L'identité génétique

Conférence du 4 janvier 2000 par Antoine Danchin. Deux lois fondamentales régissent la génétique. La première est la conservation de la mémoire. Elle est permise par la structure de la molécule d'ADN, support de l'information génétique. Celle-ci est constituée de deux brins en vis-à-vis utilisant la complémentarité des bases deux à deux. Il est donc possible de recopier l'information en séparant les deux brins pour leur associer à chacun un nouveau brin complémentaire. Cette réplication est indépendante de la signification de l'information recopiée. La seconde loi correspond à l'existence d'un code génétique. Il s'agit d'une règle de correspondant entre deux niveaux, les acides nucléiques et les protéines. Les mécanismes de copie de l'information génétique font des erreurs qui créent des formes non identiques sur lesquelles la sélection exerce un tri passif. Il n'y a pas survie du plus apte mais simplement élimination du moins apte. Le concept de fonction est central. Toute fonction est issue d'une évolution et contrainte par une structure. La genèse des fonctions a lieu de façon opportuniste à partir de moyens préexistants. L'évolution va donc créer de nouvelles fonctions en capturant des structures déjà utilisées pour d'autres fonctions. Le but de tout organisme est d'occuper le plus de place possible. La première solution consiste à se dupliquer. Comme des variants apparaissent il faut ensuite cohabiter avec l'autre. La première réaction est de chercher à l'éliminer. Des sondes, des capteurs ont ainsi été créés pour déterminer si l'autre est identique ou différent de soi-même. Des relais sont ensuite activés jusqu'à la fabrication et la libération dans l'environnement d'une substance ou antibiotique qui puisse tuer l'autre. D'autres interactions entre les organismes peuvent être la coopération, le parasitisme ou la création d'organismes multicellulaires. L'ordre des gènes sur les chromosomes n'est pas innocent. Ainsi, il existe pour les gènes du développement une correspondance entre l'ordre des gènes et la disposition des parties du corps de l'animal qu'ils induisent. L'ordre tête, thorax, abdomen puis queue est ainsi respecté.

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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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Les bases génétiques de l'évolution humaine

Aucun élément du patrimoine génétique humain n'est spécifiquement propre à notre espèce. Nos gènes, nos chromosomes, nos cellules et nos ADN sont les mêmes que ceux des autres êtres vivants, d'autant plus partagés que ces derniers sont nos plus proches parents. Ces comparaisons nous obligent à une grande modestie quant a la spécificité humaine, qui réside ailleurs. Si elles ont des conséquences en matière d'éthique, notre société ne semble pas en être consciente. A un autre niveau, la variation des gènes entre individus et leurs diverses fréquences entre populations nous permet de reconstituer, de plus en plus précisément, l'histoire de nos ancêtres et la façon dont ils ont réparti leurs gênes à la surface de la planète au cours des mille derniers siècles. Des résultats fondamentaux, tant pour notre curiosité que pour des problèmes touchant à la santé publique, en sont attendus.

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Bactéries de l'extrême

En 1969, Thomas Brock a montré par ses travaux que des micro-organismes peuvent vivre à des températures avoisinant et même dépassant 100 C. Ces bactéries thermophiles prolifèrent au voisinage des sources chaudes terrestres et sous-marines. Yves Fouquet, géologue à l'IFREMER, décrit les phénomènes tectoniques à l'origine des sources hydrothermales. Celles-ci sont très nombreuses en Islande du fait de l'activité volcanique de l'île et le docteur Jacob Kristjansson en étudie la microfaune. Daniel Prieur, microbiologiste au CNRS à la station biologique de Roscoff (Finistère), relate la mission Microsmoke (novembre et décembre 1995) qui a pu atteindre les fosses les plus profondes de l'Océan Atlantique (Fosse aux Serpents à 3500 m au-dessous du niveau de la mer) grâce au Nautile, engin d'exploration de l'IFREMER. Les sources chaudes sous-marines forment progressivement des cheminées poreuses à l'intérieur desquelles se développent les bactéries thermophiles. Grâce aux bras télécommandés du Nautile, les scientifiques peuvent prélever des échantillons de fluide hydrothermal et des morceaux de cheminées qui sont ensuite analysés en laboratoire. Les chercheurs ont ainsi constaté que ces micro-organismes ont développé des structures moléculaires très particulières pour leurs protéines et leurs acides nucléiques afin de résister aux pressions et températures élevées de leur environnement, ainsi que l'explique Patrick Forterre, microbiologiste à l'Université d'Orsay. Les bactéries thermophiles sont peut-être une des premières formes de vie apparues sur terre et leur résistance exceptionnelle permet aux chercheurs d'explorer les conditions extrêmes pour lesquelles la vie est encore possible.

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