Histoire de la génétique (1/3)

L'hérédité expliquée par des petits pois

Tout le monde sait que les chiens ne font pas des chats... Mais lorsque, chez les humains, le petit dernier, qui devait être le portrait craché des membres de la famille, s'avère d'une apparence quelque peu différente, certains doutes peuvent survenir !

C'est ainsi que depuis des siècles on s'est interrogé sur la façon dont les caractères physiques des anciens passaient aux plus jeunes. Les réponses fantaisistes n'ont pas manqué, jusqu'à ce que de simples petits pois mettent tout le monde d'accord.

Isabelle Grégor

Un nouveau nez, Honoré Daumier, 1850, États-Unis, National Library of Medecine.

Dangereuses dissemblances

Pendant longtemps, la question ne s'est pas posée pour la majorité des personnes : les enfants ressemblaient à leurs parents, un point c'est tout.

Józef Boruwłaski avec sa femme, Friedrich Anton August Lohrmann, 1780, cabinet des Estampes de la Bibliothèque de l'Université de Varsovie. En agrandissement, Philippe Reinagle, Joseph Boruwlaski, s. d., Londres, Hunterian Museum, Royal College of Surgeons of England.Et si, par malheur, les jeunes naissaient avec une originalité physique inexplicable, ce ne pouvait être que la conséquence d'un mauvais sort. Certains ont très longtemps fait les frais de cette croyance, à l'image des roux (et surtout des rousses !), persécutés pour avoir les cheveux de la couleur du diable.

Ces superstitions sont loin d'être mortes puisqu'aujourd'hui encore, dans certains pays d'Afrique comme la Tanzanie, les « guérisseurs » sont à la recherche d'organes issus de personnes albinos. La couleur de leur peau les désigne en effet comme des êtres porteurs d'un pouvoir magique, propre à soigner toutes sortes de maladies.

C'est avec la même curiosité qu'étaient exhibés les nains dans les cours royales, où l'on aimait à présenter aux visiteurs des êtres au physique rare et si possible difforme. Hier comme aujourd'hui, gare à ceux qui sortent de l'ordinaire !

Joujou victime de l'ignorance

Le nain polonais Joseph Boruwlaski, surnommé Joujou, a vécu au XVIIIe siècle sous la protection d'une comtesse qui avait une drôle de conception des recherches en matière d'hérédité...
« […] au fond je n'étais aux yeux des autres qu'une poupée, un peu plus parfaite, à la vérité, et un peu mieux organisée qu'elles le sont ordinairement, et […] on me regardait comme un jouet. Je me rappelle entre autres, un jour dans l'appartement de ma bienfaitrice, […] quelqu'un ayant paru mettre en doute que les nains pussent avoir la faculté de se reproduire […], Madame la Comtesse fit part à la compagnie de l'état de ma famille et en particulier de ma sœur – dont la petitesse, dit-elle, est encore plus extraordinaire que celle de Joujou, ajoutant qu'elle avait souvent pensé qu'il serait plaisant de faire un mariage entre ces deux petits êtres, et que ce qui en résulterait pourrait décider la question. […] je me mis à pleurer amèrement » (Mémoires du célèbre nain Joseph Boruwlaski, gentilhomme polonais, 1788).

Les Grecs s'arrachent les cheveux

Heureusement, certains savants sont allés un peu plus loin que le bout de leur nez et se sont interrogés sur l'origine des similitudes entre parents et enfants.

Jeune garçon et athlète, stèle grecque, 400-330 av. J.-C., Londres, British Museum.En 530 avant notre ère, Pythagore part d'un principe simple, baptisé le « spermisme » : l'information héréditaire est apportée au bébé par le sperme paternel. C’est lui qui délivre les éléments qui feront son identité, éléments récoltés au cours d'une petite promenade dans le corps du père.

Le ventre de la mère ne servirait que de réceptacle, à l'instar d'une couveuse destinée à nourrir l'enfant pendant son premier développement. D'un côté, la « nature », de l'autre, la « nourriture » !

Pour Aristote, deux siècles plus tard, cette théorie ne tient pas debout : ne voit-on pas des enfants ressembler comme deux gouttes d'eau à leur mère ? Et comment expliquer qu'un fils hérite du crâne chauve de son père alors que, lorsque celui-ci l'a engendré, il avait bien tous ses cheveux ? Enfin, comment le sperme peut-il trouver, lors de son voyage dans le corps paternel, les caractéristiques féminins qu'il donnera à sa fille ?

Pour Aristote, c'est clair : le sang menstruel est une sorte de sperme féminin qui apporte le matériau brut pour construire le fœtus, la semence mâle intervenant pour faire passer le « message » qui décidera de la forme finale du petit être. L'homme serait en quelque sorte l'architecte et la femme, le maçon.

Quand Aristote s'interroge...

S'il est l'auteur d'une Histoire des animaux, le philosophe grec ne manque pas d'observer aussi les hommes et de se poser des questions sur leur naissance. Il en tire certaines constatations bien étranges...
Buste d'Aristote, marbre romain, s. d., ancienne collection Ludovisi. En agrandissement, Aristote contemplant le buste d'Homère, Rembrandt,  1653, New York, The Metropolitan Museum.« II naît aussi des enfants infirmes de parents infirmes ; de boiteux, il vient des boiteux ; d'aveugles, il vient des aveugles. Souvent même, des enfants ressemblent à leurs parents pour des choses qui n'ont rien de naturel, et ils portent des signes tout à fait pareils : par exemple, des loupes et des cicatrices. Quelquefois, ces ressemblances passent d'une première personne à la troisième ; et c'est ainsi qu'un père qui avait un signe au bras eut un fils qui n'avait plus ce signe ; mais le petit-fils eut à la même place une tache noire. Ces derniers cas sont rares ; et la plupart du temps, de parents qui sont incomplets à certains égards viennent des enfants très complets ; car dans tout cela, il n'y a rien de régulier. Les enfants ressemblent à leurs parents, ou aux grands-parents, en remontant. Parfois, il n'y a pas la moindre ressemblance avec personne. D'autres fois, la ressemblance cesse pendant plusieurs générations ; témoin cette femme de Sicile qui, ayant eu commerce avec un Éthiopien noir, eut une fille qui n'était pas Éthiopienne ; mais ce fut l'enfant issu de cette fille. En général, les filles ressemblent davantage à la mère ; les enfants mâles, au père. Parfois aussi, c'est le contraire qui se produit ; […] D'autres fois encore, c'est seulement en une certaine partie que les enfants ressemblent à l'un de leurs parents, et pour des parties diverses de l'un et de l'autre. » (Aristote, Histoire des animaux, 343 av. J.-C.).

À la recherche de la petite bête

Aussi séduisantes soient-elles, les théories d'Aristote n'expliquent pas comment l'hérédité est transmise. Ou plutôt, elles bottent en touche en supprimant le problème : l'homme contient déjà dans son sperme de minuscules petits êtres totalement formés et qui ne demandent qu'à se développer.

Le péché originel, Cornelis Cornelisz van Haarlem, 1592, Amsterdam, Rijksmuseum. En agrandissement, Nicolas Hartsoeker, Essai de dioptrique, 1694, Paris, BnF.La question de la création d'un enfant à partir de l'union du sperme et d'un œuf devenait ainsi caduque. Et si l'on inverse cette théorie, dite de « préformation », on peut en déduire que tous les hommes étaient déjà présents dans Adam, et donc qu'ils ont en quelque sorte tous fauté avec lui ! On comprend comment l’idée, reprise au Moyen Âge, a appuyé la croyance qui veut que chaque chrétien soit une victime du péché originel.

Malgré ce qu'on pourrait croire, l'invention du microscope au XVIe siècle ne mit pas fin à la croyance que des homonculus (« petits hommes ») étaient présents dans nos corps, bien au chaud : on se rendit tout à coup compte que le spermatozoïde ressemblait bigrement à un homme plié en position de fœtus, voire à un crâne suivi d'un long cheveu... Tout s'expliquait !

Incompréhensible !

Souffrant de calculs rénaux, Michel de Montaigne s’interroge sur les liens qu’il peut y avoir avec la propre maladie de son père…
« Il me semble que, parmi les choses que nous voyons ordinairement, il y a des étrangetés si incompréhensibles qu’elles surpassent toute la difficulté des miracles. Quel monstre est-ce, que cette goutte de semence dont nous sommes produits porte en soi les impressions, non de la forme corporelle seulement, mais des pensées de nos pères ? Cette goutte d’eau, où loge-t-elle ce nombre infini de formes ?
Il est à croire que je dois à mon père cette qualité pierreuse [le calcul rénal], car il mourut extrêmement infligé d’une grosse pierre qu’il avait en la vessie […]. J’étais né 25 ans et plus avant sa maladie, et durant le cours de son meilleur état [de santé], le troisième de ses enfants en rang de naissance. Où se couvait tant de temps la propension à ce défaut ? Et alors qu’il était si loin du mal, cette légère pièce de sa substance à partir de laquelle il me bâtit, comment en portait-elle pour sa part une si grande impression ? Et comment encore si couverte que 45 ans après j’aie commencé à m’en ressentir, seul à cette heure, entre tant de frères et de sœurs, et tous d’une mère ? »
(Essais, 1580).

De l'inconvénient d'être glouton

Billevesées ! Pour le siècle des Lumières, tout cela n'est que fadaises. Haro sur les croyances sans preuves, vive la science !

Deux illustartions de Jacques de Sève parues dans l'Histoire naturelle de Buffon en 1777 : Jeune femme albinos. En agrandissement, La Girafe.Les grands naturalistes Georges Buffon et Carl von Linné vont commencer par mettre un peu d'ordre dans la nature. Il faut classer tout cela, tâche que Jean-Baptiste Lamarck va s'employer à accomplir à partir de 1793 au sein du Muséum d'Histoire naturelle de Paris.

Pour ranger dans les casiers selon un ordre logique les 19 000 spécimens qu'il a sous la main, il crée une nouvelle forme de classification, associant genre et espèce. Mais il va plus loin en observant que les plantes, mais aussi les animaux, subissent à chaque génération de petites transformations à l'intérieur d'une même espèce, comme si chacun s'adaptait à son environnement.

Il suffit pour s'en rendre compte de jeter un œil du côté des girafes : qui peut nier qu'elles ne cessent de tendre le cou pour brouter les branches les plus hautes, certainement plus succulentes ? Et donc, fort logiquement, ce cou s'est allongé au fil des siècles, la nature cherchant sans cesse à améliorer ses créations. C'est clair : « La fonction crée l'organe » !

Charles Thévenin, Jean-Baptiste de Monet Chevalier de Lamarck, 1803, coll. part.Publiée en 1809 dans la Philosophie zoologique, la thèse du transformisme selon Lamarck met en avant le rôle des circonstances extérieures dans les modifications des espèces, modifications léguées ensuite aux générations suivantes.

Encore maladroite, cette théorie de la transmission des caractères acquis s'oppose au fixisme traditionnel qui soutenait que les créatures n'évoluaient pas. Mais surtout, elle explique que ces changements sont régis par « une loi, et non une intervention miraculeuse » (Charles Darwin).

Pour la première fois, l'idée de création divine était bousculée par celle d'évolution. Il ne restait plus qu'à trouver la loi qui se cache derrière.

Pauvre rêveur !

En 1909, Edmond Perrier, directeur du Muséum d'Histoire naturelle, rappelle que les théories de Lamarck ne reçurent pas l'accueil mérité. Il est vrai qu’elles ont été publiées pendant les guerres napoléoniennes (et l’année où naquit Darwin) :
« L'œuvre de Lamarck ne s'est pas développée au milieu de ces bruits de bataille, et presque tous ses contemporains l'ont ignorée ; si quelques-uns prirent la peine de la lire, ce fut dans un sentiment d'ironique curiosité, et pour la couvrir de sarcasmes, les plus indulgents la considéraient comme un égarement qu'il fallait pardonner à un savant solitaire, à un incorrigible rêveur, en raison de ses grands travaux de détail et du nombre inouï d'espèces, inconnues avant lui, qu'il avait nommées. Cette œuvre de folie était l'ombre fâcheuse qui venait assombrir l'auréole de celui qu'on croyait flatter en l'appelant le Linné français, et, jusqu'à l'âge de 85 ans, Lamarck vieillit, découragé, aveugle, abandonné, sauf de quelques amis. » (Discours d'inauguration au monument de Jean de Lamarck, 1909).

Lors de son escale aux Galapagos, Darwin s’attache à l’étude d’un groupe de moineaux qui deviendront célèbres sous le nom de «pinsons de Darwin». En agrandissement, les quatre pinsons en photos.

Le pinson à la rescousse

Le 27 décembre 1831, un « scientifique gentleman » du nom de Charles Darwin s'embarque sur le Beagle, direction l'Amérique du sud. Son rôle était de « recueillir, observer et noter toute chose digne d'être relevée en histoire naturelle ». Cette mission, il va tellement bien la remplir qu'il va totalement bouleverser notre vision de la vie.

C'est en s'interrogeant sur la variété de pinsons, dénichés aux îles Galapagos, que Darwin en arrive à une hypothèse révolutionnaire : et si tous ces oiseaux, différents mais porteurs de caractères communs, étaient les descendants d'un même ancêtre ayant vécu dans des temps reculés ?

Charles Darwin, « L'Arbre de la vie » portant l'inscription « I Think », 1837, Cambridge, University Library. L'ancêtre commun de toutes les espèces actuelles de pinsons des Galápagos serait un pinson granivore nichant au sol qui aurait donné naissance à deux lignées évolutives, l'une de pinsons nichant au sol, l'autre de pinsons arboricoles, illustration Larousse.Il en vient à imaginer que la forme actuelle de ces volatiles a été modelée au fil des millénaires par la nature... et non par Dieu au moment de la Création. Mais comment expliquer ces variations parmi les animaux ?

Là aussi, ce sont les pinsons qui apportent la réponse : Darwin a remarqué un déviant, un pinson muni d'un gros bec certes grotesque mais très utile pour briser les graines en cas de pénurie de fruits. Son existence prouverait que la nature s'emploie à privilégier les plus aptes à survivre, créant ainsi régulièrement par un enchaînement d'essais et d'erreurs de nouvelles espèces de plus en plus élaborées.

Cette théorie de la « sélection naturelle » ne satisfaisait pas complètement notre chercheur qui s'obstinait à essayer de comprendre l'hérédité. Après des mois de réflexion et un début de dépression nerveuse, il en arriva à la conclusion que les cellules des organismes produisent des particules (ou gemmules) contenant l'information héréditaire.

Ainsi les particules de l'oreille transmettraient le code pour construire une nouvelle oreille. Lors de ce processus de pangénèse (« genèse à partir de tout »), les informations mâles et femelles se mélangeraient dans l'embryon pour créer un « héritage mixte ».

Mais alors pourquoi certains caractères minoritaires ne sont pas noyés dans ce mélange et réapparaissent même après plusieurs générations ? Et pourquoi les pinsons à gros becs existent-ils encore alors qu'ils auraient dû très vite disparaître dans la masse des pinsons à becs normaux ?

Là, Darwin n'avait pas de réponse, reconnaissant n'avoir élaboré qu'une « hypothèse rapide et sommaire »...

Boîte d'échantillons de Gregor Mendel, s.d., Brno, Mendel Museum.

La révolution de la famille Petits Pois

Et puis un beau jour, un moine du nom de Gregor Mendel développa une drôle de passion pour les petits pois. Il faut dire que les plantes, Gregor est tombé dedans quand il était petit, aux côtés de son père qui s'adonnait au greffage sur les arbres de son verger.

Deux portraits de Gregor Mendel.Devenu prêtre en 1848, le jeune homme commence par enseigner les sciences avant de se perfectionner en botanique dans son monastère de Brno, dans le nord de l'empire austro-hongrois, reprenant ainsi une vieille habitude des ordres religieux.

Comme nombre de jardiniers de l'époque, il aime à pratiquer l'hybridation, c'est-à-dire croiser les plantes pour obtenir de nouvelles variétés. Il aime tellement cela qu'il va y consacrer 10 ans, réalisant des centaines de croisements sur les petits pois du jardin monastique. Pois jaunes, pois verts, pois ridés et pois lisses, rien ne lui échappe !

Et à force d'observer, il constate : certains caractères simples de ceux qu'il appelle ses « enfants » se transmettent à leurs descendants, comme la position des fleurs ou la longueur des tiges. Ainsi, deux plants à fleurs blanches donnent des fleurs blanches. Logique, non ? Mais cela se complique lorsqu'il remarque que lorsqu'on croise des plants à fleurs violettes, leurs descendants ont 0 à 4 chances d'être... blancs. D'où vient cette couleur ?

Mendel fait alors entrer en jeu les statistiques qui lui permettent de comprendre que ces fréquences sont prévisibles et dépendent de la « force » du caractère (ici, la couleur) : en fait le malheureux violet ne disparaît pas complètement mais est momentanément écarté du jeu par un blanc alors au sommet de sa puissance.

On dit que le premier, celui qui est vaincu et donc silencieux, est récessif et le second, celui qui sort vainqueur et se fait remarquer, est dominant. Tout cela est finalement aussi simple qu'une partie d'échecs.

Matériel de recherche de Gregor Mendel, s.d., Brno, Mendel Museum.

Le pragmatisme du savant

Le 8 février 1865, Mendel présenta le résultat de ses recherches devant un petit groupe de fermiers, de biologistes et de botaniques de la Société des sciences naturelles de Brno. Dans ce compte rendu, il explique pourquoi il a jeté son dévolu sur de simples pois.
« Dès le début, les légumineuses ont particulièrement attiré l’attention, à cause de la structure spéciale de leur fleur. […] De plus, il ne peut facilement se produire de perturbations par pollen étranger, car les organes de la fécondation sont étroitement entourés […]. D’autres avantages méritent encore d’être cités : la culture facile de ces plantes en pleine terre et en pots, ainsi que la durée relativement courte de leur végétation. La fécondation artificielle est certainement assez minutieuse, mais elle réussit cependant presque toujours. Pour la pratiquer, on ouvre le bouton encore incomplètement développé, on écarte la carène et on enlève chaque étamine avec précaution au moyen d’une petite pince ; après quoi, l’on peut aussitôt recouvrir le stigmate de pollen étranger. On se procura dans plusieurs graineteries en tout 34 espèces de pois plus ou moins différentes les unes des autres ; elles furent mises à l’épreuve pendant deux ans » (Recherches sur des hybrides végétaux, 1865).

La bataille des jaunes et verts

Mais où est passé le récessif ? Pour y répondre, faisons se féconder nos petits pois sur trois générations.

Gousses de pois, Album Benary, 1876-1893.Soit Monsieur Pois Vert et madame Pois Jaune. Leurs enfants reçoivent chacun un caractère (baptisé plus tard « allèle ») de la couleur de chacun de leurs parents ; ils possèdent donc le caractère du vert et celui du jaune mais, si le jaune est dominant, ils seront tous d'une belle couleur soleil.

Si vous croisez deux individus de la génération suivante, sur 4 descendants, l’un aura statistiquement deux caractères jaunes, l'autre deux caractères verts, et les deux derniers seront mixtes, suivant la répartition des allèles hérités de leurs parents. Et c'est ainsi que, de deux parents jaunes peut naître un joli pois vert émeraude !

Pour Mendel, c'est clair : l'apparition ou la disparition de certains caractères au fil des générations suit un processus logique ; derrière la diversité des organismes il y a bien une loi dirigeant la transmission des caractères aux descendants.

Publiée en 1865, ses Recherches sur les hybrides végétaux restent confidentielles et lorsque, en 1870, il arrête de s’intéresser à l'hybridation après avoir été nommé supérieur de son couvent, il ignore que ses histoires de gousses vont ouvrir la voie à la grande aventure de la génétique.

« De la cellule au gène », schéma tiré de la revue L'Éléphant, n°16, octobre 1916.

Un peu de vocabulaire

Vous confondez gène et allèle, et le chromosome est pour vous un extra-terrestre ? Il est temps de préciser quelques notions...

Imaginez la cellule comme une minuscule poupée russe :
  • elle est composée d'un noyau
     ◦ enfermant des chromosomes
        ▪ composés d'ADN
           • constituée de séquences de nucléotides et de gènes

Si l'on va explorer le noyau d'une cellule d'un organisme vivant, on y trouvera donc une série de chromosomes. Chaque cellule de l'être humain en contient 23 paires, soit 46 (un chromosome venant de la mère et un autre venant du père) semblables à des bâtonnets. La 23e paire est celle qui détermine le sexe de la personne : pour les femmes, elle sera constituée de deux chromosomes X, et pour les hommes, des chromosomes X et Y. C’est donc l’homme qui détermine le sexe de l’enfant.
Chaque chromosome contient à son tour une seule molécule d'ADN (Acide DésoxyriboNucléique) se présentant sous la forme d'une longue chaîne, d’une très longue chaîne qui, déroulée, ferait 2 mètres de long. C'est dans cette molécule que se trouve notre code génétique, toutes ces informations nécessaires au développement et au bon fonctionnement de notre corps. Il est formé de deux brins qui s'enroulent sur eux-mêmes, créant ainsi une sorte d'hélice. Chacun des brins est un assemblage de nucléotides qui permettent la création d'acides aminés, composants des protéines, indispensables à nos fonctions vitales. Les 4 sortes de nucléotides, appelées « bases » sont désignées par les lettres A (Adénine), C (Cytosine), G (Guanine) et T (Thymine). Pour transmettre les caractères héréditaires, l'ADN s'appuie sur les gènes qui le composent. Nous avons deux exemplaires de chaque gène, l'un hérité du père, l'autre de la mère. La position d'un gène particulier est la même pour tous les êtres humains.
Le gène est un morceau d’ADN (donc une série de nucléotides) qui correspond à une information génétique. Les gènes sont présents en 2 copies : maternelle et paternelle. Ces 2 copies forment l’allèle. Les allèles sont donc les variantes d’un gène. Par exemple, le gène « couleur des cheveux » aura pour allèles le brun, le bond, le roux et le châtain. Les allèles A, B et O déterminent les groupes sanguins.
L'ARN (Acide RiboNucléique), présente dans toutes les cellules vivantes, a une structure quasi identique à l’ADN ; elle joue un rôle clé dans la fabrication des protéines dont ont besoin les cellules, notamment en faisant passer les instructions nécessaires.
Et le génome ? Il s'agit simplement, comme son nom l'indique, de l'ensemble des gènes. On ignore encore combien de gènes il renferme.

« La bibliothèque de la génétique », tableau Isabelle grégor.

[Suite de l'Histoire de la génétique : La mouche et la double hélice]

Bibliographie

Siddhartha Mukherjee, Il était une fois les gènes. Percer le secret de la vie, éd. Libres Champs, 2020.


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Publié ou mis à jour le : 2021-03-18 17:15:18

 
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