L’homme et le singe Université de tous les savoirs Jeudi 12 Juin 2008 Michel Morange, Ens, Université Paris 6, et IHPST Université de tous les savoirs Jeudi 12 Juin 2008

Introduction Explication du titre Quelles sont les différences à expliquer? Que peut nous apporter la connaissance des génomes? Quelques informations complémentaires: les différents types de variations génétiques; variations « neutres », « positives » ou « négatives »

Krause J. et al. (2007) Neanderthals in Central Asia and Siberia; Nature 449: 902-904

Quelques titres de journaux … « Un seul gène a conduit à l’être humain » « Le gène qui nous donne de plus gros cerveaux » « Les scientifiques identifient les gènes qui rendent les humains plus intelligents que les chimpanzés »

Nous avons tous, scientifiques et non-scientifiques, une vision naïve des variations génétiques qui sont à l’origine de l’homme moderne. Les résultats déjà apportés par la connaissance des génomes et leur comparaison nous obligent à corriger cette vision naïve.

Etude des gènes candidats Résultats apportés par les approches systémiques Quelques conclusions scientifiques et philosophiques

Etude des gènes candidats

Qu’est-ce qui fait d’un gène un « candidat »? Des mutations qui en révèlent l’importance fonctionnelle Un « bon » profil d’expression Le gène a muté lors de la formation de l’espèce humaine Les signes d’une pression de sélection positive

Quelques exemples Le gène MYH16 et ses mutations Le gène du language (FOXP2) Les gènes de la microcéphaline L’ARN HARF1 Des gènes plus vulgaires … (ex: SIGLEC)

Mutation du gène de la myosine (MYH16) (Stedman et al Mutation du gène de la myosine (MYH16) (Stedman et al. (2004) Nature 428: 415-418)

Défauts de langage dans la famille KE Fisher S. E. et al Défauts de langage dans la famille KE Fisher S. E. et al. (1998) Nature genetics 18: 168-170

(Enard W. et al. (2002) Nature 418: 869-872)

Steven Pinker (2001) Nature 413: 465-466

FoxP2: un gène intéressant Un trouble précis du langage Le gène a muté dans la lignée humaine Il est exprimé dans le cerveau C’est un gène régulateur Comparaison avec d’autres espèces animales parlantes Les gènes cibles de FoxP2

FoxP2: les difficultés Le déficit n’est pas limité au langage La structure du cerveau est affectée Le gène FoxP2 est impliqué dans de nombreuses autres fonctions La comparaison entre espèces apporte des résultats ambigus L’homme de Néanderthal possède la forme humaine du gène FoxP2

Quelques conclusions provisoires sur le gène FoxP2 Ce n’est pas le gène du langage Le langage n’est pas apparu en un jour Mais c’est un gène intéressant, qui donne des idées sur la longue série de transformations qui a conduit à l’homme

Les microcéphalines Les mutations sont responsables de microcéphalie Le gène a été soumis à une sélection positive Il interviendrait dans la division cellulaire et la réparation de l’ADN, mais aussi dans la formation des spermatozoïdes Il aurait continué à évoluer récemment Les risques de conclusions trop rapides

Evolution actuelle de la microcéphaline (Evans P. D. et al Evolution actuelle de la microcéphaline (Evans P. D. et al. (2005) Science 309: 1717-1720)

HAR1F Il appartient à des séquences non-codantes conservées Il a beaucoup varié dans la lignée humaine Il est exprimé dans le cerveau humain entre 2 et 5 mois de gestation, dans les cellules de Cajal-Retzius L’importance actuelle accordée aux ARN régulateurs

Quelques conclusions provisoires Ne pas passer trop vite du déficit à la fonction Ne pas privilégier certaines données au détriment d’autres Ne pas oublier tous les autres gènes.

Résultats apportés par les approches systémiques

Pourquoi choisir une approche systémique? La difficulté: le très grand nombre de variations Sélectionner les gènes soumis à une sélection positive: (233 et 154) Sélectionner les gènes dupliqués Sélectionner les gènes dont l’expression a varié

Le mythe du 1/% Cohen J. (2007) Science 316: 1836

Les variations sont régulatrices Les résultats de King et Wilson (1975) L’idée de bricolage (François Jacob) L’approche de la génomique structurale n’est pas la meilleure

Des premiers résultats encourageants Les choses sont moins simples …

Evolution dans l’expression des gènes Enard W. et al Evolution dans l’expression des gènes Enard W. et al. (2002) Science 296: 340-343

Evolution de l’expression des gènes chez les primates Khaitovich P Evolution de l’expression des gènes chez les primates Khaitovich P. et al. (2006) Nature reviews genetics 7: 693-701

Quelques conclusions La petite histoire de Jeff Hecht (2008, Nature 453: 562) L’être humain n’a pas plus « évolué » que le chimpanzé Beaucoup des variations ont été « neutres » Il y a eu sélection de beaucoup d’autres caractéristiques que celles que nous considérons comme « humaines »: la notion d’exaptation

Conclusions scientifiques et philosophiques Chasser les visions naïves La« petite » différence entre l’être humain et le chimpanzé L’évolution n’est pas le fruit d’un accident et du hasard Il n’y a pas d’évolution linéaire: l’homme de Florès L’apparition de nouvelles caractéristiques et la spéciation ne sont pas liées Les gènes ne portent pas de fonctions « humaines » Renoncer au « préformisme »: décrire une histoire Le progrès des connaissances sera dans l’articulation d’approches disciplinaires différentes

« La lignée Homo sapiens varia sous une énorme pression de sélection « La lignée Homo sapiens varia sous une énorme pression de sélection. Le changement qui en résulta pour certains caractères est presque sans précédent » Ernst Mayr (1965)

« Nul doute que la vue génomique de notre place dans la nature sera à la fois une source d’humilité, et un coup porté à l’idée d’unicité humaine » « Réaliser qu’un ou quelques accidents génétiques ont rendu l’histoire humaine possible nous fournira un ensemble de défis philosophiques auxquels penser » « C’est une illusion de penser que la génomique seule nous dira ce que veut dire être humain » Le génome humain et notre vue de nous-mêmes Svante Pääbo (2001) Science 291: 1219-1210

Complexité du processus de spéciation entre l’être humain et le chimpanzé Patterson et al. (2006) Nature 441: 1103-1108

Les principes de l’organisation macromoléculaire L’existence de voies, réseaux et machines macromoléculaires La pléiotropie La redondance La consevation évolutive

« La hiérarchie dans la complexité des objets a donc deux caractéristiques: d’une part, les objets qui existent à un niveau donné ne forment jamais qu’un échantillon limité de tous les possibles offerts par la combinatoire du niveau plus simple. D’autre part, à chaque niveau peuvent apparaître de nouvelles propriétés qui imposent de nouvelles contraintes aux systèmes. Mais ce n’est jamais qu’un surcroît de contraintes. Celles qui existent à un niveau donné s’appliquent aussi aux niveaux plus complexes. Toutefois, le plus souvent, les propositions qui ont le plus d’importance à un niveau n’en ont aucune aux niveaux plus complexes. La loi des gaz parfaits n’est pas moins vraie pour les objets de la biologie que pour ceux de la physique. Seulement elle n’a aucun intérêt pour les questions qui préoccupent les biologistes ». François Jacob (1981) Le jeu des possibles (Paris: Le livre de Poche, p. 59)

« Cela nous dira ce qui nous fait humain » Professeur Yoshiyuki Sakaki, Université de Tokyo Nature 418, 910-911, 2002