Une vidéo sur un des sujets les plus chauds selon moi en biologie de l’évolution (chaud à la fois dans le sens de « débattu » et « difficile à traiter ») : l’adaptation.
Transcription de la vidéo pour ceux qui préfèrent le texte :
Il y a toutes sortes de beauté dans la nature. La beauté des paysages de montagne, la
beauté des couchers de soleil sur la mer, la beauté du ciel étoilé la nuit. Mais il est une beauté bien particulière dont je voudrais vous parler aujourd’hui, c’est celle que vous êtes en train de contempler, la beauté des êtres vivants et de ce qu’on appelle leurs adaptations.
La tête du faucon ou de la poule qui se stabilise toute seule, le papillon qui se fond dans
son environnement, la toile d’araignée et sa structure géométrique parfaite… À chaque fois
qu’en regardant un documentaire animalier vous vous dites que « la nature est décidément
bien faite », c’est probablement que vous êtes en train de contempler une de ces adaptations,
ces structures qui « remplissent d’admiration tous les hommes qui les ont un jour contemplées
» comme disait Hume [1]. On verra plus tard que la nature n’est pas *tout le temps* bien
faite, elle peut être aussi très mal faite d’un certain point de vue, mais personne ne niera qu’on
trouve dans la nature des merveilles d’ingéniérie que les plus grands ingénieurs d’aujourd’hui
ont encore du mal à imiter, comme la stabilisation de la tête des poules. D’ailleurs moi j’utilise
pas de trépied pour filmer mes vidéos, je préfère poser mon appareil photo directement sur la
tête d’une poule, c’est beaucoup plus efficace, regardez en ce moment-même je suis filmé par
une poule.
[Générique]
Cette nature bien faite, cette nature fonctionnelle et cette apparence d’ingéniérie dans le
monde vivant se retrouve à toutes les échelles. Si vous plongez au coeur d’une cellule, vous
observerez une machinerie cellulaire incroyable, un ballet de protéines qui semble réglé à la
perfection pour que l’activité de la cellule puisse avoir lieu. Si vous demandez à un biologiste
cellulaire pourquoi il a choisi ce métier, il vous racontera souvent la fascination qu’il a eue
pour ce qui se passe dans la cellule. Si vous dézoomez un peu pour revenir au niveau des
organes, vous observerez cette formidable complémentarité des tissus comme ceux du coeur dont
on a parlé dans la dernière vidéo, complémentarité qui explique aussi pourquoi de nombreux
anatomistes ont choisi ce métier. Si vous demandez à un éthologue, spécialiste du comportement
animal, pourquoi il a choisi ce métier, il vous parlera aussi sûrement d’un de ces comportements
incroyables vus dans un documentaire animalier à l’âge de huit ans. Alors que si vous demandez
à un géologue pourquoi il a choisi ce métier, il vous répondra sûrement que ce n’était pas un
choix.
Le monde vivant est tellement « bien fait » que cette particularité a longtemps été utilisée
comme argument pour défendre l’existence de Dieu. Impossible que cette apparence de design
que l’on observe partout dans la nature soit là par hasard – impossible qu’un oeil par exemple,
dont toutes les parties semblent avoir été disposées dans le but précis de capter des rayons
lumineux, soit le fruit du hasard. Selon certains, seul l’existence d’un Dieu pourrait expliquer
cette fontionnalité dans la nature. C’est un argument extrêmement puissant, tellement puissant
qu’il est encore utilisé aujourd’hui, même avec tout ce que l’on sait sur la sélection naturelle.
Si vous lisez les commentaires des vidéos qui expliquent comment fonctionne un coeur, vous
y trouverez aujourd’hui encore en 2021 des gens qui font de l’organisation de cet organe une
preuve de l’existence de Dieu [exemples]. Et je vais vous dire un truc, si vous n’êtes pas choqués d’apprendre qu’un truc aussi con que la sélection naturelle puisse produire toute cette organisation et toute cette beauté du vivant, c’est soit que vous êtes surhumains, soit que vous n’y avez pas assez réfléchi. Darwin lui-même reconnaissait que c’est une idée « absurde au possible
» [2]. Ça demande un effort cognitif intense que de s’imaginer que des merveilles telles que
les yeux ou le coeur aient pu être produites par un processus basé sur du hasard, par simple
accumulation graduelle de mutations successives.
Du point de vue du physicien, cette fonctionnalité et cette organisation que l’on observe dans
le monde vivant est aussi merveilleuse, parce qu’elle s’apparente à une diminution d’entropie.
L’entropie, c’est une grandeur physique qu’on définit souvent comme la quantité de désordre
dans l’univers. Et le second principe de la thermodynamique nous dit que ce désordre ne peut
qu’augmenter. Si vous laissez votre voiture à l’abandon pendant 30 ans, quand vous reviendrez
elle sera dans un état pire que quand vous êtes parti : elle commencera à rouiller, des pièces
commenceront à tomber… Son niveau de désordre aura augmenté. De façon générale, quand
vous laissez traîner un tas de matière dans un coin, il va très rarement devenir plus ordonné
qu’il ne l’était avant : si vous laissez traîner un tas de cailloux dans un coin, jamais il ne va
s’assembler tout seul en quelque chose de plus organisé comme une maison.
Et pourtant, les êtres vivants, eux, ont l’air de faire exactement ça. Ce sont des tas de
matière dans l’univers qui sont organisés et qui le restent, au moins pendant un certain temps.
Les êtres vivants sont des tas de matière qui semblent s’opposer à l’augmentation de l’entropie
de l’univers. En réalité les êtres vivants ne cassent pas les lois de la physique, s’ils
sont capables de s’opposer à l’augmentation du désordre c’est uniquement parce qu’ils le
font de façon locale, et que dans le même temps ils augmentent le désordre de l’environnement
autour d’eux. Comme le disait le physicien Erwin Schrodinger [3], « la vie se nourrit
d’entropie négative, c’est à dire que les organismes aspirent l’ordre de leur environnement
» . Pour approfondir la question je vous recommande cette vidéo de Science étonnante :
Même si elle n’est que locale, cette diminution d’entropie reste fascinante pour un physicien,
et cette fascination est la même que celle ressentie par le biologiste devant l’organisation
fonctionnelle du vivant, il s’agit en fait du même phénomène décrit de deux façons différentes.
Et le génie de Darwin, c’est d’avoir réussi à expliquer ce phénomène par la sélection naturelle,
une théorie simple et qui permet de se passer de Dieu [4, 5]. C’est la sélection naturelle qui
nous permet d’expliquer pourquoi les êtres vivants ont l’air d’être organisés, fonctionnels et
adaptés à leur environnement, pourquoi ils sont constitués d’un ensemble de caractéristiques
qui ont l’air de favoriser leur survie et leur reproduction, ce qu’on appelle des adaptations. La
sélection naturelle n’explique pas *l’ensemble* des caractéristiques d’un organisme : certaines
caractéristiques sont apparues par hasard sans apporter de bénéfices particuliers. Mais quand on
cherche à expliquer les adaptations précisément, c’est à dire pourquoi les êtres vivants ont l’air
d’être adaptés à leur environnement, le hasard n’est pas une explication plausible. La sélection
naturelle est la seule théorie satisfaisante dont on dispose pour expliquer les adaptations.
Mais qu’est-ce que c’est au juste qu’une adaptation ? Ça a l’air d’être une notion simple et
intuitive, mais vous allez voir qu’en fait c’est tout le contraire. En biologie de l’évolution, il y a deux grandes façons de définir une adaptation.
Définition 1
Une première définition que vous rencontrerez souvent, c’est qu’une adaptation est un trait
(le petit mot des biologistes pour désigner n’importe quelle caractéristique d’un organisme),
qui favorise plus la survie et la reproduction d’un organisme que s’il ne le possédait pas [5-7].
Cette définition s’intéresse uniquement aux conséquences d’un trait pour la fitness, c’est
à dire pour les chances de survie et de reproduction, et elle a donc l’avantage de pouvoir
s’appliquer à la fois à des traits simples, comme la possession d’une certaine enzyme, ou à des
traits très complexes comme la possession d’un coeur ou d’un oeil. Elle peut aussi s’appliquer
indifféremment à des traits physiques ou psychologiques, c’est à dire à des organes corporels ou
des programmes cognitifs immatériels comme ceux étudiés en éthologie.
Cette définition suggère immédiatement des façons de tester expérimentalement si un trait
est une adaptation. Il suffit de tester s’il augmente les chances de survie ou de reproduction.
Par exemple, vous pourriez vous demander si les bandes blanches qu’on voit sur ce papillon
(Anartia fatima) ont une utilité, si elles augmentent ses chances de survie, et si oui comment.
Une hypothèse que vous pourriez faire, c’est que ces bandes servent à casser la symétrie du
papillon, à faire en sorte qu’il ressemble moins à un papillon, et qu’elles permettent donc d’être
moins facilement repéré par des prédateurs. Il est possible de tester cette hypothèse : il suffit
d’attraper un feutre marron, de colorier les bandes blanches du papillon et de regarder si les
papillons ainsi grimés survivent plus ou moins longtemps que ceux vous n’avez pas coloriés. En
l’occurrence, pour ce papillon Anartia fatima, le coloriage ne change rien [8], donc les bandes
blanches ne sont probablement pas des adaptations pour échapper aux prédateurs. Mais si vous
aviez testé d’autres espèces de papillons vous auriez pu avoir des résultats différents [9].
Parfois c’est pas faisable de mesurer directement l’augmentation des chances de survie et
de reproduction, donc on utilise des mesures indirectes, ce qu’on appelle des proxys, comme la
quantité de nourriture récoltée, le nombre de partenaires sexuels attirés, le nombre d’attaques
de prédateurs sur leurs proies… Pour prendre un exemple rigolo et rester dans le domaine du
camouflage, comme vous le présentait Léo dans cette vidéo [vidéo Dirty Biology] on cherche
depuis longtemps à savoir à quoi servent les rayures du zèbre, à supposer qu’elles servent à
quelque chose. Différentes hypothèses ont été émises, et l’une d’entre elle c’est que les rayures
permettraient de moins se faire piquer par des insectes. Pour une raison ou une autre, les
insectes seraient moins attirés par les bandes blanches et noires. Pour tester cette hypothèse,
des chercheurs se sont donc amusés à peindre des vaches en noir et blanc, et à mesurer si ces
vaches attiraient plus ou moins d’insectes [10]. Le paramètre enregistré ici n’était donc pas
l’augmentation du taux de survie des vaches directement mais le nombre d’insectes piqueurs
posés à un moment donné sur ces animaux. Et apparemment, une vache peinte en noir et blanc
reçoit la visite de deux fois moins d’insectes piqueurs qu’une vache sans peinture ou une vache
peinte tout en noir. Et ça marche aussi sur les humains au cas où vous cherchiez une idée
d’activité pour les vacances en Camargue cet été [11].
Dans une autre expérience un peu plus classique, des chercheurs voulaient tester l’hypothèse
que la longue queue du passereau qu’on appelle Euplecte à longue queue est une adaptation
liée à la compétition intersexuelle, c’est à dire une adaptation qui permet aux mâles de se faire
choisir plus souvent comme partenaire sexuel par les femelles [12]. Pour tester cette hypothèse,
ils ont coupé des plumes de la queue de certains mâles et les ont recollées, à la super glue
directement, sur d’autres mâles, ce qui leur a permis de manipuler expérimentalement le paramètre
« longueur de queue ». Ensuite, ils ont mesuré le nombre de nids qui se trouvaient sur le
territoire de chaque mâle, qui est un bon indicateur du nombre de femelles attirées, et donc un
bon indicateur de l’augmentation des chances de reproduction. Et les chercheurs ont montré
qu’effectivement, les mâles aux plumes les plus longues, pour rester poli, étaient préférés par
les femelles, ce qui permet d’envisager que ce trait est une adaptation servant à se faire choisir
plus souvent comme partenaire.
Voilà donc une première façon de déterminer si un trait est une adaptation : tester s’il
augmente les chances de survie ou de reproduction. C’est une façon de procéder non ambigue
mais qui a des défauts. D’abord, en pratique, il n’est pas toujours facile de mesurer l’augmentation
des chances de survie, même avec des mesures indirectes. Par exemple, pour mesurer
à quel point le coeur fait augmenter les chances de survie, vous n’allez pas pouvoir faire une
expérience où vous comparerez des individus sans coeur et d’autres avec coeur. À la limite,
vous pouvez essayer de trouver certains individus dont le coeur est malformé, mais ça reste
des études observationnelles et même si vous arrivez à mesurer les variations de survie ou de
reproduction de ces individus, ce qui est déjà pas facile à faire, vous aurez du mal à savoir si
elles proviennent de ces malformations du coeur en particulier.
Mais surtout, cette définition de l’adaptation se heurte à un problème plus grave, qui est le
problème du nez et des lunettes. Un nez, ça permet de porter des lunettes, et donc d’améliorer
sa vue, et on peut donc penser qu’il serait assez facile de mettre en évidence qu’une personne
augmente ses chances de survie en ayant un nez, parce qu’il lui permet de porter des lunettes.
Mais doit-on pour autant en conclure que le nez est une adaptation qui sert à porter des
lunettes, un organe qui a évolué pour cette raison ?
En fait, il y a probablement plein de caractéristiques des êtres vivants qui leur sont utiles, qui
augmentent leurs chances de survie, sans pour autant être le produit de la sélection naturelle.
Imaginez un poisson volant qui saute hors de l’eau et retombe dans l’eau [13]. Le comportement
de retomber dans l’eau augmente clairement ses chances de survie, et pourtant on n’a pas envie
de dire que c’est un comportement évolué par sélection naturelle. Imaginez un renard qui marche
toujours au même endroit dans la neige, et en tassant la neige finit par créer un chemin qui
diminue les efforts suivants pour se déplacer. Doit-on en conclure que les pattes du renard ont
évolué dans le but d’aplatir la neige ? Et regardez-moi ce bélier qui se gratte les fesses avec
ses cornes
Doit-on en conclure que la raison pour laquelle les cornes ont évolué, c’est pour permettre aux béliers de se gratter les fesses ?
Définition 2
C’est pour essayer d’éviter ces problèmes et de ne pas voir de la sélection naturelle partout
que le biologiste Georges Williams écrit en 1966 son livre « Adaptation and natural selection
». Dans ce livre, il nous incite à être prudents dans nos utilisations du concept d’adaptation.
L’adaptation, nous dit-il, est un « concept onéreux », c’est à dire un concept qu’on ne doit pas
utiliser partout et tout le temps. Il faut le réserver à des traits bien précis, et en particulier à des
traits qui possèdent un « design fonctionnel », c’est à dire une correspondance entre un design
et une fonction. C’est la deuxième grande définition de l’adaptation : une adaptation, c’est un
trait qui possède une correspondance entre un design et une fonction, un trait qui montre une
adéquation de moyens pour réaliser une certaine fin. Et cette correspondance entre design et
fonction peut s’évaluer à l’aide de critères comme la précision, l’efficacité, la parcimonie et la
fiabilité.
Prenons quelques exemples pour illustrer cette définition un peu obscure, et commençons
avec un exemple non biologique. Imaginons que je vous demande à quoi sert cet objet [un mug].
Naïfs comme vous êtes, vous allez sûrement me répondre à boire des boissons chaudes. Oui
mais voilà, moi j’ai une autre idée. Je pense que cet objet est un presse-papiers. Regardez, je le
pose sur un tas de feuilles, et il empêche les feuilles de s’envoler [14]. J’ai donc envie de penser
que c’est un presse-papier. Et en plus, le créateur de cet objet a disparu, on ne sait pas où, ni
quand, ni comment cet objet a été créé. Donc je ne vois pas comment vous pouvez dire que
cet objet sert à boire des boissons chaudes plutôt qu’à empêcher des feuilles de s’envoler. Mais
allez-y, je vous donne une chance de me convaincre.
N’hésitez pas à faire pause sur cette vidéo pour réellement réfléchir à ce problème et aux
arguments que vous pourriez utiliser pour me convaincre.
Pour me convaincre de votre hypothèse, vous devez me montrer que la correspondance
entre le design du mug et la fonction de boire des boissons chaudes est bien meilleure que la
correspondance entre le design du mug et la fonction de presser du papier. Concrètement, vous
pourriez me faire remarquer que si cet objet avait vraiment été créé pour presser du papier, il
n’y aurait pas vraiment de raisons de l’avoir creusé en son centre. Je ne serais pas entièrement
convaincu, je pourrais dire que ok, c’est pas très utile pour un presse-papier d’être creusé en son
centre, mais c’est peut-être juste dû au hasard. Soit. Mais vous pourriez aussi me demander,
pourquoi cet objet possède une anse ? Pour faire un presse-papier, un simple volume de matière
sans poignée aurait suffi. Ce à quoi je vous répondrai que même si cette anse n’est pas très
utile, je m’en sers quand même parfois quand je déplace l’objet. Soit. Mais vous pourriez aussi
faire remarquer que les bords du mug sont très épais, beaucoup plus que ceux d’un verre, et que
cette propriété est très utile pour ralentir la diffusion de la chaleur. Vous pourriez aussi faire
remarquer que le mug est fait dans une matière, la terre cuite, qui a la propriété de ne pas bien
conduire la chaleur et de ne pas être très lourde, deux propriétés qui sont inutiles voire néfastes
pour un presse-papiers. Et vous pourriez faire remarquer que le mug a une taille qui lui permet
de contenir une quantité de liquide adaptée pour un humain, alors qu’un presse-papiers pourrait
faire n’importe quelle taille. Vous pourriez me faire remarquer toutes ces caractéristiques, et
bien d’autres encore. Et je serais alors obligé de reconnaître que toutes ces caractéristiques
rendent l’hypothèse du presse-papiers peu parcimonieuse. Cette hypothèse reste possible, mais
pas du tout probable.
Au contraire, toutes ces caractéristiques rendent le mug extrêmement efficace et pratique
pour contenir des liquides chauds, ce qui nous permet de conclure que c’est ça sa fonction
probable, la raison pour laquelle il a été créé. Cette raison pour laquelle il a été créé, c’est ce
qu’on appelle la fonction propre en philosophie [15]. Certes, un mug peut avoir d’autres utilités
que contenir des liquides chauds, il peut servir de presse-papier, de pot à crayons, et même
d’ampli pour votre smartphone. Mais ce ne sont pas ces utilités qui expliquent la raison d’être
des mugs sur Terre. Leur raison d’être est mise en évidence par l’étude de la correspondance
entre leur design et une fonction supposée, par l’adéquation des « moyens du mug » à la « fin
de contenir des boissons chaudes ». Si un jour vous découvrez dans une brocante un outil ancien
dont vous ignorez tout de l’utilité, c’est exactement comme ça que vous raisonnerez pour savoir
à quoi il peut bien servir. Vous analyserez la correspondance entre son design et une fonction
supposée.
Hé bien on peut faire exactement la même chose avec les objets biologiques. Même si le
créateur de nos organes a disparu, même si on ne pourra jamais revenir en arrière pour observer
comment nos organes se sont formés, on peut analyser la correspondance entre leur design et
une fonction supposée. L’oeil est un très bon exemple de correspondance entre un design et
une fonction, celle de capter des rayons lumineux. Quand vous disséquez un oeil, quand vous
regardez comment il est structuré et comment il fonctionne, vous vous rendez compte que tout
a l’air d’être conçu, designé dans le but de récupérer des rayons lumineux et les projeter sur
une rétine. Votre oeil est composé d’une pupille par laquelle la lumière entre, d’un iris qui
contrôle la quantité de lumière qui entre, d’un cristallin qui est une lentille qui permet de faire
converger les rayons lumineux sur la rétine, d’une cornée pour protéger tout ça… et je ne vous
parle pas des bâtonnets, des cônes, du nerf optique, et des myriades de particularités qui font
qu’un oeil est un organe efficace pour capter la lumière, on pourrait y passer des heures. L’idée
importante, c’est que la correspondance entre le design de l’oeil et la fonction de récupérer des
rayons lumineux est forte. L’oeil respecte les critères de précision et d’efficacité concernant la
captation de rayons lumineux. Il respecte aussi le critère de parcimonie, dans le sens où on
ne voit pas de meilleure explication qui pourrait expliquer pourquoi un système présente ces
caractéristiques. Et il respecte aussi le critère de fiabilité, dans le sens où il est robuste à des
petits changements de luminosité par exemple et qu’on le retrouve chez la plupart des espèces
où capter des rayons lumineux peut s’avérer utile pour la survie ou la reproduction. Efficacité,
précision, parcimonie et fiabilité, les critères de reconnaissance d’une adaptation sont nombreux
à être présents dans le cas de l’oeil.
C’est aussi grâce à ces critères qu’on peut éliminer l’hypothèse que le nez a évolué pour
porter des lunettes. Évidemment on peut déjà le faire simplement en faisant remarquer que
les lunettes sont des inventions technologiques récentes qui ne faisaient pas partie de notre
environnement ancestral, et qu’il n’y a donc pas eu assez de temps pour qu’on évolue des
organes en réponse à ces objets nouveaux. Mais pour l’expérience de pensée, imaginons un
instant qu’on ait évolué depuis toujours dans un environnement où se trouvent des lunettes,
où des lunettes poussent aux arbres. Comment sait-on que le nez n’a pas évolué dans le but de
pouvoir les porter ? Tout simplement parce que ce ne serait pas une hypothèse parcimonieuse
pour expliquer tout un tas des caractéristiques du nez. Si le nez avait évolué pour porter des
lunettes, pourquoi serait-il si vascularisé ? Pourquoi serait-il creux ? Pourquoi serait-il tapissé
de poils ? Pourquoi sécrèterait-il du mucus ? Tout ça ne sert à rien pour porter des lunettes.
Et puis le nez a aussi besoin des oreilles pour réussir à porter des lunettes, il ne peut pas
porter des lunettes tout seul. C’est bien pour ça que nos lunettes ont des branches et qu’on
utilise plus de binocles depuis longtemps. Avoir besoin de l’aide des oreilles rend le nez encore
moins efficace pour remplir cette fonction supposée de porter des lunettes. Si un ingénieur à qui
on demande d’inventer un moyen de maintenir des verres correcteurs devant les yeux revient
avec non seulement un nez mais aussi des oreilles, avec toute la complexité interne et externe
qu’on leur connaît, on pourrait lui reprocher justement d’avoir fait un très mauvais boulot,
d’avoir sorti un marteau pour écraser une mouche.
Et c’est toujours en évaluant ces critères d’efficacité et de parcimonie qu’on peut dire que
le comportement de « retomber dans l’eau » n’est pas une adaptation du poisson : il existe
une explication beaucoup plus parcimonieuse pour expliquer ce comportement, l’existence de
la gravité.
Donc une des façons importantes de reconnaître une adaptation, c’est d’analyser la correspondance
entre un design et une fonction. Et ce qui est intéressant, c’est que cette analyse n’est
pas que de la réinterprétation a posteriori, mais qu’elle nous permet aussi de faire des prédictions
et de découvrir de nouvelles choses. C’est vrai qu’une partie de la force de la méthode
réside dans la réinterprétation parcimonieuse de choses qu’on savait déjà. Par exemple, dans le
cas du mug, vous saviez sûrement déjà que c’était un objet creux, avec une anse et fait dans
un matériau épais et isolant. On a l’habitude de ne pas donner beaucoup de valeur à ce genre
de réinterprétation post-hoc, mais il fait pourtant bien partie de la méthode scientifique, c’est
ce que les philosophes appellent une évaluation du pouvoir explicatif d’une théorie [16]. Mais à
côté de ce pouvoir explicatif, il est aussi généralement considéré important qu’une théorie possède
un certain pouvoir *prédictif*, c’est à dire qu’elle nous permette de découvrir des choses
qu’on ne savait pas déjà. Et une analyse design-fonction permet aussi de faire ça.
Par exemple, si vous faites l’hypothèse qu’un mug est un objet qui permet de ne pas dissiper
trop vite la chaleur, vous pourriez faire la prédiction que, en plus d’être constitué d’une matière
isolante et épaisse, sa surface de contact avec tout support aura été minimisée. Et, en retournant
votre mug, paf, vous vous rendrez compte qu’effectivement, il y a un petit rebord tout autour,
le fond d’un mug n’est pas plat, ce qui permet de minimiser les transferts de chaleur.
Ou imaginons que vous cherchiez à savoir si un monticule de terre que vous rencontrez lors
d’une balade dans un pays inconnu est une ancienne digue faite pour retenir des eaux, ou un
simple mouvement de terrain qui ne saurait procurer d’émotions palpables qu’à une poignée
de géologues triés sur le galet. Comme vous êtes en pays inconnu, vous ne savez absolument
rien de ce monticule de terre, et vous ne pouvez donc pas faire de réinterprétation post-hoc.
Mais faire l’hypothèse qu’il s’agit d’une ancienne digue fait immédiatement des prédictions que
l’hypothèse du mouvement de terrain géologique ne fait pas, et ces prédictions vont pouvoir
être testées. Par exemple, si c’est une digue, vous devriez retrouver une rivière pas très loin.
Si aucun cours d’eau n’est présent à des kilomètres à la ronde, très peu probable que ce soit
une digue. Vous pourriez aussi faire des fouilles et regarder si des outils de construction ont
été abandonnés pas loin. Vous pourriez étudier la composition du monticule, voir si du remblai
a été utilisé. Vous pourriez regarder si une de ses faces est composée de matériaux étanches.
Vous pourriez regarder si sa forme est adaptée pour résister à la pression de l’eau. Enfin bref,
tester des hypothèses sur la fonction d’un objet, ça peut se faire à la fois de façon rétro-active,
en réinterprétant des trucs que l’on savait déjà, mais aussi de façon pro-active, en testant des
prédictions nouvelles.
Voilà pour l’analyse design-fonction en ce qui concerne les objets non biologiques. Mais
revenons maintenant à la biologie. En biologie, une méthode souvent utilisée pour évaluer la
correspondance design-fonction c’est la comparaison de différentes espèces, ou la comparaison
de différents individus à l’intérieur d’une même espèce. L’idée c’est de voir à quel point des
individus ou des espèces qui vivent dans des environnements différents auront des adaptations
qui se seront différenciées pour rester efficaces. En fait on peut voir les différentes espèces
comme une expérience scientifique géante que la nature aurait décidé de faire elle-même. On
part d’un ancêtre commun, qui se divise en deux branches, et on expose chacune de ces deux
branches à des environnements différents. C’est un peu comme si on avait fait une manipulation
expérimentale avec un groupe contrôle et un groupe test, mais à l’échelle d’une espèce. Y’a
toujours des facteurs de confusion à contrôler, mais la comparaison d’espèces est intéressante
pour ces raisons [17].
Prenons l’exemple de la mouette rieuse, qui est une espèce de mouette aux comportements
un peu particuliers, puisqu’on l’observe parfois en train de retirer les coquilles d’oeufs brisées
de son nid pour les disperser au loin, ou en train de s’éloigner de quelques mètres de son
nid pour faire ses besoins, ce que ne font pas d’autres espèces. Si je vous demandais quelle
peut bien être la fonction évolutionnaire de ces comportements, que me proposeriez-vous ?
Sûrement que ça a un rapport avec l’hygiène, pour éviter des maladies. Hé bien moi je vais
proposer une autre hypothèse, qu’il s’agit d’une stratégie de défense contre les prédateurs,
parce que laisser des coquilles vides dans un nid ça peut créer des taches blanches qui attirent
le regard, et que déféquer autour de son nid ça peut aussi attirer l’attention. Là comme ça,
on pourrait penser qu’il n’y a aucun moyen de départager ces deux hypothèses, l’hypothèse de
l’hygiène et l’hypothèse de la prédation, et qu’elles resteront toujours au stade de la spéculation.
Mais l’approche comparative permet de les départager. Pour départager ces hypothèses, il faut
trouver une espèce de mouette qui est moins sujette à la prédation que la mouette rieuse, mais
qui a les mêmes risques de maladies, et regarder si leurs comportements diffèrent. Coup de
chance, la mouette tridactyle présente exactement ces caractéristiques. C’est une mouette qui
contrairement à la mouette rieuse ne niche pas directement au sol mais à flanc de falaises,
donc à l’abri de la plupart des prédateurs. Par contre, elle est soumise aux mêmes risques de
maladies. Et effectivement, une étude de cette espèce montre qu’elle ne retire pas les coquilles
d’oeufs de ses nids et ne s’éloigne pas non plus de son nid pour déféquer, en plus de tout un tas
d’autres comportements qui semblent liés à son faible taux de prédation [18].
La comparaison d’espèces peut aussi aider à évaluer le critère de parcimonie. Darwin emploie
cette méthode dans L’origine des espèces, quand il se demande si les sutures du crâne des
mammifères sont une adaptation pour faciliter l’accouchement, pour que la tête des bébés passe
plus facilement par le bassin [2]. Darwin propose en premier cette explication, mais comme il
observe ensuite qu’on retrouve aussi ces sutures sur le crâne des oiseaux et des reptiles qui n’ont
pas à passer par un bassin, il en conclut que les sutures sont probablement avant tout une «
conséquence des lois de la croissance ».
Une autre chose qu’on peut faire pour évaluer l’efficacité d’une adaptation en biologie c’est
de construire des modèles d’optimalité. C’est à dire qu’on va calculer, théoriquement, quelle
serait la structure, le comportement, ou le design, qui apporterait le plus de bénéfices à un
organisme, et on va regarder si on observe cette structure, ce comportement ou ce design en
pratique. Par exemple, au Canada certains corbeaux se nourrissent de coquillages. Pour casser
les coquillages et accéder au mollusque à l’intérieur, les corbeaux ont l’habitude de s’envoler
de quelques mètres avec et de les laisser tomber sur le rocher, pour qu’ils se brisent en mille
morceaux, comme vos espoirs de pouvoir rendre le monde meilleur une fois que vous aurez passé
la trentaine. Ce comportement pose un problème d’optimisation : pour ne pas dépenser plus
d’énergie que nécessaire, vous devez à la fois lâcher le coquillage de suffisamment haut, parce
que sinon il ne se cassera pas et vous devrez faire plein d’allers-retours, mais vous devez aussi ne
pas le lâcher de trop haut, parce que c’est coûteux en énergie de monter haut. Des chercheurs
ont calculé la hauteur optimale de largage, et sont tombés sur une hauteur de 5 m qui est à
très peu de choses près la hauteur à laquelle les corbeaux laissent tomber leur coquillage [19].
Incroyable, hein, que la sélection naturelle arrive à optimiser si précisément les comportements ?
Déjà que la sélection naturelle ait réussi à produire des programmes cognitifs qui permettent
d’utiliser cette stratégie pour casser des coquillages, c’est incroyable, mais qu’en plus elle ait
réussi à optimiser la hauteur précise de lâcher c’est doublement estomaquant.
Un truc important que cet exemple montre, comme celui de la mouette d’ailleurs, c’est que
la correspondance entre le design et la fonction d’un trait peut s’évaluer non seulement pour
des structures physiques comme l’oeil ou le coeur, mais aussi pour des comportements ou des
programmes cognitifs. On a parfois tendance à penser qu’on ne peut évaluer une correspondance
entre un design et une fonction que pour les organes physiques, mais en fait, pas du tout. Les
comportements de ne pas faire caca près de son nid ou de débarrasser son nid de ses coquilles
vides sont des comportements qui n’ont pas de structure physique mais dont on peut tout à
fait évaluer la pertinence pour réaliser une certaine fonction.
Le critère de parcimonie peut aussi être évalué expérimentalement. Vous avez sûrement
remarqué que quand vous restez trop longtemps sous la douche, votre peau se fripe au niveau
des mains et notamment du bout des doigts. Des chercheurs ont proposé que ce serait une
adaptation qui permet de manipuler plus facilement des objets mouillés, un espèce de grip
naturel si vous voulez, comme ceux qu’on met sur nos raquettes de tennis pour qu’elles glissent
moins, mais cette fois directement sur nos mains. À première vue, ça peut ressembler à une
explication farfelue, et une explication qu’on ne peut pas tester. Et en plus, il semblerait qu’il
existe une explication bien plus parcimonieuse : les doigts fripés pourraient résulter d’un simple
phénomène physique, comme quand vous mettez un morceau de carton dans l’eau et qu’il
commence à gondoler.
Mais une fois de plus, on peut en fait faire des tests pour essayer de départager ces hypothèses.
On s’est par exemple aperçu que chez des personnes opérées qui n’avaient plus de
contrôle nerveux dans le bras, les doigts ne fripaient plus quand ils étaient mis dans l’eau [20].
Ça tend à montrer que le plissement de la peau est sous contrôle nerveux et que ce n’est pas
un simple phénomène physique. D’autres expériences ont mis en évidence que ce plissement est
causé par une vasoconstriction active, c’est à dire une diminution du diamètre des vaisseaux
sanguins, qui va réduire le volume de la pulpe des doigts et créer les plissements [21, 22].
Une fois qu’on a montré ça, l’hypothèse de l’adaptation devient moins farfelue, mais il reste
encore à trouver la fonction précise de cette adaptation en évaluant la correspondance entre
son design et la fonction de mieux manipuler des objets mouillés. On pourrait par exemple
mesurer expérimentalement si avoir les doigts fripés augmente la facilité à manipuler des objets
mouillés, ou regarder si les motifs des plissements de la peau présentent des analogies avec les
motifs des pneus de nos voitures, c’est à dire qu’ils pourraient avoir été optimisés pour évacuer
l’eau. Et oui, il y a réellement de la recherche sur ces hypothèses [23, 24].
Dernier exemple d’un truc que j’ai lu y’a pas longtemps, qui montre la diversité des méthodes
possibles pour étudier les adaptations. Vous connaissez sûrement le narval, aussi appelé licorne
des mers, et sa défense qui peut atteindre 3m de long. On sait pas très bien à quoi sert cette
défense, même si plein d’hypothèses ont été proposées. Elle pourrait être un outil de chasse,
un outil de défense contre les prédateurs, un organe sensoriel, un organe qui permet de séduire
des femelles ou un organe qui permet aux mâles de signaler aux autres mâles qu’il faut pas leur
chercher des embrouilles, un peu comme le pistolet qui pend à la ceinture dans les westerns.
Des chercheurs ont décidé de tester cette dernière hypothèse en raisonnant que si les défenses
des narvals ont évolué pour faire peur aux autres mâles, pour leur dire « je suis plus fort que
toi t’approche pas » en quelque sorte, alors elles devraient être plus grosses que n’importe quel
autre organe, proportionnellement au reste du corps, et présenter une variance importante d’un
individu à l’autre. L’idée c’est que si les défenses sont le résultat d’une course au « toujours plus
», elles vont être hypertrophiées par rapport au reste du corps et leur taille va varier beaucoup
d’un individu à l’autre. Et c’est ce que ces chercheurs ont montré [25], sur la base de quoi ils
concluent que les défenses des narvals ont probablement évolué à la base pour leurs capacités
de dissuasion, même si ça n’empêche pas qu’elles servent en plus à d’autres choses.
Résumé intermédiaire
Petit résumé intermédiaire. Comme on vient de le voir, les méthodes qu’utilisent les biologistes
pour tester leurs hypothèses adaptatives sont très diverses. Ça peut être des manipulations
expérimentales, des études observationnelles, comparatives ou non, ou de la modélisation théorique.
Mais le but est généralement toujours un des deux suivants : soit évaluer à quel point
un trait augmente la fitness d’un organisme, quand c’est possible de le faire, soit évaluer à quel
point un trait est efficace, parcimonieux et fiable pour réaliser une fonction particulière, c’est
à dire évaluer la correspondance entre un design et une fonction supposée. Et cette évaluation
peut se faire non seulement de façon post-hoc au regard des informations que l’on connaît déjà,
mais aussi en générant des prédictions nouvelles que l’on peut tester.
Parfois vous entendrez dire que les hypothèses adaptatives ne sont pas testables, pas falsifiables,
c’est à dire que quand on dit quelque chose comme « les plissements de la peau des
doigts ont évolué pour manipuler des objets mouillés », on ne pourra jamais faire d’expériences
pour confirmer ou infirmer cette hypothèse. Vous entendrez parfois le terme de « just-so stories
» pour qualifier ces hypothèses, un terme qui pourrait se traduire par « histoires à dormir
debout », ou « contes pour enfants ». C’est un terme qui a été introduit par des chercheurs
qui voulaient faire le buzz [26, 27] mais qui n’est pas vraiment justifié : comme on l’a vu, les
hypothèses adaptatives sont parfaitement testables et falsifiables [28]. Si l’idée c’est de dire que
certaines hypothèses n’ont pas encore été testées, dans ce cas ça s’appelle juste des « hypothèses
non testées » et pas des « just-so stories ». On pourrait même dire qu’en science, toutes les
hypothèses commencent par être des just-so stories, et c’est précisément le but de la science de
séparer les bonnes just-so stories des mauvaises [29].
Par contre, il est certain qu’on ne sera jamais sûr à 100% de la raison pour laquelle un trait
a évolué. L’identification d’adaptations, c’est une entreprise probabiliste avant tout, c’est à dire
que ce que vous allez pouvoir dire après vos expériences, c’est pas « la fonction de ce trait c’est
ça », mais « la fonction de ce trait est *probablement* ça ». Parfois, on aura énormément de
données qui vont dans le même sens, comme dans le cas de l’oeil ou du coeur, et personne ne
s’aventurera à dire que ce ne sont pas des adaptations. Mais parfois, on aura beaucoup moins
de données, soit parce que la recherche vient de débuter sur un sujet, soit parce qu’on étudie
un trait au design relativement simple. Et parfois on aura absolument aucune donnée, mais on
suspectera quand même la présence d’une adaptation rien que sur la base d’une organisation
complexe qui se maintient dans le temps. Par exemple, les excroissances des racines de certains
arbres, les bains de fourmis que prennent certains oiseaux, ou les chants des dauphins, ce sont des
choses pour lesquelles on n’a pas, ou n’a pas eu pendant longtemps de bonnes explications [13],
mais on soupçonne quand même l’action de la sélection naturelle parce que ces organes ou ces
comportements semblent complexes, organisés et maintenus dans le temps, et que ce genre de
système n’est généralement pas obtenu par l’action du simple hasard. Ce n’est qu’en faisant
des hypothèses, des just-so stories dont on peut tester les prédictions, que l’on arrivera à sortir
de l’incertitude sur la fonction d’un trait.
Évidemment, cette incertitude n’est pas propre à la biologie de l’évolution. Les autres
sciences empiriques sont également des entreprises probabilistes dans lesquelles on obtient rarement
de certitudes. Je ne vais pas vous faire un cours de statistiques, vous irez voir votre
vulgarisateur préféré pour ça, mais quand un chercheur dit qu’il « a montré quelque chose »,
la seule chose qu’il a faite généralement, c’est de calculer une probabilité, la probabilité d’obtenir
certaines données sous certaines hypothèses. La plupart des scientifiques, ce qu’ils font à
longueur de journée, en plus de boire beaucoup de café et faire des demandes de financement,
c’est ça, calculer des probabilités, même si quand leurs résultats sont transférés dans le grand
public ça se transforme souvent en certitudes.
D’ailleurs en parlant de transmission au grand public, une des raisons pour lesquelles on
peut avoir l’impression que les hypothèses évolutionnaires ne sont pas testables, c’est que peu
de personnes font de la vulgarisation des méthodes comme je viens de le faire. La plupart
du temps, quand on évoque une hypothèse adaptative, on ne dit pas pourquoi les chercheurs
font cette hypothèse. Cet « oubli » est très courant, même chez vos vulgarisateurs préférés.
Alors au début je pensais vous faire une compilation de quelques-unes des plus belles just-so stories du web, mais comme ça n’aurait pas manqué de chatouiller l’ego de quelques vulgarisateurs, je vais me restreindre à illustrer avec une vulgarisatrice qui ne craint pas les chatouilles, et dont l’attirance pour les pseudosciences n’est plus à démontrer.
[exemple Science de comptoir]
Derrière toutes ces hypothèses adaptatives, parfois il n’y a pas beaucoup de données, en tout
cas pas grand-chose de plus qu’un chercheur confronté à un trait suffisamment performant pour
réaliser une fonction pour qu’il décide que cette fonction est probablement sa fonction propre.
Mais parfois il existe de nombreuses expériences qui ont mis en évidence une correspondance
entre un design et une fonction, ou une augmentation des chances de survie permise par ce
trait, et c’est dommage de ne pas en parler quand c’est le cas.
Une autre particularité de la biologie de l’évolution qui peut expliquer qu’elle soit plus
critiquée que d’autres disciplines sur son côté spéculatif, c’est qu’elle fait des hypothèses sur
des choses qui se sont déroulées dans le passé. On se dit, « il est impossible de remonter dans le
temps pour être sûr de ce qui s’est passé, donc il est impossible de conclure quoi que ce soit ».
Je vais pas discuter dans le détail de la validité de cet argument, mais il ne faut pas oublier
que la biologie de l’évolution n’est pas la seule science à étudier le passé. L’archéologie ou la
cosmologie sont aussi des sciences qui font des hypothèses sur ce qui s’est passé autrefois, et
qui arrivent à tester leurs hypothèses en étudiant le présent. L’archéologue dit par exemple :
« si une bataille a eu lieu à cet endroit, alors je devrais retrouver des armes enterrées ici en
faisant des fouilles aujourd’hui ». Le cosmologue dit « si Big Bang il y a eu il y a 14 milliards
d’années, alors je devrais mesurer un fond diffus cosmologique aujourd’hui ». De la même façon,
le biologiste de l’évolution dit « si la sélection naturelle a façonné ce trait pour telle raison,
alors je devrais retrouver tel design aujourd’hui ».
Tant qu’on parle des reproches injustes faits à la biologie de l’évolution, je mentionne aussi
que ce n’est pas parce qu’une prédiction n’a pas été confirmée que l’hypothèse associée doit être
rejetée immédiatement. C’est chez Monsieur Phi que vous pourrez creuser cette idée si elle vous
paraît aller à l’encontre des bonnes pratiques en science
Et ce n’est pas grave non plus de proposer plein d’hypothèses différentes pour expliquer
l’évolution d’un trait. Ça se fait dans toutes les sciences, l’important c’est que ces hypothèses
puissent être testées au final. Ce type de raisonnement qui consiste à choisir l’hypothèse la plus
probable, ça a un nom en philo des sciences, ça s’appelle le raisonnement abductif, ou l’inférence
à la meilleure explication [30]. C’est le raisonnement des policiers sur une scène de crime,
qui sont dans l’impossibilité d’être sûrs de ce qui s’est passé, mais vont quand même pouvoir
privilégier une hypothèse en se basant sur des indices. C’est votre raisonnement à vous lorsque
vous préférez accuser votre colocataire d’avoir fini la tablette de chocolat, plutôt que d’accuser
votre voisin du dessus. Et c’est le raisonnement de nombreux scientifiques, qui ne peuvent souvent
rien faire de mieux que choisir l’hypothèse la plus probable, à défaut de pouvoir choisir
l’hypothèse certaine.
Parcimonie
En parlant de tri d’hypothèses, un critère de tri sur lequel je voudrais insister, c’est celui
de parcimonie. On insiste souvent sur le caractère d’efficacité quand on étudie les adaptations,
mais le critère de parcimonie est aussi très important. Comme on l’a vu, c’est lui qui nous
permet de ne pas conclure que le nez a évolué pour porter des lunettes, ou que les poissons ont
évolué pour retomber dans l’eau, ou que les cornes des béliers ont évolué pour se gratter les
fesses. Reconnaître des adaptations ne se fait pas en mettant seulement en évidence la présence
d’utilité, mais en mettant en évidence la présence d’ « utilité improbable », c’est à dire d’utilité
qui n’est pas plus parcimonieusement expliquée par autre chose [31]. Le poisson qui retombe
dans l’eau n’est pas de l’utilité improbable, parce que la gravité est une explication beaucoup
plus parcimonieuse. Le nez qui permet de porter des lunettes n’est pas de l’utilité improbable,
parce que cette utilité est déjà bien expliquée par une autre adaptation qui sert à faire rentrer
de l’air dans notre corps.
Tout ça ça sera important de le garder en tête quand on étudiera les adaptations psychologiques.
Tout, dans le comportement humain, n’est pas affaire d’adaptation. Il ne faut pas
chercher une explication évolutive à chaque comportement. On l’a déjà vu dans la vidéo précédente,
il n’y a pas forcément d’explication en termes d’avantage de survie au fait de fumer, de
saliver devant Etchebest, ou d’honorer la mémoire de ses ancêtres au cimetière. Rappelez-vous,
l’adaptation est un concept onéreux, et un bon scientifique doit être un scientifique radin, c’est
à dire parcimonieux.
Optimalité
Un autre point sur lequel je voudrais revenir c’est sur la notion d’optimalité. On a vu avec
l’ exemple des corbeaux et des coquillages que les modèles d’optimalité sont un des moyens de
montrer qu’une adaptation est efficace. Là où ça se complique, c’est qu’il ne faut pas s’attendre
à ce que les adaptations soient toujours *parfaitement* optimisées. Si on dit parfois que la
sélection naturelle a tendance à optimiser les êtres vivants, à les rendre plus aptes à la survie,
il faut toujours se rappeler qu’elle les optimise *sous contrainte*. La sélection naturelle n’est
pas toute puissante, elle n’a pas les mains libres pour faire ce qu’elle veut. Et ce pour plusieurs
raisons.
D’abord parfois il ne s’est tout simplement pas écoulé assez de temps pour qu’un état optimal
ait été atteint. Comme on l’a vu dans la dernière vidéo, évoluer une adaptation complexe
prend du temps, ça se fait de façon incrémentale, et il se pourrait qu’aujourd’hui on étudie
une adaptation qui n’est pas parfaitement optimisée mais qui le sera dans 100 000 ans. Si je
représente sur un graphique en abscisse la valeur d’un trait, par exemple la taille d’un organisme,
et en ordonnée la fitness associée à cette valeur, on peut imaginer une relation entre les deux
en forme de cloche comme ça [dessin] : ce qui fait qu’il y aura un maximum de fitness une fois
arrivé ici, mais peut-être que pour l’instant l’adaptation n’a évolué que jusqu’ici.
Mais peut-être aussi que même si on attendait suffisamment, on n’arriverait jamais à atteindre
cet optimum théorique à cause de contraintes génétiques ou dévelopementales [32]. Par
exemple, imaginez qu’un même gène contrôle deux adaptations différentes, la taille et le poids.
C’est tout à fait possible, un gène n’est pas forcément limité à contrôler un seul trait. Hé bien
on peut imaginer qu’une mutation de ce gène augmente la fitness liée à la taille mais en même
temps diminue la fitness liée au poids, ce qui fait qu’un compromis devra être trouvé et qu’au
moins un des deux traits ne sera jamais dans un état parfaitement optimal.
Les adaptations peuvent aussi être imparfaites pour des raisons historiques. Reprenons
notre graphique qui représente la fitness en fonction de la taille. Imaginons une espèce qui
aurait évolué jusqu’au maximum. Et puis d’un seul coup, un changement d’environnement fait
que la courbe ressemble maintenant à ça : il existe une autre taille qui maximise la fitness.
La sélection naturelle ne pourra pas l’atteindre parce qu’il existe cette vallée entre les deux, il
faudrait d’abord diminuer ses chances de reproduction pour les augmenter ensuite, ce qui n’est
pas possible. On dit qu’on est bloqué ici sur un optimum *local* de fitness.
On connaît des exemples de tels designs non optimisés dans le corps. Par exemple, vous
avez tous un nerf qui part du cerveau pour rejoindre votre larynx mais qui, pour faire ce trajet,
descend jusqu’au niveau du coeur avant de remonter. C’est loin d’être le chemin le plus court,
c’est pas du tout un système optimisé, mais on possède ce design parce qu’il est hérité de
nos ancêtres les poissons. Chez les poissons, notamment à cause de l’absence de cou, cette
disposition des nerfs est beaucoup plus logique [5]. Si nous avons conservé cette disposition
depuis notre séparation avec les poissons, c’est soit parce que les mutations nécessaires pour
la modifier n’ont jamais eu lieu, soit parce qu’elles ont eu lieu mais qu’elles cassaient trop de
choses en même temps dans les corps de nos ancêtres, et qu’elles ont donc été éliminées. On est
là en présence d’une adaptation imparfaite pour des raisons historiques, parce qu’on hérite une
partie de notre corps de celui des poissons, ou plus exactement d’un ancêtre que l’on partage
avec les poissons actuels.
Donc si la sélection naturelle tend à optimiser les êtres vivants, il faut se rappeler qu’elle
les optimise toujours *sous contrainte*. Les adaptations sont souvent des compromis. Pour
cette raison, vous verrez parfois des biologistes refuser d’accorder son diplôme d’ingénieure à la
sélection naturelle, pour lui donner simplement le statut de bricoleuse. Le plus célèbre de ces
biologistes est peut-être François Jacob, qui a écrit un article entier là-dessus [33]. Et dans un
sens ça se comprend, parce que c’est vrai qu’une ingénieure qui construirait un nerf qui passe
par le coeur pour aller du cerveau au larynx se ferait sûrement virer. C’est vrai que la sélection
naturelle ressemble parfois plus à une bricoleuse du dimanche qui fait ce qu’elle peut avec les
matériaux dont elle dispose, comme quand vous vous utilisez du chewing gum pour boucher un
trou, non pas parce que c’est la solution la plus durable, mais parce que c’est la seule matière
que vous avez sous la main.
Mais personnellement je ne suis pas convaincu que ce soit justifié de retirer son diplôme
d’ingénieur à la sélection naturelle. Je me demande si cette habitude ne vient pas un peu d’une
idéalisation du métier d’ingénieur. Parce que l’ingénieur aussi optimise sous contrainte : il a
des contraintes de coûts, sa boîte a rarement des ressources illimitées ; il a des contraintes de
disponibilité des matériaux ; et il a des contraintes historiques, parfois pour son plus grand
malheur un ingénieur récupère le projet d’un collègue et ça limitera fortement la qualité de
son produit final. Je pense que les ingénieurs qui regardent cette vidéo voient de quoi je parle.
Et puis je traîne suffisamment sur Youtube pour savoir que si on veut trouver des créations
humaines mal conçues ou mal réalisées qui sont un peu l’ équivalent du nerf alambiqué, y’a pas
besoin de chercher bien loin [exemples].
Et puis on parle toujours des handicaps de la sélection naturelle par rapport aux ingénieurs
mais jamais de ses avantages : par exemple, la cécité de la sélection naturelle peut être un
avantage parce qu’elle permet d’explorer toutes les directions de l’espace sans a priori. Un
ingénieur à la poursuite d’un but aura lui du mal à penser à l’avance à toutes les optimisations
qu’il pourrait faire. Et la sélection naturelle dispose bien sûr de centaines de millions d’années
pour optimiser ses adaptations, ce qui n’est pas le cas de l’ingénieur. Du coup je me dis parfois
que le mieux serait de comparer la sélection naturelle à un ingénieur, mais un ingénieur qui
travaille chez Moulinex plutôt que chez SpaceX, avec un CDD de 3,5 milliards d’années, et qui
a le droit d’arriver au boulot bourré une fois par mois.
La sélection naturelle, ingénieure ou bricoleuse, faites-vous votre propre avis, en allant lire
des livres de biologie pour évaluer si l’organisation fonctionnelle qu’on trouve partout dans la
nature mérite un bac +5 ou pas. Mais peu importe ce que vous déciderez, ce qui est certain dans
tous les cas c’est que la sélection naturelle n’est pas toute puissante, donc ne vous attendez pas
à toujours trouver de la perfection dans la nature [17, 34]. Darwin lui-même le reconnaissait
dans l’Origine des espèces, tout de suite après avoir parlé d’« organes d’une perfection extrême
», il rappelait que cette perfection est en fait relative, et que « nous ne devons pas nous étonner
de ce que toutes les combinaisons de la nature ne soient pas à notre point de vue absolument
parfaites. »
Pour revenir à l’introduction de cette vidéo, qui faisait remarquer que la nature est souvent
bien faite, c’est pas complètement faux de dire ça, mais le « bien faite » est plutôt à prendre
dans le sens de « fonctionnel » que dans le sens de « parfaitement réalisé ». Ce qui doit vous
étonner avant tout dans le monde vivant, ce n’est pas que tout soit parfaitement réglé, mais
c’est que « ça marche », c’est à dire qu’on retrouve si souvent, plus souvent que ce à quoi on
s’attendrait sur la base du simple hasard, des assemblages de matière fonctionnels, c’est à dire
des assemblages de matière qui aident à la survie et à la reproduction.
Résumé
Récapitulons. Un biologiste qui étudie un trait, que ce trait soit anatomique, physiologique
ou psychologique, peut être en face de trois choses différentes d’un point de vue évolutionnaire.
Soit ce trait est une adaptation, c’est à dire qu’il est apparu parce qu’il augmentait les chances
de survie ou de reproduction. Par exemple le cordon ombilical, c’est une adaptation, apparue
pour faciliter les transferts de nourriture entre une mère et son enfant. Soit c’est un sousproduit,
c’est à dire un trait qui est apparu en même temps qu’une autre adaptation, mais
sans apporter d’avantages de survie directement. Par exemple le nombril est un sous-produit,
il n’a pas d’utilité en soi, c’est juste un trait qui est une conséquence indirecte de l’adaptation
« cordon ombilical ». Enfin, un trait peut juste être là par hasard, ne pas apporter d’avantages
de survie et ne pas être non plus lié à une adaptation, mais être simplement la conséquence de
mutations qui « dérivent » dans notre génome ou la conséquence de contraintes historiques ou
dévelopementales.
Pour être tout à fait complet, vous entendrez aussi parfois les termes de préadaptation, de cooption
ou d’exaptation [35] qui sont censés venir apporter des nuances à la notion d’adaptation,
mais l’utilité de ces termes est contestée [6, 36, 37] donc je ne développe pas. Et toujours pour
être complet, certains chercheurs distingueront au sein des sous-produits ceux qui n’apportent
aucun bénéfice, comme le nombril, et ceux qui peuvent apporter des bénéfices, comme les cornes
des béliers, mais à nouveau la pertinence de cette distinction est discutée.
Et donc, quand vous êtes biologiste, vous aimeriez bien départager ces trois possibilités :
savoir si un trait est une adaptation, un sous-produit, ou le fruit du hasard. Pour dire qu’un trait
est une adaptation, on a vu qu’on pouvait mesurer la fitness ou évaluer la correspondance design
/ fonction. Pour dire qu’un trait est un sous-produit, il faut en premier identifier l’adaptation
qui a amené ce trait avec elle, donc au final étudier la possibilité d’un sous-produit revient
à étudier l’hypothèse d’une adaptation. Quant à l’hypothèse du hasard, son problème c’est
qu’elle fait très peu de prédictions testables, pour ne pas dire aucune. Si vous vous baladez
dans la nature et que vous tombez inopinément sur un oeil, comme ça arrive si souvent, si vous
supposez d’emblée que cet objet n’a aucune utilité et a évolué par hasard, vous allez le jeter au
loin tel un vulgaire caillou et continuer votre chemin. Par contre, si vous faites l’hypothèse que
cet objet peut être une adaptation, si vous commencez à vous demander à quoi peut bien servir
cet objet, vous allez générer des prédictions qui vont pouvoir être testées. Certaines de vos
prédictions seront confirmées, d’autres non, mais au final vous sortirez avec une bien meilleure
compréhension de l’objet trouvé que si vous aviez d’emblée décidé que c’était un produit du
hasard. C’est pour ça que beaucoup de biologistes font passer les hypothèses adaptatives en
premier et n’envisagent l’hypothèse du hasard que quand toutes les autres hypothèses ont été
épuisées [38, 39]. C’est à cause de cette capacité à nous apprendre des choses, à cause de cette
portée heuristique comme on dit que le programme adaptationniste est si répandu en biologie.
Ce qui ne veut pas dire que ce soit un programme facile à appliquer en pratique. Après tout ce
qu’on a vu, j’imagine que vous commencez à comprendre pourquoi je disais en introduction que
le concept d’adaptation, s’il a l’air simple à première vue, est en fait aussi facile à manipuler
qu’une anguille échappée d’un bocal de vaseline. Comme le disent les biologistes Reeve et
Sherman dès la première ligne d’une revue de la littérature sur le sujet : « l’adaptation est et
a toujours été un concept glissant, difficile à appréhender » [6].
D’ailleurs, si vous faites des études de biologie de l’évolution un jour, vous verrez que des
désaccords assez importants existent encore entre biologistes sur ce sujet. Certains trouvent
qu’on devrait donner plus d’importance au hasard et aux contraintes, même si ce sont des
hypothèses dures à tester. D’autres refusent de le faire non seulement pour les raisons méthodologiques
que je viens d’expliquer, mais aussi pour des raisons « esthétiques », parce qu’ils
pensent que ce sont les adaptations les choses plus intéressantes à étudier dans la nature [40].
Ce sont en effet les adaptations qui expliquent la « fonctionnalité improbable » dans la nature,
cette fonctionnalité qui émerveillait Hume, Paley, Darwin, et un tas de petits étudiants qui
choisissent encore aujourd’hui de consacrer leurs études et leurs vies à l’étude du monde vivant.
L’étude des adaptations est rendue encore plus compliquée par le fait qu’il existe des variations
de définition que je ne vous ai pas présentées. Par exemple, vous aurez peut-être remarqué
que dans les deux définitions de l’adaptation que je vous ai données, l’aspect historique n’intervient
pas vraiment. Ces définitions de l’adaptation ne font généralement pas référence au
passé, aux processus qui ont produit un trait. Dit autrement, beaucoup de biologistes n’ont pas
besoin d’expliquer comment un trait est apparu pour le qualifier d’adaptation, ils se contentent
d’étudier les caractéristiques qu’il a aujourd’hui. Un peu comme vous vous n’avez pas forcément
besoin de savoir comment un plat a été préparé pour savoir s’il est bon ou non, il vous suffit de
le goûter. Ou pour prendre un exemple un peu plus académique, un peu comme en physique
on peut prédire les caractéristiques qu’un système aura à l’équilibre sans avoir à envisager dans
le détail toutes les trajectoires possibles de ce système. De la même façon, beaucoup de biologistes
étudient les adaptations comme les *produits* de la sélection naturelle, sans étudier le
*processus* qui a produit ces adaptations.
Mais comme c’est toujours plus compliqué que ça n’en a l’air, il y a une sous-discipline
de la biologie de l’évolution qui est elle très préoccupée par cet aspect historique, c’est la
phylogénétique, les chercheurs qui font les jolis arbres. Certains de ces chercheurs pensent que
toute caractérisation d’une adaptation doit s’accompagner d’une étude phylogénétique, et ils
rajoutent parfois un critère de nouveauté pour pouvoir parler d’adaptation : une adaptation,
c’est un trait *nouveau* qui serait apparu dans une espèce [36, 41]. L’oeil humain par exemple
ne sera pas qualifié d’adaptation, parce qu’il n’est pas apparu pour la première fois dans notre
espèce, c’est un caractère que l’on partage avec d’autres espèces voisines.
Vous remarquerez aussi que les deux définitions de l’adaptation que je vous ai données ne
font pas du tout référence au gène. On a pas besoin de connaître les gènes qui codent pour
un trait pour pouvoir parler d’adaptation [6, 13, 17]. D’ailleurs Darwin n’avait aucune idée
des gènes qui se cachent derrière les traits, et il n’avait aucune idée de l’existence même de
gènes. Ça ne l’a pas empêché de parler d’adaptations et de fournir des arguments en faveur de
leur existence. Mais une fois de plus, il y a des sous-disciplines de la biologie de l’évolution qui
intègrent le concept de gène à l’étude des adaptations, notamment en génétique des populations.
Et les biologistes qui ont eu une formation en génétique ont aussi souvent tendance à insister
sur l’importance du hasard plutôt que sur celle de la sélection naturelle pour façonner le vivant,
parce qu’il y a beaucoup de matériel génétique qui ne sert à rien dans nos cellules, beaucoup
de mutations de l’ADN n’ont aucun effet visible mais ont quand même été conservées au cours
de l’évolution [42].
Et en plus de ça, pour rajouter encore une couche de complexité, on peut être antiadaptationniste,
c’est à dire être contre le programme de recherche qui met l’étude des adaptations
au centre de la biologie, non pas pour des raisons scientifiques, mais pour des raisons
idéologiques. Vous vous demandez sûrement ce que l’idéologie vient faire là-dedans, mais on va
garder ça pour plus tard, j’en reparlerai dans une autre vidéo.
Bref, l’adaptationnisme, c’est compliqué, et le sujet a donné lieu à des débats assez houleux
entre biologistes dans la deuxième moitié du XXe siècle [6, 43-45]. Ces débats se prolongent
encore parfois aujourd’hui, et si vous voulez foutre le bordel dans une discussion de biologistes
de l’évolution, vous pouvez essayer d’évoquer le sujet de l’adaptationnisme, au cas où les sujets
de la sélection de groupe ou de l’épigénétique ne fonctionnent pas.
Malgré tout, ces désaccords ne doivent pas faire oublier que le programme de recherche
adaptationniste a depuis toujours été extrêmement utile pour étudier le monde vivant, et ce
même avant Darwin.
Comme le dit Ernst Mayr, un biologiste et philosophe important du XXe siècle [38] :
« La question adaptationniste, « Quelle est la fonction d’une structure ou d’un organe
donné ? », a été depuis des siècles la base de chaque avancée en physiologie. Si nous n’avions pas
eu le programme adaptationniste, on ne connaîtrait probablement toujours pas la fonction du
thymus, de la rate, de l’hypophyse ou de la glande pinéale. La question de Harvey, « pourquoi y
a-t-il des valves dans les veines » fut une avancée majeure dans sa découverte de la circulation
du sang. »
C’est pour ça que des champs entiers de la biologie sont aujourd’hui toujours dédiés à l’étude
des adaptations.
La psychologie évolutionnaire ne fait que reprendre ce programme de recherche adaptationniste
pour l’appliquer à une espèce particulière, l’espèce humaine, et à un organe particulier,
le cerveau. Pour que vous voyez concrètement à quoi ça peut ressembler, dans la prochaine
vidéo on étudiera un exemple particulier d’hypothèse adaptative en psychologie. On étudiera
l’hypothèse qu’il puisse y avoir, dans notre cerveau à tous, un programme cognitif dont le but
est de nous empêcher de tomber malade. On étudiera l’hypothèse de l’existence dans le corps
humain d’un deuxième système immunitaire, à côté de celui que vous connaissez déjà tous et
qui vous sauve déjà la vie chaque jour, mais un système immunitaire cette fois entièrement
comportemental, piloté par un programme cognitif caché quelque part dans votre cerveau.
Merci à OnklDen, Polo, Nydol, Yukai, CogniSach, et aux 307 autres systèmes réducteurs
d’entropie qui me transfèrent de la capacité d’acheter de l’énergie sur uTip et Tipeee, mes
mitochondries vous sont très reconnaissantes.
Merci aussi à tous ceux qui ont acheté mon livre ou qui m’ont écrit pour en parler ces
dernières semaines, je suis très content qu’il vous plaise !
Références
1. Hume, D. Dialogues Concerning Natural Religion Anglais. isbn : 978-1-5393-8306-2 (CreateSpace Independent Publishing Platform, 1779).
2. Darwin. L’origine Des Espèces (1859).
3. Schrodinger, E. What Is Life ? New e. édition. Anglais. isbn : 978-0-521-06223-7 (Cambridge University Press, Cambridge, 1944).
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