou transmettrait alors ce changement à sa progéniture, qui à son tour contribuerait à son étirement, jusqu'à obtenir la girafe au long cou que nous connaissons aujourd'hui.

Malgré la révolution qu’allait introduire cette théorie1, les mécanismes évolutifs proposés par Lamarck à travers le transformisme manquaient grandement de plausibilité… Et vous l’avez sans doute remarqué ! En effet, ce n’est pas parce que l’un de vos parents s’est lancé dans le body-building avant votre conception, que vous, sa descendance, allez hériter de tous ses efforts passés !

Je ne chercherais pas à prendre part au débat actuel sur la supposée renaissance de Lamarck et/ou du lamarckisme avec les récents développements de l'épigénétique (l'hérédité de caractères qui ne sont pas portés par les gènes), mais il faut noter que depuis les années 1990, d'une part, des résultats solides sont disponibles chez divers espèces (principalement des plantes, des nématodes et des insectes) où il est démontré que l'héritage épigénétique pourrait parfois imiter l'héritage génétique de manière moins stable (voir [5,6]  pour un développement du sujet et [7] pour une approche critique de l’analogie). 

Bien que ces théories existent depuis des siècles, ce n’est que depuis l’œuvre de Charles Darwin et Russel Wallace que l’évolution biologique est acceptée par la société [8]. À une époque gouvernée par des pensées théologiennes, Darwin et Wallace innovent par leur logique. Contrairement à leurs prédécesseurs, ils acceptent la réalité des observations scientifiques et cherchent à mettre en lumière des mécanismes réalistes permettant l’évolution des espèces.

L’audace principale de leurs travaux se trouvent dans le fait qu’ils proposent un mécanisme plausible capable d’expliquer les observations sans avoir recours à une « explication religieuse » telle que le créationnisme. Cette théorie révolutionnaire porte le nom de sélection naturelle. Ils concluent que tous les organismes sont le fruit de processus totalement naturels et non l’œuvre d’un dieu ayant figé ses créations ad vitam aeternam. 

Darwin et Wallace déterminent que les deux enjeux clés pour les organismes sont la survie et la reproduction [9,10].Pour que les individus prospèrent, il faut qu’ils soient capables de survivre (se nourrir correctement, éviter les prédateurs et les pathogènes, endurer les conditions climatiques, etc), mais également de se reproduire et d’avoir de nombreux descendants. 

À ce stade de l’article, il me parait important de vous rappeler qu’une théorie scientifique comme celle de l’évolution par sélection naturelle n'est pas simplement une idée ou une supposition. Il s’agit bel et bien d’une explication établie et fondée d'un phénomène naturel tel que la gravité, qui a été à la fois testée et perfectionnée grâce à de nombreuses observations et expérimentations.

Ainsi la théorie de l’évolution a elle-même évolué et s’est enrichie au fil des années grâce à des découvertes scientifiques majeures telle que la génétique par exemple.

Comment fonctionne la sélection naturelle ? 

Et bien pour faire court : le hasard propose, la nature dispose ! 

Il faut donc voir la sélection naturelle comme un phénomène sans intelligence ni dessein. La sélection naturelle n’a pas de vocation à proprement parler. Le hasard propose simplement, et la nature, elle, en disposera. 

Imaginez ainsi une table ronde sur laquelle toutes les espèces vivantes jouent au poker.  Chacune d’entre elles dispose d’un jeu de cartes mélangé au hasard, les cartes symbolisent ainsi la diversité acquise entre les espèces ou bien au sein des espèces. 

Comme dans un jeu de cartes classique, à chaque tour, les cartes sont réorganisées. Au cours de la partie la sélection naturelle favorise les différences avantageuses (certaines cartes) décidant du sort de chacun des joueurs (ici, chacune des espèces).

Les joueurs ne décident pas quelles cartes jouer afin de gagner la partie (ou tout du moins de rester dans la partie), c’est la sélection naturelle en tant que processus évolutif qui sélectionnera les joueurs possédant des cartes avantageuses.

Mais d’où proviennent ces différences entre les individus ? 

Un seul mot : les mutations ! 

Je vous vois d’ici… les yeux grands ouverts, comme si nous débarquions dans un film de science-fiction post-apocalyptique ! Pour être honnête, les mutations peuvent, en effet, être provoquées par des éléments radioactifs ou bien par les radiations ultraviolettes du soleil, mais ces causes ne sont pas les seules dans la nature. La plupart du temps, les mutations sont simplement le fruit du hasard et sont causées par des erreurs dans la machinerie biologique [11].

Mais de quelles erreurs parlons-nous ?  Pour comprendre ce qu’est une mutation, il nous faut comprendre ce qui mute, et ce que cela implique pour les espèces.  Il se trouve que c’est l’ADN qui mute.  

En génétique, ces lettres sont communément appelées des nucléotides et elles constituent l’entièreté de notre génome. Notre génome est ainsi composé d’environ 6,4 milliards de nucléotides !   

Si un nucléotide était un caractère, notre génome suffirait à lui seul à remplir 200 livres de 500 pages  ! En revanche, si nous nous amusions à dérouler notre génome sur une table, il ne mesurerait que 1,8 millimètre de long ! Très petit et très compact donc.  

Parmi ces 6,4 milliards de nucléotides qui composent votre génome, la moitié provient de votre père, et l’autre moitié de votre mère. Vos parents vous ont donc, en quelque sorte, légués ces nucléotides lorsqu’ils vous ont conçu. 

Votre ADN est présent dans chacune de vos cellules en milliards de copies identiques. Chaque seconde, des cellules meurent dans votre corps alors que d’autres se créent. Pour que ces nouvelles cellules puissent être créées, votre génome doit être recopié.  

En d’autres termes, il est nécessaire de dupliquer les 200 livres de 500 pages et ceci un grand nombre de fois ! 

Vous venez juste de comprendre comment se produisent les mutations (moins spectaculaire que les X-men, je vous l’accorde). Mais bon, bien que la machinerie cellulaire qui s’occupe du recopiage de notre ADN se trompe parfois (1 nucléotide/100 000), dans la grande majorité des cas (99%) [12], ces erreurs sont réparées, et les restantes n’ont pas réellement d’impact. Seulement quelques fois, ces erreurs peuvent changer l’histoire d’une espèce et nous allons voir comment ! 

Mais un gène, c’est quoi en fait ? 

Les gènes constituent souvent une manifestation visible d’une caractéristique individuelle telle que la couleur des yeux, des cheveux, ou bien encore de la forme des ailes, etc. Dans notre jargon scientifique, nous parlons de phénotype.  

Ceci étant dit, il nous reste à comprendre comment une mutation survenant sur un gène donné peut impacter un individu. Pour ce faire, il est important de considérer les gènes comme des phrases ayant une signification particulière. Changez une lettre dans cette phrase et son sens peut changer du tout au tout !

Regardons un exemple d’un peu plus près :

CET ÂNE FOU TUA MON AMI 

Peut subir une mutation et devenir : 

CET ÂNE FOU TUA TON AMI 

Ici l’ami tué n’est pas le même dans les deux versions de l’histoire. 

Prenons maintenant l’exemple hypothétique d’un gène impliqué dans la couleur des écailles d’un pangolin :

Lors du « recopiage », un nucléotide s’est transformé par erreur en T alors qu’il s’agissait initialement d’un G. Ce pangolin lègue désormais ce gène modifié à sa descendance. Or, il s’avère que cette mutation va modifier la couleur des écailles qui sera désormais blanche (et non plus marron) ! Imaginez maintenant un pangolin blanc dans son environnement, il se ferait repérer directement par ses prédateurs, alors qu’un pangolin marron lui se camouflerait plus aisément. Ainsi il est facile d’imaginer que les individus de couleur marron seront ceux qui seront sélectionnés de manière naturelle un peu comme le grand cou chez les girafes.  

Je suis d’accord avec vous, il ne s’agit que d’un exemple ! Alors pour vous convaincre un peu plus, pourquoi ne pas jeter un coup d’œil du côté de notre propre espèce ? Vous avez surement tous remarqué (ou on vous l’a fait remarquer !) que certaines de vos caractéristiques physiques ressemblent étrangement à celles de votre mère, votre nez peut-être ? Même chose avec votre père. Pourtant, vous êtes bel et bien une personne à part entière, avec des caractéristiques qui vous sont propres, à vous et à vous seul ! L’explication se tient essentiellement du côté des mutations qui ont eu lieu dans les gamètes (les cellules reproductrices) de vos parents et bien évidemment de l’interaction que vous aurez avec votre environnement ! 

On estime qu’un enfant obtient, en moyenne, 175 mutations différentes de celles de ses parents [13]. Parmi ces 175 lettres se trouvent peut-être celles qui vous apporteront un avantage de survie ou vous reproduire dans le monde dans lequel vous vivez, qui sait ?

Il est alors facile d’imaginer qu’il est possible, après des milliers de générations, d’obtenir des caractères magnifiques à observer dans la nature. Les yeux télescopiques d’un faucon prêt à bondir sur sa proie, l’incroyable force d’une crevette-mante capable de vous briser le crâne ou bien le majestueux ballet aquatique d’une baleine bleue ne sont que quelques-uns des nombreux exemples qui jonchent notre Planète. 

La sélection naturelle en action ! 

Pour mieux comprendre à quel point une mutation peut être sélectionnée ou non dans un environnement donné, il nous faut prendre un exemple bien connu : celui de la phalène du bouleau [14] !  

(A) Avant la révolution industrielle, au milieu du XVIIIème siècle, la phalène du bouleau (petite précision qui a son importance, il s’agit d’un papillon de nuit) était le plus souvent de couleur blanchâtre assez pâle avec de petites taches noires. Cette coloration leur permettait de se cacher des prédateurs potentiels sur des arbres dont l'écorce était de couleur pâle, comme les bouleaux. Les phalènes du bouleau qui étaient de couleur foncée en raison de mutations survenues sur les gènes impliqués dans la couleur de leurs ailes, étaient facilement visibles sur l'écorce pâle des arbres et donc plus facilement repérables par les prédateurs. Ces individus mutants avaient donc moins de chance de survivre et de se reproduire.

(B) Lorsque la révolution industrielle a atteint son apogée, la concentration en suie dans l’air a considérablement augmenté, entrainant un noircissement des bâtiments mais aussi des arbres ! En conséquence, les papillons de nuit les plus clairs sont devenus plus facilement repérables que les individus les plus sombres, les rendant ainsi plus vulnérables à la prédation par les oiseaux. Cette modification de l’environnement a fait basculer la tendance : les individus foncés avaient plus de chance de survivre que les individus pâles et donc également plus de chance de se reproduire. Après quelques générations, les papillons de nuit aux ailes noires sont devenus largement majoritaires dans la population. 

La vie est en constante transition 

L’exemple de la phalène du bouleau illustre parfaitement les transitions constantes qui rythment la vie grâce à la présence perpétuelle de nombreuses variations. Néanmoins, l'évolution des espèces n'est ni un simple processus ponctué de brèves périodes de changements importants, ni un processus graduel et constant. Il s’agit plutôt d’une interaction complexe entre des changements qui se produisent de manière aléatoire (et parfois brutalement), un environnement dans lequel les individus évoluent qui est également sujet à des variations, et des formes diverses de compétition au sein même d’une espèce ou entre espèces proches. 

Toutes ces variables font qu’une espèce n’est jamais figée dans le temps puisqu’elle accumule des variations au fil des générations ! On entend parfois parler d’espèces complexes ou « plus évoluées », ces affirmations n’ont pourtant pas de sens en biologie évolutive. Toutes les espèces présentes, ici et maintenant, résultent de lignées qui ont le même temps d’évolution dans l’arbre de la vie. Dire qu’une espèce est « plus ou moins évoluée  » reviendrait à dire que certains organismes ont tout simplement cessé d’évoluer. Or, même si on a l’impression de voir certaines formes stables (que l’on pourrait appeler « fossiles vivants »), comme les cœlacanthes (un animal marin dont on trouve la forme quasiment identique fossilisée dans le crétacé supérieur), la stabilité de la forme n’implique par l’absence de changement. Les changements ne se situent pas seulement sur l’aspect extérieur mais peuvent opérer à d’autres niveaux non visibles. Le changement est ainsi inscrit partout dans le vivant, à tous les niveaux d’intégration, et ce depuis la nuit des temps ! 

Les controverses de la théorie 

Nous aurons prochainement un article entièrement dédié aux controverses et fausses idées liées à l’évolution, mais en attendant je ne pouvais pas traiter de la théorie de l’évolution par sélection naturelle et de son histoire sans mentionner ces deux controverses majeures :

Les humains descendent-ils du singe ?  

En tant que darwiniens nous déclarons sans hésitation que la notion d'échelle des êtres est à rejeter. Mais ne persiste-t-elle pas dans nos représentations graphiques modernes ?  

Nous avons tous vu et revu cette représentation basique de l’évolution de l’humain : 5 individus marchant tout droit vers un but ultime, l’Homo sapiens (littéralement « homme sage », tout un programme…) !

Or, l’évolution n’est pas directionnelle et ne tend pas non plus vers un objectif prédéfini. Les humains ne sont donc pas, contrairement à ce que pourrait faire croire cette illustration, des créatures parfaites. Chaque espèce évolue continuellement. Il n’existe pas de moyen permettant de quantifier les « progrès de l’évolution ». Ainsi, la représentation pyramidale du monde que nous avions autrefois, dans laquelle les humains occupaient le point culminant, s’est transformée (et à raison !) en un joli cercle égalitaire [15] dans lequel chaque espèce continue d’accumuler des variations et donc d’évoluer ! 

Pour résumer, il n’y a pas d’espèce supérieure aux autres. Si nous habitons tous la planète Terre (de la crevette de 3gr aux éléphants africains en passant par les orchidées) en ce moment même, c’est parce que nous avons tous réussi à survivre et à nous reproduire. 

Les rejets de la théorie 

La théorie de l’évolution est aujourd’hui largement acceptée même par les instances religieuses. Néanmoins elle est (a été et sera...) souvent détournée, utilisée pour justifier des actes (parfois des décisions politiques), ou niée, quand cela arrange les dirigeants en question. Nous souhaitons attirer votre attention sur ce point. La théorie de l’évolution est une hypothèse scientifique permettant d’expliquer l’évolution des espèces sur notre Planète. Elle permet entre autres d’expliquer la raison pour laquelle un lion va tuer tous les petits d’une portée dont il n’est pas le père. Ce qu’elle ne permet pas, c’est de décider si cela est bien ou mal. Soyez donc toujours vigilants quand cet argument apparaît lors d’un débat politique ou pour des propositions de réformes. Si la sociologie existe et est une discipline bien distincte de la biologie, c’est pour de bonnes raisons. 

Le petit mot de Benjamin

L’étendu de nos connaissances ne représente pas plus d’un verre d’eau capturé dans l’immensité océanique. Ce qui n’est rien et en même temps beaucoup. Cela suffit en tout cas à illuminer notre esprit, ou tout du moins le mien ! Vous l’avez donc compris, aucune espèce n’est immuable, pas même les humains. Chacun d’entre nous est différent et ce sont ces différences qui sont sélectionnées de manière naturelle le long d’un processus évolutif.  

Il est clair que la théorie de l’évolution est aujourd’hui fondée sur un large éventail de preuves provenant de divers domaines scientifiques. Il reste néanmoins énormément à découvrir ! Nous commençons tout juste à comprendre les mécanismes de nouvelles forces ayant, elles aussi, de forts impacts sur les trajectoires évolutives des espèces. Parmi celles-ci, nous pouvons citer la migration, la dérive génétique aléatoire, les transferts de gènes entre espèces, ou bien encore les biais de conversions géniques, etc. Nous devons toutes ces découvertes élégantes à des passionnés qui se succèdent au fil du temps pour continuer, encore aujourd’hui, de déchiffrer l’une des plus grandes énigmes de la biologie : l’évolution des espèces.


1Lamarck ouvre la voie vers un nouveau mode de pensée, dieu n’est peut-être pas finalement l’élément moteur de la nature et cela peut être vu comme un pas de géant pour ceux qui vont suivre.  


Références

  1. Hodos W. (2009) Evolution and the Scala Naturae. In: Binder M.D., Hirokawa N., Windhorst U. (eds) Encyclopedia of Neuroscience. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-29678-2_3118
  2. Gallica.bnf.fr. 2020. Les Sciences Naturelles Au Xviiie Siècle | BNF ESSENTIELS. [online] Available at: <https://gallica.bnf.fr/essentiels/repere/sciences-naturelles-xviiie-siecle> [Accessed 28 August 2020].
  3. Fitch, W. and Ayala, F., 1995. Tempo And Mode In Evolution. Washington, D.C.: National Academy Press.
  4. Encyclopedia Britannica. 2020. Jean-Baptiste Lamarck | French Biologist. [online] Available at: <https://www.britannica.com/biography/Jean-Baptiste-Lamarck> [Accessed 28 August 2020].
  5. Koonin, E. and Wolf, Y., 2009. Is evolution Darwinian or/and Lamarckian?. Biology Direct, 4(1), p.42.
  6. Skinner, M., 2015. Environmental Epigenetics and a Unified Theory of the Molecular Aspects of Evolution: A Neo-Lamarckian Concept that Facilitates Neo-Darwinian Evolution. Genome Biology and Evolution, 7(5), pp.1296-1302.
  7. Loison, L., 2018. Lamarckism and epigenetic inheritance: a clarification. Biology & Philosophy, 33(3-4).
  8. Ginnobili, S. and Blanco, D., 2017. Wallace’s and Darwin’s natural selection theories. Synthese, 196(3), pp.991-1017.
  9. Darwin, Charles, 1809-1882. On The Origin of Species by Means of Natural Selection, or Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life. London :John Murray, 1859.
  10. Wallace, A., 1870. Contributions To The Theory Of Natural Selection. London: Macmillan.
  11. J.F. Griffiths, A., 2020. Mutation. [online] Encyclopedia Britannica. Available at: <https://www.britannica.com/contributor/Anthony-JF-Griffiths/5549> [Accessed 29 August 2020].
  12. Pray, L.,2008. DNA Replication and Causes of Mutation. Nature Education 1(1):214
  13. Asakawa, J., Kodaira, M., Cullings, H., Katayama, H. and Nakamura, N., 2013. The Genetic Risk in Mice from Radiation: An Estimate of the Mutation Induction Rate per Genome. Radiation Research, 179(3), p.293.
  14. Cook, L. and Saccheri, I., 2012. The peppered moth and industrial melanism: evolution of a natural selection case study. Heredity, 110(3), pp.207-212.
  15. De Vienne, D., 2016. Lifemap: Exploring the Entire Tree of Life. PLOS Biology, 14(12), p.e2001624.

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