Par Bruno J. Strasser, Yale University – actuellement IUFE Université de Genève
Un serpent? Un gecko? Une tortue? Et quelques lézards exotiques? S’ils sont vivants, on se trouve dans un zoo. S’ils sont morts, dans un musée d’histoire naturelle. En fait, on se trouve dans le laboratoire à la pointe de la recherche en biologie expérimentale, celui de Denis Duboule à l’Université de Genève. Ces organismes sont utilisés pour mieux comprendre le rôle des gènes dans le développement de l’anatomie des vertébrés. L’article de Nicolas Di-Poï et al. (2010), en plus de présenter des résultats étonnants sur la structure, la fonction et l’évolution de ces gènes, illustre parfaitement une transformation historique profonde en cours dans la manière de faire de la recherche biologique.
Jusque très récemment, si vous entriez dans un laboratoire de recherche biologique, vous n’y auriez trouvé qu’un très petit nombre d’espèces. Homo sapiens, évidemment, mais surtout quelques espèces qui ont acquis le rôle enviable (du moins du point de vue du chercheur) d’ “organisme modèle”. En effet, l’essor de la biologie expérimentale, depuis la fin du 19ème siècle, a été rendu possible par la mise au point de ces organismes qui ont servi de cobayes pour la recherche en physiologie, en embryologie, ou en génétique. Dans ce dernier cas, c’est d’abord la souris (Mus musculus) et le maïs (Zea mays), puis la mouche (Drosophila melanogaster), qui sont devenus les organismes de choix pour étudier la transmission héréditaire des caractères. D’autres organismes modèles sont venus s’ajouter à cette liste au cours du 20ème siècle, notamment une bactérie (Escherichia coli), un vers (Caenorhabditis elegans), un poisson (Danio rerio), et une mauvaise herbe (Arabidopsis thaliana) (Endersby 2007).
L’utilisation d’organismes modèles présente des avantages essentiels pour la recherche expérimentale. Ils ont été choisis car ils étaient faciles à manipuler au laboratoire, de petite taille, et de génération brève. Mais surtout, leur l’homogénéité génétique permettait la réplication des expériences. Leur désavantage, c’était leur possible manque de représentativité. Toutefois, les expérimentateurs font le pari que tout le monde vivant est basé sur les mêmes principes. Comme l’écrivait en 1961 les biologistes moléculaires Jacques Monod et François Jacob: “Ce qui est vrai de E. coli, doit aussi être vrai des Eléphants.” (Monod et Jacob 1961). Inutile de préciser, qu’ils n’ont jamais pris la peine de vérifier si les connaissances qu’ils avaient obtenues avec E. coli s’appliquaient effectivement aux éléphants.
Cette manière de faire de la recherche, basée sur l’étude d’organismes modèles, contraste fortement avec celle adoptée par les naturalistes qui, depuis la Renaissance, ont accordé une grande valeur à l’observation comparative d’un grand nombre d’espèces. Cette approche était surtout adoptée par des naturalistes travaillant dans des musées d’histoire naturelle, dont les riches collections de spécimens offraient un matériel idéal pour des recherches comparatives. Toutefois, dès la fin du 19ème siècle, cette méthode est quelque peu tombée en désuétude, notamment en raison de l’essor formidable des approches expérimentales basées sur des organismes modèles. Les expérimentateurs ont alors moqué les naturalistes comme étant de simple collectionneurs de papillons (ou de timbres) qui n’avaient plus leur place en science (Strasser 2010).
Le groupe de Denis Duboule, comme de plus en plus de groupes de recherche dans le monde, combine la force des approches expérimentales et celle des approches comparatives, héritées de l’histoire naturelle. Ces chercheurs renoncent à comprendre le développement en étudiant uniquement des organismes modèles comme la mouche, la souris, ou le nématode, mais adoptent une approche qui tire également profit de la grande diversité d’organismes vivants (Laubichler et Maienschein 2009). Pour ce faire, ils peuvent compter sur les bases de données de séquences d’ADN, comme GenBank, dans lesquelles plus de 300’000 espèces sont aujourd’hui représentées, soit davantage que dans les plus importants musées d’histoire naturelle (Strasser 2008). Ces chercheurs profitent du fait que l’évolution a produit d’innombrables expérience dont les résultats peuvent être lus dans les organismes qui ont survécu, comme le serpent, le gecko, ou la tortue. Pour cette raison, les laboratoires sont aujourd’hui peuplés de nombreuses espèces (ou du moins leurs génomes) et l’article de Nicoal Di-Poï et al. (2010) démontre la puissance de cette nouvelle manière de faire de la recherche.
B. Strasser
La transposition didactique…
Commentaire par F.Lombard Didacticien à l’IUFE
C’est à partir de cette publication (Di-Poi, N., et al. 2010) développée dans les Bio-Tremplins que l’idée de séquencer des ADN d’élèves est née.Les réflexions éthiques (cf Les paradoxes éthiques du séquençage…) ont obligé à choisir une autre séquence, HVS1 sur la mitochondrie Cf. L’ADN mitochondrial, une petite molécule devenue star…
Il est justement intéressant de voir comment les savoirs de recherche ne peuvent jamais entrer tels quels dans l’école, comment ils se transforment inéluctablement pour devenir ce que les élèves apprendront. On parle de transposition didactique (Chevallard, Y. 1991). Cf. aussi Bio-Tremplins du 23 sept 2010)
Le totalement authentique, conforme à la recherche n’est jamais possible en classe. Ici nous avons choisi une séquence qui est plus simple à comprendre, elle n’est pas codante elle est donc de l’ADN, simplement.
La difficulté de comprendre la transcription-traduction, puis la régulation de l’expression ne sont donc pas des obstacles. Le degré d’abstraction en plus des gènes Hox qui activent des gènes, mais sont eux-même régulés, et l’interférence des transposons dans cette régulation rendent ce cas difficile a comprendre…
Comme quoi une question simple : « Pourquoi les serpents ont plus de vertèbres ? » ouvre la porte à de très nombreuses autres de plus en plus complexes comme : « Comment les gènes Hox s’activent au bon moment », « Comment ils causent le développement de certains somites en dorsal lombaire ou caudales …? » Ces questions ouvertes ne sont pas toujours bienvenues en classe, où les programmes très chargés laissent peu de place au questionnement des élèves dès qu’il sort un peu des pratiques courantes. Alors on choisit un exemple plus simple.
Ce qui ne veut pas dire qu’il soit moins bon, mais explique pourquoi on retombe toujours sur les mêmes exemples dans les écoles : ils sont bien adaptés à ce milieu … ( la girafe pour l’évolution, l’insuline comme protéine, la mucoviscidose comme maladie génétique etc. ) !
Les ADN mitochondriaux sont un grand classique des documents scolaires, donc un approfondissement et des données authentiques pour ancrer dans la réalité ce qui est discuté en classe sont bienvenus.
Bibliographie
- Chevallard, Y. (1991). La transposition didactique. Du savoir savant au savoir enseigné (2e éd. revue et augmentée, 1985 lre ed.). Grenoble: La Pensée sauvage.
- Jim Endersby, A Guinea Pig’s History of Biology (Cambridge: Harvard University Press, 2007).
- Manfred Dietrich Laubichler, and Jane Maienschein, From Embryology to Evo-Devo : A History of Developmental Evolution (Cambridge, Mass.: MIT Press, 2007).
- Di-Poi, N., Montoya-Burgos, J. I., Miller, H., Pourquie, O., Milinkovitch, M. C., & Duboule, D. (2010). Changes in Hox genes/’ structure and function during the evolution of the squamate body plan. [10.1038/nature08789]. Nature, 464(7285), 99-103.
- Jacques Monod, and François Jacob, « General Conclusions: Teleonomic Mechanisms in Cellular Metabolism, Growth, and Differentiation, » Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology, 1961 XXI: 389-401. “[What is] true of E. coli must also be true of Elephants” [accessible ici ]
- Bruno J. Strasser, « Genbank: Natural History in the 21st Century?, » Science, 2008 322: 537-38. [accessible ici: ]
- Bruno J. Strasser, « Laboratories, Museums, and the Comparative Perspective: Alan A. Boyden’s Serological Taxonomy, 1925-1962, » Historical Studies in the Natural Sciences, 2010 40: 149-82. [accessible librement ici]:
Les données de cet évènement son disponibles ici : AuthenTIC