• 1 « L’instant ne prépare pas à l’instant qui suit. La porte s’ouvre et le tigre bondit », Virginia Wo (...)
• 2 « Mais les cellules sont de la matière qui danse », Uri Alon, An Introduction to Systems Biology De (...)

« One moment does not lead to another. The door opens and the tiger leaps. »1
« But cells are matter that dances »2.

• 3 Jacques Monod, Le hasard et la nécessité, 1970.

1Il y a cinquante ans la biologie moléculaire commençait à s’intéresser à des problèmes censés relever d’autres disciplines, quand elle ne s’aventurait pas au-delà de la biologie3. Ce fut un tsunami.

• 4 Michel Morange, The Black Box of Biology, A History of the Molecular Revolution, 2020, Une histoire (...)

4En 1970, la biologie moléculaire4 était forte de son « dogme central » (cf. glossaire) qui classe et hiérarchise les molécules, fournit des concepts nouveaux pour comprendre le vivant et produit avec le « génie génétique » (cf. glossaire) des outils moléculaires d’analyse (enzymes de restriction, PCR, séquençage, hybridation, transfection, vecteurs viraux, librairies génomiques, transgénèse etc.) Parmi ses concepts, outre le dogme central, ceux de régulation génétique (niveau ADN, gènes) et d’allostérie (niveau protéines) vont s’avérer être fondamentaux. Ils indiquent comment les molécules et les gènes en interagissant créent des flux d’information essentiels au vivant.

• 5 Nowell PC, Clonal evolution of tumor cell populations. Science 194(4260):23–28, 1976.

5En 1970, le cancer était sur la liste des problèmes considérés à portée de main de la biologie moléculaire. Il était généralement compris comme la survenue de cellules se multipliant de manière incontrôlée, pour elles-mêmes, suite à un événement simple, dans un organisme considéré comme permissif et neutre, la cellule cancéreuse faisant partie du « soi immunologique ». Trois hypothèses, sur l’origine de l’événement simple, prévalaient, chacune étayée par quelques résultats expérimentaux : le cancer, une maladie de la différenciation cellulaire (les changements de propriétés des cellules cancéreuses reproduisent des changements des cellules durant le développement), le cancer, une maladie virale (certains virus causent le cancer) et le cancer en tant que maladie génétique somatique (les carcinogènes sont souvent des mutagènes) voir même parfois comme processus évolutif somatique5.

• 6 The biology of cancer de Robert A. Weinberg, 2014 qui fait suite aux textes fondateurs de Douglas H (...)
• 7 Molecular biology of cancer de Lauren Pecorino, 2021, Computational Systems Biology Approaches in C (...)

6Cinquante ans plus tard, les deux premières hypothèses des années 1970 ont été rejetées, au profit de celle du cancer dû à des mutations somatiques accompagnant un processus évolutif. Jean Feunten nous relate les tâtonnements qui ont conduit à la voie génétique qui demeure l’explication centrale. Cependant il est apparu que le cancer ne se réduit pas à la simple génération de cellules se multipliant de manière incontrôlée dans un organisme neutre. On dispose actuellement d’une synthèse solide permettant d’organiser la recherche, avec en filigrane une théorie plausible du cancer6, qui avait été clairement entrevue dès les années 1970, mais il reste encore des zones d’ombre. On le verra, c’est à la genèse de nouveaux domaines scientifiques et médicaux que l’on a assisté, comme l’atteste les titres de quelques ouvrages généraux sur ces sujets7.

• 8 Pour une mise en perspective plus générale (abordable par tous) de l’exploitation de la mort par la (...)

12En retour, cette nouvelle compréhension du cancer éclaire certains aspects de l’évolution, comme celui du passage à la multicellularité. L’évolution des cellules cancéreuses montre que le problème du contrôle de la croissance est premier et que différenciation et « immortalité » sont incompatibles. Ainsi, les processus de sénescence et de mort cellulaire programmée8 ont, possiblement, accompagnés l’apparition des cellules différenciées. Dans les organismes ces cellules doivent équilibrer leur prolifération. Elles le font en se contrôlant les unes les autres par des échanges de messages pour atteindre l’homéostasie tissulaire. Parmi ces messages ceux contrôlant la sénescence et la mort cellulaire programmée ont dû très tôt permettre de contrecarrer les comportements des cellules compromettant l’intégrité de l’organisme. En accord avec cette idée ces processus sont communs à tous les animaux, des cnidaires à l’homme en passant par le ver C. elegans chez qui ils ont été découverts. Ils ont même leur équivalent chez les plantes. Bien d’autres leçons sont à tirer de l’évolution des cancers, un cas unique d’évolution que l’on peut suivre presque en direct autant de fois que l’on veut.

• 9 « Je ne vois rien de contraire à l’intuition dans la possibilité qu’il existe dans le monde naturel (...)

15Tout autre est l’histoire des relations entre la biologie moléculaire et le développement (cf. Jean-François Nicolas). En 1970, l’embryologie (cf. glossaire) était depuis longtemps dans une impasse. L’embryologie expérimentale avait obtenu des résultats décisifs, mais l’embryologie chimique n’avait pas pu identifier les acteurs des mécanismes mis en jeu et ses concepts comme les champs morphogénétiques ou même l’induction (cf. glossaire) étaient dépréciés. De plus comment imaginer que les protéines, des catalyseurs de réactions chimiques, pourraient fabriquer un organisme. De nombreux biologistes considéraient que le problème du développement pourrait bien être au-delà de l’entendement humain9. Certains pensaient que des centaines de milliers de gènes étaient peut-être impliqués (la taille des génomes des animaux le suggérait). Nombre de biologistes moléculaires pensaient qu’il fallait repartir de zéro avec de nouveaux modèles animaux. Qu’en fut-il ?

• 10 Pour un aperçu général en français, voir Les mondes darwiniens. L’évolution de l’évolution, Heams, (...)
• 11 Lewontin RC, The Units of Selection. Annual Review of Ecology and Systematics 1: 1-18, 1970.
• 12 « Le sujet de ce symposium est de décider si la biologie du développement requiert de repenser la s (...)

19Qu’en est-il de la science de l’évolution (cf. Pierre Capy et Dominique de Vienne10) ? En 1970, elle n’était pas du tout dans l’agenda de la biologie moléculaire. Dans sa théorie synthétique de l’évolution (TSE, ou « synthèse moderne » ou néodarwinnisme) elle avait incorporé la génétique de Thomas Hunt Morgan aux trois piliers du darwinisme : variation phénotypique, adaptation (fitness, cf. glossaire) différentielle et adaptation héritable11). Elle en avait déduit la prépondérance de la dynamique des gènes dans les populations, décrite par la mathématique de la génétique des populations. Ses lois étaient celles de la sélection naturelle. Comme elles montraient qu’une somme de petites variations est capable d’expliquer la macroévolution, le saltationnisme (cf. glossaire) avait été écarté au profit du seul gradualisme génétique (cf. glossaire). Et bien sûr toute forme de lamarckisme était exclue. Enfin, et peut-être surtout (pour notre discussion) comme l’adaptation prend en compte le phénotype, la nouveauté et l’innovation (cf. glossaire pour ces trois termes), aucun recours aux mécanismes qui les génèrent n’était nécessaire. C’est peut-être ce droit d’ignorer les infinies complexités de la fabrication du phénotype et des nouveautés, qui fait la force de cette théorie, son attraction, sa beauté. Le dogme central de la biologie moléculaire (cf. glossaire) n’avait fait que renforcer les fondements de la théorie synthétique de l’évolution. La relation génotype-phénotype avait trouvé sa base moléculaire (ADN, ARN-Protéine), et l’impossibilité du retour du phénotype vers le génotype justifiait pleinement l’exclusion de ce dernier -et donc du développement- de la théorie. D’ailleurs, en 1986, Bruce Wallace, un étudiant puis un collaborateur de Theodosius Dobzhansky, pouvait écrire : « The issue for this symposium is whether developmental biology requires a rethinking of the Modern Synthesis. I shall argue that it does not »12. Le triomphe de la sélection naturelle et de la génétique sur la biologie marquait-il la fin de l’histoire pour cette science ?

• 13 The origins of order, Self-organisation and selection in Evolution, Stuart A. Kauffman, 1993, What (...)

20Cinquante ans après, les énormes progrès enregistrés dans la compréhension moléculaire de la structure du génome, de la construction du phénotype et de son adaptabilité, de la variation, de la nouveauté, de l’innovation et des relations génotype-phénotype (et chacun de ces éléments s’est avéré être tellement plus complexe que l’on imaginait !) le séquençage systématique des génomes, ont-ils remis en question la TSE voire même la théorie de l’évolution ? Tout d’abord, soulignons-le, cette dernière reste inchangée : les trois piliers du darwinisme restent la fondation inébranlée de cette science. Cependant, si on en juge par les titres de quelques ouvrages13, la TSE est questionnée, matière à d’âpres discussions et les problèmes sont difficiles à résoudre ! Et donc impossible à résumer ici. Contentons d’une explication volontairement un peu caricaturale et de quelques commentaires qui introduiront les articles de ce volume dans ce contexte.

• 14 The Plausibility of Life, Resolving Darwins Dilemma, Marc W. Kirschner, John C. Gerhart, 2005.

22Concernant le gradualisme, la situation est la suivante. La compréhension moléculaire de la variation, de l’innovation, de la nouveauté, de l’homologie, morphologique ou moléculaire, par la biologie évolutive du développement est un challenge qui, selon certains, pourrait justifier le retour du saltationnisme. Les mutations qui affectent les gènes sélecteurs (cf. glossaire), les maitre gènes (cf. glossaire), celles qui sous-tendent les cooptions de groupes de gènes, un des éléments de la variation facilitée14 ou même celles qui concernent des éléments de contrôle de l’expression des gènes, peuvent provoquer des sauts qualitatifs de différentes ampleurs. De plus l’apport de gènes par transfert horizontal (massif dans le cas des fusions endosymbiotiques, cf. P. Forterre) ou les duplications massives des génomes ne rentrent pas non plus très simplement dans le cadre du gradualisme.

• 15 Voir aussi les travaux de Benjamin Prud’homme en France.

23Deux exemples concrets de ces situations15. 1) le gène sélecteur Apterous, qui contrôle l’identité du compartiment dorsal de l’aile des insectes (cf. Jean-François Nicolas). Chez les coléoptères et seulement chez eux, Apterous a ajouté, d’un coup, par cooption, à l’identité de l’aile antérieure, tous les gènes du développement de l’exosquelette. L’émergence de l’élytre est due en partie à cette cooption du module (cf. glossaire) génétique « exosquelette » dans le module compartiment de l’aile antérieure par Apterous (Tomoyasu et al. 2009). Notons que cette cooption est facilitée par ces modularités (cf. glossaire) de l’embryon, les compartiments, du réseau génétique et des régions de contrôle des gènes. C’est aussi un cas de « divergence par dissociation » : l’aile postérieure n’est pas affectée. 2) chez les mammifères certaines des caractéristiques du placenta sont dues à l’exaptation (cf. glossaire) d’éléments de rétrovirus (cf. Pierre Capy et Dominique de Vienne) ! Ces deux exemples montrent que l’arbre de l’évolution est déterminé au moins en partie par la nature des mutations. C’est bien un retour du saltationnisme.

• 16 Multicellularity Origins and Evolution, Karl J. Niklas, Stuart A. Newman, John T. Bonner eds, 2016; (...)
• 17 « L'induction environnementale est probablement plus importante que la mutation pour l'origine des (...)

24Les propositions (a) et (b) prêtent aussi à débats. Un exemple type, celui de la plasticité du développement, origine de la plasticité du phénotype. Cette plasticité est bien documentée. Elle peut permettre l’adaptation immédiate à des changements environnementaux. C’est reconnu de tous. Mais si le phénotype nouveau induit par le milieu se maintient suffisamment longtemps, il est susceptible d’être assimilé génétiquement (cf. glossaire). Pour Stuart A. Newman, il en est de même pour l’organisation induite par les propriétés physiques des cellules et tissus16. Si assimilation génétique il y a, alors, adaptation, phénotype et transmission dépendent les uns des autres, (b) semble être réfutée ; de plus, l’adaptation n’est plus aléatoire, elle est biaisée par la capacité des organismes à la produire et elle précède la transmission, (a) semble aussi être réfutée. L’importance donnée à la plasticité et à l’assimilation génétique dans l’évolution est, pour certains, majeure. Mary Jane West-Eberhard écrit : « Environmental induction is probably more important than mutation for the origin of adaptive novelties »17.

• 18 « C'est un important exercice théorique, historique et philosophique que de confronter la biologie (...)
• 19 Evolutionary developmental Biology, Scott F. Gilbert (ed), 2021, Gene Regulatory Networks, Isabelle (...)

26Ces débats parfois commencés dès les années 1930 n’en finissent pas. Denis M. Walsh et Philippe Huneman écrivaient encore en 2017 : « It is an important theoretical, historical, and philosophical exercise to hold early 21st- century biology up against 20th- century evolutionary theory and to ask how much the former challenges the latter, and how well, if at all, the latter can accommodate the former »18. Quel contraste avec ce qu’écrivait Jacques Monod, en 1970, « Pour l’essentiel, cependant, le problème de l’évolution est résolu et l’évolution ne figure plus aux frontières de la connaissance ». À lire les articles de ce dossier on a le sentiment que ce qui, probablement, manque, c’est une théorie du développement incluant les résultats de la biologie de l’évolution du développement (cf. Jean-François Nicolas) et même peut-être de l’« éco-évo-dévo » (cf. Pierre Capy et Dominique de Vienne). On en perçoit les prémisses19. Elle donnerait, à notre sens, les clés pour une synthèse avec la TSE.

• 20 « En conséquence des liens de causalité intimes existant entre l'ontogénie et la phylogénie, nombre (...)

28Cela donne, finalement, raison aux évolutionnistes de la fin du xix^è siècle qui pensaient avec Wilhelm Roux  « In consequence of the intimate causal connections existing between ontogeny and phylogeny, many of the conclusions drawn from the study of ontogeny will throw light on phylogenetic processes »20.