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Recension: S. Pouteau (dir.), Génétiquement indéterminé, 2007

Sylvie Pouteau (dir.),
Génétiquement indéterminé.
Le vivant auto-organisé,
éd. Quae, 2007, 169 p.

Le vivant obéit à des lois internes, difficiles à appréhender. Faut-il pour autant recourir à des explications de mécanismes et de programmes conçus sur le modèle des machines fabriquées par l’homme ? Plus les hommes de science étudient le vivant comme s’il s’agissait d’une machine encore inconnue, plus le « moteur » leur paraît compliqué et plus il y a de questions. Le vaste domaine que représente la génétique animale et végétale n’a pas échappé aux interrogations de ses chercheurs.

Ce questionnement a atteint un seuil très sensible, au point d’avoir ébranlé le confort intellectuel jusqu’ici offert par le « vivant-machine » et le déterminisme génétique. D’où la dédicace assez émouvante présentée en tête de ce livre par la coordinatrice scientifique, S. Pouteau :

« à tous ceux qui auront l’enthousiasme et le courage de frayer de nouvelles approches pour comprendre l’organisme vivant et le délivrer du statut de machine dans lequel il est resté confiné depuis les Lumières dont il est permis de penser qu’elles n’ont pas suffisamment brillé en la matière. »

C’est peut-être un peu sévère pour le siècle en question. Mais, en médecine humaine, le concept du « vivant-machine » n’a-t-il pas été jusqu’à inspirer, encore au XXe siècle, que les nouveau-nés ne souffraient pas ? Ce n’est que très récemment que certaines pratiques médicales ont changé. Dans le passé, la Révolution industrielle a progressivement mécanisé le travail et, autant que possible, les gestes et les attitudes des êtres humains dans les usines pour finalement robotiser leurs actions à l’optimum dans un but de rentabilité. Le parallélisme entre la vie économique et l’étude du vivant est encore de nos jours remarquable. Nous observons ainsi que le destin actuel de la science a « à voir avec les contradictions fondamentales de notre état social, celle, par exemple, qui mesure partout l’utilité humaine en termes de rentabilité financière privée » ! (Lucien Sève et al., Émergence, complexité et dialectique sur les systèmes non linéaires, éd. Odile Jacob, 2005).

Cette communauté de destin donne à la réflexion sur l’organisation du vivant une actualité particulière. C’est donc tout à l’honneur des Editions Quae, de la coordinatrice scientifique, des contributeurs et de tous ceux qui ont soutenu l’élaboration de ce livre, d’avoir permis la publication de Génétiquement indéterminé. Le vivant auto-organisé.

Il s’agit d’un ouvrage critique mais résolument constructif. Il aborde les questions que la notion de déterminisme génétique a eu le mérite de faire éclore au sein de la communauté scientifique. En effet, nous sommes aujourd’hui aux limites de l’explication génétique dans certains phénomènes d’hérédité (avec par exemple la notion d’épigénétique), et l’utilisation des techniques en biologie moléculaire laisse suffisamment de questions en suspens pour intriguer et étonner les chercheurs. C’est en conscience de cette complexité des nouvelles approches en biologie que S. Pouteau, chargée de recherches à l’Institut Jean-Pierre Bourgin (IJPB) de l’INRA de Versailles, a tenu à organiser un cycle de conférences destinées à la réflexion des chercheurs et au débat : les chapitres principaux de ce livre correspondent à quatre de ces conférences offertes par des chercheurs invités. Après une préface stimulante de I. Stengers et P. Sonigo, suit une introduction contextuelle de la coordinatrice qui nous conduit vers ces nouvelles approches.

Un certain équilibre apparaît dans la complémentarité des quatre chapitres qui suivent, mettant en scène deux biochimistes de formation (l’un dans le domaine animal, l’autre en biologie théorique), un physiologiste spécialisé dans le domaine végétal et un biophysicien. En guise de conclusion, un glossaire commenté permet à S. Pouteau de nous fixer quelques repères parmi les concepts les plus importants abordés dans ce livre. Les termes (38 au total) sont l’objet d’une présentation fournie et documentée. C’est le cas particulièrement pour des concepts tels que adaptation, auto-organisation, causalité, déterminisme, épigénétique, hasard, héritabilité, plasticité, robustesse, variabilité.

Les deux biochimistes présentent, chacun en fonction de leur spécificité actuelle de chercheur, des exemples précis d’évènements biologiques où figurent notamment la différenciation cellulaire pour A. Paldi, la régulation de l’opéron lactose et la dynamique des maladies à prions pour M. Laurent. Au-delà du constat d’une accumulation impressionnante de données dans les domaines génétique et épigénétique, ces auteurs conçoivent leurs exemples respectifs comme des systèmes dynamiques. Ils cherchent à établir une vue d’ensemble de la situation biologique exposée, et à intégrer dans leurs raisonnements certains paradoxes et des questions problématiques. Le lecteur néophyte devra assurer ses fondamentaux sur la régulation des gènes, le rôle des enzymes, la dégradation et la synthèse des protéines afin de mieux percevoir la pertinence des démonstrations présentées. A. Paldi élabore, en direct pour le lecteur, un « processus dynamique de variation/sélection » selon les changements du milieu (modifications épigénétiques), M. Laurent un « processus dynamique d’alternance entre deux ou plusieurs états différents (notions de bistabilité et de multistabilité des structures). La majeure partie des phénomènes biologiques pourraient être appréhendés comme des modèles bistables, où il y aurait des transitions entre deux états. L’historique et les démonstrations minutieuses semblent particulièrement élégantes.

Le biophysicien, V. Fleury, utilise les concepts de dynamiques des forces et des fluides ainsi que les récents progrès en physique des formes de croissance pour expliquer, sinon mieux décrire, la formation des systèmes vivants (Morphogenèse des structures arborisées et conditions physiques d’une croissance biologique auto-organisée). À travers de nombreux exemples et illustrations, la biologie du développement est présentée comme une branche de la physique. Il faudrait, par exemple, considérer les gènes de développement comme « mécano-sensibles ou actifs mécaniquement », ou encore concevoir les séquences de protéines comme de « simples paramètres » dans un problème de physique.

Une longue pratique de la physiologie végétale conduit G.N. Amzallag à considérer la variabilité comme une réalité incontournable en biologie. Le règne végétal abonde en exemples de plasticité et de variabilité. Ce n’est sans doute pas une coïncidence si ces considérations sont apportées par un physiologiste des plantes. Son argumentation est soutenue par des exemples précis : effets des brassinostéroïdes sur le temps nécessaire à la réponse gravitropique chez le Pois ; effets des gibbérellines sur la concentration en ions sodium dans les parties aériennes du sorgho ; réponse au stress salin et adaptation chez cette même espèce…

Le mode de pensée en biologie doit être totalement remis en question pour laisser émerger de nouvelles approches. Il est intéressant de noter que les chercheurs ayant contribué à cet ouvrage sont, pour la moitié d’entre eux, impliqués dans l’enseignement de haut niveau, à même de transmettre à des chercheurs potentiels plus de « plasticité mentale » ! Parmi ces nouvelles approches : la dynamique comme un concept universel et ubiquiste (systèmes dynamiques non linéaires, M. Laurent), la notion de processus dynamique (A. Paldi), la biophysique pour étudier les processus de développement (dynamique des forces et des fluides appliquée à la morphogenèse du vivant, V. Fleury), et une nouvelle épistémologie (G.N. Amzallag). Leur but est de lever certains blocages sur lesquels est fixé le raisonnement de base dans l’optique dite « classique ». Les hypothèses, en biologie, « se ramènent pratiquement toutes à l’étude de l’effet d’un facteur élémentaire sur un ou plusieurs caractères », ce qui finit par « bloquer le fonctionnement de la machine scientifique » dont G.N. Amzallag fournit un schéma. Mais aucun des auteurs, et c’est un point remarquable dans cet ouvrage, ne préconise l’abandon de telle ou telle étude. Ils s’interrogent très sincèrement d’après leurs propres observations et leurs expériences respectives, ce qui n’empêche pas certaines critiques. G.N. Amzallag souligne que les biologistes, qui mettent en avant des phénomènes de variabilité, sont accueillis avec « indifférence sinon suspicion ». Le monde des biologistes serait-il plus clos que celui d’autres disciplines scientifiques ? « Un très grand nombre de publications en biologie décrivent des expériences qui marchent dans moins de 50% des cas » va jusqu’à écrire V. Fleury. De son côté, M. Laurent estime que l’ « on privilégie le spectaculaire à propos de ce qui l’est moins » dans certaines revues (que nous n’allons pas citer ici !), et qu’en même temps les normes ne doivent pas être trop bousculées. « Dans la majorité des articles, les résultats sont présentés sous une forme si condensée qu’il est impossible d’en extraire des informations au-delà des fluctuations de la moyenne » déplore G.N. Amzallag à propos du contresens que constitue très souvent la notion de moyenne en biologie.

Mais concrètement, comment étudier un état dynamique ? Comment étudier des processus biologiques qui se manifestent surtout par leur variabilité ? Comment étudier une « mouvance » ? L’approche classique est de nature analytique. Elle sépare les facteurs les uns des autres pour les étudier isolément et essayer ensuite d’expliquer le tout, un tout qui s’avère de plus en plus complexe au fur et à mesure de l’accumulation des données. L’approche dynamique est de nature synthétique. On considère d’abord la situation biologique comme un tout en mouvement : mouvement brownien, interactions moléculaires… À cet égard, tous les exemples traités au cours de cet ouvrage sont intéressants et le lecteur devra s’y attarder. Les auteurs insistent tous sur l’importance du traitement des données, sur la nécessité de comprendre que l’information biologique est distribuée de façon non linéaire, et que la mise au point des protocoles expérimentaux doit être différente de ce que nous pratiquions jusqu’à présent. Le traitement classique des données est passé au crible de la réalité biologique profonde et conduit à explorer des approches statistiques complémentaires (quantitatives et qualitatives), ainsi qu’à des modélisations utilisant les systèmes non linéaires en mathématiques (notions de trajectoire, point singulier, attracteur… reprises dans le glossaire). La variabilité chez les plantes devrait être observée et conçue comme une quantité de variation, indicatrice d’un certain état du système étudié dans des conditions données, dont la perturbation peut permettre d’observer l’existence de phases de développement critiques, susceptibles de produire des changements (réorientations, bifurcations) intéressants comme l’acquisition de nouveaux comportements (adaptation au stress salin chez le sorgho étudiée par G.N. Amzallag). La notion de dynamique stochastique chez A. Paldi permet d’étudier les facteurs constitutifs de la chromatine (système de « va et vient »). Perturber le système étudié en modifiant telle ou telle condition et en faisant varier de manière continue tel paramètre (notion de courbe d’hystérèse) permet de mettre en évidence un processus paradoxal, comme celui d’héritage phénotypique dans le cas de la régulation de l’opéron lactose décrite par M. Laurent. Ce dernier nous montre, dans un autre exemple, la bistabilité dans la dynamique des maladies à prions : l’étude des systèmes dynamiques oblige à reconsidérer certaines définitions, comme celle de l’état sain ou normal vis-à-vis des maladies, ou encore à revoir certaines prédictibilités en épidémiologie qui, dans le cas évoqué, pourraient permettre aux autorités d’ajuster certaines décisions. Il faut avoir bien compris le concept même de « système non linéaire » pour mettre en pratique les protocoles qui conviennent à l’étude de tel ou tel événement biologique (p. 102-103).

Les supports de présentation sont particulièrement importants dans ce livre et permettent au lecteur de se familiariser avec ces notions. Scientifique, dialectique, ni réductionniste, ni créationniste, ce livre traduit l’engagement courageux de son auteur et de ses contributeurs. Son orientation, résolument tournée vers la prise en compte de propriétés émergentes, n’est pas totalement nouvelle dans la mesure où certains de ses concepts étaient déjà utilisés en écologie (écologie des systèmes) et dans certaines branches des sciences sociales. Mais ce n’est seulement que depuis quelques années que la biologie s’est relativement ouverte à ce mode de pensée, dont l’assimilation nécessitera… « un certain temps » ! Il est difficile de prévoir la rapidité de ces évolutions, « d’autant plus que la génération actuelle des biologistes, de par sa formation, n’a pas été préparée à les intégrer » (S. Pouteau). Dans ce livre, les exemples d’applications de cette nouvelle approche en biologie correspondent à des cas où le raisonnement classique s’est trouvé en défaut, et à une volonté des contributeurs d’utiliser d’une façon plus large la notion de système dynamique. Ajoutez à ce corpus une introduction et un glossaire d’une grande clarté, vous comprendrez l’intérêt de ce livre, préfacé d’une manière jubilatoire.

Laurence Bill, INRA Versailles.

Article paru dans le Courrier de l’environnement de l’INRA n°55, février 2008.

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