Introduction
La science a accompli dnormes progrs
en gntique depuis le dbut du 21e sicle. Des scientifiques ont
dtermin la squence et tabli la cartographie des gnomes de plus de 2800
organismes, incluant ltre humain, et leur travail se poursuit sans relche.[1]
La macrovolution nous apprend que les
humains, de mme que dautres formes de vie multicellulaires, ont volu
partir dorganismes primitifs unicellulaires qui entrent dans la catgorie des
procaryotes et rejoignent mme des organismes encore plus primitifs.[2] Les procaryotes
sont des organismes unicellulaires qui ne comportent pas de noyau, car leur
gnome nest pas contenu lintrieur dune membrane ni distinct du reste de
la cellule. Ce sont les formes de vie les plus primitives retrouves sur
terre.[3] Y
a-t-il une chance que cette volution ait eu lieu partir dune simple et
unique cellule pour plus tard former un tre humain durant lge de lunivers?
Le gnome humain [4] contient
environ 3 milliards de paires de nuclotides de base (A, C, T et G).[5] Environ
34 millions nuclotides de base du gnome humain sont impliqus dans la
production de protines vitales aux processus de vie.[6] Ces 34 millions
de nuclotides sont appels des gnes. Les protines sont faites dacides
amins. Chaque acide amin est encod par un codon et chaque codon est compos
de 3 nuclotides.
La squence de ces nuclotides, au sein
des gnes, est ce qui dfinit les caractristiques et les fonctions dun
organisme vivant, de mme que sa nature; sera-t-il une bactrie, une plante,
une mouche, un poisson ou un humain? La squence de ce codage dans les gnes
humains comme dans ceux dautres organismes, est si sophistique, prcise et
parfaitement organise quelle est comparable la squence des alphabets dans
un pome de Shakespeare, un roman, une thse, un programme informatique ou une encyclopdie
de 2 millions de mots.
Selon la macrovolution, cette squence
prcise, cet encodage sont apparus par des mutations alatoires[7] et une
slection naturelle.
Mutations maximales possibles durant lge
de lunivers
Nous tenterons de dcouvrir le nombre
maximal de mutations qui ont pu se produire au cours de lge de lunivers sur
la base de suppositions en faveur de lvolution.
Le nombre maximal de mutations que peut
subir un gnome humain, durant son volution partir dune cellule unique
jusqu un tre humain complet, est 3 milliards de mutations par gnration,
car cest la plus grande taille que le gnome des mammifres ait atteint. Il
sagit dune hypothse extrme en faveur de lvolution. En ralit, le taux
de mutations se situe entre 0.003 et 350 mutations par gnome, par gnration.[8]
La gnration la plus courte rapporte
jusqu maintenant est celle de la Pseudomonas natriegens, une bactrie
marine dont la dure de gnration ne dpasse pas 9.8 minutes[9]. Nanmoins,
mme si nous allons vers cet extrme en faveur de lvolution, cela nous donne
une nouvelle gnration toutes les secondes. Par consquent, durant lge de
lunivers [10]
(nous parlons, ici, denviron 15 milliards dannes)[11], le
nombre maximal de gnrations atteignable est :
ge de lunivers en annes jours par anne secondes par jour
15 milliards 365 86400
ce qui quivaut moins de 1018 gnrations (1, suivi de 18 zros).
La dernire information dont nous avons
besoin pour calculer le nombre maximal de mutations est la population de ces
organismes unicellulaires. Supposons un nombre trs grand, qui ne laisse
aucune place un nombre supplmentaire : le nombre datomes dans
lunivers observable, qui est denviron 1082.[12]
Ainsi, sur la base de rsultats
prcdents et dhypothses gnreuses, le nombre maximal de mutations qui
peuvent se produire dans lunivers tout entier au cours de son ge est :
Mutations par gnration Gnrations durant lge de lunivers
Population
3 milliards 1018 1082
ce qui quivaut moins de 10110 mutations (1, suivi de
110 zros).
Nombre de mutations alatoires requises pour
une volution menant un tre humain
Les gnes du gnome humain sont
composs denviron 34 millions de nuclotides.[13]
Le plus grand gnome, chez les
organismes unicellulaires (procaryotes) est compos denviron 13 millions de
nuclotides.[14]
Il y a donc une diffrence dau moins
21 millions de nuclotides entre les organismes procaryotes et lhumain. Et
pour quune simple cellule volue en tre humain, le processus volutionnaire
doit muter ce qui peut inclure linsertion au moins 21 millions de
nuclotides avec la bonne base de nuclotides et dans la bonne squence.
Dans les gnes, chaque acide amin la
composante de base de protines vitales tous les processus de vie est
encod par 3 nuclotides, ce quon appelle un codon. 21 millions de
nuclotides quivalent 7 millions de codons.
Les mutations alatoires ont lun de
ces trois effets : neutre, dltre ou bnfique. Seules les mutations
bnfiques peuvent contribuer au processus volutionnaire.
Dans les organismes vivants, il y a 20
diffrents acides amins et un codon-stop[15];
le total est donc de 21.[16]
Toute mutation mne lun de ces 20 acides amins ou au codon-stop.[17]
Ainsi, chaque mutation qui tombe dans
des gnes, la rgion de code du gnome[18]
, a une chance denviron 1/21 de ne pas altrer lacide amin (i.e. lencodage
pour le mme acide amin) et dtre, par consquent, une mutation neutre, et
une chance denviron 20/21 daltrer lacide amin.[19] 70% de
ces 20/21 mutations sont dltres (nfastes).[20]
Nanmoins, de faon purement hypothtique, dans le cadre de cette discussion
sur lvolution, nous supposerons que toutes les mutations qui altrent des
acides amins sont bnfiques. Ainsi, chaque mutation a une chance denviron
20/21 dtre bnfique.[21]
Donc, la probabilit que 7 millions de
codons fassent, de faon alatoire, des mutations bnfiques est de :
Chance que les mutations soient bnfiques lev la puissance
du nombre de codons
20/21 lev la puissance de 7 millions
qui quivaut 1 jusqu plus de 10100,000 (1, suivi de 100 000
zros).[22]
La slection naturelle aurait-elle pu
augmenter les chances de mutations dans notre scnario? Jamais, car ce que
fait, essentiellement, la slection naturelle, cest quelle maintient des
lignes laide de mutations bnfiques ou neutres et limine des lignes
laide de mutations nfastes. Elle nempche, en aucun cas, des mutations
bnfiques de passer travers de nouvelles mutations. De plus, dans notre
scnario, nous avons dj suppos que toutes les mutations sont soit neutres ou
bnfiques et avons exclu les mutations nfastes. Par consquent, la slection
naturelle ne peut faire mieux dans un tel scnario.
Conclusion
Nous avons donc besoin que plus de 10100,000
(1, suivi de 100 000 zros) mutations alatoires se produisent pour quun
simple organisme unicellulaire puisse voluer en tre humain, tandis que
seulement 10110 (1, suivi de 110 zros) mutations se sont produites
au cours de lge de lunivers, mme si lunivers tout entier est un milieu
propice ce genre de processus volutionnaire.
Tous ces calculs sont bass sur les
gnes humains qui constituent moins de 2% du gnome sans prendre en
considration les zones non-codantes qui consomment environ 98% du gnome
humain. Le ENCODE Project Consortium a t en mesure de dsigner des fonctions
biochimiques pour 80% du gnome humain et a dcouvert quenviron 20% rgulent
les gnes. Les rsultats de ce projet de cinq ans ont t publis en 2012 dans
les revues Nature, Science, Genome Biology et Genome Research.[23] Les
442 chercheurs du consortium ENCODE, provenant de 32 instituts de par le monde,
ont utilis 300 ans de temps informatique et cinq ans de laboratoire pour
obtenir ces rsultats.
Nous esprons que cette tude a russi
apporter un clairage nouveau sur ce sujet crucial.
[Les commentaires, critiques et
rfutations sur cet article sont bienvenus. Vous pouvez les envoyer lauteur
ladresse suivante : comments@i-g.org].
Note de bas de page:
[1] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/browse/
[2] http://jmicro.oxfordjournals.org/content/early/2012/09/28/jmicro.dfs062.full
http://www.bbc.co.uk/nature/history_of_the_earth
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9841/
http://www.sciencemag.org/content/323/5911/198.full?sid=d1229251-19db-4c22-ad69-f77105acb632
http://www.nature.com/scitable/content/the-origin-of-mitochondria-and-chloroplasts-14747702
http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/_0/endosymbiosis_03
[3] http://www.nature.com/scitable/definition/prokaryote-procariote-18
http://www.nature.com/scitable/content/the-origin-of-mitochondria-and-chloroplasts-14747702
http://biology.about.com/od/cellanatomy/ss/prokaryotes.htm
[4] Un gnome est lensemble complet dAND ou dARN dun organisme,
incluant tous ses gnes. Chaque gnome contient toute linformation
hrditaire ncessaire pour construire et maintenir cet organisme.
[5] http://www.genome.gov/18016863
[6] http://www.nature.com/nature/journal/v431/n7011/full/nature03001.html
[7] Les types de mutations incluent : la substitution,
linsertion, la suppression et autres types. (http://evolution.berkeley.edu/evosite/evo101/IIIC3aTypes.shtml).
[8] http://www.genetics.org/content/148/4/1667.full
http://www.genetics.org/content/156/1/297.full
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2910838/ [Table 1]
http://sandwalk.blogspot.com/2007/07/mutation-rates.html
[9] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC279347/
[10] Et pourquoi pas durant lge de la terre? Pour liminer toute
supposition voulant que les codes du gnome furent transfrs de lespace la
terre.
[11] http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/features/exhibit/tenyear/age.html
[12] http://www.universetoday.com/36302/atoms-in-the-universe/
http://plato.stanford.edu/entries/computability/
[13] http://www.nature.com/nature/journal/v431/n7011/full/nature03001.html
[14] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3236041/
[15] Il y a 64 codons. En moyenne, chaque acide amin et le codon-stop
peuvent tre encods par un codon sur trois (voir rfrences dans la note #17).
[16] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21950/ [Figure 10-27]
http://www.nature.com/scitable/definition/genetic-code-13
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/organic/gencode.html
[17] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22358/ [Table 5.4]
http://en.wikipedia.org/wiki/DNA_codon_table
http://www.nature.com/scitable/topicpage/nucleic-acids-to-amino-acids-dna-specifies-935
[18] Si des mutations se produisent en dehors des gnes, elles sont donc
neutres par rapports aux gnes. Il est noter que pour la plupart des
organismes multicellulaires dont le gnome dpasse les 100 millions de nuclotides,
leurs gnes consomment moins de la moiti du gnome.
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18384817
et http://www.tcm.phy.cam.ac.uk/~tmf20/PUBLICATIONS/jtb_07.pdf).
[19] Pour tre plus prcis, les chances daltrer les acides amins se
situent entre 20/21 et 20.318/21, mais ne peuvent excder ces nombres. Ce
nest pas exactement 20/21, car un codon ne peut muter en lui-mme. La limite
maximale de chances a t obtenue par lquation : (63-((64/21)-1))/(64-1)
= 20.318/21. Dans tous les cas, le rsultat de probabilit final atteint dans
cette tude est le mme.
[20] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1871816/
[21] Cette chance de 20/21 dtre bnfique peut aussi tre applique au
rare cas dinsertion de codons complets parce que toutes les tudes ont
confirm que seule une petite portion de mutations alatoires est bnfique,
tandis que la majorit sont soit dltres (nfastes) ou neutres. Cela va de
soi puisquelles sont alatoires. Lui accorder une chance de 20/21 dtre
bnfique est donc une hypothse trs gnreuse.
(http://www.nature.com/scitable/topicpage/genetic-mutation-441,
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1871816/,
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1617134/,
http://global.britannica.com/EBchecked/topic/399695/mutation,
http://www.nature.com/hdy/journal/v84/n4/abs/6887250a.html,
http://www.genetics.org/content/148/4/1667.full.pdf,
et http://www.sciencemag.org/site/feature/data/pharmacia/1999/Cascalho.xhtml).
[22] Pour calculer des nombres importants, vous aurez peut-tre besoin
dune calculatrice comme celle-ci: http://www.ttmath.org/online_calculator.
[23] http://www.nature.com/nature/journal/v489/n7414/full/nature11247.html
http://www.guardian.co.uk/science/2012/sep/05/genes-genome-junk-dna-encode
http://www.sciencemag.org/content/337/6099/1159.summary