En retraçant les étapes de l’évolution, « L’évolution sans gêne » éclaire la complexité du vivant et esquisse une hypothèse nouvelle sur les conditions d’émergence de la vie.

Depuis Darwin, la biologie ne cesse d’affiner sa compréhension de l’évolution, mais également de prendre la mesure de la complexité de ce phénomène. Sylvain Charlat, chercheur au CNRS en biologie de l’évolution, présente de manière stimulante les notions et concepts biologiques nécessaires pour comprendre les dynamiques évolutives qui façonnent le vivant. L’essai s’adresse aussi bien à un public novice en biologie qu’à des lecteurs plus aguerris. Par le biais d’anecdotes scientifiques et de réflexions aux accents philosophiques, sont posées pas à pas les fondations qui permettront, finalement, de discuter des modes d’émergence possibles de la vie.

Comprendre le vivant et ses mécanismes

La théorie selon laquelle tous les individus biologiques partagent une origine commune est somme toute assez récente. Née de la pensée du jeune Charles Darwin dans les années 1830, la théorie de l’évolution bouscule radicalement la connaissance du vivant. Elle permet d’expliquer à la fois les schémas de ressemblance entre les êtres vivants, mais aussi leur diversité. Si l’éléphant semble aussi éloigné de la plante que du champignon, il n’en demeure pas moins que tous trois partagent, par exemple, des ressemblances dans la structure et l’organisation de leur système respiratoire. La théorie de Darwin postule ainsi qu’il y a ressemblance parce qu’il y a une origine commune, mais qu’il y a également différence dans la mesure où l’évolution a mené à une diversification des espèces. Sa pensée est matérialisée sous une forme arborescente : l’arbre de la vie, avec ses ramifications, représente cette histoire commune ayant maintes fois divergé.

L’évolution apparaît comme un savant mélange de transmission et de diversification, ce qui donne lieu au développement d’un champ de recherche sur l’hérédité et les mutations. Au début du XXe siècle, l’essor de la génétique offre progressivement un fondement aux théories de l’hérédité, et ouvre la voie à une nouvelle compréhension des processus de diversification. L’ADN se transmet, de génération en génération, avec une fidélité inouïe au regard de sa longueur et de sa complexité. Il arrive néanmoins que des erreurs ou des anomalies se produisent : ce sont des mutations. Celles-ci peuvent parfois, bien qu’assez rarement, être transmises à la descendance. Leur incidence est pourtant loin d’être anecdotique. Mutation et hérédité apparaissent comme les deux faces d’une même pièce : sans différence, le concept de ressemblance ne prend pas sens.

Les mutations participent ainsi de l’évolution des individus au sein d’une même population. Avec le concours d’autres mécanismes évolutifs, elles peuvent avoir pour conséquence l’émergence de nouvelles espèces, qui, nécessairement, entretiennent des liens de filiation. L’étude des liens de parenté entre les différentes espèces, c'est-à-dire la phylogénie, s’organise de manière généalogique selon des patrons d’homologie entre les différentes espèces. Par exemple, les bras des êtres humains partagent une structure similaire aux pattes avant des lézards et plus largement à tous les vertébrés à quatre pattes. Cette homologie est héritée de leur dernier ancêtre commun. La phylogénie apporte également sa pierre à l’édifice dans l’enquête scientifique des origines de la vie. En remontant le fil de l’évolution, deux domaines du vivant sont identifiés : les bactéries et les archées, des microorganismes dont la fusion a engendré les organismes multicellulaires. La phylogénie donne ainsi une belle leçon d’humilité : les prétendus « superorganismes », parmi lesquels les êtres humains, ne sont qu’une sous-catégorie du genre archée, un microorganisme unicellulaire.

L’individu, entre l’un et le multiple

À bien des égards, la biologie bouleverse les façons de percevoir et de classer le monde. Au bout de cette recherche des origines de la vie, qu’est-il possible d’espérer trouver ? Le tout premier individu biologique ? Peut-être, mais encore faut-il clarifier ce que recouvre la notion d’individu. 

La fusion de microorganismes a donné lieu à des individus multicellulaires. Cela implique que des unicellulaires ont un jour commencé à coopérer pour former un ensemble : autrement dit, de la multiplicité a émergé l’individu. Cette collaboration a pourtant de quoi surprendre : pourquoi un tel regroupement ? D’un point de vue scientifique, ce qui est couramment appelé « individu » est en réalité un immense agrégat de cellules. Or, il ne s’agit pas d’un amas tout à fait hasardeux et chaotique de cellules : les organismes multicellulaires sont des ensembles fonctionnels. En effet, ils se composent de différentes échelles d’entités biologiques qui coopèrent de bien des façons, comme les dizaines de milliards de cellules qui composent le corps humain et orchestrent son développement et son fonctionnement.

Tout n’est pourtant pas idyllique. Il arrive que des dynamiques de compétition surviennent, pouvant parfois aller jusqu’à menacer l’harmonie de tout l’organisme dans son ensemble. Certaines entités, constitutives du matériel génétique de la quasi totalité des organismes multicellulaires, sont dites « égoïstes ». Etant mobiles et capables de reproduction, ces séquences génétiques peuvent proliférer, voire coloniser les génomes, ce qui entraîne le plus souvent des conséquences délétères pour l’organisme. Les histoires de conflits d’intérêts entre entités biologiques au sein d’un seul et même organisme ne sont pas rares, et en ce sens éclairent sur la complexité du concept d’individualité.

En effet, les dynamiques de coopération ou de compétition entre les éléments qui composent les organismes multicellulaires invitent à repenser la conception de l’individu comme un composé de multiples individualités qui peuvent entretenir différents rapports entre elles. L’individu n’est pas un super organisme homogène, mais se trouve lui-même composé de « multiples individus intérieurs » qui ont évolué pour permettre une forme d’unité. L'évolution de l'individualité se caractérise ainsi par l'intégration successive d'individus coopérants. Ce processus récursif a conduit à des structures complexes, à l'instar des superorganismes, eux-mêmes capables de coopérer, comme dans une fourmilière par exemple. Cependant, pour remonter le fil de cette évolution et en envisager les origines, il est nécessaire de « parvenir à concevoir des individus primordiaux dont l'existence ne reposerait pas sur un assemblage d'individus d'échelle inférieure  », afin d'éviter une régression à l'infini.

L’hérédité, pas seulement une affaire de génétique ?

En sus de la question de l’individu premier, s’ajoute celle de l’hérédité première. Ce tout premier individu à l’origine de l’évolution, quel qu’il ait été, était nécessairement capable d’une forme d’hérédité. Il faut bel et bien interroger la forme d’hérédité en question, car force est de constater qu’il existe des hérédités génétiques, bien sûr, mais également des hérédités non génétiques.

La découverte de la structure de l’ADN dans les années 1950 ouvre la voie à une compréhension précise de la machinerie cellulaire, et notamment du fonctionnement et de la transmission des gènes. L’étude de l’hérédité s’est progressivement focalisée sur l’hérédité génétique, ce qui a rendu possible des avancées majeures. En revanche, le contrecoup fut que l’on a cessé partiellement de s’intéresser à l’hérédité en un sens plus élargi.

Il n’y a pas que les gènes qui sont transmis à la descendance : les hérédités non génétiques jouent elles aussi un rôle dans la ressemblance entre apparentés. Parmi celles-ci, la biologie étudie activement l’hérédité épigénétique. C’est l’étude de la transmission de changements se produisant, non pas au niveau de la double hélice comme c’est le cas de la génétique, mais autour de l’ADN. En conséquence, il se peut par exemple que la façon dont sont exprimés certains gènes soit modifiée. Si les épimutations sont mieux connues chez les unicellulaires que les multicellulaires, l’épigénétique pousse néanmoins les scientifiques à élargir leur conception de l’hérédité. Puisque l’ensemble de ce que les individus transmettent à leur progéniture n’est pas réductible à des gènes, il faut ainsi réviser la notion d’hérédité pour comprendre son évolution.

Parmi les formes d'hérédité négligées figure la culture. En tant que « système de transmission d’informations entre différents acteurs, à travers l’espace et le temps », la culture ressemble bel et bien à un « système d’hérédité ». Certains comportements culturels sont en effet transmissibles. Outre Homo sapiens, de nombreuses espèces sont capables de transmettre des comportements culturels à leurs congénères. Un singe, par exemple, qui un jour trempe sa pomme de terre dans l’eau salée. Par ce geste, il en améliore la propreté et le goût. Et, mieux encore, il transmet ce geste : par imitation, d’autres singes reproduisent ce comportement.

L’hérédité, du point de vue de la biologie évolutive, est un phénomène complexe, multi-factoriel, lui-même soumis à évolution. En rebroussant le chemin de cette évolution, une question, similaire à celle de l’individualité se pose : qu’en est-il du point initial, c'est-à-dire de « l’hérédité première » ?

L’origine des origines

Comment, et pourquoi la vie est-elle apparue ? Il existe deux façons d’envisager la question : d’un point de vue métaphysique qui dépasserait les cadres de l’essai, et d’un point de vue scientifique. Sans surprise, c’est ce dernier qui guidera la réflexion. Il faut donc reformuler le problème : réfléchir aux conditions d’émergence de la vie revient à s’intéresser au passage d’un monde physique à un monde biologique, vivant. L’existence même d’une telle transition a de quoi fasciner : comment quelque chose d’animé a-t-il pu surgir de l’inanimé ?

Parmi les hypothèses sur l’origine de la vie, c’est celle du « soudain réplicateur » qui domine au sein de la communauté spécialisée. Selon cette perspective, la vie serait apparue de façon spontanée et quasi miraculeuse. Plus précisément, c’est un acide nucléique (autrement dit, une macromolécule complexe), doté d’une capacité d’autoréplication, qui aurait émergé. Le tout premier individu déclencheur de l’évolution serait ainsi une grande molécule capable d’engendrer des copies d’elle-même. Aussi féconde soit-elle, cette hypothèse se heurte à des défis de taille, sur lesquels les scientifiques travaillent activement. Il est, par exemple, difficile d’imaginer qu’un individu de cette complexité capable d’un processus si élaboré — l’autoréplication — soit survenu par le plus grand des hasard. Les probabilités qu’un tel phénomène advienne sont faibles, voire très faibles.

Cela dit, s’il n’est pas impossible que l’hypothèse de la soudaineté porte un jour ses fruits, une autre voie est possible. L’hypothèse dite de la « continuité », de façon radicalement différente, envisage le passage de l’inanimé au vivant comme « une transition graduelle entre ces deux mondes, [une] émergence progressive [des] systèmes organisés [...] et de leur capacité à évoluer ». L’essai pose les premiers jalons d’un cadre conceptuel permettant d’envisager sérieusement l’alternative de la continuité comme théorie explicative des origines de la vie. Dans un projet collaboratif en cours, situé à l’interface de la biologie, de la physique et des mathématiques, Sylvain Charlat et ses collègues investiguent la façon dont des dynamiques physiques auraient pu progressivement donner lieu à des processus biologiques. Cette hypothèse est, comme revendiquée, une « science de nuit », c’est-à-dire une science encore en gestation, qui ouvre la voie à des perspectives scientifiques et philosophiques nouvelles.

Cet essai, qui se veut pour tous et toutes, réussit son pari : Sylvain Charlat propose une introduction éclairante à la théorie de l'évolution afin d'aborder sous différents angles la question plus spécifique des origines du vivant. Les curieux, novices comme avancés, y trouveront leur compte : si la pédagogie est claire et bien structurée, la finesse des réflexions et de l'argumentation n'est pas sacrifiée, mais dépliée pas à pas de façon stimulante.