I. Génotype et système épigénétique a
Rappelons tout d’abord qu’il n’y a ni simple opposition ni parallélisme entre les notions de génotype et de phénotype, comme ce serait le cas si, après avoir décrit les caractères observables de divers phénotypes, on pouvait atteindre de même ceux du génotype à l’état pur en les mesurant directement sur les individus d’une lignée bien sélectionnée. D’une part, en effet, il est clair qu’un phénotype dépend à chaque instant de son génotype et non pas seulement du milieu. Mais, d’autre part, un génotype est toujours incarné en des phénotypes et, même en constituant une lignée pure (ce qui n’est d’ailleurs jamais assuré), ses représentants vivent en un certain milieu, naturel ou artificiel, et en sont tributaires à des degrés divers. Un génotype doit donc être caractérisé, premièrement par les caractères communs à tous ses phénotypes, en tous leurs milieux, et deuxièmement par ce qui le différencie d’autres génotypes élevés en même temps que lui en un milieu identique.
On voit alors combien cette double exigence complique le diagnostic des simples accommodats phénotypiques et des variations héréditaires, alors que cette distinction est essentielle dans l’étude de la phénocopie. Il convient donc en fait de se livrer à deux sortes d’expériences. En premier lieu, pour distinguer deux ou n génotypes, il faut élever dans le même milieu pendant une durée de plusieurs années et en nombre suffisant de générations, les variétés que l’on suppose être héréditaires. Dans le cas de nos Sedum sediforme, nous nous bornerons à en considérer trois : altissimum (grande taille et couleur en général glauque), medium (taille moyenne et couleur semblable) et parvulum (forme naine et couleur verte.) Et, effectivement, leurs caractères se conservent même si on les élève dans la même platebande, voire dans un même pot. Mais en second lieu, il nous a fallu répéter les essais en des milieux variés 1, à 400, 900 ou 1600 m d’altitude, en des terres différentes, à l’ombre ou en plein soleil, etc., et en transplantant de temps à autre une partie de l’élevage d’un milieu à un autre : on constate alors la production de variations phénotypiques (donc non stables si on change à nouveau de milieu), telles qu’un groupe de medium peut prendre la forme parvulum en un milieu peu propice (puis retourner au type medium lors d’un autre changement). De même un groupe parvulum peut augmenter de taille et présenter un accommodat de forme medium sur du terreau de jardinier avec engrais, mais retourner au type parvulum, sur place et sans transplantation, lorsque, au terme d’une année, les pluies ont éliminé l’engrais sans qu’on le remplace.
Mais si ces difficultés exigent une certaine patience, jusqu’à ce que l’on soit assuré de l’existence de génotypes distincts et que l’on connaisse leurs divers accommodats possibles, elles n’en sont que plus instructives au point de vue théorique, en nous montrant la complexité des interactions entre le milieu et les synthèses biochimiques en quoi consiste la croissance réglée par la programmation génique. Ces interactions soulèvent donc tout le problème de l’épigenèse et de ce que Waddington a appelé le « système épigénétique » ou Mayr l’« épigénotype ».
Il convient d’abord de rappeler qu’en fait on ne trouve guère dans la nature, ou même peut-être jamais, de génotypes isolés, mais essentiellement des « populations », c’est-à -dire des systèmes de génotypes interconnectés avec possibilité de panmixie. Seulement si l’unité fondamentale n’est plus alors le « génome » caractéristique d’un génotype plus ou moins isolable en laboratoire, mais le « pool génétique » de la population en tant que système, il y a néanmoins système en ce sens que le pool génétique comporte ses propres régulations (cf. l’expérience classique de Dobzhansky et Spassky 2) et par conséquent sa propre « homéostasie génétique ». C’est donc par une extension abusive, mais légitime à titre d’abréviation, que nous parlons de génotypes pour nos trois variétés héréditaires altissimum, medium et parvulum, alors qu’il s’agit presque à coup sûr de pools génétiques et de populations. Il en résulte que chacun des individus qui les représentent et dont les caractères se manifestent comme héréditairement stables, comporte un génome complexe, en tant qu’image partielle du pool génétique de la population en jeu.
Cela dit, venons-en à la question, essentielle quant à l’interprétation des phénocopies, du rôle du milieu au cours de l’épigenèse. Tout génome, simple ou complexe, remplit, comme chacun le sait, deux fonctions fondamentales. D’une part, il assure la transmission héréditaire de l’information contenue en son ADN et détermine ainsi les caractères des générations ultérieures. Mais, d’autre part, il impose la même structure à l’organisme individuel au cours de sa croissance : par l’intermédiaire des ARN, etc., il assure ainsi la synthèse des protéines selon une programmation innée, qui est donc celle de son ADN ; et cela selon une direction centrifuge, mais avec un réglage minutieux comportant à tous les niveaux (cellule germinale, connexions intercellulaires, tissus et organes) des régulations multiples et délicates, en particulier allostériques 3 et impliquant une collaboration constante de tous les gènes en une activité concertée. Quelle est alors l’action du milieu au cours de ces synthèses successives et de leurs régulations ? Certains auteurs se bornent à insister sur son rôle d’alimentation, puisqu’il s’agit pour l’organisme en croissance d’intégrer les substances et les énergies nécessaires au développement. Cette intégration pourrait donc être conçue comme une assimilation pure et simple de ces apports extérieurs aux structures endogènes imposées par la programmation génétique, sans aucune modification structurale. En ce cas l’équilibre se réduirait à une prédétermination complète : il y aurait certes construction continuelle, contrairement aux thèses du préformisme statique des ovistes et des spermatistes d’avant la découverte de P. J. Wolff, mais cette construction serait conforme à un programme qui, lui, demeure préformé, d’où un développement non modifiable par des actions extérieures.
Seulement l’observation nous montre au contraire que les interventions nécessaires du milieu, au cours de l’épigenèse, peuvent se traduire par des modifications morphologiques importantes. Choisissons comme premier exemple une variation de la coquille des Limnaea stagnalis, c’est-à -dire un cas privilégié dont les facteurs sont essentiellement mécaniques mais avec intervention des tissus, puisque la coquille est sécrétée par l’épiderme selon un plan en principe constant. On sait, en effet, que cette Limnée, qui présente une forme allongée dans les étangs (fig. 1), fournit dans les stations agitées des grands lacs une variété lacustris, de forme contractée (fig. 2) dont nous décrirons au chapitre II le mécanisme causal lorsqu’il s’agit d’un simple accommodat phénotypique. Mais, pendant la croissance de celui-ci, qui seul nous intéresse pour l’instant, il peut se faire que l’animal change de milieu, soit que l’on élève en aquarium pendant la fin du développement des individus nés en eau agitée, soit que le niveau du lac ayant baissé, l’animal termine la construction de sa coquille en une flaque d’eau tranquille abandonnée sur la plage. Or, dans ces deux cas on assiste à un changement très notable de la forme, une moitié du coquillage présentant une contraction, mais phénotypique quoiqu’imitant la variété héréditaire lacustris (fig. 3) et l’autre moitié reprenant la forme normale allongée des races de marais.
Un tel fait, tout en confirmant le rôle contraignant de la programmation héréditaire des races allongées, montre en même temps que, durant une partie de l’épigenèse, le milieu a exercé de son côté une action morphogénétique importante en imposant un accommodat contracté. Sans préjuger en rien de l’explication de la formation des races héréditaires lacustris, nous pouvons simplement, pour le moment, prendre acte de cette intervention du milieu au cours de l’épigenèse, son influence aboutissant à un effet non prévu dans la programmation héréditaire tout en la subissant jusqu’à un certain point. On peut donc parler ici sans exagération d’interaction, en ce sens que l’effet de la programmation a été modifié par le milieu pendant que l’action de celui-ci était conditionnée par les limites que la programmation héréditaire imposait aux variations possibles. Un autre exemple est fourni par les Sedum : il nous est arrivé d’observer des plantes entières dont tous les rameaux avaient commencé leur croissance selon une forme apparemment medium (feuilles de longueurs moyennes de 8-10 mm et peu bombées), mais avaient terminé ce développement selon le mode parvulum feuilles de 5-6 mm de long et très bombées en dessous), et cela avec discontinuité nette entre les deux moitiés de ces rameaux (de 5-8 cm de long). Qu’il s’agisse de sécheresse après une période humide, ou l’inverse, de lumière, de modification du terrain, etc., la transplantation d’une station à une autre a en ce cas produit des changements discontinus (non seulement de taille mais de forme des feuilles) qui n’étaient pas prévus dans la programmation innée et sont donc dus à une action du milieu.
Mais la question importante, quant à la nature du génotype et à son rôle au cours de l’épigenèse, est d’établir si celle-ci subit simplement ces actions à titre d’accidents malheureux (ou indifférents), ou si le fait de pouvoir produire des accommodais phénotypiques est l’indice d’un certain dynamisme, d’ailleurs fort utile puisqu’une telle plasticité serait avantageuse pour la survie et la propagation du génotype en jeu. À cette question, J. Monod répondrait sans doute par la négative, car l’évolution elle-même, en tant que production de nouveaux génotypes, ne lui paraît constituer « nullement une propriété des êtres vivants, puisqu’elle a sa racine dans les imperfections mêmes du mécanisme conservateur qui, lui, constitue bien leur unique privilège » 4. A fortiori, le fait de devoir subir, sous l’influence du milieu, toutes sortes de variations phénotypiques pourrait sembler relever d’« imperfections » encore plus déplorables. Au contraire, Dobzhansky, Waddington et d’autres voient dans les phénotypes des « réponses » du génotype aux tensions ou agressions du milieu. Or, ce terme de « réponse », qui évoque une activité, demande à être précisé.
Il ne saurait, en effet, être question d’admettre que l’action du milieu, exerçant son effet visible sur la production de l’accommodat, ait réussi à se répercuter telle quelle jusqu’au génome pour produire, selon une trajectoire pour ainsi dire directe, la réponse de celui-ci : accepter une telle hypothèse reviendrait à dire que le milieu a sans plus modifié le génome, permettant alors, non pas seulement une « réponse » accommodatrice, mais encore la fixation héréditaire possible de cette réponse, autrement dit la transmission d’un caractère acquis, au sens lamarckien de ces termes ; l’expérience n’ayant jamais vérifié une telle transmission, il ne reste alors qu’à interpréter l’action du milieu et la « réponse » du c génome comme se situant toutes deux à un certain niveau de la synthèse épigénétique. Entre le point de départ du message génique, donc l’information passant de l’ADN aux ARN, premier choix des acides aminés formateurs des protéines, et le point d’aboutissement de cette vaste construction qu’est l’épigenèse jusqu’à l’état adulte, il existe naturellement un nombre important de paliers hiérarchiques comparables à des sortes de relais. Les synthèses successives caractérisant ces étapes de l’édification sont évidemment dirigées par l’information génique. Mais, comme il y a croissance, avec intégration continuelle d’apports extérieurs, cette action du milieu est d’autant plus importante qu’on se rapproche des paliers supérieurs. En ce cas, de deux choses l’une : ou bien l’alimentation externe ne modifie en rien le déroulement des synthèses, qui s’accomplissent alors sans déviations par rapport à la programmation héréditaire, ou bien il y a divergence ou opposition entre l’action exogène du milieu et le processus endogène des synthèses. C’est alors que celui-ci réagit et, comme le processus est commandé par le génome, la réaction à ce palier considéré de l’épigenèse peut effectivement être taxée de « réponse du génome ».
Mais en quoi consiste-t-elle ? L’un ou l’autre des paliers de synthèse dont on vient de rappeler l’existence est caractérisé par un système de régulations, ou de causalité à boucles, dont chacun dépend des précédents et commande les suivants, mais avec l’exigence que, sur le palier considéré, l’ensemble des réactions forme un système à la fois ouvert et fermé en un cycle 5, dont la forme la plus générale pourrait s’écrire en simplifiant excessivement les choses :
(A × A’ → C’)… (Y × Y’ → B), (B × B’ → Z), (Z × Z’ → A), où A’, B’… Y’, Z’ sont les aliments extérieurs et A, B, C… Z, A les éléments du cycle lui-même. En ce cas, et toujours avec généralisations abusives mais obligées, la réponse du génome, ou plus précisément des appareils synthétiques commandés par lui, se réduit à deux possibilités : ou bien l’action du milieu (symbolisable sous la forme d’une modification de A’ en A’’ ou de B’ en B’’, etc.) aboutit à détruire le cycle, et la croissance est bloquée, ce qui conduit à la mort de l’organisme ; ou bien l’action est acceptée, ce qui revient à dire que la fermeture du système cyclique demeure possible, mais moyennant une transformation locale (par exemple le changement exogène de A’ en A’’ modifierait A en A2, mais A2 × A’’ continuerait à donner B, sans altération des autres parties du système). En d’autres termes, la réponse endogène, si elle est positive, constitue bien une accommodation du système à la nouvelle situation extérieure (milieu), mais conservant au maximum la cohérence cyclique de celui-ci. En un sens cette réponse est conservatrice et même limitatrice, en excluant les variations inacceptables et en conservant selon une sorte d’optimalisation tout ce qui peut être retenu des synthèses « normales ». Mais en un autre sens cette réponse est néanmoins dynamique et même novatrice en ce qu’elle assure un ajustement du système antérieur à des circonstances nouvelles et imprévues.
Seulement, il convient encore d’insister sur le fait que cet essai d’interprétation des réponses accommodatrices du génome ne concerne en rien le problème de l’hérédité, auquel nous reviendrons au chapitre II. En effet, les réactions se produisant sur un palier élevé des synthèses ne modifient pas nécessairement ce qui se passe aux paliers qui lui sont inférieurs. Puisque les « réponses » dont nous parlons pour le moment ne sont que phénotypiques, cela signifie au contraire que, une fois abolie l’action « actuelle » du milieu, résultant de la modification de A’ en A’’, la réponse accommodatrice transformant A en A2 prend également fin et le cycle antérieur (A × A’ → B’, etc.) retrouve sans plus sa forme et son équilibre précédents. Il n’est donc pas question, en ces hypothèses, de fixation héréditaire ou de transmission de l’acquis.
Par contre, si les grandes lignes ainsi esquissées sont acceptables, il est alors évident que la richesse d’un génotype en réponses phénotypiques possibles est avantageuse pour lui et que cette plasticité est un indice de sa vitalité. En un article très suggestif 6, P. P. Grasse soutient que, si les espèces de plaine soumises par Bonnier à des conditions alpestres ont donné des somations de faciès alpin mais sans fixation héréditaire lors du retour aux conditions normales, il a été plus utile à ces végétaux d’avoir présenté cette flexibilité que s’il y avait eu formation de nouveaux génotypes, qui eussent été trop spécialisés. Il y a peut-être là quelque exagération, mais l’idée paraît incontestable qu’un génotype à phénotypes multiples soit favorisé du point de vue de l’adaptation et de la pré-adaptation. Nous avons, par exemple, établi jadis sur quelques espèces de mollusques terrestres répandus au Valais qu’il y avait corrélation positive entre la variabilité de ces espèces en plaine, quant à leur taille, et l’altitude qu’elles étaient capables d’atteindre sous la forme de petites variétés 7 : la richesse en phénotypes distincts au départ constitue donc en ce cas un facteur d’adaptation possible en montagne. Ceci nous conduit au problème des normes de réactions. On sait, en effet, qu’en fonction des valeurs V1… Vn de l’une des variables du milieu un génotype peut réagir selon des formes de caractères F1… Fn constituant les accommodats ou phénotypes possibles du génotype en jeu par rapport à cette variable. Une telle « norme de réactions » est intéressante notamment du point de vue des limites tolérées par le génotype considéré et qui ne peuvent être dépassées, sauf au cas où se constituent de nouvelles variations ou combinaisons héréditaires, qui comportent alors de nouvelles normes, distinctes de la précédente. Mais deux remarques sont à faire à ce propos. L’une est que si la norme de réactions traduit ainsi les interactions entre le milieu et les synthèses épigénétiques, dont il vient d’être question, elle ne permet nullement de tracer une frontière précise en ce qui, dans les phénotypes en question, dépend des facteurs exogènes et endogènes : on sait seulement que tous deux interviennent, les premiers parce qu’il y a variations non héréditaires et les seconds parce qu’ils sont limités, mais la frontière entre les deux demeure indéterminée. En second lieu, s’il est facile de construire des normes de réactions avec une ou deux variables du milieu, on ne connaît jamais l’ensemble des conditions possibles, ni par conséquent l’ensemble des phénotypes non encore observés mais réalisables. D’où la complexité de la détermination ou de la caractérisation des génotypes dans la nature.
Les remarques qui précèdent tendent à montrer l’existence de deux tendances ou pouvoirs antagonistes au sein du système épigénétique et il était indiqué de les noter dès le départ, car leur équilibre ou leur déséquilibre jouent sans doute un rôle important dans la formation ou l’absence de formation des phénocopies. La première de ces deux tendances est naturellement conservatrice : c’est celle qui, au cours des synthèses successives assurées par le génome, les pousse à respecter leur programmation, à suivre les « chemins nécessaires » ou « créodes » dont parle Waddington et à annuler ou compenser toute déviation selon un mécanisme stabilisateur mais portant sur les trajectoires, donc une « homéorhésie » et pas seulement une homéostasie. Mais un second pouvoir du système épigénétique doit aussi être relevé avec soin : c’est, non pas une tendance à la variation, ce qui serait absurde, mais une certaine flexibilité, et encore sélective, qui rend plus ou moins acceptables, selon les cas, les modifications imposées par le milieu, d’où la complexité des processus que recouvre en réalité la norme de réaction. En effet, chacun accordera qu’il existe, par exemple, une grande différence, dans le degré d’acceptabilité par la synthèse épigénétique, entre les somations dues l’étiolement d’un végétal et ses simples variations de taille. Dans la première situation, un Sedum à moitié étouffé et privé de lumière par de « mauvaises herbes » qui l’entourent et qui deviennent bien plus hautes que lui, peut néanmoins survivre des semaines ou des mois et reprendre sa forme normale une fois le terrain nettoyé : en ce cas la somation se présente sous forme de tiges très longues et minces, avec feuilles très espacées et le tout de couleur très pâle. Il est donc clair qu’il s’agit là d’accommodations subies mais nullement « désirables », quoique nécessaires sur le moment. Par contre les variations habituelles de taille ont une utilité bien plus durable en tant que comportant un ajustement des surfaces et des volumes, donc des zones d’alimentation et des masses à nourrir : en ce cas la somation répond à la fois aux conditions du milieu et aux exigences des synthèses, une même programmation héréditaire pouvant sans doute donner lieu à des marges appréciables de réalisation, puisqu’il s’agit de tenir compte de multiples facteurs tous très variables.
En un mot, la norme de réaction d’un génotype semble bien dépendre entre autres d’un compromis entre deux tendances distinctes et en un sens contraire : l’une de conservation s’opposant aux variations dangereuses et déséquilibrantes du milieu, l’autre de plasticité, visant à utiliser les modifications extérieures dans les limites où elles peuvent jouer un rôle favorable quoique imprévisible en leurs combinaisons multiples. Or, un grand problème est ainsi soulevé : celui des types d’équilibrations réalisées par les phénotypes (et rien n’exclut qu’il se retrouve sous d’autres formes lors de la production des variétés héréditaires), selon que l’équilibre atteint après accommodation constitue un simple retour à la forme antérieure de stabilité ou à une forme analogue, ou qu’au contraire l’équilibration s’accompagne d’une sorte d’optimalisation, c’est-à -dire que la forme d’équilibre poursuivie soit la meilleure possible pour des conditions données.