« La Genèse et le génome : éléments de preuve génomiques d’un ancêtre commun à l’être humain et au singe et taille des populations ancestrales d’hominidés » (partie 1)
Introduction (Pascal Touzet : Professeur en génétique à l’Université de Lille)
Nous allons commencer une série de billets tirée de l’article de Denis R Venema, intitulé « La Genèse et le génome : éléments de preuve génomiques d’un ancêtre commun à l’être humain et au singe et taille des populations ancestrales d’hominidés », publié originellement dans Perspectives on Science and Christian Faith en septembre 2010, et accessible sur le site de Biologos).
Dans cet article, Denis R Venema, Professeur associé et chef du département de Biologie de la Trinity Western University au Canada, illustre comment les données récentes en génomique comparative, discipline qui a pour objet de comparer les données sur les génomes de différentes espèces, ici l’homme et les grands singes, donnent des faisceaux d’arguments indépendants en faveur de l’hypothèse d’un ancêtre commun entre l’homme et les grands singes, conformément à la théorie de l’évolution biologique.
Commençons par le premier faisceau d’argument : l’homologie, ce qui correspond à la similarité (la ressemblance) que partagent deux séquences soit au niveau des gènes (des suites de nucléotides) ou de protéines (des suites d’acides aminés). Sous l’hypothèse de descendance par modification de la théorie de l’évolution biologique, deux espèces qui se sont différenciées récemment (c’est-à-dire qui ont un ancêtre commun récent), se ressembleront plus génétiquement que deux espèces dont l’ancêtre commun est plus ancien, car elles auront eu moins de temps d’accumuler des mutations génétiques. Elles montreront donc une plus forte homologie de séquence au niveau de leurs gènes.
D’autre part il faut bien comprendre que la séquence nucléotidique des gènes est traduite en séquences d’acides aminés pour donner les protéines. Cette traduction se fait à travers un dictionnaire (le code génétique) de « mots » de 3 nucléotides qu’on appelle les codons. On dit que le code génétique est redondant car il existe plusieurs codons possibles pour un acide aminé donné.
Bonne lecture !
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« La Genèse et le génome : éléments de preuve génomiques d’un ancêtre commun à l’être humain et au singe et taille des populations ancestrales d’hominidés »
Article de Denis R Venema – partie 1
La théorie évolutionnaire propose depuis longtemps que les humains et autres grands singes partagent des ancêtres communs.1 La théorie évolutionnaire prédit donc que les génomes que nous observons chez les primates vivants (tels que les humains et les chimpanzés) sont, en réalité, des formes modifiées d’un génome original présent chez l’ancêtre commun de ces espèces. Cette simple hypothèse peut être aisément testée à partir de plusieurs pistes indépendantes dérivées de la comparaison des génomes complets des deux espèces.2
Le premier élément de preuve, qui est peut-être un des plus abordés par les groupes d’apologétique chrétienne, est celui de la similarité des séquences génétiques. Si, effectivement, les humains et les chimpanzés descendent d’une espèce ancestrale commune, alors les séquences génétiques individuelles de ces deux espèces devraient montrer un haut degré de similarité en raison de l’hérédité d’un ancêtre commun, c’est-à-dire de l’homologie. De plus, il devrait exister une homologie de gènes individuels à deux niveaux : au niveau des acides aminés (la séquence fonctionnelle de la protéine dérivée d’un gène donné), et au niveau du code des nucléotides (le code ADN sous-jacent de la séquence d’acides aminés requise). Etant donné que le code de nucléotides possède de nombreuses options de codage pour une séquence donnée d’acides aminés (c’est-à-dire que le code des nucléotides est redondant), les gènes d’organismes apparentés devraient non seulement partager des séquences d’acides aminés mais aussi des séquences de nucléotides, en dépit du grand nombre d’options de codage possible.
La synténie constitue un deuxième élément de preuve distinct. Ce terme technique décrit la conservation de l’ordre des gènes sur les chromosomes entre les membres d’une famille. Plus simplement, l’hypothèse d’une ascendance commune prédit non seulement que les espèces apparentées possèderont des gènes similaires, mais encore que ces gènes seront disposés de manière très similaire dans l’espace.
Les pseudogènes constituent un troisième élément de preuve. Les pseudogènes (littéralement, « faux gènes ») sont les vestiges mutés de séquences géniques qui persistent dans le génome après leur inactivation. L’ascendance commune prédit que les espèces apparentées devraient partager des pseudogènes présents dans le génome de leur ancêtre commun. De plus, ces pseudogènes devraient se trouver aux mêmes endroits dans le génome des deux espèces descendantes (c’est-à-dire qu’ils devraient démontrer une synténie commune) et garder une similarité de séquence génique (c’est-à-dire qu’ils devraient continuer à montrer une homologie) malgré leur inactivation.
La séquence ADN du génome humain a été terminée et publiée entre 2001 et 20043, suivie peu de temps après par celle du chimpanzé4. La disponibilité de séquences génomiques complètes pour ces deux organismes permet une comparaison d’homologie, de synténie et de pseudogènes partagés au niveau du génome entier pour ces deux espèces. Ces analyses fonctionnent donc comme des tests indépendants de l’hypothèse d’une ascendance commune être humain-chimpanzé et lui fournissent des éléments de preuve indépendants.
Similarités de séquence génique chez les primates : piste de l’homologie
On définit l’homologie comme les similarités dérivées d’une ascendance commune. On sait de longue date que les êtres humains et les chimpanzés possèdent des séquences quasi-identiques pour des gènes individuels.5 Le séquençage du génome complet confirme que cette tendance à être presque identique se maintient sur la totalité du génome des deux espèces. Le génome humain comporte approximativement 3,0 x 109 nucléotides, parmi lesquels 2,7 x 109 nucléotides correspondent au génome du chimpanzé avec une différence de seulement 1,23% entre les espèces.6
En bref, la grande majorité du génome humain correspond au génome du chimpanzé avec uniquement de rares différences. La présence de divergences d’alignement de séquences entre les deux génomes, que l’on pense être dues à des insertions ou des délétions (mutations dites « indel »), réduit l’identité des deux génomes à 95% environ.7 Si l’on restreint la comparaison aux séquences codant des protéines, la valeur s’élève à 99,4%.8 Selon toute mesure, les êtres humains et les chimpanzés possèdent des génomes hautement homologues qui peuvent aisément être interprétés comme étant des copies modifiées d’un génome ancestral original.
Usage des codons dans les gènes homologues : piste de la redondance
Le code ADN utilisé pour spécifier les acides aminés dans les protéines est basé sur des triplets de nucléotides, ou « codons ». Etant donné qu’il y a quatre nucléotides (A, C, G et T), il y a 64 (c’est-à-dire 43) triplets possibles de nucléotides à disposition ; cependant, les protéines biologiques ne contiennent que vingt acides aminés. Etant donné que trois des 64 codons sont utilisés comme codons « stop » pour arrêter le processus de traduction, 61 codons sont disponibles pour encoder vingt acides aminés. Il résulte donc que la plupart des acides aminés peuvent être encodés par plus d’un codon (c’est-à-dire que le code des codons est partiellement redondant). Le schéma 1 présente une comparaison des séquences de nucléotides et d’acides aminés pour l’insuline (une hormone peptidique) chez l’être humain, le chimpanzé, le gorille, l’orang-outan, une espèce de chauve-souris et chez la souris (MM) en guise d’exemple.9
Schéma 1. Homologie des Nucléotides et des Acides Aminés de l’Insuline chez les Mammifères
Figure 1A. Séquence codante de nucléotides complète pour la pré-proinsuline alignée pour quatre espèces de primates (HS = Homo sapiens / être humain, PT = Pan troglodytes / chimpanzé, GG = Gorilla gorilla / gorille, PP = Pongo pygmaeus / orang-outan bornéen), un chiroptère (RF = Rhinolophus ferrumequinum / chauve-souris Grand Rhinolophe) et un muridé (MM = Mus musculus / souris). Les nucléotides différant de la séquence humaine sont surlignés en noir. Les acides aminés conservés chez les six espèces sont présentés sous la séquence de nucléotides. Les chiffres sous les codons conservés chez les six espèces indiquent le nombre de codons alternatifs pour cette position.
Figure 1B. Séquence complète d’acides aminés de la pré-proinsuline alignée pour les mêmes espèces qu’en (A). Les acides aminés différant de la séquence humaine sont surlignés en noir.
Figure 1C. Phylogénie des mêmes six espèces, avec le pourcentage d’homologie de la pré-proinsuline par rapport à la séquence humaine présentée pour les séquences de nucléotides (nt) et d’acides aminés (aa).
Le peptide de l’insuline non-transformé chez les six espèces contient 110 acides aminés, dont la plupart peuvent être codés par des codons alternatifs. En raison de cette redondance dans le code, il existe plus de 1019 séquences différentes de nucléotides possibles pour l’insuline humaine qui produisent toutes la même séquence observée d’acides aminés. Cependant, la séquence que l’on observe est presque identique aux séquences de nucléotides détectées chez les autres mammifères (schéma 1A). La séquence du chimpanzé diffère de seulement six nucléotides ; celle du gorille, de quatre uniquement. Au niveau de la protéine, le chimpanzé diffère de deux acides aminés, tandis que la séquence chez le gorille est identique à la nôtre (schéma 1B). Les homologies d’acides aminés et de nucléotides chez les autres mammifères s’éloignent progressivement de la séquence humaine selon un schéma niché qui suit leur phylogénie selon des critères morphologiques (schéma 1C). Bien qu’il s’agisse d’un très petit échantillon (330 nucléotides), cette tendance est représentative : une comparaison sur le génome complet des séquences codantes de l’être humain et du chimpanzé révèle qu’elles sont identiques à 99,4% sur 1,85 x 107 nucléotides.10
On peut élargir cet argument aux situations où les différences d’acides aminés sont observées pour des protéines spécifiques entre les espèces. Par exemple, les différences entre l’insuline de l’être humain et du chimpanzé au niveau de l’acide nucléique sont aussi infimes que possible malgré les différences d’acides aminés. Par exemple, chez le chimpanzé, le douzième acide aminé de l’insuline est la valine (codon CTG), alors que chez les autres mammifères que nous avons étudiés (schémas 1A, 1B), on trouve l’alanine (codons GCG ou GCC). Il y a quatre codons qui encodent la valine (GT suivi de A, C, G ou T) et quatre qui encodent l’alanine (GC suivi de A, C, G ou T). En comparant ce codon chez l’être humain et chez le chimpanzé, on trouve les deux codons les plus proches malgré la différence d’acide aminé. En d’autres termes, le code de l’acide nucléique est consistant seulement avec des changements de nucléotides uniques au sein d’une séquence ancestrale commune, en dépit des options multiples de codons pour les différents acides aminés.
On observe la même tendance en étendant ce type d’analyse à d’autres séquences d’insuline provenant d’organismes dont il est prédit qu’ils soient apparentés de manière plus éloignée à l’être humain : les gorilles et les orang-outans utilisent le même codon GCG pour l’alanine à la douzième position, tandis que les chauve-souris et les souris utilisent un codon GCC pour cette alanine. Ce schéma persiste sur toute la séquence codante de l’insuline. Une homologie significative de l’acide nucléique est maintenue malgré les options nombreuses pour la séquence conservée d’acides aminés (schéma 1C), et les changements sont hautement consistants avec des substitutions de nucléotides uniques dans la séquence ancestrale (schéma 1A). En résumé, le schéma observé d’homologie génique entre les espèces correspond précisément à ce que prédit l’ascendance commune à deux niveaux de code.
Notes
1 C. Darwin, The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex (New York: D. Appleton and Company, 1871).
2 The Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium,“Initial Sequence of the Chimpanzee Genome and Comparison
with the Human Genome” Nature 437 (2005): 69–87.
3 International Human Genome Sequencing Consortium, “Initial Sequencing and Analysis of the Human Genome” Nature 409 (2001): 860–920; International Human Genome Sequencing Consortium, “Finishing the Euchromatic Sequence of the Human Genome” Nature 431 (2004): 931–45.
4 The Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium, “Initial Sequence of the Chimpanzee Genome and Comparison with the Human Genome.” Nature 437 (2005): 69–87.
5 M. C. King and A. C. Wilson, “Evolution at Two Levels in Humans and Chimpanzees” Science 188 (1975): 107–16.
6 The Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium, “Initial Sequence of the Chimpanzee Genome and Comparison with the Human Genome” Nature 437 (2005): 69–87; R. J. Britten, “Divergence between Samples of Chimpanzee and Human DNA Sequences Is 5%, Counting Indels,” Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 99 (2002): 13633–5.
7 Ibid.
8 R. Nielsen, C. Bustamante, A. G. Clark et al., “A Scan for Positively Selected Genes in the Genomes of Humans and Chimpanzees,” PLoS Biology 3 (2005): e170.
9 Les séquences d’insuline de tétrapode dans le schéma 1 ont été assemblées à partir de données recensées dans les bases de données génomiques publiques du National Center for Biotechnology Information à l’aide de recherches BLAST (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi).
10 Nielsen, Bustamante, Clark et al., “A Scan for Positively Selected Genes in the Genomes of Humans and Chimpanzees.” PLoS Biology 3 (2005): e170.
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Tags : ADN, ancètre commun, code génétique, évolution, génétique, génome, homologie, preuve
Cette série d’articles est une étape indispensable pour toutes celles et ceux qui se posent honnêtement la question suivante : possède-t-on réellement les preuves qui montrent que les espèces descendent les unes des autres (macroévolution). Mais aussi cette question encore plus dérangeante pour beaucoup de chrétiens : est-ce aussi le cas de l’homme ? Le chimpanzé est-il réellement notre « cousin » biologique le plus proche ?
La réponse à ces deux questions est un grand OUI ! Et les preuves indépendantes les plus éclatantes survolées dans cette série d’articles le montrent.
Les chrétiens ont un devoir de rigueur et d’honnêteté intellectuelle. Je suis toujours étonné de constater que certains d’entre eux affirment de façon irréfléchie voire arrogante que ces preuves n’existent pas, alors qu’ils n’ont pas pris la peine de les analyser en profondeur. Je comprends que ce ne soit pas la vocation de tous de s’y pencher, mais ayons alors la modestie et l’honnêteté de reconnaître que nous ne les comprenons pas si c’est le cas !
Il est de notre devoir de faire face à cette réalité, tout comme Galilée a fait face quand il a eu confirmation que la terre tournait autour du soleil et pas l’inverse, allant à l’encontre des interprétations bibliques les plus répandues de son époque. Avec le recul de l’histoire, nous ne connaissons que trop bien les conséquences mortelles pour la foi authentique qu’a provoqué la négation des évidences.
Il faut déjà avoir une certaine culture en biologie et en génétique pour saisir pleinement les preuves de la macroévolution. Cette culture minimale n’est pas si difficile que ça à acquérir pour celui ou celle qui veut vraiment se faire une opinion intellectuellement fondée. C’est mon expérience personnelle.
Physicien de formation, j’ignorais tout ou presque de l’ADN et du code génétique il y a quelques années. Plusieurs ouvrages comme « The langage of God » (traduit en français « De la génétique à Dieu ») du généticien chrétien Francis Collins affirmaient que l’on possédait désormais ces preuves et que l’histoire évolutive des espèces était inscrite dans leur code génétique comme dans un livre ouvert.
J’ai donc cherché à comprendre ces preuves par moi-même, et j’ai été convaincu.
J’encourage donc celui ou celle pour qui c’est une question importante à se lancer dans cette aventure intellectuelle passionnante.
J’ai augmenté progressivement la difficulté de mes lectures. Commençant par de « vieux » manuels de biologie de Terminale D, j’ai pris connaissance de l’ADN, du code génétique (basé uniquement sur 4 lettres !), et de sa redondance (le fait qu’un même acide aminé, brique de base de la construction des protéines codées par les gènes, pouvait être codé de plusieurs façons différentes). Cette simple compréhension permet de saisir pourquoi la ressemblance (homologie) des codes génétiques d’espèces « cousines » est un premier indice significatif de leur lien de parenté.
En tant que chrétien, je crois que Dieu est tout à fait capable de créer les espèces et leur code génétique de façon séparée. On pourrait donc simplement penser que leur ressemblance vient du fait que Dieu a utilisé les mêmes codes pour réaliser les mêmes fonctions. MAIS la comparaison des codes génétiques (génomes) des espèces nous montre le contraire, sauf à penser que le Créateur ait voulu nous tendre un piège ou nous faire une farce !!
En effet, alors que Dieu avait toute la liberté d’exprimer les mêmes fonctions de façon différente à cause de la redondance du code (comme une même recette n’est pas obligatoirement formulée exactement de la même façon, au mot près), l’analyse du génome nous montre que les mêmes fonctions sont réalisées de façon d’autant plus similaires qu’elles sont apparentées.
Si par exemple Dieu avait utilisé des codes différents pour réaliser les mêmes fonctions, les mêmes protéines, nous aurions un indice très clair du fait que les espèces ont été créées séparément. Mais on observe tout le contraire.
Et ce n’est qu’une petite indication de l’évolution parmi des millions d’autres…à vrai dire l’indication que j’ai trouvée la plus faible par rapport à celles qui suivront dans cette série d’articles : les fusions de chromosomes, les pseudo gènes, les rétr virus, les transposons…
Magnifiquement bien résumé Benoit.
Ça a été le même cheminement de mon côté.
D’abord perplexe et sceptique face aux revendications, j’ai dû ensuite me rendre à l’évidence devant la réalité de la génétique, préférant l’honnêteté intellectuelle au confort douillet d’une théologie sans zones sombres.
Il faut selon moi renoncer à la rationalité et à l’intelligibilité du monde matériel pour persister dans ce rejet de l’évolution et refuser de percevoir les implications logiques de certains éléments très précis (pseudogènes, transposons, rétrovirus endogènes…).
Ces pièces à conviction font office de véritable « exposition rétrospective », des éléments qui portent en eux-mêmes un historique dont l’étude comparative dévoile un itinéraire évolutif à la précision inouïe… et épousant comme prévu les ramifications de l’arbre phylogénétique. Que ce soit bien clair, on ne parle pas ici de simple similarité génétique, mais de relation de parenté.
Ce ne sont pas que de simples éléments allant « dans le sens de l’évolution » et pouvant éventuellement être interprétés de façon différente, comme tentent de le faire passer les sites créationnistes pseudoscientifiques (heureux de retrouver dans la nature ce concept « d’information » mais refusant d’admettre ce qui y est communiqué !).
Même si la teneur scientifique de ces preuves empêche le commun des mortels de les sonder, elles restent tout de même largement à la portée des esprits un tant soit peu méthodiques. Peut-être faudrait-il utiliser davantage d’analogies moins abruptes pour présenter ces faits inextricables aux créationnistes, je ne sais pas…
Il n’y a que deux solutions pour ceux dont l’épistémologie est basée sur la Bible :
1/ Dieu trompe l’humanité en déposant dans la nature des éléments contre-intuitifs dont l’analyse ne décrit pas la réalité.
2/ L’interprétation littérale des passages ayants traits aux origines est erronée.
1/ est peu probable, 2/ doit donc être accepté, quelles que soient les conséquences en théologie systématique et en herméneutique.
Et ça ne veut pas forcément dire tomber dans le libéralisme théologique, car je crains que certains post-évangéliques, émergents et autres protestants libéraux profitent de l’occasion pour vendre leur boutique tout en restant masqués, tirant avantage du néant théologique dans lequel évoluent les évangéliques ainsi que de leur méconnaissance totale de l’histoire de l’église et des développements théologiques.