Dans une salle de concert caverneuse, devant un public enthousiaste de plusieurs milliers de personnes, Masatoshi Nei connaît un pépin technique.
Le biologiste vient de recevoir le prestigieux prix japonais de Kyoto en sciences fondamentales, récompensant son exploration révolutionnaire de l’évolution au niveau moléculaire. Les yeux et les oreilles des médias internationaux, des diplomates et des dignitaires, y compris la princesse Takamado, sont rivés sur cet homme de 82 ans à la voix douce qui prononce son discours de remerciement. Sur un écran massif au-dessus de lui, un diaporama avance et recule de manière aléatoire alors que Nei tente de présenter les techniques qu’il a mises au point et qui ont révolutionné son domaine – et les théories qui remettent en question certaines de ses idées les plus profondément ancrées.
« Alors désolé », dit Nei à son public avec un petit rire attachant. « Je suis toujours à la poursuite de la théorie, pas de la pratique. »
La praticité a cependant été une force directrice tout au long de la carrière de Nei, depuis ses premières recherches agricoles jusqu’à sa quête de plusieurs décennies pour faire passer la biologie évolutive des observations subjectives sur le terrain à une analyse objective et mathématique au niveau moléculaire. En 1972, il a conçu une formule désormais largement utilisée, la distance génétique standard de Nei, qui compare les gènes clés de différentes populations pour estimer depuis combien de temps les groupes ont divergé. Au début des années 90, Nei a co-développé un logiciel gratuit permettant de créer des arbres évolutifs à partir de données génétiques. Deux décennies plus tard, Molecular Evolutionary Genetics Analysis, ou MEGA, reste l’un des programmes informatiques les plus utilisés et les plus cités en biologie.
Mais c’est sa théorie anti-sélection naturelle, que Nei a développée dans les années 80 et développée dans le livre Mutation-Driven Evolution de 2013, que le chercheur veut voir embrasser, citer et enseigner dans les écoles.
Quelques jours après que ses diapositives de présentation aient finalement coopéré, Nei, directeur de l’Institut de génétique moléculaire de l’évolution à l’Université d’État de Pennsylvanie, s’est entretenu avec Discover sur les points où, selon lui, Darwin s’est trompé.
Discover : Vous avez commencé votre carrière universitaire au Japon dans les années 50 en tant que professeur adjoint en sciences agricoles. Comment avez-vous, sans jeu de mots, évolué vers un biologiste moléculaire s’attaquant à Darwin ?
Masatoshi Nei : Je voulais rendre la génétique des populations utile et pratique, je me suis donc lancé dans la sélection végétale. Mais j’ai commencé à me demander pourquoi l’évolution phénotopique a lieu. Je m’y intéressais au niveau génétique. Charles Darwin a dit que l’évolution se produisait par sélection naturelle en présence d’une variation continue, mais il n’a jamais prouvé l’existence de la sélection naturelle dans la nature. Il l’a argumenté, mais il n’a pas présenté de preuves solides.
Mais parmi les gens qui travaillent sur l’évolution, la plupart d’entre eux croient encore que la sélection naturelle est la force motrice.
Si vous dites que l’évolution se produit par la sélection naturelle, cela semble scientifique comparé à dire que Dieu a tout créé. Maintenant, ils disent que la sélection naturelle a tout créé, mais ils n’expliquent pas comment. Si c’est de la science, vous devez expliquer chaque étape. C’est pour ça que j’étais malheureux. Le simple remplacement de Dieu par la sélection naturelle ne change pas grand-chose. Vous devez expliquer comment.
Q : OK, alors, expliquez comment.
A : Chaque partie de notre corps est contrôlée par des molécules, donc vous devez expliquer au niveau moléculaire. C’est le vrai mécanisme de l’évolution, comment les molécules changent. Elles changent par mutation. Par mutation, on entend un changement dans l’ADN, par exemple par substitution ou insertion. Il faut d’abord qu’il y ait un changement, et ensuite la sélection naturelle peut opérer ou non. Je dis que la mutation est la force motrice la plus importante de l’évolution. La sélection naturelle intervient parfois, bien sûr, parce que certains types de variations sont meilleurs que d’autres, mais la mutation a créé les différents types. La sélection naturelle est secondaire.
Q : Quelqu’un qui regarde le débat de l’extérieur pourrait dire que vous et d’autres chercheurs coupez les cheveux en quatre, que la mutation et la sélection naturelle sont toutes deux le moteur de l’évolution. Que répondez-vous ?
A : Je n’étudie pas le caractère ou la fonction, j’étudie le gène qui la contrôle. Ma position est que la mutation crée la variation, puis la sélection naturelle peut ou non opérer, elle peut ou non choisir la bonne variation et éliminer la mauvaise, mais la sélection naturelle n’est pas la force motrice.
Dans le néo-darwinisme, l’évolution est un processus d’augmentation de la fitness . Dans la théorie de l’évolution basée sur les mutations, l’évolution est un processus d’augmentation ou de diminution de la complexité d’un organisme. Nous avons tendance à croire que la sélection naturelle sélectionne un seul type. Mais il y a plusieurs types, et pourtant ils sont OK. Ils peuvent survivre, sans problème.
Par exemple, si les yeux bleus sont meilleurs pour une raison quelconque en Scandinavie, cette mutation a un avantage sélectionné, et alors bien sûr cet avantage se produira davantage dans cette population. Mais il faut d’abord avoir la mutation. Et la sélection naturelle elle-même n’est pas si claire. Dans certains cas, elle l’est, mais pas toujours. La fréquence du gène des yeux bleus peut aussi avoir augmenté par hasard, plutôt que par sélection naturelle. La couleur bleue des yeux peut être tout aussi bonne que la couleur verte. Les deux peuvent voir.
Q : En 1968, votre ami et mentor Motoo Kimura a proposé la théorie neutre de l’évolution moléculaire, soutenant que la plupart des mutations qui se produisent n’ont pas de conséquences avantageuses ou délétères pour un organisme. Comment avez-vous poussé la théorie neutre plus loin avec la théorie de l’évolution basée sur les mutations ?
A : Kimura croyait que la morphologie évoluait par la sélection naturelle. Il a appliqué la théorie neutre uniquement au niveau moléculaire. Je dis qu’elle peut aussi déterminer les caractéristiques morphologiques car l’ADN détermine tout, mais le prouver n’a pas été si facile. Quarante ou cinquante ans plus tard, j’essaie toujours de le prouver.
Q : L’une de vos contributions les plus significatives au domaine est la distance génétique standard de Nei, une formule qui détermine quand différentes populations ont divergé sur la base d’une analyse mathématique de leurs génomes. Mais cette formule suppose que le taux de changement génétique est constant. Pensez-vous que l’activité humaine – de la surpêche à la combustion de combustibles fossiles en passant par l’éclairage artificiel de nos villes et autoroutes – pourrait accélérer le taux de mutation ?
A : Je pense que l’activité humaine comporte un élément mutagène, mais il est difficile d’en rassembler les preuves. Cela ne s’est produit qu’au cours, disons, des 10 000 dernières années, et je ne sais pas si cela change le taux de mutation. Vous pouvez identifier combien de mutations différentes se sont produites, mais pas toujours comment.
Q : Vous parlez de l’évolution par mutation depuis plus de trois décennies. Pourquoi pensez-vous que la majorité des biologistes évolutionnistes restent dans le camp de la sélection naturelle ?
A : J’ai exprimé ce point de vue simple d’abord en 1975 dans mon livre Molecular Population Genetics and Evolution, et en 1987 dans un chapitre d’un autre livre, mais personne n’a changé son point de vue ou les manuels scolaires. Bien sûr, à cette époque, la biologie moléculaire n’était pas encore trop développée, et la biologie traditionnelle de l’évolution ne considérait que la morphologie, et non la façon dont la variation se produisait.
Certains oiseaux, par exemple, ont une variante de l’hémoglobine qui leur permet de voler au-dessus de l’Himalaya, à très haute altitude. Certains alligators ont une variante différente de l’hémoglobine qui leur permet de rester immergés pendant très longtemps. On le sait depuis un moment et tout le monde se disait, bon, la variation existe dans les populations, mais la condition nécessaire doit être juste la sélection naturelle.
Q : En 1987, vous avez cosigné un article avec Naruya Saitou décrivant la méthode du neighbor-joining, un nouvel algorithme pour créer des arbres évolutifs en travaillant à rebours sur la base des différences génétiques clés entre des espèces apparentées, l’idée étant que plus une espèce a divergé récemment d’une autre, plus leur ADN sera similaire. Cet article a été cité plus de 34 000 fois au fil des ans et est devenu la pierre angulaire de la recherche en biologie moléculaire de l’évolution. Pourquoi pensez-vous qu’elle a eu une telle influence ?
A : C’est simple. J’avais développé la théorie de la distance génétique parce que je voulais faire un arbre phylogénétique, et la distance peut être utilisée pour faire des arbres. Mais j’étais aussi intéressé par les statistiques. J’ai donc combiné les deux méthodes. Pour la tester, nous avons d’abord fait des simulations sur ordinateur : Nous avons généré une séquence d’ADN pour un arbre évolutif dont nous savions déjà où il se ramifiait. Puis nous avons utilisé les statistiques, la méthode de jonction des voisins, pour reconstruire l’arbre et vérifier s’il ressemblait à l’arbre phylogénétique réel. C’était le cas, et c’est ainsi que nous avons su que cette méthode donnait une assez bonne idée de la façon dont les espèces évoluaient et divergeaient.
Au début, d’autres biologistes étaient fanatiques et voulaient s’en tenir aux méthodes antérieures de calcul des relations entre les espèces. Il y a eu beaucoup de bagarres stupides dans les années 80, mais j’ai insisté pour que cela fonctionne. Dans le cas, par exemple, de l’utilisation de 100 séquences génétiques, nous pouvons créer un arbre par jonction des voisins en quelques secondes. Avec la méthode habituelle, cela prendrait des mois. Et après avoir travaillé pendant des mois, le résultat était presque toujours le même que celui de la méthode de jonction des voisins.
Q : Vous avez déclaré à plusieurs reprises que vous étiez prêt à essuyer de nombreuses critiques sur votre livre le plus récent, 2013’s Mutation-Driven Evolution. Pourquoi ?
A : J’ai présenté de tels points de vue dans mon livre Molecular Evolutionary Genetics de 1987, mais les gens n’y ont pas prêté attention. Les manuels scolaires sur l’évolution n’ont pas changé : ils disent toujours que la sélection naturelle cause l’évolution. Mon point de vue a été totalement ignoré. Dans ce livre, je discutais de nombreuses techniques statistiques, et ce n’est que dans le dernier chapitre que j’ai abordé le problème de la sélection naturelle non prouvée. Ce chapitre n’a pas convaincu beaucoup de gens, je pense, car ils avaient déjà une idée préconçue selon laquelle la sélection naturelle doit être la force motrice parce que Darwin l’a dit. Darwin est un dieu de l’évolution, donc vous ne pouvez pas critiquer Darwin. Si vous le faites, vous êtes taxé d’arrogant.
Mais chaque fois qu’une théorie scientifique est traitée comme un dogme, vous devez la remettre en question. Le dogme de la sélection naturelle existe depuis longtemps. La plupart des gens ne l’ont pas remis en question. La plupart des manuels scolaires l’affirment encore. La plupart des étudiants sont éduqués avec ces livres.
Vous devez remettre en question le dogme. Utilisez le bon sens. Vous devez penser par vous-même, sans idées préconçues. C’est ce qui est important dans la science.
Cet article a été initialement publié dans la presse sous le titre « Nous sommes tous des mutants ».