« Les reploiements des protéines trouvés dans la nature représentent un ensemble fini de formes intégrées, platoniques. Les fonctions des protéines sont des adaptations secondaires de ce jeu de formes primordiales, immuables, naturelles ».

Michael Denton et Craig Marshall « Nature », 410, 22 march 2001, p. 417

Avant Darwin, la plupart des biologistes adhéraient à un modèle platonicien de la nature. Cela impliquait que le monde biologique consistait en un ensemble fini de formes naturelles essentiellement immuables qui, à l’instar des formes inorganiques comme les atomes ou les cristaux, faisaient parti intégrante de l’ordre éternel du monde. De même qu’aujourd’hui nous expliquons la structure des atomes et des cristaux par un ensemble de lois physiques ou « de règles de construction », les biologistes pré-darwiniens ont de la même façon cherché à rendre compte de l’origine des formes biologiques en ayant recours à un ensemble de lois physiques génératrices souvent appelées « lois des formes ».

Pour de nombreux biologistes aujourd’hui, la biologie platonicienne est un anachronisme irrémédiablement voué à être remplacé et l’idée selon laquelle les formes biologiques puissent être des caractéristiques intrinsèques de la nature produites par les lois physiques est considérée avec incrédulité. Cependant, des avancées récentes en chimie des protéines suggèrent qu’au moins un ensemble de formes biologiques - les reploiements de bases des protéines - est déterminé par des lois physiques semblables à celles donnant forme aux cristaux et aux atomes. Ils donnent toutes les apparences d’être des formes platoniciennes invariantes précisément du type que les biologistes pré-darwiniens recherchaient. Les reploiements protéiques, l’unité de construction fondamentale des protéines, consistent chacun en une chaîne repliée d’environ 80 à 200 acides aminés. Certaines protéines consistent en un seul reploiement, mais la plupart résultent de la combinaison de cinq ou plus. Durant les années 1970, alors qu’on était en train de déterminer la structure tridimensionnelle d’un nombre croissant de reploiements, il apparut que les reploiements pouvaient être classés dans un nombre fini de familles structurales distinctes contenant un certain nombre de formes très similaires. Le fait que les reploiements protéiques pouvaient être classés de cette manière fournit le premier élément de preuve permettant de penser que les reploiements pourraient être des formes naturelles.

Des études structurales détaillées effectuées durant les deux dernières décennies ont fourni de nouvelles preuves que les reploiements représentent réellement un jeu fini de formes naturelles. Ces études ont révélé qu’il est possible d’expliquer la structure des reploiements par, pour ainsi dire, un jeu de « règles de construction » déterminant la façon dont les divers motifs de structure secondaires, tels que les hélices- et les feuillets-, peuvent être combinés et intégrés dans des structures tridimensionnelles compactes. Cela rappelle inévitablement les règles de construction des atomes gouvernant la façon dont s’assemblent les particules subatomiques pour donner naissance aux 92 atomes de la table périodique. La considération de ces « lois de construction » suggère que le nombre total de reploiements permis est très probablement limité à un tout petit nombre - environ 4 000, selon une estimation. Une confirmation de cette hypothèse est fournie par un type différent d’estimation, fondée sur le taux de découverte de nouveaux reploiements. En utilisant cette méthode, Cyrus Chothia, du Conseil de Recherche Médical Britannique, a estimé que le nombre total de reploiements utilisés par les organismes vivants pourrait ne pas dépasser les 1 000. Des estimations ultérieures ont donné des chiffres compris entre 500 et 1 000.

Quel que soit le chiffre final, le fait que le nombre total de reploiements représente une fraction infime de toutes les conformations polypeptidiques possibles, déterminées par les lois de la physique, renforce l’idée selon laquelle les reploiements, comme les atomes, représentent un ensemble fini de formes naturelles intégrées. La robustesse des reploiements offre un indice supplémentaire. Le fait que les reploiements peuvent conserver leurs conformations natives non seulement face aux multiples sortes de déformations à court terme causées par l’agitation moléculaire de la cellule mais aussi face aux profonds changements évolutifs à long terme de leurs séquences d’acides aminés, est précisément ce à quoi on pouvait s’attendre s’ils sont des formes naturelles, déterminées par les lois physiques. Encore une fois, le fait que le même reploiement puisse être spécifié par de nombreuses séquences d’acide aminé différentes n’ayant apparemment pas de rapport entre elles, suggérant de multiples découvertes indépendantes durant le cours de l’évolution, est une preuve supplémentaire que les reploiements sont des caractéristiques intrinsèques de l’ordre naturel. Enfin, le fait qu’en de nombreux cas, le même reploiement soit adapté à des fonctions biochimiques très différentes est précisément ce à quoi on pouvait s’attendre si les fonctions des protéines sont les adaptations secondaires d’un ensemble de formes primordiales, immuables, naturelles.

Si des formes aussi complexes que les reploiements des protéines sont des caractéristiques intrinsèques de la nature, se pourrait-il que des formes supérieures d’architecture du vivant soient elles aussi déterminées par les lois physiques ?

La robustesse de certaines formes cytoplasmiques - par exemple l’architecture du fuseau ou la forme cellulaire de protozoaires ciliés comme le Stentor - suggère que ces formes représentent peut-être elles aussi des structures exceptionnellement stables et énergiquement favorables déterminées par les lois physiques. S’il s’avère qu’une quantité substantielle de formes biologiques supérieures est naturelle, alors les implications seront radicales et d’une grande portée. Cela voudra dire que les lois physiques ont du avoir un rôle bien plus important dans l’évolution des formes biologiques qu’on ne l’imagine généralement.

Et cela signifiera un retour à la conception pré-darwinienne selon laquelle, sous-tendant toute la diversité du vivant, il y a un ensemble fini de formes naturelles qui réapparaîtra encore et toujours partout dans l’univers où il y a de la vie à base de carbone.

Les auteurs

Michael Denton et Craig Marshall, Départment de Biochimie, Université d’Otago, PO Box 56, Dunedin 9001, Nouvelle-Zélande.