G´en´etique, biochimie et biologie mol´eculaire

La premi`ere question qui va diviser les savants : la g´en´erations spontan´ee. On croit `a cette derni`ere tr`es longtemps. Les anguilles apparaˆıssent spontan´ement, les souris... Plusieurs exp´eriences contrediront cette th´eorie : quand on chauffe un syst`eme, on tu les organismes, qui ne reviennent plus. Ceci aurait dˆu tuer cette th´eorie, mais non, “en chauffant, on a d´etruit le principe vital”. Finalement, en 1861, Pasteur d´emontre la pr´eexistence des microbes grˆace `a une exp´erimentation soign´ee. Il avait un concurrent, Pouchet, qui `a l’aide d’exp´erience soigneuses, arrivait `a la conclusion inverse. Grˆace `a Pasteur, il y eut d’´enormes cons´equences en sant´e : les m´edecins se d´esinfectent les mains, les outils... La deuxi`eme question est sur la reproduction. Il y a plusieurs positions. Les spermatozo¨ıdes sont essentiels (exp´erience des crapauds avec cal¸cons). En 1819, on d´ecouvre l’ovule. La question est de dire quel est le rˆole de chaque : l’ovule est actif, le spermatozo¨ıde vient juste le secouer (ovisme), ou bien l’ovule est passif, il est un r´eceptacle pour le spermatozo¨ıde (spermisme).

La troisi`eme question est comment se forme la physionomie de l’embryon ? Deux solutions. La pr´eformation : l’embryon est d´ej`a “moul´e” et n’a qu’`a grandir. Le vivant pr´eexiste dans le spermatozo¨ıde, le vivant ressemble au vivant. La pr´eformation est une th´eorie m´ecaniste. L’´epigen`ese : les formes se d´eveloppent, elles ne sont pas pr´efabriqu´ees. Il y a un principe vital qui g´en`ere, qui divise les formes. Au XIXe si`ecle, les choses vont vraiment se mettre ensemble. Une nouvelle science apparait : la cytologie. Le microscope est am´elior´e, et la th´eorie cellulaire ´emerge en 1840. L’unit´e de base du vivant est la cellule, qui a un noyau. Grace au microscope, on d´ecouvre la division cellulaire, ou mitose. Le microscope permet aussi d’observer la f´econdation de l’ovule par le spermatozo¨ıde, on sait maintenant que l’ovule est le spermatozo¨ıde sont n´ecessaires.

Le grand pas sera franchi par un Belge, Van Beneden, qui utilise le microscope avec des colorants. Il d´ecouvre le chromosome. Au moment de la mitose, le mat´eriel nucl´eaire se fragmente en un certain nombre de chromosomes propres `a l’esp`ece. De plus, il d´ecouvre la m´eiose, et il voit que l’ovule et le spermatozo¨ıde sont haploides (ils n’ont que la moiti´e des chromosomes).

Weismann cr´ee le n´eodarwinism vers 1890 : les caract`eres transmis par l’h´er´edit´e (le g´enotype) est fondamentalement diff´erent des caract`eres de l’individu (le ph´enotype). Il n’y a pas d’h´er´edit´e des caract`eres acquis, elle est impossible, car il n’existe pas de m´ecanisme qui permet au ph´enotype de mofier le g´enotype, selon Weismann.

Entretemps, il restait la question de l’h´er´edit´e, dont Mendel va s’occuper, en 1865. Il va faire des exp´eriences de croisement sur le pois. Il travaille sur des lign´ees pures, et s´electionne g´en´eration apr`es g´en´eration des lign´ees pures. Il effectue ensuite des croisements de mani`ere extrˆememnt m´eticuleuse, en empˆechant l’autof´econdation. Il va minutieusement ´etablir des lois math´ematiques `a partir de deux caract`eres qui, par chance, sont sur des chromosomes diff´erents. Les lois de Mendel ne font aucun impact imm´ediat : il n’expliquer pas le m´ecanisme, ses lois restent une curiosit´e de la Nature. Vers 1900, De Vries et d’autre red´ecouvrent les lois de Mendel, qui prennent leur importance. En effet, maintenant on connaˆıt les chromosomes qui sont le support de l’h´er´edit´e. On a donc le m´ecanisme que Mendel ne pouvait d´ecouvrir. On retrouve les lois de Mendel `a partir d’´etudes statistiques sur les chromosomes. De Vries introduit la notion de g`ene, ainsi que celle de mutation. Cette derni`ere peut ˆetre tr`es massive et violente, et toucher `a un grand nombre de caract`ere. Ceci contraste avec le gradualisme de Darwin, chez De Vries, il y a des “sauts”. En 1927, on cause une mutation artificielle par rayons X.

Autre pi´ece essentielle : les travaux de Morgan sur les drosophiles. Il montre que les modifications de caract`eres sont li´es aux chromosomes. Il corr`ele les caract`eres, il voit qu’il y a des mutations qui viennent toujours ensemble : hypoth`ese de linkage, et propose aussi l’hypoth`ese du crossing-over. Il va ´egalement ´etablir une carte des chromosomes pour d´ecrire l’ensemble.

L’ensemble de ces connaissances va ˆetre r´eunis avec une nouvelle science du XXe si`ecle : la biochimie. La biologie mol´eculaire naˆıt aussi. Apr`es la premi`ere guerre mondiale, on d´ecouvre que le chromosome est compos´e d’ADN, qui est en double-h´elice. Avec ces d´ecouvertes, on a r´esolu la question de pr´eformation / ´epig´en`ese. En effet, qu’est-ce qui permet fondamentalement l’h´er´edit´e ? L’id´ee de code. On comprend que l’ADN est une sorte de code, sous forme de s´equence de bases ATGC. Ce paradigme apparaˆıt dans les ann´ees 1950.

En sciences naturelles, on n’observe pas seulement, on tente de comprendre (les lois de Mendel n’ont pas d’impact sans connaissance du support du mat´eriel g´en´etique). La th´eorie de l’emboitement (m´ecaniste) ne tien pas la route, l’´epig´en`ese fut plus populaires. N´eanmoins, la notion de souffle vital heurte nos sensibilit´es scientifiques modernes.

Au XXe si`ecle, on comprend les m´ecanismes d’´evolution et d’h´er´edit´e, on peut enfin lancer un programme de recherche de biologie mol´eculaire. On a les ingr´edients pour un nouveau paradigme, au sens de Kuhn. En effet, la biologie mol´eculaire est globalisante, car elle permet de comprendre l’ensemble du monde vivant sans recourir `a d’autre th´eories. La biologie mol´eculaire est appliqu ´ee en m´edecine, en tra¸cage mol´eculaire... Outre ces aspects pratique, la biologie mol´eculaire r´ecesit les populations : les esp`eces peuvent ˆetre regroup´ees de mani`ere naturelle. On a un code, un programme de recherche, un paradigme, et un consensus scientifique (regroupement europ´een des biologistes mol´eculaires dans les ann´ees 60). Autour de la biologie mol´eculaire, il y a maintenant des r´eseaux ´enormes, un tissu social : revues, laboratoires, bourses de recherche...

Le nouveau paradigme de biologie a un impact fort les autres domaines et dans la pens´ee. Ce paradigme n’est pas apparu sur base d’anomalies, comme les pr´ec´edentes. La biologie mol´eculaire est plutˆot n´ee de la convergence de plusieurs disciplines, avec des apports externes sous la forme d’instrumentation.

Ce nouveau paradigme est-il celui de la biologie ? La biologie mol´eculaire ne prend pas compte de la biologie des population par exemple. On commence `a se trouver loin des concepts de d´epart (un caract`ere = un g`ene) : redondances, g`enes inactifs... On se retrouve dans une situation comme `a l’´epoque de Copernic avec le sys`eme d’´epicycles. On sera probablement men´es, d’ici 20-30 ans, `a r´eevaluer la situation, `a modifer le mod`ele.

Le r´eductionnisme : concept `a mauvaise r´eputation, signifie p´ejorativement “atrocement simplificatif”. On qualifie la biologie mol´eculaire de r´eductionniste : le vivant est compos´e de petits blocs (ie. le cellules). Les ph´enom`enes biologiques sont des ph´enom`enes physico-chimiques, c’est un cadre mat´erialiste. Toutefois, l’approche des mol´ecules est tr`es riche en informations. La question de r´eductionnisme vient du fait que les mod`eles physico-chimiques ne suffisent pas pour expliquer la biologie, comme les populations. On ne peut se r´eduire aux ph´enom`enes physico-chimiques. L’influence de la th´eologie est grande sur ce point.

L’´epist´emologie : la biologie am`ene des concepts absents de la physique et la chimie. Qu’est-ce qui les diff´erencie ? “On ne travaille pas sur les mˆemes objets, mais on utilise les mˆemes instruments, m´ethodes...”; “On travaille sur des objets beaucoup plus complexes”. La diff´erence vivant / inerte est-elle fondamentale ? Il y a plus fort : le temps, l’al´eatoire, la bifurcation.

En physique, le temps est passif. En biologie, le temps sculpte les faits, il est actif : on trouve des formes diff´erentes, n´ees de multiples bifurcations al´eatoires. La multiplication des formes est un concept nouveau qui n’existe pas en physique. Autre grande diff´erence : les math´ematiques, qui sont intrins`eque `a la physique, alors qu’elle est absente en biologie, elle ne sert qu’`a titre descriptif. En physique, elle est au coeur mˆeme de la science.