Biologie évolutive du développement

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La biologie évolutive du développement souvent plus connue sous le nom d'évo-dévo (en anglais evo-devo pour evolutionary developmental biology) est un champ disciplinaire en biologie de l'évolution qui a pour objectif de comprendre l'origine de la complexité morphologique des organismes (plantes ou animaux) à travers l'étude comparée des gènes qui régulent leur développement.

À l'intersection de la génomique, de la phylogénie moléculaire et de la génétique du développement, l'évo-dévo est l'un des courants actuels les plus dynamiques en biologie de l'évolution.

Histoire[modifier | modifier le code]

Cette discipline est née dans les dernières décennies du XXe siècle mais elle s'inscrit dans la continuité de l'embryologie comparative fondée au XIXe siècle.

Les théories développées au XIXe siècle[modifier | modifier le code]

  • Le principe de divergence selon Karl Ernst Von Baer (1792-1876) : Les caractéristiques générales communes à plusieurs taxons apparaissent prématurément chez l’embryon par rapport aux caractéristiques spécifique de chaque taxon[1]. Les patrons de développement montrent des similitudes initialement et divergent plus tard, durant le développement, pour donner des embryons très différents.
  • L'embryon comme source d'homologies par Milne-Edwards (1800-1885) : Milne-Edwards orienta les morphologistes vers l’embryon en tant que source abondante d'homologies[2]. Si une homologie permet de retrouver les caractéristiques générales ou essentielles d’un organe ou d’un tissu alors en observant un embryon, on peut retrouver le caractère donné dans sa forme la plus générale, la moins différenciée. L’idée selon laquelle les caractères développementaux sont d’importants indicateurs des relations phylogénétiques prédomine encore de nos jours.
  • Théorie de la récapitulation par Ernst Heinrich Haeckel (1834-1919) : Théorie selon laquelle l'ontogenèse récapitule la phylogenèse. Elle n’est pas vraie au sens strict. Le développement embryonnaire d’un organisme ne présente pas de stade équivalent aux différentes formes adultes de ses ancêtres. Mais un vertébré présente, lors de son développement embryonnaire, des stades ressemblant aux stades embryonnaires de ses ancêtres[3]. En effet, durant le développement d’un poulet, l’embryon ne passe pas à travers les stades cellule unique, ancêtre multicellulaire invertébré, poisson, lézard ancestral, oiseau ancestral puis finalement poussin ; mais il ressemble à l’embryon de poisson et reptile à certains points de son développement.
  • La théorie de l'évolution par Charles Darwin (1809-1882) : Les espèces dérivent toutes d' ancêtres communs et c'est pourquoi toutes les espèces d'un même genre se ressemblent[4]. Ainsi un caractère est homologue dans deux taxons ou plus si on retrouve cette caractéristique chez l’ancêtre commun le plus proche de ces taxons. Depuis Darwin, l'homologue est l’expression de la continuité généalogique de l’information.

Les apports du XXe siècle[modifier | modifier le code]

De 1900 à 1980[modifier | modifier le code]

  • La Théorie des Transformation par D'Arcy Wentworth Thompson (1860-1948) :
    Figure 1: Transformation de la structure de différentes espèces de crocodiles par D'Arcy Thompson
    Des transformations peuvent être appliquées à la forme d’une espèce (Figure 1: des crocodiles) pour donner la forme d’autres espèces à l’intérieur d’un même groupe[5]. Les individus pris ici sont sous forme adulte. Les changements que l’on observe, sont dus à des changements tardifs dans l’ontogénie, lorsque la croissance allométrique est prépondérante. Thompson mit en avant le fait que les changements dans le développement au cours de l’évolution ne sont pas effectués par morceaux, dans le sens ou chaque caractéristique de l’animal aurait évolué séparément, mais plutôt qu'ils sont coordonnés au sein de l’organisme.
  • Gavin de Beer et l’hétérochronie (1899-1972) : Il étudie l’embryologie expérimentale, comparative, descriptive et enfin évolutionnaire [6]. Notion centrale dans son œuvre « Embryologie et Evolution » (1930), l’hétérochronie tient d’après lui, un rôle prédominant dans l’évolution morphologique [6]. Définit comme un changement dans le timing des évènements développementaux, la notion est attribuée à Ernst Haeckel.


  • Richard Goldschmidt et la modèle saltatoire (1878-1958) :
    Figure 2: Mutant homéotique chez Drosophila melanogaster
    Selon Goldschmidt, l'évolution des espèces pourrait se produire par "saut", du passage d'une forme à une autre très différente et ce grâce à de petites mutations des gènes. Son travail sur les mutants homéotique chez les Drosophila melanogaster influença certainement sa théorie. Chez les mutants homéotiques, une structure correcte apparaît à la mauvaise place: sur la figue 2, on peut observer le cas de la mutation antennapedia: présence d'une paire de patte à la place des antennes. Les études de Goldschmidt portaient surtout sur les mutant bithorax: le troisième segment thoracique devient une répétition du second, et les haltères sont remplacées par des ailes. Cependant, les mutants homéotiques connus de Drosophila melanogaster ne sont pas viables en comparaison du phénotype sauvage et le modèle de Goldschmidt n'est pas accepté aujourd'hui.


  • Conrad Hal Waddington et le paysage épigénétique (1905-1975) :
    Figure 3: Principe du paysage épigénétique
    Il illustra son principe de canalisation[7] par le schéma d’un paysage épigénétique : dans la figure 3, les différents parcours de développement possibles d’une cellule (balle) sont représentés sous la forme d’un paysage dont les reliefs sont commandés par des gènes et leurs systèmes épigénétiques. C’est le même principe qui est soutenu par Waddington quant au développement d’un organisme d’une espèce données : (au départ) un embryon va évoluer en étant soumis à l’influence de l’environnement et des gènes jusqu’à un stade adulte (l’arrivée). Le degré de stabilité de la trajectoire est donné par la profondeur de la gouttière, par le degré de canalisation. La canalisation est une appréciation de la capacité de produire un phénotype constant en étant soumis à des effets environnementaux et/ou génétique et met en évidence la résistance des systèmes développementaux. Lorsque la perturbation est trop importante, une autre vallée est empruntée, on observe un changement de patron (repatterning). Waddington est aussi à l’origine de la découverte du processus d’assimilation génétique : un stimulus environnemental qui induit un phénotype particulier peut être remplacé par un facteur génétique[8].


L'avènement : les années 80[modifier | modifier le code]

  • L'étude des mutations de gènes affectant le processus de développement chez Drosophila melanogaster au début des années 1980, fit passer la biologie évolutive du développement du stade expérimental et descriptif à un stade plus avancé traitant de génétique.
  • La découverte de l'homéoboîte en 1984 par Walter Gehring, fut presque aussi importante en biologie que celle de la structure de l'ADN en 1953 par Watson et Crick. L'homéoboîte est une séquence de 180 paires de bases d'ADN, commune à certains gènes homéotiques (responsable du plan d'organisation) chez les animaux. Après transcription et traduction, elle donne une séquence de 60 acides aminés appelé homéodomaine, très conservé au cours de l'évolution (le reste de la protéine l'est généralement moins) . Ce domaine donne des propriétés de liaison à la protéine auquel il appartient, lui permettant de remplir son rôle de régulation d'activité des gènes, de les activer ou de les désactiver. Ces protéines vont donc contrôler le développement de l’œuf à l'adulte. Le caractère ubiquiste de l'homéoboîte à travers le règne animal en fait une base commune du développement. Les gène HOX, responsables de la détermination de l'axe antero-postérieur du corps des animaux bilatériens contiennent cet homéoboîte. Une particularité de ces gènes est que leur positions linéaires dans le complexe de gène d'un chromosome est identique à l'ordre antéro-postérieur de leur zone d'expression sur le corps de l'animal (phénomène de colinéarité).
  • Chez les végétaux, c'est le gène MADS-box qui fait figure de base commune de développement.


Elle a conduit à la remise en cause de nombreuses conceptions issues en particulier de la nouvelle synthèse.

Selon Alain Prochiantz, professeur au Collège de France, la découverte des gènes du développement (le premier a été cloné en 1984) « a été un moment-clef de l’histoire de la biologie parce que c’est une catégorie de gènes qui a permis de faire le lien entre la génétique, le développement et l’évolution. En effet, les mutations de ces gènes permettent des changements massifs de forme des vivants. (...) Ces gènes de développement permettent donc à la fois de comprendre l'ontogénèse et la phylogénèse. Grâce à eux, une nouvelle discipline que l’on appelle Evo-dévo » [9].

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]


Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Arthur, Mechnisms of Morphological Evolution, Wiley, 1984.
  • Leo W.Buss, The Evolution of Individuality, Princeton, 1987.
  • Arthur, A Theory of the Evolution of Development, Wiley, 1988.
  • Thompson, Morphogenesis and Evolution, Oxford, 1988.
  • McKinney and Mc Namara, Heterochrony : The Evolution of Ontogeny, Plenum, 1991.
  • Hall, Evolutionary Developmental Biology, Chapman and Hall, 1992.
  • Salthe, Development and Evolution, MIT, 1993.
  • Rollo, Phenotypes : Their Epigenetics, Ecology and Evolution, Chapman and Hall, 1994.
  • Arthur, The Origin of Animal Body Plans, Cambridge, 1997.
  • Raff, The Shape of Life, Chicago 1996.
  • Gerhart and Kirschner, Cells, Embryos, and Evolution, Backwell, 1997.
  • Schlichting and Pigliucci, Phenotypic Evolution : A Reaction Norm Perspective, Sinauer,1998.
  • Hall, Evolutionary Developmental Biology (2nd edition), Kluwer, 1999.
  • Carroll, Grenier and Weatherbee, From DNA to Diversity, Blackwell, 2001.
  • Wilkins, The Evolution of Developmental Pathways, Sinauer, 2002.
  • West-Eberhard, Developmental Plasticity and Evolution, Oxford, 2003.
  • Minelli, The Development of Animal Form, Cambridga, 2003.
  • Hall and Olson, Keywords and concepts in Evolutionary Developmenta Biology, Harvard, 2003.
  • Robert, Embryology, Epigenesis and Evolution, Cambridge, 2004.
  • Arthur, Biased Embryos and Evolution, Cambridge, 2004.
  • Caroll et al. , From DNA to Diversity (2nd edition), Blackwell, 2005.
  • Amundsun, The Changing Role of The Embryo in Evolutionary Thought, Cambridge, 2005.
  • Laubichler and Maienschein, From Embryology to Evo-Devo, MIT, 2007.
  • Minelli and Fusco, Evolving Pathway: Key Themes in Evolutionary Develomental Biology, Cambridge, 2008.
  • Minelli, Fors of Becoming: The Evoutionary Biology of Development, Princeton, 2009.
  • Gilbert and Epel, Ecological Developmental Biology, Sinauer, 2009.
  • (en) Sean B. Carroll, Endless Forms Most Beautiful: The New Science of Evo Devo and the Making of the Animal Kingdom, Norton,‎ 2005 (ISBN 978-0-393-06016-4)
  • (en) Keywords and Concepts in Evolutionary Developmental Biology, New Delhi, India, Discovery Publishing House,‎ 2007 (ISBN 978-81-8356-256-0)
  • (en) Marc Kirschner et John Gerhart, The Plausibility of Life: Resolving Darwin's Dilemma, Yale University Press,‎ 2005 (ISBN 978-0-300-10865-1)
  • (en) From Embryology to Evo-Devo: A History of Developmental Evolution, The MIT Press,‎ 2007 (ISBN 978-0-262-12283-2)
  • (en) Alessandro Minelli, The Development of Animal Form: Ontogeny, Morphology, and Evolution, Cambridge University Press,‎ 2003 (ISBN 978-0-521-80851-4)
  • (en) Alessandro Minelli, Forms of Becoming - The Evolutionary Biology of Development, Princeton University Press,‎ 2003 (ISBN 978-0-691-13568-7)
  • (en) Rudolf A. Raff, The Shape of Life: Genes, Development, and the Evolution of Animal Form, The University of Chicago Press,‎ 1996 (ISBN 978-0-226-70266-7)

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Jacques Berthet et Alain Amar-Costesec, Dictionnaire de Biologie, de Boeck, 2006, 1034 p.
  2. Toby A Appel, The Cuvier-Geoffroy debate : French biology in the decades before Darwin"", New York : Oxford University Press, 1987, 219 p.
  3. Peter H.Raven and George B.Johnson, Biology, Raven, 6th edition 2002, 1229 p.
  4. Charles Darwin, L'origine des espèces,Librairie François Maspero, 1980, 169p.
  5. D'Arcy Wentworth Thompson,On Growth and form, Cambridge University Press, 1917, p 724 725 727 744 753
  6. a et b Ingo Brigandt, Homology and Heterochrony : The Evolutionary Embryologist Gavin Rylands de Beer (1899-1972), Journal of Experimental Zoology (Part B : Molecular and Developmental Evolution) 306B : 317-328, 2006, p 4 5
  7. C.H.Waddington, « Canalization of development and the inheritance of acquired characters », Nature, n°3811, (1942), pp 563-565
  8. Paul-Antoine Miquel, "Biologie du XXIe siècle : évolution des concepts fondateurs", De Boeck, (2008), pp 145-153
  9. Ariane Poulantzas, entretien avec Alain Prochiantz, « Les bactéries pensent aussi », La Vie des idées, 5 juin 2009