Origines et position de l'homme dans l'évolution : la connexion chromosomique

Il est possible de montrer que l'homme partage ses chromosomes, support de l'hérédité, avec l'ensemble des mammifères, et d'utiliser les différences, d'espèce à espèce, pour reconstruire leur phylogénie, c'est-à-dire leurs positions respectives dans l'arbre de l'évolution. L'étude qui sera basée sur des approches de cytogénétique classique et moléculaire, utilisant des sondes spécifiques de chromosomes humains, appliquées à une centaine de primates et une centaine de mammifères appartenant à d'autres ordres comme les carnivores, les rongeurs, les artiodactyles etc. Aujourd'hui, il n'est pas exagéré de dire que l'on connaît, de notre grand ancêtre mammalien, beaucoup mieux les chromosomes que la morphologie. Cette reconstitution d'une centaine de millions d'années d'évolution des chromosomes amène à poser des questions sur les mécanismes de la spéciation, l'origine des ordres de mammifères et celle de l'homme, l'origine de certaines pathologies, séquelles de notre propre évolution et à proposer des règles montrant que l'évolution n'est pas aléatoire.

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Les mathématiques de l'évolution

L'évolution du vivant, triomphe de la diversité et de la complexité, —aux antipodes, semble-t-il, de l'architecture épurée d'un édifice mathématique. Pourtant, de l'origine des gènes à l'émergence des sociétés humaines, les grandes transitions de l'histoire de la vie inspirent et renouvellent la théorie mathématique des jeux. On découvre des caractéristiques mathématiques universelles au sein de populations dont les organismes au comportement aléatoire interagissent selon des règles simples. Des classes d'équations inédites surgissent de l'étude du partage des ressources par des espèces concurrentes; leurs solutions présentent des propriétés mathématiques nouvelles, qui vont jusqu'à remettre en question notre conception même de la pratique expérimentale. Nous montrerons ainsi comment l'étude de l'évolution du vivant fait naître de nouvelles métaphores mathématiques, et comment le progrès mathématique qui en résulte peut nous aider à mieux comprendre la réalité biologique.

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Paris, 10 octobre 2011

La précision de la symétrie bilatérale dépend d'une protéine du cycle cellulaire chez la Drosophile

La Cycline G est une protéine impliquée dans la régulation du cycle cellulaire, processus complexe de division des cellules chez les organismes munis d'un noyau (eucaryotes). Une équipe de chercheurs autrichiens et deux équipes de chercheurs français, dirigées par Vincent Debat (1) du laboratoire « Origine structure évolution de la biodiversité » (Muséum national d'Histoire naturelle / CNRS) et Frédérique Peronnet (2) du laboratoire « Biologie du développement » (UPMC / CNRS), se sont intéressées au rôle de cette protéine chez la drosophile, également appelée mouche du vinaigre, et notamment à son implication dans le développement symétrique de celle-ci. Les chercheurs montrent, dans une étude qui vient d'être publiée dans la revue PLoS Genetics, que le niveau d'expression de la Cycline G serait fondamental pour le développement de mouches parfaitement symétriques.
Le caractère bruité – aléatoire – de tous les phénomènes biologiques, des molécules à la physiologie, altère la précision de la réplication des phénotypes, et impose des limites à l'efficacité de la sélection naturelle (et artificielle). L'imperfection de la symétrie, appelée asymétrie fluctuante, est la façon la plus simple de mesurer la conséquence du bruit développemental. Malgré des recherches intenses depuis une cinquantaine d'années, les bases génétiques de la stabilité de développement – c'est-à-dire les processus qui réduisent le bruit (et donc l'asymétrie chez les organismes à symétrie bilatérale) – sont mal comprises.
A l'aide de techniques de transgénèse, les chercheurs ont surexprimé ou inactivé le gène de Cycline G dans les mouches génétiquement homogènes et élevées en conditions environnementales contrôlées. La dérégulation de la Cycline G chez la drosophile provoque ainsi une véritable explosion du niveau de bruit développemental, se manifestant par une très forte augmentation des asymétries aléatoires. En effet, les résultats de cette expérience montrent que l'asymétrie est détectée non seulement sur les ailes des drosophiles, mais également sur les pattes.

Par ailleurs, les ailes ont été examinées au niveau cellulaire. Tandis que chez les mouches sauvages (donc symétriques), il est observé que plus la taille des cellules des ailes est grande et plus le nombre de cellules observées est petit ; chez les mouches asymétriques, cette étroite corrélation négative entre taille et nombre des cellules observées est perdue. Cette expérience suggère donc que la compensation entre croissance cellulaire et division cellulaire est un facteur central au maintien de la taille des ailes chez la drosophile – et donc de la stabilité de développement des ailes – et que la cycline G joue un rôle fondamental dans le maintien de cet équilibre.
Les chercheurs concluent que si l'expression normale de la Cycline G est nécessaire à la formation de mouches parfaitement symétriques, cette stabilisation résulte probablement d'une interaction de la Cycline G avec beaucoup d'autres gènes qu'il reste à identifier.

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Développement et évolution du système nerveux

Conférence du 24 janvier 2000 par Alain Prochiantz. On découvrit dans les années 1970, chez une mouche, la Drosophile, des mutations conduisant au remplacement de tout ou partie d'un organe par un autre organe. On observa, par exemple, des transformations de type antenne-patte, aile-balancier, ou aile-oeil. Ces mutations ont été dites homéotiques, l'organe d'un segment étant remplacé par l'organe homologue d'un autre segment. Les gènes homéotiques codent pour des facteurs de transcription qui, en se fixant sur des séquences promotrices, régulent l'expression d'autres gènes. Ces observations ont conduit à découvrir, dans tous les embranchements du règne animal, la présence de gènes présentant de fortes homologies de structure avec les gènes homéotiques de la Drosophile et de conclure que ces gènes régulent le développement morphologique des vertébrés. Par ailleurs, ces homologies entre gènes de vertébrés et d'arthropodes doublées de similitudes dans leur organisation chromosomique "démontrent" l'existence d'un ancêtre commun aux vertébrés et aux arthropodes qui aurait vécu il y a environ 600 millions d'années. Tout en traçant notre lien de parenté avec les arthropodes, cette conférence montre aussi à quel point nous sommes différents de ces cousins dont nous nous sommes séparés il y a environ 600 millions d'années. On voit donc apparaître ici deux stratégies d'adaptation. Chez les invertébrés, la forme adulte de l'organisme et ses comportements sont presque présents dans la structure génétique. Chez les vertébrés, les stratégies de développement, tout en définissant un plan contraignant, laissent une grande liberté aux détails de la construction cérébrale dont des aspects importants de la structure se modifient tout au long de l'existence. De ce fait, chez les vertébrés et au plus haut point chez l'homme, c'est l'histoire même des individus qui s'inscrit dans la structure cérébrale par un processus ininterrompu d'individuation.

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