L’évolution et les Cténophores

25 mars 2016,

fig. 1.Mnemiopsispar Ghislain Nicaise

Je reviens d’un congrès de deux jours où j’accompagnais une biologiste en retraite, anciennement spécialiste des Cténophores. Les Cténophores sont un embranchement qui regroupe moins de 200 espèces animales répertoriées mais il est très présent dans tous les océans (1). L’espèce Mnemiopsis leydii (fig. 1) a été accidentellement introduite en Mer Noire puis en Mer Caspienne et à chaque fois a provoqué par sa voracité un désastre pour les pêcheries. Il est remarquable que pour lutter contre l’invasion de Mnemiopsis, on a eu recours à un autre Cténophore, du genre Beroe. Le Cténophore Pleurobrachia, par son abondance, bouche régulièrement les filtres de la centrale nucléaire de Gravelines.

Pour la première fois, un congrès rassemblait des scientifiques avec pour seul thème ces animaux. Bien au delà de leur impact économique (toujours utile pour obtenir des crédits de recherche), ils forment un cas d’école pour la compréhension de l’évolution : ils sont tellement différents des autres animaux qu’il est possible que l’ancêtre commun qu’ils partagent avec nous n’ait eu ni muscles ni système nerveux et qu’ils aient « inventé » ces tissus de leur côté. Leur étude suscite l’excitation des biologistes un peu comme s’il s’agissait d’extraterrestres. Souvent planctoniques, ils sont alors plus ou moins transparents, gélatineux : ils ressemblent à des méduses et ont souvent des filaments pêcheurs comme certaines méduses. Ces ressemblances ont amené les zoologistes du XIXe siècle à les regrouper avec les Cnidaires (méduses, anémones de mer, coraux) dans un super-embranchement des Coelentérés. Cependant les filaments pêcheurs des Cnidaires sont urticants, venimeux, à l’aide de cnidocystes, alors que ceux des Cténophores sont seulement collants, à l’aide de colloblastes. Les Cnidaires ont un tube digestif pourvu d’un seul orifice, qui sert de bouche et d’anus alors que les Cténophores ont un tube digestif perforé aux deux extrémités. Entre la peau externe (épiderme) et la peau interne (endoderme) les Cnidaires n’ont qu’une gelée alors que les Cténophores ont des cellules musculaires et nerveuses qui forment une sorte de mésoderme, comme chez la plupart des animaux. Les Cténophores sont pourvus de palettes de cils, sortes de peignes qui ont donné leur nom à l’embranchement et qui en font les seuls animaux pluricellulaires se déplaçant par battement ciliaire.

Or les progrès de la génomique ne se limitent pas à la recherche d’ADN dans les enquêtes policières : ils ont permis de revoir la classification des êtres vivants, avec parfois des surprises. Par exemple ce que l’on appelait autrefois les reptiles a été éclaté, les oiseaux, descendants des dinosaures, étant plus proches des crocodiles que les crocodiles ne le sont des lézards.

La phylogénomique, c’est à dire l’application du déchiffrage du génome à l’étude de l’évolution est une discipline complexe, qui repose sur des programmes informatiques sujets à modification. Les données brutes qui sortent de ces programmes doivent être confrontées à la réalité biologique. Pour prendre un exemple extrême, dans une des toutes premières études sur ces animaux, une espèce de Cténophore (Haeckelia rubra) avait fait un scoop en se distinguant de toutes les autres par sa ressemblance avec les Cnidaires : en fait c’est qu’elle se nourrissait de Cnidaires et qu’elle était capable d’incorporer des cnidocystes fonctionnels dans ses tentacules pour améliorer son arsenal offensif (certains mollusques sont capables de la même performance).

fig. 2.thèse Alicia Coste 2015Les résultats interprétés et les hypothèses se traduisent par des dendrogrammes comme celui de la figure 2. Le scénario 1 présente la vision classique de la filiation des principaux groupes, à peu près telle qu’elle était enseignée quand j’étais étudiant. Les Porifera sont les éponges, organismes fixés sans système nerveux ni muscles, filtrant l’eau pour se nourrir. Entre leurs épithéliums l’équivalent de nos fibroblastes fabriquent une trame collagène qui chez certaines espèces permet la constitution de nos éponges de toilette (après élimination des cellules). Les Placozoa sont un embranchement réduit à un seul genre, sorte d’amibe multicellulaire, une curiosité, sans tube digestif ni neurones ni muscles, avec seulement trois catégories cellulaires (contre 200 au moins chez nous), de très petite taille. Les Bilateria sont tous les autres animaux, ils ont fondamentalement un côté gauche et un côté droit, c’est à dire une symétrie par rapport à un plan vertical, même si cela ne se voit plus bien chez certains adultes ; ils regroupent aussi bien les vers que les Insectes ou nous autres Vertébrés.

Les scénarios 2a et 2b prennent en compte les données récentes de la génomique qui placent les Cténophores comme une lignée soeur de tous les autres animaux. Le scénario 2a suppose que notre ancêtre commun avait déjà un système nerveux. Pour que cette hypothèse soit valable, il faut supposer que les Eponges et les Placozoaires se sont adaptés à des conditions dans lesquelles le système nerveux n’était pas utile et qu’ils ont perdu ce tissu. Le scénario 2b propose que le système nerveux est apparu au moins deux fois au cours de l’évolution, en termes précis on dit qu’il résulte d’une convergence. Enfin certains auteurs soutiennent que les données de la génomique sont compatibles avec le scénario 1, le moins novateur.

Derrière ces conclusions provisoires et ces choix d’hypothèses de travail, il y a, de manière plus ou moins consciente, des visions différentes de la théorie de l’évolution et, sous un éclairage plus philosophique, de la place de l’homme dans l’univers. Selon le néodarwinisme le plus orthodoxe, celui qui est adopté par la majorité des bons auteurs contemporains, la contingence (ou si l’on préfère l’intervention du hasard) est toute puissante et n’est complétée que par la sélection. Il n’y a pas de progrès, contrairement à l’imagerie populaire du singe qui se redresse progressivement (2), il y a seulement une diversification au cours du temps, qui ne va pas nécessairement dans le sens d’une plus grande complexité mais qui assure la place de l’espèce dans un écosystème. Cette position était déjà formulée par Jacques Monod (dans Le hasard et la nécessité, 1970) qui explicitait que c’est la seule qui satisfasse clairement au postulat d’objectivité. Vingt ans plus tard, Stephen J. Gould, inventeur de la notion d’équilibre ponctué (3) et vulgarisateur génial le formulait ainsi : La vie est un buisson copieusement ramifié, continuellement taillé par le sombre sécateur de l’extinction, et non une échelle de progrès prévisible… nous faisons continuellement des erreurs inspirées par une adhésion inconsciente à l’échelle du progrès, même lorsque nous réfutons explicitement cette vision surannée de la vie (4).

On a parfois l’impression que toute critique de cette vision néodarwinienne vous rejette dans le camp des obscurantistes religieux partisans du dessein intelligent ou tout au moins parmi ceux que Jacques Monod appelait « les animistes« . Et pourtant les astrophysiciens (au moins ces trois là : Eric Chaisson, Hubert Reeves, François Roddier) voient, comme une grande partie du public, l’évolution comme un mouvement en progrès. Cette évolution est plus précisément thermodynamique, donc dépendant de la flèche du temps. Elle part du Big bang et ne connait pas de rupture entre la matière et la vie (ce qui me plait bien). Il ne s’agit pas de nier le rôle de la sélection mais de proposer qu’il y a quelque chose en plus.

fig.3.échelle de ReevesReeves m’a fait entrevoir que l’évolution avait pu commencer avant la vie, avec des paliers de complexification qu’on appelle des émergences (5, et fig. 3). Exemple d’émergence emprunté à cet auteur : si on assemble les lettres b, e, l, u d’une certaine façon on peut obtenir le mot bleu, une combinaison plus complexe qui prend un sens tout différent de la collection de lettres initiales et que l’on ne pouvait prédire en regardant seulement ces lettres – on peut remplacer les lettres par « acides aminés » et le mot bleu par « protéine » par exemple. Dans mes lectures, l’apport de Roddier est d’avoir mis en valeur des auteurs, dont le plus récent est Roderick Dewar (6), qui introduisent l’entropie dans la notion d’émergence : chaque palier, chaque barreau de l’échelle de la fig. 3, chaque émergence correspond à une meilleure dissipation d’énergie (7). La thermodynamique donne un sens au temps, et il y aurait une troisième loi de la thermodynamique qui serait la tendance de l’univers à augmenter la dissipation d’énergie rapportée au poids de matière (fig. 4 d’Eric Chaisson, ci-dessous). Les néodarwiniens n’utilisent généralement pas le mot émergence, ni surtout le mot entropie alors que depuis Prigogine on sait que les êtres vivants font partie des systèmes ouverts dans lesquels le flux d’énergie est mis à profit pour créer ou maintenir des structures dissipatives.

fig.4.Chaisson energy density.redSi l’on adopte le point de vue « animiste » des astrophysiciens cités ci-dessus ou de certains biologistes (8), alors la vie a pu apparaitre plusieurs fois et n’est pas forcément l’évènement extraordinairement chanceux décrit par J. Monod. Du coup les bactéries et les archées n’ont pas forcément un ancêtre cellulaire commun, le schéma 2b est aussi vraisemblable que le schéma 2a et il n’est même pas nécessaire que les quatre lignées représentées sur la figure 2 aient eu un ancêtre pluricellulaire commun. Quelles que soient leurs ressemblances, elles peuvent résulter d’une convergence. Je n’ai pas envie d’entreprendre une croisade pour défendre cette vision mais je voulais lancer le débat sur les « derniers ancêtres communs » qui me semblent être des postulats un peu métaphysiques ou « métabiologiques ». Et tout cela sans faire appel à un encore plus métaphysique « dessein intelligent ».

Ghislain Nicaise

P.S. Si vous êtes arrivé-e jusqu’ici, vous aurez peut-être le courage de lire ou relire sur le site du Sauvage :       Pipi et éco-évolution,  La calvitie des extraterrestres.

(1) c’est  un petit nombre d’espèces si l’on fait la comparaison avec quelque 50 000 Vertébrés ou même, si l’on s’en tient au milieu aquatique, avec 28 000 espèces de Poissons

(2) The early man, eds Time-Life, 1965

(3) La théorie des équilibres ponctués de S. J. Gould révèle que les nouveaux plans d’organisation du vivant apparaissent subitement et non par changement progressif. Ainsi la diversification des lignées d’êtres vivants se fait par crises rapides suivies de longues périodes de stabilité mais Gould réconciliait cette vision avec un néodarwinisme de bon aloi.

(4) Life is a copiously branching bush, continually pruned by the grim reaper of extinction, not a ladder of predictable progress. .. we continually make errors inspired by unconscious allegiance to the ladder of progress, even when we explicitly deny such a superannuated view of life. (Wonderful life: The Burgess shale and the nature of history, Penguin 1991)

(5) par exemple Malicorne, Réflexions d’un observateur de la nature, 1990, Editions du Seuil, livre d’où est tirée la fig. 3

(6) Information theory explanation of the fluctuation theorem, maximum entropy production and self-organized criticality in non-equilibrium stationary states J. of Physics A. 2003 Mathematical and General 36 (3), 631

F. Roddier, 2012, Thermodynamique de l’évolution, « un essai de thermo-bio-sociologie ». Editions Parole

(7) Très sommairement on peut dire que l’entropie est une mesure du désordre. Plus l’entropie d’un système est élevée, moins ses éléments sont ordonnés et moins l’énergie du système est utilisable pour produire du travail. Toute transformation d’un système s’accompagne d’une augmentation d’entropie, en d’autres termes d’une dissipation d’énergie.

(8) Christian de Duve, Prix Nobel de Physiologie et médecine, expliquait ainsi que « la vie fait partie de l’Univers. C’est une manifestation normale de la matière qui obéit à ses lois. » Plus directement un autre biologiste belge, Ernest Schoffeniels, a écrit L’anti-hasard en réaction au Hasard et la nécessité de Monod, Gauthier-Villars 1975