1. Introduction

La plupart des scientifiques considèrent les preuves de l'évolution comme écrasantes. Ainsi, convaincus que l'évolution a déjà été soigneusement et suffisamment documentée, ils échouent parfois à considérer comment de nouvelles découvertes pourraient fournir des preuves de l'évolution qui seraient puissamment persuasives pour les individus penchant vers les croyances créationnistes. Dans cet article, je décris certaines découvertes issues de mon propre domaine de la génétique moléculaire, des découvertes dont les implications pour le débat créationnisme-évolution n'ont pas été explicitement discutées lorsqu'elles ont été rapportées. Je tente de montrer comment elles fournissent des preuves de l'évolution qui sont à la fois convaincantes et suffisamment simples sur le plan conceptuel pour être appréciées par le profane intéressé.

Les nouvelles preuves moléculaires portent sur une question qui, selon mon avis, représente l'un des rares cas où un argument créationniste a démontré une cohérence logique et a mené le positionnement évolutionniste à un impasse. Il s'agit de la question de l'interprétation des similitudes entre les espèces vivantes modernes, en particulier des similitudes observées au niveau moléculaire. Comme nous le verrons, les découvertes récentes issues de la génétique des populations résolvent cette impasse sans équivoque en faveur de l'évolution.

1.1 La vision évolutionniste des similitudes entre espèces

Considérez d'abord comment les évolutionnistes interprètent les similitudes entre les espèces vivantes aujourd'hui. Les humains actuels et les chimpanzés, malgré les différences externes et comportementales évidentes, possèdent des organes internes extrêmement similaires et des fonctions physiologiques ; en effet, leurs gènes sont plus de 98% identiques (Goodman et al., J Molec Evolution 30:260,1990). Tout comme la ressemblance entre deux frères et sœurs suggère une parenté commune, la ressemblance entre les espèces suggère des ancêtres communs. Les évolutionnistes croient que les humains, les gorilles et les chimpanzés ont évolué à partir d'un ancêtre commun : une créature ressemblant à un singe qui vivait il y a peut-être cinq à dix millions d'années, relativement récemment à l'échelle du temps géologique. (L'idée que les humains et les singes pourraient partager un ancêtre commun semble particulièrement inacceptable pour les créationnistes en raison des implications théologiques d'une telle relation et de la contradiction flagrante avec l'interprétation littérale de la Genèse biblique par les créationnistes.) Les espèces moins similaires aux humains que les singes, par exemple les souris, sont censées s'être séparées des millions d'années plus tôt d'un ancêtre mammalien primitif commun. Les diagrammes de l'arbre généalogique évolutif qui expriment de telles relations entre les espèces ont été construits par des biologistes évolutionnistes en analysant les similitudes des organismes actuels. Dans de nombreux cas, les restes fossilisés d'espèces éteintes peuvent être utilisés pour soutenir les caractéristiques de ces arbres évolutifs ; les preuves fossiles ne seront cependant pas discutées dans cet article.

Une autre source étendue de données qui a été d'une importance majeure dans la construction de diagrammes d'arbres de similarité est la comparaison des protéines et des gènes entre espèces. Les protéines sont de grandes molécules biologiques constituées de sous-unités appelées acides aminés qui sont attachés les uns aux autres en chaînes, comme les wagons d'un train. Il existe vingt types différents d'acides aminés utilisés dans les protéines, et la plupart des protéines contiennent des centaines de ces sous-unités. Chaque protéine possède un nombre spécifique et une séquence d'acides aminés, et cette séquence détermine les propriétés que cette protéine aura. Afin qu'une cellule synthétise une protéine spécifique, elle doit accéder à une « banque d'informations » dans laquelle les séquences d'acides aminés sont stockées ; cette banque d'informations est composée des gènes de l'organisme, qui contiennent les séquences d'acides aminés encodées dans des molécules d'acide désoxyribonucléique (ADN). Les biochimistes peuvent purifier des protéines et connaître la séquence exacte de leurs acides aminés, ou ils peuvent obtenir ces informations en lisant la séquence appropriée dans l'ADN d'un organisme. De considérables efforts ont été consacrés à la comparaison des séquences de protéines similaires isolées de différentes espèces. Par exemple, une protéine appelée « cytochrome c » a été examinée chez plus de quatre-vingts espèces. Ces séquences d'acides aminés de cytochrome c représentent des bits de données « numériques » qui peuvent être utilisés pour quantifier les différences entre les espèces, et ces différences peuvent être utilisées pour construire des arbres évolutifs tout à fait similaires à ceux basés sur la comparaison des caractéristiques « analogiques » de l'anatomie corporelle. De tels arbres de séquences de protéines – ainsi que les arbres basés sur les similarités de structure de l'ADN – concordent remarquablement bien avec les arbres évolutifs dérivés précédemment à partir de similarités anatomiques. La concordance des arbres évolutifs construits à partir de tels types complètement différents de données (par exemple, Goodman et al Mol Phylogenet Evol 9:585, 1998) a été prise par les évolutionnistes comme preuve de la validité du cadre intellectuel sur lequel reposent les arbres : la théorie de l'évolution (voir Jukes, dans Scientists Confront Creationism, édité par Godfrey, WW Norton, New York 1983 ; Creation/Evolution XVIII:42, 1986 ; Goodman et al., J Mol Evol 30: 260, 1990).

1.2 La vision créationniste des similitudes entre espèces conduit à une impasse

Cependant, les créationnistes proposent une interprétation alternative des similitudes dans les séquences d'acides aminés reflétées dans les arbres des évolutionnistes. Ils affirment que de telles similitudes de séquences chez des espèces « apparentées » réfléchissent simplement le choix du Créateur de concevoir des espèces similaires pour fonctionner de manière analogue, non seulement au niveau des os, des muscles et des organes, mais aussi au niveau de la fonction des protéines – d'où les similitudes dans les séquences d'acides aminés.

Ainsi, les similitudes entre les espèces en ce qui concerne l'anatomie et la structure des protéines peuvent être interprétées de deux manières entièrement différentes. Les évolutionnistes affirment que la similitude entre les caractéristiques, par exemple entre les humains et les singes, reflète le fait que ces caractéristiques ont été héritées d'un ancêtre commun ; c'est-à-dire que les caractéristiques similaires des humains et des singes sont déterminées par des copies modernes de gènes qui ont autrefois existé dans une espèce ancestrale commune aux singes et aux humains. Les créationnistes affirment que les singes et les humains ont été créés indépendamment mais ont été conçus avec des caractéristiques similaires afin qu'ils fonctionnent de manière similaire. Les deux points de vue, celui de la copie des gènes et celui de la création indépendante, semblent cohérents avec les données de similitude, mais quelle est la vue correcte ?

1.3 Une justification possible pour résoudre l'impasse

Une manière de distinguer entre copie et création indépendante est suggérée par une analogie avec les deux cas suivants issus de la littérature juridique. En 1941, l'auteur d'un manuel de chimie a intenté un procès en accusant que des parties de son manuel avaient été plagiées par l'auteur d'un manuel concurrent (Colonial Book Co, Inc. v. Amsco School Publications, Inc., 41 F. Supp.156 (S.D.N.Y. 1941), aff'd 142 F.2d 362 (2nd Cir. 1944)). En 1946, l'éditeur d'un annuaire commercial pour l'industrie du bâtiment a fait des accusations similaires contre un éditeur d'annuaire concurrent (Sub-Contractors Register, Inc. v McGovern's Contractors & Builders Manual, Inc. 69 F.Supp. 507, 509 (S.D.N.Y. 1946)). Dans les deux cas, la simple similitude entre le contenu des copies présumées et les originaux n'a pas été considérée comme une preuve convaincante de copie. Après tout, les deux manuels de chimie décrivaient le même corpus de connaissances chimiques (les livres étaient conçus pour « fonctionner de manière similaire ») et les deux annuaires listaient des membres de la même industrie, de sorte qu'une ressemblance substantielle serait attendue même si aucune copie n'avait eu lieu. Cependant, dans les deux cas, les erreurs présentes dans les « originaux » apparaissaient dans les copies présumées. Les tribunaux ont jugé qu'il était inconcevable que les mêmes erreurs aient pu être commises indépendamment par chaque plaignant et défendeur, et ont statué dans les deux cas qu'une copie avait eu lieu. Le principe selon lequel les erreurs dupliquées impliquent une copie est maintenant bien établi en droit d'auteur. (En reconnaissance de ce fait, les éditeurs d'annuaires incluent régulièrement des entrées fausses dans leurs annuaires pour piéger les plagiaires potentiels.)

Les « erreurs » des espèces modernes peuvent-elles être utilisées comme preuve de « copie » depuis des ancêtres lointains ? En fait, la réponse à cette question semble être « oui », car des investigations récentes en génétique moléculaire ont mis au jour certains exemples des mêmes « erreurs » présentes dans le matériel génétique des humains et des singes. Pour comprendre ces résultats, il est nécessaire de connaître un peu l'ADN, la molécule chimique dans laquelle l'information génétique est stockée.

2.1 Les bases de l'ADN

D'un certain point de vue, la structure de base de l'ADN ressemble à celle des protéines : les deux sont constituées de chaînes linéaires de sous-unités variables. À part cette caractéristique commune, la structure de l'ADN est très différente de celle des protéines. Les sous-unités de l'ADN sont appelées nucléotides ou bases, et la séquence de ces nucléotides contient l'information génétique spécifiant la séquence d'acides aminés dans chaque protéine produite par l'organisme. Alors que 20 acides aminés différents constituent les sous-unités des protéines, il n'y a que quatre bases nucléotidiques différentes dans l'ADN, généralement abrégées A, T, G et C. Selon le « code génétique » déduit par les scientifiques dans les années 1960, chaque acide aminé est spécifié par un ou plusieurs triplets de nucléotides ; par exemple, la séquence GCG spécifie l'acide aminé alanine. Puisqu'il existe 64 triplets différents (chacun appelé codon) et seulement 20 acides aminés à spécifier, certains acides aminés sont représentés par plus d'un triplet (par exemple, ATA, ATC et ATT codent tous pour l'acide aminé isoleucine) ; et trois triplets — TAA, TAG et TGA — représentent des « codons stop » qui marquent la fin de la séquence du gène qui peut être utilisée pour spécifier la séquence d'acides aminés.

L'ADN contient deux chaînes linéaires dans une structure à double brin qui ressemble à une échelle tordue -- la célèbre "hélice double." Les montants verticaux de l'échelle représentent une chaîne de squelette uniforme qui ne contient aucune information de séquence. Comme illustré dans la Figure 1 ci-dessus, l'information est stockée dans les "barreaux" de l'échelle, qui sont formés par une paire de bases nucléotidiques, chacune s'étendant depuis un brin de squelette vertical et touchant la base du brin opposé pour former un "barreau." La base G sur un brin entre toujours en contact avec une base C sur le brin opposé ; de même, un A entre toujours en contact avec un T. Ainsi, une chaîne de Ts sur un brin peut former des "paires de bases" ou s'"hybrider" avec un brin contenant une chaîne de As pour former une structure à double brin. La séquence de bases nucléotidiques d'un brin est dite "complémentaire" à la séquence de l'autre brin. Pour tout gène donné, les triplets de bases codant la séquence d'acides aminés se trouvent sur un seul brin. Certains gènes sont codés sur un brin, tandis que d'autres gènes se situent sur l'autre brin. Dans la plupart des gènes mammaliens, l'ADN codant pour les séquences d'acides aminés est interrompu par des segments d'ADN apparemment dépourvus de sens ("introns"). Les séquences d'introns doivent être retirées avant que la séquence ne soit utilisée pour assembler les acides aminés ; ce retrait, ou épissage, ne se produit pas dans la molécule d'ADN, mais dans l'étape suivante du transfert d'information.

Pour qu'une cellule produise une protéine particulière dont la séquence d'acides aminés est encodée dans un gène, les informations de séquence dans l'ADN doivent d'abord être copiées ou « transcrites » en une molécule à simple brin appelée acide ribonucléique (ARN), comme illustré ci-dessus dans la figure 1. Ce premier transcrit d'ARN subit plusieurs modifications structurelles, connues collectivement sous le nom de « traitement », avant d'être utilisé pour assembler les acides aminés. Ces étapes de traitement incluent le « splicing » des segments introniques inutiles de l'ARN et l'ajout de nucléotides à une extrémité — la « queue poly(A) » — qui favorisent le bon fonctionnement de l'ARN dans la cellule. C'est l'ARN « traité » qui participe directement à l'assemblage des acides aminés en protéines. La transcription d'un gène en une copie d'ARN est très finement contrôlée, en partie par des séquences régulatrices hautement spécifiques appelées promoteurs, qui pour la plupart des gènes se trouvent dans l'ADN juste à l'extérieur de la région transcrite mais à proximité de la position où la transcription en ARN devrait commencer.

Lorsqu'une cellule se divise, la séquence complète de son ADN doit être dupliquée en deux copies fidèles de l'original ; une copie est transmise à chacune des cellules « filles » créées par la division. Parfois, des erreurs surviennent dans ce mécanisme de copie, créant des « mutations » dans la séquence d'ADN. Il existe plusieurs types de mutations, notamment les substitutions d'un ou de quelques nucléotides, les délétions de nucléotides, les duplications de segments d'ADN ou l'insertion de segments d'ADN étrangers dans une séquence d'ADN non apparentée. De tels changements peuvent survenir dans la plupart des cellules du corps – foie, peau, muscle, etc. – sans être transmis à la descendance lorsque l'organisme se reproduit. Cependant, lorsque des mutations surviennent dans l'ovule ou le spermatozoïde ou, plus généralement dans les « cellules germinales » (c'est-à-dire l'ovule ou le spermatozoïde plus leurs précurseurs embryologiques), elles peuvent être transmises aux générations futures. Souvent, les mutations sont sans conséquence : par exemple, elles peuvent se situer en dehors d'un gène, ou si elles se trouvent dans un gène, elles peuvent ne pas modifier l'acide aminé codé. De nombreuses différences génétiques entre des espèces étroitement apparentées sont considérées comme représentant de telles mutations aléatoires sans conséquence. Parfois, cependant, les mutations endommagent gravement la fonction d'un gène. En effet, de telles mutations sont à l'origine de maladies génétiques comme la mucoviscidose, l'anémie falciforme, la phénylcétonurie et des centaines d'autres, ainsi que de nombreuses aberrations génétiques étudiées chez les animaux de laboratoire. Lorsque les généticiens moléculaires examinent l'ADN de patients atteints de telles maladies bien caractérisées, ils peuvent presque toujours trouver le gène défectueux et identifier la mutation qui l'a inactivé, car il est rare qu'une maladie génétique soit causée par une délétion supprimant un gène entier. Les mutations causant des maladies génétiques et des malformations sont généralement si préjudiciables à la survie et au succès reproducteur de l'organisme que dans la nature – c'est-à-dire en l'absence de la science médicale moderne – elles auraient tendance à être « éliminées » par la pression de la sélection naturelle. Rarement, les mutations peuvent être bénéfiques pour un organisme : ces cas rares constituent la base des adaptations évolutives qui améliorent la « fitness » d'un organisme à son environnement.

2.2 Erreurs de l'ADN

La technologie de l'ADN recombinant a permis, ces dernières années, aux scientifiques de déterminer la séquence des nucléotides dans des segments d'ADN de nombreuses espèces, et plusieurs milliards de nucléotides d'informations ont ainsi accumulé. Ces séquences ont considérablement accru notre compréhension de la façon dont les gènes fonctionnent normalement ; mais, plus au cœur de cet article, elles ont fourni un trésor de « erreurs » génétiques qui constituent des indices potentiels pour l'analyse de la copie évoquée précédemment. Dans ce contexte, j'utilise le mot « erreur » pour inclure toute caractéristique de l'ADN que nous avons de bonnes raisons de croire (1) avoir originaire d'un « accident » génétique ; (2) ne servir aucun avantage à l'organisme portant les caractéristiques ; et (3) ne peut donc raisonnablement être interprété comme ayant été « conçu ». Je discuterai de plusieurs classes chevauchantes de ces « erreurs », qui plaident en faveur de l'évolution de manières légèrement différentes. Une classe inclut les « pseudogènes », ou copies non fonctionnelles endommagées de gènes. Je discuterai de trois classes de pseudogènes, la dernière chevauchant avec une autre catégorie plus large d'« erreurs » génétiques connues sous le nom de rétrotransposons, qui seront également discutées. Voir la Figure 2.

2.2.1 Pseudogènes

a. Pseudogènes unitaires.

Les cobayes et les primates, y compris les humains, tombent malades s'ils ne consomment pas d'acide ascorbique dans leur alimentation. Pour les humains et les cobayes, l'acide ascorbique est donc une vitamine (vitamine C), tandis que la plupart des autres espèces peuvent synthétiser leur propre acide ascorbique et n'ont donc pas besoin de cette molécule dans leur alimentation. La raison pour laquelle les humains et les cobayes ne peuvent pas fabriquer leur propre acide ascorbique est qu'ils manquent d'un gène fonctionnel codant pour l'enzyme protéique connue sous le nom de L-gulono-gamma-lactone oxydase (GLO), qui est nécessaire pour synthétiser l'acide ascorbique. Chez la plupart des mammifères, des gènes GLO fonctionnels sont présents, hérités - selon l'hypothèse évolutionniste - d'un gène GLO fonctionnel chez un ancêtre commun des mammifères. Selon cette vision, les copies du gène GLO dans les lignées humaine et cobaye ont été désactivées par des mutations. Presumably, cela s'est produit séparément chez les ancêtres des cobayes et des primates dont les régimes naturels étaient si riches en acide ascorbique que l'absence d'activité enzymatique GLO n'était pas un désavantage - elle n'a pas exercé de pression de sélection contre le gène défectueux.

Les généticiens moléculaires qui examinent les séquences d'ADN sous un angle évolutif savent que les grandes délétions de gènes sont rares, de sorte que les scientifiques s'attendaient à ce que des copies mutantes non fonctionnelles du gène GLO --connues sous le nom de « pseudogènes»-- soient encore présentes chez les primates et les cochons d'Inde en tant que vestiges du gène ancestral fonctionnel. En revanche, les créationnistes croient que les humains et les cochons d'Inde ont été créés indépendamment de toutes les autres espèces et doivent avoir été «conçus» pour fonctionner sans GLO. Si cela était vrai, on ne s'attendrait pas à ce que ces deux espèces portent une copie défectueuse du gène GLO. En fait, des pseudogènes GLO ont été détectés chez les cochons d'Inde et les humains (Nishikimi et al. J Biol Chem 267: 21967, 1992; Nishikimi et al. J Biol Chem 269:13685, 1994), ce qui est cohérent avec le point de vue évolutif ; il est vraisemblable que des pseudogènes apparentés existent également chez les primates non humains qui nécessitent de la vitamine C dans leur alimentation. Les types de mutations trouvés dans les pseudogènes humains et de cochons d'Inde sont typiques de ceux observés dans les maladies génétiques comme celles mentionnées précédemment. Dans cet essai, j'appelle les séquences d'ADN GLO humaines et de cochons d'Inde « pseudogènes unitaires » pour les distinguer de deux autres types de pseudogènes se produisant dans une espèce qui possède également une copie fonctionnelle du même gène (voir ci-dessous). Les lecteurs doivent noter que le terme « pseudogène unitaire » est utilisé ici par commodité ; il n'existe pas de nomenclature standard pour décrire ce type rare de pseudogène.

Les pseudogènes unitaires sont relativement rares ; chacun est comme un défaut génétique qui affecte tous les individus d'une espèce. Mais ces gènes défectueux ne correspondent pas à des maladies génétiques car, s'ils causaient des symptômes significatifs ou d'autres inconvénients à leurs propriétaires, les individus possédant des gènes intacts auraient gagné la course à la survie et à la reproduction il y a longtemps, éliminant ainsi le pseudogène. D'un point de vue évolutif, les pseudogènes unitaires représentent des vestiges génétiques de gènes dont la fonction était importante chez les espèces ancestrales mais sont devenus inutiles chez l'espèce moderne ; c'est-à-dire qu'il s'agit de séquences d'ADN vestigiales. La présence de vestiges de pseudogènes non fonctionnels s'explique facilement par le modèle évolutif : ils sont une conséquence naturelle de mutations qui ne sont pas éliminées par la sélection naturelle car la fonction du produit du gène est devenue inutile. En fait, ce modèle prédit que de nombreux pseudogènes unitaires devraient être découverts si les scientifiques examinent les gènes spécifiant des structures vestigiales — par exemple, les gènes codant pour des structures oculaires chez des espèces aveugles comme les taupes ou les cavernicoles. (Un exemple confirmant cette prédiction a été récemment décrit chez les taupes marsupiales : un apparent pseudogène unitaire lié au gène de la protéine de liaison aux rétinoïdes interphotorecepteurs [Springer et al., PNAS 94:13754, 1997]. Un exemple conceptuellement similaire dans l'ADN humain est fourni par les séquences d'ADN des récepteurs odorants : environ 70 % de ces séquences sont des pseudogènes, reflétant le statut presque vestigial de notre perception olfactive par rapport à celle d'autres espèces [Rouquier et al., Nat Genet 18:243,1998; Rouquier, et al. Human Molec Genet &:1337,1998; Sharon et al., Genomics 61:24,1999; Rouquier et al., PNAS 97:2871,2000; Glusman et al, Genome Res 11:685, 2001].) En revanche, de tels pseudogènes ne seraient pas attendus si chaque espèce avait été créée indépendamment par un concepteur intelligent (sauf si ce concepteur simulait intentionnellement l'évolution). Plusieurs autres pseudogènes unitaires sont connus chez l'homme, notamment des séquences homologues [c'est-à-dire similaires et considérées comme dérivées d'un ancêtre commun] aux gènes codant pour l'urate oxydase (Yeldandi et al, Gene 109:2821, 1994; Wu et al, J Mol Evol 34:78, 1992), l'alpha-1,3-galactosyltransférase (Galili et Swanson, PNAS 88:7401,1991) et la protéine de surface RT6, une ADP-ribosyltransférase liée au glycérophosphatidylinositol (Haag et al, J Mol Biol 243:537,1994). D'autres pourraient être découverts à mesure que le Projet Génome Humain avancera la connaissance de notre séquence d'ADN.

(Un autre groupe intéressant de pseudogènes unitaires sont les séquences polymorphes qui sont des gènes chez certains individus et des pseudogènes chez d'autres, avec des fréquences différentes de pseudogènes dans diverses populations. Les exemples incluent les gènes humains pour le récepteur chimokine CCR5, pour l'alpha2-fucosyltransférase Se, pour les cytochromes p450 2C19 et p450 2D6, pour l'enzyme thiopurine méthyltransférase, et pour la lipoprotéine apo(a). Pour ces exemples, l'absence des protéines fonctionnelles correspondantes est sans conséquence la plupart du temps, mais peut devenir cliniquement importante -- qu'elle soit bénéfique ou préjudiciable -- dans certaines circonstances environnementales ou en combinaison avec d'autres gènes. Dans certains cas, le même produit génique peut être bénéfique dans certaines circonstances et préjudiciable dans d'autres, de sorte que la sélection conduit à une fréquence allélique intermédiaire.)

b. Pseudogènes dupliqués classiques

Une classe beaucoup plus large de pseudogènes semble provenir d'erreurs dans un schéma de modification des gènes qui a été important dans l'évolution des gènes fonctionnels normaux : le schéma de duplication et de différenciation (Ohta, Genome 31:304,1989 ; Holland et al., Dev Suppl 36:125, 1994). Ce schéma est évident à partir de l'observation fréquente (dans l'ADN d'une variété d'espèces) de blocs de séquences qui semblent avoir été dupliqués de sorte que deux ou plusieurs répétitions de séquences similaires apparaissent côte à côte, c'est-à-dire en tandem (voir boîte 1).

Il est vraisemblable que, immédiatement après la duplication, chaque copie de gène avait une séquence identique. (Voir la figure 3.) Mais lorsque les séquences d'ADN sont copiées d'une génération à l'autre, des mutations peuvent s'accumuler de manière indépendante dans les copies de séquences dupliquées, avec plusieurs conséquences possibles.

i. Certaines mutations peuvent n'avoir aucun effet sur le fonctionnement du gène.

ii. D'autres mutations peuvent aboutir à une protéine ayant une fonction légèrement différente de celle du gène original. En fait, une telle différenciation des gènes dupliqués pour développer de nouvelles fonctions dans une copie semble expliquer une part significative de l'expansion de la complexité des gènes des organismes supérieurs. Par exemple, le gène d'une protéine primitive de transport de l'oxygène est censé s'être dupliqué, donnant lieu à des gènes distincts codant pour la myoglobine (la protéine de transport de l'oxygène du muscle) et l'hémoglobine (la protéine de transport de l'oxygène des globules rouges). Ensuite, le gène de l'hémoglobine s'est dupliqué et les copies se sont différenciées en les formes connues sous les noms de et . Plus tard, à la fois les gènes d'hémoglobine et se sont dupliqués plusieurs fois, produisant un groupe de séquences liées à l'hémoglobine- et un groupe de séquences liées à l'hémoglobine-. Les groupes incluent des gènes fonctionnels légèrement différents, qui sont exprimés à des moments différents durant le développement de l'embryon à l'adulte, et qui codent pour des protéines spécifiquement adaptées à ces périodes de développement. La divergence entre la myoglobine et les gènes et s'est produite si longtemps en arrière dans l'évolution que le brassage d'informations génétiques qui se produit occasionnellement dans l'ADN a distribué ces gènes sur différents chromosomes. Les gènes au sein du groupe et du groupe se sont dupliqués plus récemment dans l'évolution et se trouvent toujours en groupes.

iii. Enfin, d'autres mutations qui modifient des acides aminés critiques, qui affectent l'épissage des introns ou qui créent de nouveaux codons stop, peuvent complètement détruire la fonction d'une séquence de gène dupliquée et la rendre un pseudogène ; en effet, c'est le sort de la plupart des gènes dupliqués (Lynch et Conery, Science 290:1151, 2000). Les types de mutations qui détruisent la fonction des gènes ressemblent à nouveau à celles qui ont désactivé des gènes non dupliqués essentiels, causant ainsi des maladies génétiques. Les gènes défectueux qui ne sont pas dupliqués ont tendance à disparaître des populations au fil du temps car les individus dépourvus d'une copie fonctionnelle du gène sont moins capables de survivre pour produire une descendance (sauf si le gène n'est plus nécessaire, comme dans les pseudogènes unitaires). Cependant, lorsqu'un gène défectueux existe à côté d'une copie normale dupliquée, la fonction continue du gène normal compense généralement toute mutation dans la copie défectueuse ; la séquence défectueuse est généralement inoffensive et peut être perpétuée dans l'ADN en tant que pseudogène « classiquement dupliqué ». En général, chaque pseudogène de ce type contient une séquence ressemblant à l'ensemble du gène, y compris les séquences régulatrices situées en dehors des séquences codant pour les acides aminés, et les introns qui interrompent les séquences codantes (voir ci-dessus). De nombreux pseudogènes de ce type ont été trouvés dans l'ADN d'une variété d'organismes, y compris les humains. Par exemple, à la fois les clusters alpha et bêta des gènes de l'hémoglobine chez l'humain incluent des pseudogènes dupliqués de ce type.

Même si la plupart des pseudogènes « classiques » se situent à proximité du gène d'origine par duplication en tandem, plusieurs laboratoires ont récemment décrit une variété particulière de pseudogènes dupliqués situés près des centromères de plusieurs chromosomes différents. (Les centromères sont les segments chromosomiques où, juste avant la division cellulaire, les deux copies chromosomiques en forme de hot-dog dupliquées apparaissent liées ensemble, comme illustré dans la Figure 4 ci-dessous). Apparemment, au cours de l'évolution des primates, plusieurs régions d'ADN ont subi un processus mal compris qui a distribué des copies imparfaites aux régions centromériques de multiples chromosomes. Les gènes de ces copies incluent des introns, mais sont dans de nombreux cas tronqués et présentent généralement plusieurs mutations ponctuelles les rendant des pseudogènes non fonctionnels. Des exemples de ces pseudogènes centromériques incluent des séquences liées au gène de l'adrenoleucodystrophie ALD (Eichler et al., Human Molec Genet 6:991, 1997), le gène du transporteur de créatine SLC6A8 (Eichler et al. Human Molec Genet 5:899, 1996), le gène de la neurofibromatose NF1 (Human Molec Genet 6:9, 1997) et un gène appelé FRG1 proche du locus de la dystrophie musculaire facioscapulohumérale (Grewal et al., Gene 227:79, 1999).

c. Pseudogènes traités

Une classe entièrement différente de pseudogènes, appelée pseudogènes traités (voir la figure 3, panneau inférieur droit), provient d'insertions naturelles de copies supplémentaires de gènes dérivées de transcrits d'ARN. Trois caractéristiques de ces séquences suggèrent une origine à partir d'ARN :

i. Chaque séquence de pseudogène traité ressemble à un transcrit d'ARN en ce que la similarité du pseudogène avec son « gène source » s'étend du site d'initiation de l'ARN au site de terminaison de l'ARN, mais ne comprend pas les séquences situées juste en dehors de la région transcritée, y compris les séquences régulatrices comme les promoteurs.

ii. Ces pseudogènes manquent des séquences d'introns qui sont normalement transcrites en ARN mais qui sont ensuite excisées de l'ARN avant qu'il ne soit utilisé pour spécifier la séquence d'acides aminés d'une protéine.

iii. Elles incluent généralement la « queue » poly(A) caractéristique des transcrits d'ARN qui codent des protéines.

De plus, contrairement aux pseudogènes dupliqués classiques, qui sont généralement trouvés à proximité du gène fonctionnel d'où ils ont été dérivés par duplication, les pseudogènes traités sont apparemment insérés dans l'ADN à des emplacements aléatoires. Cette aléatoire est ce que l'on s'attendrait d'une molécule d'ARN qui peut flotter librement loin de son gène source (d'où elle a été initialement transcrite) avant qu'une copie ne soit réinsérée dans l'ADN. Même si elle encode une séquence d'acides aminés correcte, un pseudogène traité est généralement non fonctionnel car il manque les séquences régulatrices (comme un promoteur transcriptionnel) nécessaires à l'expression du gène ; en tant que copie supplémentaire non fonctionnelle, une telle séquence peut accumuler des mutations aléatoires sous aucune pression de sélection, c'est-à-dire sans réduire le succès reproductif d'un organisme qui porte de telles mutations.

Les pseudogènes traités ne doivent pas être confondus avec un petit nombre de copies de gènes rétrotransposées qui sont en réalité des gènes fonctionnels. Ceux-ci peuvent apparaître car, rarement, une copie d'ADN d'un ARN traité peut s'insérer dans l'ADN d'une manière telle que la copie insérée puisse être activement exprimée. Dans ces cas, la séquence d'ADN peut conserver sa fonction et ainsi rester sous pression de sélection contre l'accumulation de mutations. Bien que de telles séquences – qui peuvent être appelées gènes traités ou gènes rétrotransposés – représentent une infime fraction des copies de gènes rétrotransposées observées, plus d'une douzaine ont été découvertes, en particulier en tant que copies de gènes exprimées spécifiquement dans le testicule (Kleene et al, J Molec Evol 47: 275, 1998). Ces gènes rétrotransposés sont facilement distingués des pseudogènes traités par leur absence de mutations invalidantes. Le fait que ces quelques copies d'ADN rétrotransposées soient des gènes utiles ne laisse présager aucune fonction pour les pseudogènes traités beaucoup plus nombreux, avec de multiples mutations invalidantes comme les codons stop qui empêcheraient leur expression en tant que protéines fonctionnelles.

Dès Darwin, les évolutionnistes ont pointé du doigt les structures vestigiales — telles que les yeux sans fonction des animaux aveugles vivant en grotte ou les os pelviens rudimentaires de certains serpents — comme soutenant le point de vue évolutionniste. Ces structures ne remplissent aucune fonction apparente qui pourrait expliquer leur conception par un créateur, mais elles peuvent être facilement comprises dans la perspective évolutionniste comme dérivant de structures qui étaient fonctionnelles chez les espèces ancestrales. Les séquences génétiques vestigiales — c'est-à-dire les pseudogènes — offrent des exemples exquis de structures vestigiales et constituent ainsi une preuve particulièrement convaincante de l'évolution. De telles séquences peuvent être étudiées chez une variété d'espèces ; leur relation avec leur contrepartie fonctionnelle est évidente et quantitative (basée sur le nombre de différences de séquence entre le gène et le pseudogène) ; et l'ensemble des pseudogènes de type « processed » peut — avec des exceptions rares et facilement reconnaissables — être considéré comme totalement sans fonction depuis leur origine. Enfin, les pseudogènes constituent une source riche de données car ils sont abondants. La séquence récemment achevée du chromosome 22 humain (Dunham et al, Nature 402:489, 1999) a identifié 134 pseudogènes ainsi que 545 gènes dans la région séquencée, ce qui correspond à environ 1,1 % du génome humain. Si cet échantillon est représentatif, nous pouvons nous attendre à trouver environ 15 000 pseudogènes dans le génome humain.

2.2.2 Rétrotransposons

Comment une séquence d'ARN traitée pourrait-elle retourner dans l'ADN ? En fait, les pseudogènes traités sont des membres d'une classe beaucoup plus large de séquences connues sous le nom d'éléments rétrotransposés, que j'appelle ici « rétrotransposons », et qui impliquent tous des séquences d'ARN insérées dans l'ADN. Comme discuté ci-dessus, dans la physiologie moléculaire cellulaire normale, l'information génétique passe de l'ADN à l'ARN puis à la protéine. Parfois, cependant, un accident génétique survient et l'ARN est rétrotranscrit en ADN (« rétro » ou à l'envers par rapport à la direction normale) et l'ADN est déposé à nouveau (ou « rétrotransposé ») à une position aléatoire dans l'ADN de la cellule. (Voir la figure 4.) Certains lecteurs peuvent reconnaître la rétrotransposition comme le mécanisme par lequel les rétrovirus comme le VIH – le virus du SIDA – se cachent dans l'ADN des cellules T des patients atteints du SIDA. Comme dans le cas du VIH, une exigence critique pour toute rétrotransposition est l'activité d'une enzyme appelée transcriptase inverse (TI), qui génère une copie d'ADN de la séquence d'ARN. Aucun gène codant pour cette enzyme n'est connu pour être présent dans le génome humain, sauf dans des copies associées à des éléments qui subissent une rétrotransposition. L'enzyme TI n'a aucune fonction connue pour la physiologie cellulaire normale, bien qu'il semble qu'une variante spécialisée de la transcriptase inverse soit impliquée dans le maintien des télomères, séquences répétitives situées aux extrémités des chromosomes. Une fois qu'une copie d'ADN d'un ARN a été synthétisée par la TI, cet ADN peut être inséré dans des bris d'ADN qui se produisent de temps en temps dans la cellule et qui sont normalement scellés par un complexe machinerie d'enzymes de réparation de l'ADN requises par toutes les cellules. De tels bris se produisent souvent à des positions légèrement différentes dans les deux brins d'ADN, produisant des « extrémités décalées » ; les séquences de rétrotransposons insérées entre de telles extrémités sont fréquemment flanquées des deux côtés par de courtes séquences identiques créées par la réparation des deux extrémités décalées.

Parmi les nombreux types de rétrotransposons connus des biologistes moléculaires, je mentionnerai quatre grandes classes présentes dans l'ADN humain. (Pour une revue récente, voir Prak et Kazazian, Nature Reviews, 1:134, 2000.)

a. Pseudogènes traités. En général, les pseudogènes traités (décrits ci-dessus) ont été découverts lorsque les scientifiques ont criblé le génome (en utilisant des techniques hors de la portée de cet article) à la recherche de séquences similaires à des gènes connus. Ces criblages ont révélé des versions mutées présentant les caractéristiques « traitées » décrites ci-dessus, conduisant à leur identification comme rétrotransposons. Comme tout rétrotransposon, cette classe n'aurait pu entrer dans l'ADN germinale (c'est-à-dire l'ADN des cellules sexuelles permettant la propagation aux générations futures) que si les cellules germinales contenaient deux composants : des transcrits d'ARN du gène et une transcriptase inverse (TI) pour le recopier en ADN. Examinons ces deux composants à tour de rôle. De nombreuses des protéines les plus connues ne sont trouvées que dans des tissus spécifiques différenciés et ne sont pas exprimées ailleurs. Par exemple, l'hémoglobine est produite uniquement dans les cellules sanguines et leurs précurseurs, et les protéines des pigments visuels sont produites uniquement dans l'œil. Les gènes de telles protéines spécifiques aux tissus sont presque jamais transcrits dans les cellules germinales, et ils contribuent donc rarement aux pseudogènes traités. En revanche, toutes les cellules possèdent certaines protéines « d'entretien » nécessaires aux fonctions métaboliques de base ; les transcrits d'ARN codant pour ces protéines sont présents dans les cellules germinales et contribuent fréquemment aux pseudogènes traités. Le gène de la glyceraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase est, par exemple, un gène d'entretien représenté par environ 10 pseudogènes traités dans l'ADN humain (Ercolani et al., JBC 263:15335, 1988). Comme mentionné ci-dessus, les séquences de pseudogène traité ne comprennent pas les séquences promoteur nécessaires à l'initiation de la transcription de l'ARN ; dès qu'elles sont insérées dans l'ADN, ces pseudogènes ne sont généralement pas transcrits et ne peuvent donc pas eux-mêmes représenter un gène source pour de futurs rétrotransposons. (Cette limitation contraste avec les caractéristiques d'autres classes de rétrotransposons, comme nous le verrons ci-dessous.) L'autre composant nécessaire à la rétrotransposition est la transcriptase inverse. La TI n'est pas présente dans la plupart des tissus normaux en quantités mesurables, bien qu'elle puisse être exprimée si une cellule est infectée par un rétrovirus portant le gène de cette enzyme. Les cellules germinales, en revanche, sont un type de cellule dans lequel l'activité de la TI peut être trouvée en l'absence de rétrovirus infectieux. Dans ces cellules, l'enzyme dérive apparemment d'autres éléments rétrotransposons – à discuter ci-dessous – qui portent des gènes de TI fonctionnels au sein de leur séquence.

b. SINEs. La classe de Séquences Répétées Interspersées Courtes (SINEs) la mieux caractérisée chez les primates est connue sous le nom de séquences Alu. Ces séquences ont une longueur d'environ 300 pb et ne codent aucune séquence protéique. L'analyse récente de la séquence d'ADN du génome humain a révélé environ 1,1 million d'Alus, représentant 10,6 % de l'ADN (Nature 409:860, 2001). Contrairement aux pseudogènes traités, qui ne sont généralement pas transcrits, les séquences Alu comprennent un segment qui peut agir comme un promoteur transcriptionnel interne ; ainsi, chaque insertion Alu peut potentiellement être transcrite en ARN, servant de source pour une nouvelle insertion. Cette propriété peut expliquer en partie comment ces séquences sont devenues si abondantes dans nos génomes. Cependant, les preuves actuelles suggèrent qu'un très petit nombre de séquences Alu sont des sources actives de transcrits ; peut-être que la transcription de la plupart des copies est inhibée par l'environnement chromosomique de l'insertion (Englander et Howard, JBC 270:10091, 1995). Même si des transcrits d'ARN Alu existent dans certaines cellules germinales, ils se réinsèrent dans l'ADN très rarement car cette étape nécessite une transcriptase inverse, qui peut ne pas être présente dans les mêmes cellules où l'ARN Alu est transcrit.

c. LINEs. Les éléments dispersés longs (Long Interspersed Elements) représentent une famille de séquences apparentées présentes dans environ 868 000 copies de notre ADN, constituant environ 20 % de notre génome (Nature 409:860, 2001). Ils diffèrent des séquences Alu par leur longueur beaucoup plus grande – jusqu'à environ 7000 paires de bases – et par la présence de deux séquences codantes potentielles. L'une de ces séquences codantes présente une similitude avec des gènes RT actifs. Bien que dans la plupart des copies de LINE, le gène RT contienne de nombreuses mutations qui empêcheraient son encodage d'une enzyme RT fonctionnelle, certaines copies de LINE encodent une transcriptase inverse active. De plus, les régions régulatrices situées juste à l'extérieur des séquences codantes des LINEs provoquent l'expression des gènes de manière sélective dans les cellules germinales. Les LINEs possèdent ainsi plusieurs propriétés attendues des séquences d'ADN « égoïstes » qui peuvent se propager dans l'ADN de l'hôte simplement parce qu'elles encodent leur propre machinerie de propagation. Les LINEs peuvent être exprimées dans les cellules germinales sous forme d'ARN, et les rares copies qui encodent une RT fonctionnelle peuvent permettre la transcription inverse de l'ARN LINE en une copie d'ADN qui peut ensuite s'insérer dans de nouveaux emplacements dans l'ADN de la cellule germinale ; lorsque de telles cellules mûrissent en ovule ou en spermatozoïde, la transmission de la nouvelle LINE aux générations futures peut se produire. Apparemment, la RT se détache souvent de l'ARN avant que la transcription inverse ne soit complète, puisque la plupart des copies de LINE sont tronquées à leurs extrémités 5'. Il est possible que l'activité de transcriptase inverse encodée par les LINEs puisse également produire des copies transcrites à l'envers d'autres ARN – telles que les transcrits Alu et les transcrits d'ARN de gènes – qui conduisent à de nouvelles insertions de séquences Alu et de pseudogènes traités dans l'ADN cellulaire.

d. Rétrovirus endogènes. Les rétrovirus infectieux ont été découverts comme agents de maladies humaines et ont fait l'objet d'études intensives. Ils sont les éléments rétroposants les plus complexes et peuvent avoir évolué à partir d'éléments plus simples décrits ci-dessus. Tous contiennent deux répétitions terminales longues (LTR) identiques et non codantes à leurs extrémités, ainsi que trois gènes connus sous les noms gag, pol et env. Ces gènes sont encodés dans le virus non par de l'ADN mais par de l'ADN. Le gène pol encode la transcriptase inverse et peut également encoder des activités enzymatiques supplémentaires. Le gène env encode des protéines qui recouvrent la surface externe (enveloppe) du virus infectieux. Le gène gag encode des protéines supplémentaires nécessaires au traitement des composants viraux. La structure commune à tous les rétrovirus est donc LTR-gag-pol-env-LTR. La LTR « gauche » comprend des séquences régulatrices qui peuvent initier la transcription de l'ARN vers la droite, dans gag-pol-env-LTR ; la LTR « gauche » est ensuite recopiée à partir de la LTR « droite » par un mécanisme complexe. Les rétrovirus infectieux incluent le HTLV-I, qui provoque un type de leucémie chez l'humain, et le VIH, qui provoque le sida. Ces virus infectent typiquement des types spécifiques de globules blancs – les lymphocytes – et insèrent des copies rétrotranscrites de leurs gènes d'ARN dans l'ADN de ces cellules. Peu après la découverte des rétrovirus infectieux, les scientifiques ont remarqué que des séquences similaires étaient présentes dans l'ADN de nombreuses espèces mammifères, y compris les humains ; ces copies sont appelées rétrovirus endogènes et représentent probablement les conséquences d'infections rétrovirales anciennes de cellules germinales. Dans l'ADN humain, il existe environ 8 classes différentes de rétrovirus endogènes, avec des membres de chaque classe variant en nombre d'un ou deux à plus de 50 copies. Presque tous ces rétrovirus endogènes contiennent des mutations qui perturberaient la fonction de leurs gènes, comme on s'y attendrait s'ils s'étaient insérés il y a des millions d'années sans pression de sélection pour maintenir la fonction des gènes. En outre, les séquences LTR dupliquées représentent des cibles potentielles pour des événements de « recombination homologue » qui suppriment l'ADN entre la région correspondante des LTR, ne laissant qu'une seule séquence LTR composite ; il existe beaucoup plus de copies de ces fragments LTR isolés dans l'ADN que de copies rétrovirales complètes.

3. Comment les erreurs anciennes peuvent persister chez les espèces modernes

Comment chacune des plusieurs sortes de séquences non fonctionnelles mentionnées ci-dessus, apparaissant dans une cellule germinale d'un individu particulier, peut-elle être préservée chez tous les individus d'une espèce ? Une possibilité est que chacune de ces séquences se soit trouvée fortuitement à proximité d'un gène avantageux qui est devenu prévalent dans une population par sélection naturelle (le pseudogène ou rétrotransposon a « monté sur le dos » du gène avantageux voisin ; voir Nurminsky et al, Nature 396:572,1998 ; Nurminsky et al. Science 291:128, 2001). Peut-être de telles séquences non fonctionnelles apparaissent-elles à une fréquence élevée et ne voyons-nous que celles qui sont préservées par de telles influences indirectes ou par des événements fortuits dans de petites populations.

Le fardeau supplémentaire de transporter même une grande séquence de pseudogène -- par exemple, 100 000 nucléotides -- est insignifiant pour une cellule mammalienne contenant environ trois milliards de nucléotides d'information. Dans tous les cas, il n'existe aucun mécanisme connu de "relecture" par lequel la cellule pourrait distinguer l'ADN non fonctionnel de l'ADN fonctionnel et éliminer sélectivement ce dont elle n'a pas besoin. Les séquences d'ADN sans fonction que les scientifiques ont insérées dans l'ADN de souris ou d'autres espèces sont fidèlement transmises aux descendants, et les pseudogènes et rétrotransposons naturellement présents semblent se comporter de manière similaire. L'accumulation d'ADN sans fonction n'est pas totalement sans opposition ; des délétions d'ADN se produisent, mais apparemment comme des accidents rares qui ne font pas de distinction entre les séquences fonctionnelles et non fonctionnelles. Les délétions qui éliminent des gènes fonctionnels cruciaux ont été reconnues comme des causes rares de maladies génétiques ; la diminution de la fitness des individus qui les portaient tendrait à éliminer les copies d'ADN comportant de telles délétions. D'autres délétions qui, par hasard, n'éliminent aucun gène fonctionnel pourraient éliminer certains ADN inutiles, y compris les pseudogènes et les rétrotransposons ; mais un individu portant une telle délétion n'aurait aucun avantage sélectif particulier en raison de cette délétion, de sorte que la propagation des copies d'ADN portant la délétion dans la population dans son ensemble ne serait pas plus probable que la propagation de toute autre mutation sans conséquence. Ainsi, de tels événements de délétion constituent clairement un mécanisme de "nettoyage des déchets" inefficace ; et, comme conséquence inévitable de cette inefficacité, de substantielles quantités de séquences de "déchets" sans fonction se sont accumulées entre les gènes fonctionnels des mammifères. C'est une caractéristique du matériel génétique qui n'a été appréciée que lorsque la technologie de l'ADN recombinant a permis aux biologistes moléculaires de regarder au-delà des séquences d'acides aminés vers la structure de l'ADN lui-même. Bien que la forte teneur en "ADN poubelle" ait été initialement surprenante lors de sa découverte, notre compréhension actuelle des mécanismes d'expansion du génome (duplication et insertion) et l'absence apparente de pression sélective significative pour minimiser la taille du génome se combinent pour rendre l'accumulation de séquences inutiles dans notre ADN inévitable.

4. L'argument de l'ADN en faveur de l'évolution : pseudogènes partagés et rétrotransposons

L'observation cruciale reliant la découverte des pseudogènes et des rétrotransposons à la théorie de l'évolution est la suivante : certains pseudogènes et rétrotransposons sont partagés entre différentes espèces, comme s'ils avaient été copiés à partir d'un pseudogène ou d'un rétrotransposon dans un ancêtre commun. Examinons des exemples tirés de chacune des classes d'"erreurs" que nous avons discutées ci-dessus.

4.1. Pseudogènes unitaires partagés. De nombreux pseudogènes unitaires chez l'homme décrits précédemment sont partagés avec d'autres primates. Par « partagé », je veux dire plus que le fait que le même gène soit inactif chez deux espèces différentes, car cette situation pourrait résulter si les gènes correspondants des deux espèces avaient été inactivés séparément par des mutations indépendantes. Au lieu de cela, dans tous les exemples que je décris, les pseudogènes chez les primates portent de nombreuses des mêmes mutations invalidantes trouvées dans les pseudogènes humains correspondants. Puisque des mutations aléatoires indépendantes ne seraient pas susceptibles d'être identiques chez deux espèces différentes, les pseudogènes mutés de manière identique constituent une preuve forte que les mutations sont survenues chez une espèce ancestrale commune.

Pour l'exemple de l'unité pseudogène unitaire GLO des humains, il est connu que la vitamine C est requise dans l'alimentation d'autres primates, (bien que pas pour d'autres mammifères sauf les cochons d'Inde). La théorie de l'évolution ferait la prédiction forte que les primates devraient également être trouvés avoir des pseudogènes GLO et que ceux-ci porteraient des mutations désastreuses similaires à celles trouvées dans le pseudogène humain. Cette prédiction a été énoncée dans des versions antérieures du présent essai. Un test de cette prédiction a récemment été rapporté. Un petit segment de la séquence du pseudogène GLO a récemment été comparé chez l'humain, le chimpanzé, le macaque et l'orang-outan ; tous les quatre pseudogènes ont été trouvés partager une délétion unique d'un nucléotide commune désastreuse qui ferait que le reste de la protéine serait traduit dans le mauvais cadre de lecture triplet (Ohta et Nishikimi BBA 1472:408, 1999).

Le gène RT6 mentionné ci-dessus (2.2.1.a) code une protéine d'environ 230 acides aminés exprimée sur la membrane de surface des lymphocytes T de rongeurs ; à la fois le pseudogène humain et son homologue chimpanzé contiennent des mutations produisant les mêmes trois codons stop qui empêcheraient la synthèse d'une protéine RT6 (Haag et al, M Mol Biol 243:537,1994). Plusieurs des pseudogènes de récepteurs odorants humains mentionnés ci-dessus sont présents chez d'autres primates et partagent les mêmes défauts que les pseudogènes humains (Rouquier S et al., Nat Genet18:243,1998; Rouquier S, et al. Human Molec Genet &:1337,1998; Sharon et al., Genomics 61:24,1999). Le pseudogène du récepteur NPY1 humain partage une mutation de cadre critique avec les homologues primates (Matsumoto et al., J Biol Chem 271:27217, 1996). Le pseudogène de l'urate oxydase humain partage trois mutations invalidantes avec les pseudogènes chimpanzés et orang-outans (Wu et al, J Mol Evol 34:78, 1992). En outre, le pseudogène de la galactosyltransférase présent dans le génome humain est partagé avec les grands singes et les singes anthropoïdes ( Galili et Swanson, PNAS 88:7401, 1991) bien que l'interprétation évolutive de ces pseudogènes de galactosyltransférase partagés soit complexe car il pourrait y avoir eu une pression de sélection pour inactiver cette enzyme (voir Boîte 2).

En résumé, bien que les pseudogènes unitaires soient relativement rares chez l'homme, la plupart des exemples rapportés sont partagés avec d'autres primates non humains.

(Les seuls autres exemples de pseudogènes unitaires humains que je connaisse sont uniques aux humains, ayant apparemment acquis leurs défaisantes après la séparation entre l'homme et le chimpanzé ; ils sont donc d'intérêt en tant que facteurs potentiellement contribuant aux différences physiologiques entre ces deux espèces. Ces pseudogènes correspondent à une kératine du type I des cheveux [Hum Genet 108:37, 2001], à l'hydroxylase de l'acide CMP-sialique [Chou et al., PNAS 95:11751, 1998], à la monooxygénase à flavine-2 (FMO2) [J Biol Chem 273:30599, 1998], à l'hydroxylase de l'acide CMP-N-acétylneuraminique [Hayakawa et al., PNAS 98:11399, 2001] et au gène variable V10 du locus du récepteur gamma des lymphocytes T [Zhang et al., Immunogenetics 43:196, 1996]. Les lecteurs sont invités à me faire part de tout pseudogène unitaire supplémentaire.)

4.2. Pseudogènes dupliqués classiques. Il existe de nombreux exemples de pseudogènes partagés de ce type ; je ne décrirai qu'un seul. Le gène de la 21-hydroxylase des stéroïdes encode une enzyme impliquée dans le métabolisme des hormones stéroïdiennes. Dans l'ADN humain, la séquence du gène de la 21-hydroxylase, ainsi qu'un gène adjacent codant pour le « complément C4 », ont été dupliqués ; c'est-à-dire que des copies presque identiques de segments d'ADN se trouvent les unes à côté des autres, chaque copie contenant un gène de complément C4 et une séquence de 21-hydroxylase des stéroïdes. Cependant, seule la copie « B » du gène de la 21-hydroxylase est fonctionnelle ; la copie « A » chez tous les humains est un pseudogène, c'est-à-dire qu'elle contient plusieurs mutations, y compris une délétion de 8 pb qui empêcherait sa fonction. La séquence de la copie correspondante « A » du chimpanzé a été examinée ; elle contient la même délétion de 8 pb invalidante observée dans le pseudogène humain (Kawaguchi, Am J Hum Genet 50:766-80, 1992).

De nombreux pseudogènes centromériques particuliers décrits ci-dessus (dans la section 2.2.1.b) sont également conservés chez d'autres primates (Eichler et al., Human Molec Genet 5:899, 1996; Regnier et al, Human Molec Genet 6:9, 1997; Grewal et al., Gene 227: 79, 1999).

4.3. Pseudogènes pseudogéniques. Puisque l'ADN humain peut contenir environ quatre fois plus de pseudogènes pseudogéniques que de pseudogènes dupliqués classiques (en extrapolant à partir de données issues du chromosome 22 [Dunham et al, Nature 402:489, 1999]), il existe beaucoup plus d'exemples de pseudogènes pseudogéniques (que de pseudogènes classiques) partagés entre les espèces. Je vais décrire un exemple que mes collègues et moi avons découvert : un pseudogène dérivé du gène codant pour l'immunoglobuline epsilon -- un type d'anticorps qui participe aux réactions allergiques. Dans nos études visant à investiguer les bases de l'allergie, nous avons découvert une séquence qui ressemblait au gène de l'immunoglobuline epsilon, sauf qu'elle ne possédait pas d'introns, qu'elle présentait de multiples mutations invalidantes, qu'elle comportait à son extrémité une séquence de presque continues "A" (ressemblant à un tract poly(A) légèrement muté), et qu'elle était située sur un chromosome différent (le chromosome 9) de celui du gène fonctionnel (le chromosome 14) (Max et al. Cell 29:691, 1982; Battey et al. PNAS 79:5956, 1982). Nos données suggéraient que ce pseudogène pseudogénique existait également dans l'ADN des chimpanzés, et des investigations détaillées ultérieures menées par d'autres laboratoires (Kawamura et Ueda, Genomics 13:194, 1992) ont démontré que des pseudogènes presque identiques existent chez le chimpanzé, le gorille, l'orang-outan et les singes de l'Ancien Monde. Comme dans le cas de toutes les insertions d'ADN partagées par différentes espèces (voir d'autres exemples ci-dessous), l'argument selon lequel ces séquences n'ont pas été créées indépendamment mais descendent d'une insertion ancestrale commune est renforcé par la démonstration que les insertions se sont produites à la même position dans l'ADN de chaque espèce, c'est-à-dire que l'ADN entourant l'insertion est très similaire entre les espèces -- aussi proche de l'identité que l'on pourrait s'attendre compte tenu de l'occurrence de mutations qui ne sont pas sélectionnées contre.

4.4. SINEs. Parmi les environ un million de copies de séquences Alu dans le génome humain, seule une petite fraction a été comparée entre l'humain et d'autres espèces primates. Cependant, dans plusieurs longs segments d'ADN où les séquences correspondantes ont été obtenues chez l'humain et chez l'ADN de chimpanzé, presque toutes les séquences Alu sont partagées entre ces deux espèces. Par exemple, dans le cluster de -globine génés mentionné ci-dessus, les sept séquences Alu trouvées dans l'ADN humain sont présentes chez le chimpanzé, intégrées exactement aux mêmes positions (Sawada et al. J Mol Evol 22:316, 1985). Il en va de même pour les sept séquences Alu près d'un pseudogène dérivé du gène unique cdc27hs (Gonzalez et al., Genomics 18:29, 1993).

Les séquences de nombreux répétitions Alu dans l'ADN humain ont été comparées, permettant leur classification en plusieurs familles, basée sur le degré de similarité des séquences. Les membres de certaines familles sont présents dans l'ADN de nombreux primates divers, tandis que d'autres familles semblent avoir été dispersées plus récemment, car elles ne sont pas partagées par d'autres espèces. Plusieurs exemples d'insertions de la famille la plus « récente » sont connus pour être polymorphes dans la population humaine : c'est-à-dire qu'ils se produisent chez certains individus mais pas chez d'autres. En effet, la fréquence de certaines insertions Alu dans différentes populations humaines a été utilisée pour déduire les probables schémas de migration et de mélange génétique chez nos ancêtres humains. De telles observations sont cohérentes avec l'insertion de telles copies Alu après l'évolution des humains. De plus, l'excellente santé des individus qui manquent d'insertions Alu particulières soutient l'idée que ces insertions ne remplissent aucune fonction importante dans la physiologie humaine.

4.5. LINES. De nombreuses séquences LINE ont été trouvées à la même position dans l'ADN des humains et d'autres espèces, y compris des exemples dans le locus des globines, les gènes des pigments visuels et l'alcaline phosphatase intestinale (revu par Smit et al. J Mol Biol 246:401,1995). Certains des exemples rapportés sont partagés par des espèces aussi disparates que l'humain et la vache, indiquant des insertions chez les ancêtres mammaliens très anciens.

4.6. Rétrovirus endogènes. Étant donné que les rétrovirus endogènes sont moins nombreux que les autres séquences d'ADN non fonctionnelles discutées ici, et qu'une fraction relativement minime des séquences d'ADN humaines connues ont été comparées entre espèces, il existe un manque d'exemples de rétrovirus endogènes partagés. Cependant, au moins cinq exemples différents de séquences rétrovirales presque identiques intégrées à la même position dans l'ADN humain et chimpanzé ont été rapportés (Bonner et al. PNAS 79:4709, 1982; Dangel et al. Immunogenetics 42:41, 1995; Svensson et al Immunogenetics 41:74,1995; Medstrand & Mager J Virol 72:9782, 1998; Barbulescu et al. Curr Biol 9:861, 1999), tous apparemment des exemples de rétrovirus qui ont été « capturés » par nos ancêtres il y a des millions d'années. On peut anticiper que des exemples supplémentaires seront découverts à mesure que davantage de données de séquençage deviendront disponibles, en particulier à partir du chromosome Y, qui a été décrit comme un « cimetière » pour les séquences de rétrovirus endogènes tant chez l'humain que chez le chimpanzé (Kjellman et al. Gene 161:163, 1995).

4.7 Implications des séquences sans fonction partagées entre les espèces

Tous les exemples de séquences sans fonction partagées entre les humains et les chimpanzés renforcent l'argument en faveur de l'évolution qui serait convaincant même si un seul exemple était connu. Cet argument peut être compris par analogie avec les affaires juridiques discutées précédemment dans lesquelles des erreurs partagées ont été reconnues comme une preuve de copie. L'apparition de la même « erreur » — c'est-à-dire le même pseudogène inutile ou la même séquence Alu ou le même rétrovirus endogène à la même position dans l'ADN humain et de singe — ne peut logiquement être expliquée par des origines indépendantes des deux séquences. L'argument créationniste discuté précédemment — selon lequel les similitudes dans les séquences d'ADN reflètent simplement les plans du créateur pour des fonctions protéiques similaires dans des espèces similaires — ne s'applique pas aux séquences qui n'ont aucune fonction pour l'organisme qui les abrite. La possibilité que des accidents génétiques identiques créent le même pseudogène ou la même séquence Alu ou le même rétrovirus endogène indépendamment dans deux espèces différentes par hasard est si improbable qu'elle peut être écartée. Comme dans les affaires de droits d'auteur discutées précédemment, de telles erreurs partagées indiquent qu'une sorte de copie doit avoir eu lieu. Puisqu'il n'existe aucun mécanisme connu par lequel des séquences de singes modernes pourraient être copiées dans la même position de l'ADN humain ou vice versa, l'existence de pseudogènes partagés ou de rétrotransposons conduit à la conclusion logique que les séquences humaines et de singe ont été copiées à partir de séquences ancestrales qui doivent être apparues dans un ancêtre commun des humains et des singes.

Cette preuve d'un ancêtre commun scelle l'argument en faveur de l'évolution humaine/singes qui découle des séquences communes sans fonction. Bien que les exemples documentés les plus nombreux de telles séquences partagées entre différentes espèces lient fortuitement les humains et les singes (voir par exemple Hamdi et al, J Mol Biol 284:861, 1999), cela reflète simplement le fait que l'ADN des humains a été étudié plus intensivement que celui de toute autre espèce supérieure, tandis qu'une séquence homologue importante de chimpanzé est également connue. Il est évident, cependant, que la même logique pourrait être utilisée pour lier d'autres espèces sur différentes branches de l'arbre évolutif, et de tels exemples ont été rapportés, par exemple les SINE clarifiant les relations entre espèces de rongeurs (Furano J Biol Chem. 270: 25301, 1995 ; Verneau et al, PNAS 95: 11284, 1998) ou reliant les chevaux aux rhinocéros (Gallagher et al, Mamm Genome:140, 1999) ou établissant les affiliations phylogénétiques des tarsiers (Schmitz et al., Genetics 157:777, 2001) ou des ruminants pecorans (Nijman et al J Mol evol 54:9, 2002). Des espèces aussi disparates que les humains et les souris ont été reliées par des exemples de la famille ancienne de SINE connue sous le nom de MIR (Mammalian-wide Interspersed Repeats ; voir Smit et Riggs, Nucleic Acids Research 23:98, 1995 ; Jurka et al, Nucleic Acids Research 23:170, 1995) qui ont été trouvées intégrées à l'emplacement homologue dans les gènes de la myoglobine et de N-myc humains et murins (Donehower, Nucleic Acids Research 17:699, 1989 ; notez qu'au moment de cette description, la séquence conservée n'était pas reconnue comme un SINE). De plus, des insertions anciennes de LINE relient les humains aux vaches, comme mentionné ci-dessus (insertions LINE similaires en amont des gènes de la phosphatase alcaline intestinale chez les deux espèces), ainsi qu'aux rats (insertions LINE similaires dans le premier intron de la sous-unité alpha2 des gènes de l'ATPase sodium-potassium ; Smit et al, J Mol Biol 246:401, 1995) et aux souris (par exemple, insertions LINE dans la région mnd2 du chromosome 2p13 [Jang et al, Genome Res 9:51, 1998] et près du gène CD4 au chromosome 12p13 humain [Ansari-Lari et al Genome Res 8:29, 1998]). Avec des comparaisons de séquences supplémentaires de longs segments homologues d'ADN humain et de souris anticipées par le Projet Génome Humain et le Projet Génome Souris, des séquences LINE supplémentaires partagées entre ces espèces seront probablement découvertes.

Un exemple particulièrement impressionnant de rétrotransposons partagés a récemment été rapporté, reliant les cétacés (baleines, dauphins et marsouins) aux ruminants et aux hippopotames, et il est instructif d'examiner cet exemple en détail. Les cétacés sont des animaux marins qui présentent des similitudes importantes avec les mammifères terrestres ; en particulier, les femelles possèdent des glandes mammaires et allaitent leurs petits. Les scientifiques étudiant l'anatomie et la physiologie des mammifères ont démontré les plus grandes similitudes entre les cétacés et le groupe de mammifères connu sous le nom d'artiodactyles (ongulés à pieds pairs), incluant les vaches, les moutons, les chameaux et les porcs. Ces observations ont conduit à la vision évolutionniste selon laquelle les baleines se sont évolutées à partir d'un ancêtre artiodactyle à quatre pattes qui vivait sur terre. Les créationnistes ont exploité les différences évidentes entre les artiodactyles familiers et les baleines, et se sont moqués de l'idée que les baleines pouvaient avoir eu des ancêtres terrestres à quatre pattes. Les créationnistes qui affirment que les cétacés ne sont pas issus de mammifères terrestres à quatre pattes doivent ignorer ou de quelque manière que ce soit rejeter les preuves fossiles d'ancêtres apparents de baleines qui ressemblent exactement à ce que l'on pourrait prédire pour des espèces transitionnelles entre les mammifères terrestres et les baleines -- avec des pattes réduites et des structures d'oreilles intermédiaires entre celles des artiodactyles modernes et des cétacés (Nature 368:844,1994; Science 263: 210, 1994). (Une discussion sur les espèces fossiles ancêtres de baleines avec des références peut être trouvée à http://www.talkorigins.org/faqs/faq-transitional/part2b.html#ceta) Les créationnistes doivent également ignorer ou rejeter les preuves montrant la grande similitude entre les séquences génétiques des cétacés et des artiodactyles (Molecular Biology & Evolution 11:357, 1994; ibid 13: 954, 1996; Gatesy et al, Systematic Biology 48:6, 1999).

Récemment, les preuves apportées par les rétrotransposons ont consolidé la relation évolutive entre les cétacés et les artiodactyles. Shimamura et al. (Nature 388:666, 1997; Mol Biol Evol 16: 1046, 1999; voir également Lum et al., Mol Biol Evol 17:1417, 2000; Nikaido et Okada, Mamm Genome 11:1123, 2000) ont étudié les séquences SINE fortement redondées dans l'ADN de toutes les espèces de cétacés examinées. Ces SINE ont également été trouvés présents dans l'ADN des ruminants (y compris les vaches et les moutons), mais pas dans l'ADN des chameaux et des porcs, ni dans celui de mammifères plus éloignés tels que le cheval, l'éléphant, le chat, l'humain ou le kangourou. Ces SINE semblent avoir originaire d'une branche spécifique des artiodactyles ancestraux après que cette branche se soit séparée des chameaux, des porcs et d'autres mammifères, mais avant la divergence des lignées menant aux cétacés modernes, aux hippopotames et aux ruminants. (Voir la Figure 5.) En soutien à ce scénario, Shimamura et al. ont identifié deux insertions spécifiques de ces SINE dans l'ADN des cétacés (insertions B et C dans la Figure 5) et ont montré que dans l'ADN des hippopotames, des vaches et des moutons, ces deux mêmes sites contenaient les SINE ; mais dans l'ADN des chameaux et des porcs, les mêmes sites étaient "vides" d'insertions. Plus récemment, l'hippopotame a été identifié comme le parent terrestre vivant le plus proche des cétacés, puisque les hippopotames et les cétacés partagent des insertions de rétrotransposons (illustrées par D et E dans la Figure 5) qui ne sont pas trouvées chez aucun autre artiodactyle (Nikaido et al, PNAS 96:10261, 1999). La relation étroite entre l'hippopotame et le cétacé est cohérente avec les comparaisons de similarité de séquences rapportées précédemment (Gatesy, Mol Biol Evol 14:537, 1997) et avec les découvertes fossiles récentes (Gingerich et al., Science 293:2239, 2001; Thewissen et al., Nature 413:277, 2001) qui résolvent les conflits paléontologiques antérieurs avec la relation étroite entre cétacés et hippopotames. (Certains lecteurs se sont demandé : si les ruminants sont plus étroitement apparentés aux cétacés qu'aux porcs et aux chameaux, pourquoi les ruminants sont-ils anatomiquement plus similaires aux porcs et aux chameaux qu'aux cétacés ? Apparemment, cela résulte du fait que les ruminants, les porcs et les chameaux ont peu changé depuis leur dernier ancêtre commun, tandis que la lignée des cétacés a changé de manière spectaculaire en s'adaptant à un mode de vie aquatique, effaçant ainsi de nombreuses caractéristiques -- comme les sabots, la fourrure et les pattes postérieures -- qui sont partagées entre ses proches parents ruminants et les porcs et chameaux plus éloignés. Ce scénario illustre le fait que le développement évolutif rapide d'adaptations à une nouvelle niche peut se produire par des mutations fonctionnelles clés, laissant la majeure partie de l'ADN relativement inchangée. La relation particulièrement étroite entre les cétacés et les hippopotames est cohérente avec plusieurs adaptations partagées à la vie aquatique, y compris l'utilisation de vocalisations sous-marines pour la communication et l'absence de poils et de glandes sébacées.) Ainsi, les preuves apportées par les rétrotransposons soutiennent fortement la dérivation des cétacés d'un ancêtre commun des hippopotames et des ruminants, en accord avec l'interprétation évolutive des fossiles et des similarités globales de séquences d'ADN. En effet, la logique des preuves issues des SINE partagés est si puissante que les SINE pourraient être les caractères les meilleurs disponibles pour déduire la parenté des espèces (Shedlock et Okada, Bioessays 22:148, 2000), même s'ils ne sont pas parfaits (Myamoto, Curr. Biology 9:R816, 1999).

Alors que certains créationnistes acceptent les preuves de la sélection naturelle de variants mineurs (par exemple, la divergence des pinsons de Darwin sur les îles Galápagos), qu'ils appellent « microévolution », la plupart des créationnistes refusent que l'évolution puisse expliquer des changements plus significatifs, qu'ils désignent sous le nom de « macroévolution ». Cependant, les pseudogènes/retrotransposons partagés décrits ici fournissent de fortes preuves que les humains partagent des ancêtres communs avec des espèces aussi disparates que les singes, les vaches et les souris. Ainsi, même si nous manquons de preuves convaincantes qu'un fossile particulier soit ancestral à une espèce moderne spécifique, et même si nous n'avons pas de preuves fossiles qui identifient clairement le dernier ancêtre commun entre les humains et les vaches ou entre les cétacés et les ruminants, nous pouvons être confiants, grâce aux erreurs partagées décrites ici, que ces espèces ancestrales communes ont existé. Cette conclusion implique à son tour que des caractéristiques nouvelles significatives (par exemple, la marche bipède humaine et le développement cérébral, ainsi que les adaptations des cétacés à la vie aquatique) doivent s'être développées entre l'époque où vivaient les ancêtres communs respectifs et nos jours. Ces changements sont clairement suffisamment étendus pour être qualifiés de « macroévolution », de sorte que l'« argument des erreurs partagées » constitue une preuve puissante de la macroévolution. Cette conclusion semble solide, car aucune explication alternative de ces erreurs partagées, cohérente avec l'origine indépendante de ces espèces animales, n'a été proposée dans la littérature scientifique.

Il est clair que l'argument des « erreurs partagées » fournit de fortes preuves en faveur des changements macroévolutifs dans l'évolution des mammifères, et réfute par conséquent une position créationniste couramment admise. Mais pour être équitable, nous devons être clairs : cet argument ne valide pas l'ensemble du jeu de l'évolutionniste. Bien que les preuves d'erreurs partagées impliquent une descendance commune de diverses espèces mammaliennes, elles ne traitent pas de la question de savoir si ces espèces ont évolué à partir de leurs derniers ancêtres communs par les mécanismes darwiniens de mutation et de sélection naturelle ou par d'autres mécanismes alternatifs. Une autre limitation est qu'il n'existe aucun exemple d'« erreurs partagées » reliant les mammifères aux autres branches de l'arbre généalogique de la vie sur Terre. Par exemple, bien que des espèces aussi diverses que des vers, des levures et des plantes possèdent des éléments LINE dans leurs génomes, aucun exemple d'insertions spécifiques de LINE à des positions homologues entre un mammifère et un non-mammifère n'a été rapporté à ma connaissance (bien que j'accueille avec plaisir les contributions des lecteurs sur ce point). De tels exemples pourraient être difficiles à trouver, car les derniers ancêtres communs des mammifères et des reptiles sont censés avoir vécu il y a plus de 200 millions d'années, suffisamment longtemps pour que les similarités de séquences qui existaient autrefois dans l'ADN fonctionnel comme les pseudogènes et les rétrotransposons aient été largement effacées par l'accumulation de nombreuses mutations. Par conséquent, les relations évolutives entre les branches éloignées de l'arbre généalogique évolutif doivent reposer sur d'autres preuves que les « erreurs partagées ». (De telles preuves pourraient inclure d'autres « changements génomiques rares » (RGC) autres que l'insertion de rétrotransposons, telles que l'insertion ou la délétion de séquences codantes ou d'introns (par exemple, Venkatesh et al., PNAS 98:11382, 2001), les translocations et inversions chromosomiques révélées par la cytogénétique comparative, et les variants du code génétique, tous résumés par Rokas et Holland, Trends Ecol & Evol 15:454, 2000. La parenté des espèces peut également être déduite des arbres de similarité de séquence traditionnels basés sur la comparaison des gènes correspondants de différentes espèces.) En tant que limitation finale et plutôt évidente de l'argument des « erreurs partagées », il devrait être clair que cet argument ne porte pas sur les questions relatives à l'origine de la vie, que les créationnistes associent couramment à l'évolution.

5. Réponses des créationnistes à l'argument des séquences sans fonction partagées

Les créationnistes ont tendance à éviter de mentionner l'argument présenté dans cet essai, car il fournit des preuves convaincantes de l'évolution, mais le porte-parole des créationnistes Duane Gish a commenté cet argument lorsqu'il a été confronté à celui-ci lors de débats ; et quelques autres discussions des créationnistes sur les pseudogènes sont apparues. Examinons d'abord plusieurs des réponses du Dr Gish.

5.1 Certains pseudogènes « traités » sont fonctionnels, de sorte qu'ils pourraient être des exemples de « conception similaire pour une fonction similaire ».

Comme mentionné ci-dessus (2.2.1.c), les copies transcrites en sens inverse des transcrits d'ARN de gènes peuvent, rarement, s'insérer dans l'ADN près d'un promoteur existant ou d'une autre manière permettant leur transcription d'une manière utile pour l'organisme. De telles copies (qui sont en réalité des gènes traités plutôt que des pseudogènes traités) peuvent donc fournir une fonction qui exerce une pression de sélection contre les mutations dévastatrices. Plusieurs exemples de cette possibilité ont été rapportés, comme mentionné ci-dessus dans la section 2.2.1.c ; et ceux-ci pourraient être interprétés comme un « design similaire pour une fonction similaire ». Mais ces exemples partagent une caractéristique qui les distingue clairement des centaines d'exemples de pseudogènes traités inutiles rapportés : ils manquent de mutations dévastatrices qui empêcheraient la fonction, et restent donc capables de coder une protéine utile. Parmi les pseudogènes traités authentiques — c'est-à-dire des copies de gènes rétroposées avec plusieurs mutations dévastatrices telles que des codons stop — aucun exemple avec une fonction documentée n'a été rapporté [Voir note ajoutée ci-dessous] . (Les lecteurs qui croient qu'il existe des exemples contredisant cette déclaration sont invités à me contacter avec les références bibliographiques ; je modifierai cet article si nécessaire.) Ainsi, l'argument du Dr. Gish reflète simplement son regroupement erroné de deux classes distinctes de copies de gènes rétroposées : les gènes traités et les pseudogènes traités. Et le Dr. Gish n'a pas encore offert d'argument qui expliquerait — en termes de fonction conçue intelligemment — les nombreux exemples de séquences rétroposées partagées qui, contrairement aux pseudogènes, ne dérivent même pas d'ADN ayant un rôle fonctionnel.

Note ajoutée le 5 mai 2003 : Un exemple de gène pseudogène à fonction documentée vient d'être rapporté. Une séquence appelée Makorin1-p1 ne code pas pour une protéine fonctionnelle, mais son transcrit d'ARNm stabilise l'ARNm du gène fonctionnel Makorin1 dont il a apparemment été dérivé (Hirotsune et al, Nature 423:91,2003). Les connaissances actuellement disponibles issues de la littérature publiée ne suggèrent pas de rôles fonctionnels pour les pseudogènes de type « processed » autres que Makorin1-p1. Il est possible que de futures études découvrent d'autres pseudogènes à fonction apparente (voir cependant la section suivante).

5.2 Certains organes autrefois considérés comme vestigiaux ont plus récemment été découverts comme ayant une fonction ; nous savons trop peu sur ces nouvelles caractéristiques de l'ADN pour être confiants que leur fonction ne sera pas découverte à l'avenir.

Imaginez un accusé lors d'un procès pour meurtre se défendant contre des preuves accablantes avec l'argument parallèle suivant : puisque certains criminels condamnés ont ensuite été acquittés, il (l'accusé actuel) devrait donc être acquitté maintenant, car un jour dans le futur, des preuves pourraient être trouvées pour le libérer ! Cette défense serait aussi ridicule que l'argument du Dr. Gish. Les scientifiques (et les jurys) doivent tirer leurs conclusions sur la base des meilleures preuves disponibles à l'époque. Il est vrai que des preuves ultérieures peuvent acquitter un criminel condamné ou renverser une théorie scientifique. Cette possibilité devrait favoriser l'humilité et nous inciter à la prudence face aux conclusions dogmatiques (et peut-être face à la peine de mort) ; mais elle ne devrait pas nous dissuader de tirer les conclusions les plus raisonnables des données à notre disposition. Nos connaissances actuelles soutiennent l'interprétation selon laquelle la plupart des pseudogènes/retrotransposons partagés sont des preuves de la descendance commune et de la macroévolution. Si dans le futur — pour une séquence Alu ou LINE-1 ou rétrovirus endogène spécifique partagée entre les humains et une autre espèce — des preuves de fonction sont découvertes, alors cette séquence particulière pourrait en effet être raisonnablement interprétée par le paradigme créationniste de « séquence similaire conçue pour une fonction similaire » ; et donc ce retrotransposon devrait être retiré de la liste des séquences sans fonction partagées qui fournissent des preuves de l'évolution. Les centaines de milliers d'exemples restants sur cette liste continueront d'offrir un soutien valide à l'évolution.

De plus, bien que ces séquences d'ADN vestigiales aient été découvertes plus récemment que les organes vestigiaux connus à l'époque de Darwin, nous savons suffisamment sur leur mode de formation pour ne pas avoir besoin de postuler un concepteur mystérieux ou une fonction inconnue pour les expliquer. Nous savons que les prérequis à la formation des SINEs et autres rétrotransposons — c'est-à-dire les transcrits d'ARN et la transcriptase inverse — sont présents à faible concentration dans les cellules germinales étudiées en laboratoire, où ils seraient capables, sans aucune intervention surnaturelle, de générer des rétrotransposons qui pourraient être transmis aux générations futures. Ce fait prédit que des insertions de rétrotransposons doivent se produire à une certaine fréquence même aujourd'hui. En effet, des insertions spécifiques de séquences Alu dans l'ADN d'individus vivants ont été documentées. Par exemple, un élément Alu a été trouvé inséré dans l'ADN d'un patient atteint de neurofibromatose de type I, endommageant le gène associé à cette maladie (Wallace et al. Nature 353:6347, 1991). Le père et la mère du patient possédaient des copies intactes du gène sans insertion Alu, de sorte que l'insertion doit survenir dans les cellules germinales de l'un des parents ou très tôt dans le développement embryonnaire du patient. De même, un élément LINE nouvellement inséré a été trouvé avoir endommagé le gène d'une protéine de coagulation du sang, causant l'hémophilie chez un autre patient dont les parents ne présentaient pas cette insertion (Kazazian et al. Nature 332:164, 1988). (D'autres exemples d'insertions LINE ou Alu causant des maladies sont résumés par Kazazian [dans Curr Opin Genet & Devel 8:343, 1998], par Miki [Human Genetics 43:77, 1998] et par Deininger et Batzer [Molec Genet & Metab 6:183, 1999].) Les nouveaux événements de rétroposition sont estimés se produire chez de 1 % à 10 % de la population humaine (Kazazian Nature Genet 22:130, 1999). Carlton et al (Mamm Genome 6:90, 1995) ont observé l'apparition de novo d'un pseudogène traité lorsqu'ils ont fourni une source de transcriptase inverse en infectant des cellules cultivées avec un rétrovirus ; tandis qu'Esnault et al. (Nature Genet 24:363, 2000) et Wei et al. (Molec Cell Biol 21:1439, 2001) ont observé la formation de pseudogènes traités résultant de la RT d'un élément LINE humain. En utilisant un test sensible pour détecter la rétroposition, Maestre et al. (EMBO J 14:6388, 1995) ont été capables de détecter des copies rétroposées d'une séquence de gène marquée s'insérant dans l'ADN de cellules humaines alors qu'elles se développaient en laboratoire, même sans ajout de transcriptase inverse exogène. De plus, Jensen et Heidmann (EMBO J 10:1927, 1991) ont détecté une rétroposition en cours d'une copie LINE marquée chez Drosophila.

Récemment, Feng et al. (Cell 87: 905, 1996) ont démontré que l'enzyme transcriptase inverse active encodée par une copie LINE nouvellement insérée possède une activité inattendue supplémentaire : elle est une endonucléase, c'est-à-dire qu'elle est capable de provoquer des coupures dans l'ADN qui pourraient servir de points d'insertion pour de nouveaux événements de rétroposition. En fait, cette endonucléase coupe l'ADN avec des caractéristiques de séquence particulières, et les mêmes caractéristiques ont été observées aux positions d'insertion de plusieurs copies LINE sélectionnées au hasard dans l'ADN humain. (Voir également Cost et Boeke, Biochemistry 37:18081, 1998). Ce résultat suggère que les séquences LINE sont si bien adaptées à la réplication « égoïste » dans le génome qu'elles ne dépendent pas de coupures aléatoires dans l'ADN pour leurs insertions, mais génèrent leurs propres coupures. Pour tester cette idée, Moran et al. (Cell 87:917, 1996 ; voir également Ostertag et al., Nucl Ac Res 28:1418, 2000) ont construit une séquence LINE conçue de manière à ce que, si elle générait de nouvelles copies rétroposées dans n'importe quelles cellules, ces cellules puissent être sélectionnées et comptées. Lorsque cette séquence a été introduite dans des cellules de culture tissulaire humaine, de nouvelles copies rétroposées ont été régulièrement produites. En testant les effets de mutations dans divers segments de la séquence LINE, il a été montré que la rétroposition efficace nécessitait à la fois l'activité transcriptase inverse et l'activité endonucléase présentes dans la même protéine. (Cette protéine est également nécessaire à la formation efficace de pseudogènes de traitement induits par LINE [Esnault et al. Nature Genet 24:363, 2000]).

Ces observations renforcent l'idée que les séquences de rétrotransposons que nous observons dans notre ADN et dans celui d'autres mammifères n'ont pas été créées par des forces mystérieuses agissant uniquement dans le passé lointain à des fins incompréhensibles, mais par de simples accidents génétiques qui se produisent à faible fréquence en raison de particularités de la biochimie cellulaire et qui ne servent aucun but. Le fait que très peu de ces accidents génétiques puissent créer une fonction bénéfique (Britten RJ PNAS 93:9374,1996; Britten RJ Gene 205:177,1997) n'affaiblit en rien cette interprétation ; de tels événements sont simplement des exemples de mutations bénéfiques rares dont l'apparition constitue la base du changement évolutif adaptatif et dont l'existence semble si difficile à accepter pour les créationnistes. Comme c'est le cas pour la plupart des mutations, la grande majorité des insertions de rétrotransposons se produisent dans l'ADN non fonctionnel entre les gènes et n'ont aucun effet sur la cellule ou l'organisme ; et c'est cet immense ensemble d'insertions, partagé entre les espèces, qui fournit la base de l'argumentation actuelle en faveur de l'évolution.

5.3 Si toutes ces séquences étaient vraiment non fonctionnelles, elles auraient été éliminées au cours du temps évolutif.

Cet argument reflète une ignorance des faits discutés ci-dessus dans la section 3. Pour résumer : aucun mécanisme n'est connu par lequel des séquences d'ADN non fonctionnelles pourraient être distinguées des séquences fonctionnelles et ciblées pour élimination par des enzymes cellulaires. Les bactéries semblent effectivement être sous pression de sélection pour éliminer l'ADN non fonctionnel ; les chromosomes bactériens contiennent très peu d'ADN entre les gènes, peut-être parce que la compétition dans des conditions de croissance rapide peut favoriser des chromosomes qui se répliquent rapidement — c'est-à-dire des courts — et donc peuvent sélectionner des cellules qui ont supprimé tout l'ADN non fonctionnel. Mais il n'y a aucune preuve d'une telle pression de sélection pour les chromosomes mammaliens, dans lesquels les gènes sont largement séparés les uns des autres et dans lesquels les régions non fonctionnelles constituent apparemment 90-95% de l'ADN. En effet, on pourrait se demander : pourquoi nos chromosomes ne sont-ils pas bourrés de séquences de rétrotransposons à une fréquence encore plus élevée que celle effectivement observée ? Une réponse raisonnable est que nos ancêtres étaient sous pression de sélection pour supprimer la rétrotransposition, puisque des fréquences élevées d'insertion de rétrotransposons augmenteraient le taux de dommages génétiques causés par des insertions invalidantes dans les gènes. De plus, il est concevable qu'une fraction plus importante de notre ADN ait originairement été produite par rétrotransposition que nous ne pouvons actuellement reconnaître ; certains pseudogènes ou insertions de rétrotransposons très anciens peuvent avoir subi tant de mutations aléatoires depuis leur insertion que leurs identités en tant que pseudogènes ou rétrotransposons ont été effacées. Cependant, au taux de mutation estimé pour les séquences non sélectionnées, l'effacement complet d'un rétrotransposon typique par des mutations nécessiterait plus de 100 millions d'années. Par conséquent, il ne serait pas surprenant pour un évolutionniste que des séquences de rétrotransposons sans fonction qui se sont insérées dans un ancêtre commun des humains et des vaches puissent encore être détectées par des comparaisons informatisées de séquences d'ADN.

5.4 Des rôles importants ont été découverts pour des régions d'ADN autrefois considérées comme sans fonction

Dans un récent débat avec moi, le Dr Gish a cité une revue dans Science intitulée « Mining treasures from 'junk' DNA » (263:608, 1994), semblant sous-entendre que cette revue suggère des fonctions pour les pseudogènes et les rétrotransposons qui seraient cohérentes avec la vision créationniste selon laquelle ils ont été conçus pour fonctionner de manière similaire chez des espèces similaires. En fait, cette revue aborde des preuves concernant des fonctions possibles pour les séquences répétitives centromériques et télomériques, les minisatellites, les introns et les régions non traduites en 3'. Elle mentionne les pseudogènes et les rétrotransposons mais ne fait aucune suggestion que ces éléments particuliers aient une fonction, de sorte que cette revue n'offre aucun argument contre les points avancés dans cet essai. Néanmoins, puisque d'autres spéculations ont été émises concernant des fonctions possibles pour l'ADN en dehors des séquences codantes des gènes, il est utile d'examiner pourquoi les scientifiques acceptent généralement l'idée que la plupart de cet ADN est du « junk ».

D'abord, nous connaissons plusieurs mécanismes par lesquels la longueur de l'ADN peut être augmentée grâce à des accidents génétiques tels que les duplications d'ADN et l'insertion de rétrotransposons, qui ont été observés en laboratoire ou se produisent chez les humains sans effets apparents ; il est donc raisonnable de supposer que ces mécanismes ont opéré par le passé pour augmenter la taille du génome sans affecter la fonction. Il semble y avoir peu ou pas de pression de sélection pour réduire la taille des génomes nucléaires des vertébrés ; et il n'existe pas de mécanisme apparent pour éliminer sélectivement l'ADN inutile. Les grandes délétions qui éliminent l'ADN fonctionnel sont sélectionnées contre. Ces observations prédiraient l'accumulation d'ADN inutile comme résultat d'accidents génétiques aléatoires, de sorte que lorsque nous observons de l'ADN qui semble non fonctionnel, nous ne devrions pas nécessairement supposer qu'il possède une fonction que nous ne comprenons pas.

Deuxièmement, lorsque la séquence d'ADN est comparée entre des espèces comme l'humain et la souris, les séquences dont la fonction est connue — en particulier les séquences codantes des gènes — se révèlent très similaires, ce qui est cohérent avec une pression de sélection qui élimine les individus présentant des mutations délétères dans ces régions fonctionnelles. À l'inverse, les régions d'ADN sans fonction connue — par exemple les séquences non codantes entre les gènes — se comportent généralement comme si elles n'étaient soumises à aucune pression de sélection, c'est-à-dire qu'elles accumulent apparemment des mutations à un taux beaucoup plus élevé, de sorte qu'il y a peu de conservation de séquence entre des espèces éloignées. Comme une exception qui met à l'épreuve la règle, les comparaisons de séquences non codantes entre espèces détectent parfois des « îlots » de séquences courtes conservées dans des régions non codantes. Certains de ces îlots se sont révélés correspondre à des régions régulatrices comme les éléments promoteurs ou enhancers qui contrôlent quand un gène voisin est exprimé. Un exemple d'un tel « îlot » conservé entre le lapin, la souris et l'humain a été découvert dans mon propre laboratoire [Emorine et al., Nature 304:447, 1983] ; il s'est avéré représenter un enhancer important. Ces types de régions régulatrices occupent généralement beaucoup moins d'ADN que les séquences codantes des gènes qu'elles régulent, de sorte qu'elles ne peuvent pas représenter une fonction probable pour la plupart de l'ADN non codant. La bonne corrélation entre fonction et conservation de séquence apporte un soutien à l'idée que la plupart des séquences mal conservées n'ont pas de fonction. Cependant, il convient de noter que pour la plupart des « îlots » de séquences conservées dans l'ADN entre les gènes (Shabalina et al., Trends Genet 17:373, 2001), aucune fonction n'a encore été découverte. Certains peuvent inclure des espèces d'ARN qui fonctionnent sans être traduites en protéine.

Un troisième argument, mais connexe, découle de l'observation que l'insertion d'un rétrotransposon dans une séquence fonctionnelle est un moyen puissant de détruire cette fonction. Des exemples d'insertions naturelles ont été discutés dans la section 5.2 ci-dessus ; et l'insertion intentionnelle de rétrotransposons est largement utilisée comme outil de laboratoire pour créer des panels de souches de souris, de drosophiles ou de levures avec des fonctions génétiques différentes détruites. Cependant, la plupart des exemples d'insertions de rétrotransposons entre les gènes n'ont aucun effet apparent sur les individus qui les portent ; par exemple, les séquences Alu qui sont polymorphes dans l'ADN humain semblent inoffensives lorsqu'elles sont présentes. Par conséquent, il est raisonnable de déduire que ces insertions n'ont interrompu aucune séquence fonctionnelle. (Bien sûr, il est impossible d'exclure la possibilité formelle que certaines séquences fonctionnelles hypothétiques en dehors des gènes puissent encore fonctionner malgré la présence d'une insertion de rétrotransposon.)

Enfin, plusieurs exemples sont connus de paires d'espèces qui présentent une complexité apparente similaire mais des tailles de génome très différentes (paradoxe de la valeur C). Le poisson pêcheur Fugu possède environ un quart de la taille du génome des autres espèces de poissons, mais un nombre de gènes environ identique. La principale différence réside dans une quantité plus faible d'ADN entre les gènes dans l'ADN du Fugu (par exemple, voir Elgar et al. Genome Res 9:960, 1999). Bien que des questions persistent concernant l'interprétation de cette différence, il semble que la majeure partie de l'ADN entre les gènes dans la plupart des génomes de poissons (et probablement dans le nôtre également) soit superflue. (Au contraire, les petites régions de séquences non codantes qui sont conservées entre Fugu et Homo correspondent souvent à des séquences régulatrices fonctionnelles.)

Il est impossible de prouver l'absence de fonction pour toute région d'ADN. De plus, il est probable qu'une fonction puisse être trouvée pour quelques régions supplémentaires courtes d'ADN non codant qui ne sont pas actuellement reconnues comme ayant une fonction. Néanmoins, comme indiqué ci-dessus, les scientifiques tirent des conclusions provisoires basées sur les données actuellement disponibles plutôt que sur des possibilités hypothétiques de données futures ; et les arguments que je viens de présenter, basés sur les preuves actuellement disponibles, suggèrent que la plupart des séquences d'ADN qui semblent dépourvues de fonction le sont en effet.

5.5 Les pseudogènes remplissent une fonction : ils fournissent une copie de « sauvegarde » qui peut être corrigée pour encoder une protéine utile si le gène fonctionnel subit une mutation critique.

Le Dr Gish n'a fourni aucun détail spécifique pour cette affirmation, mais peut-être faisait-il référence à une suggestion récente selon laquelle un pseudogène de ribonucléase séminal bovine a été récemment « corrigé » pour devenir fonctionnel par un processus connu sous le nom de « conversion génique » (Trabesinger-Ruef et al. FEBS Lett 382:319, 1996). Bien que cela puisse parfois se produire, de nombreux cas ont été décrits dans la littérature où des défauts dans un pseudogène induisent des mutations délétères dans un gène fonctionnel voisin par conversion génique, inactivant ainsi le gène fonctionnel. Comme exemple de ce type d'événement, chez presque tous les patients souffrant d'une carence en stéroïde 21-hydroxylase parce que leur copie (normalement) fonctionnelle du gène 21-hydroxylase « B » a été inactivée par des mutations ponctuelles, ces mutations semblent résulter d'une conversion génique par la copie pseudogène « A » (Collier et al, Nat Genet 3:260, 1993; Carrera et al. Hum Hered 43:190, 1996). Des conversions géniques similaires par un pseudogène sont censées avoir inactivé le gène glucocerebrosidase chez les patients atteints de la maladie de Gaucher (Eyal et al. Gene 96:277, 1990), le gène 14.1 codant pour une chaîne légère « substitut » d'immunoglobuline chez un patient atteint d'une immunodéficience (Minegishi et al., J Exp Med 187:77, 1998), le gène ABCC6 chez les patients atteints de pseudoxanthoma élastique (Cai et al, (J Mol Med 79:536,2001), le gène PKD1 dans la maladie polycystique rénale dominante autosomique (Watnick et al. Hum Mol Genet 7:1239, 1998), le gène beta-crystallin B2 dans la cataracte héréditaire dominante autosomique (Vanita et al. J Med Genet 38:392,2001), le gène NCF1 dans la maladie granulomateuse chronique (Vazquez et al., Exp Hematol 29:234,2001) et le gène du facteur von Willebrand chez les patients atteints de maladie de von Willebrand (Eikenboom et al., PNAS 91:2221, 1994), pour ne citer que quelques exemples. Dans d'autres cas, des événements de conversion génique semblent avoir transféré des informations génétiques entre deux pseudogènes (Shapiro et Moshirfar, J Mol Biol 209:181, 1989) ou entre deux gènes fonctionnels (Ollo et Rougeon, Cell 32:515, 1983). Étant donné que la conversion génique impliquant des pseudogènes a été rapportée comme ayant des effets nocifs ou neutres plus souvent que des effets bénéfiques, l'hypothèse selon laquelle les pseudogènes ont été « conçus » avec le potentiel de conversion génique comme leur objectif semble peu convaincante. (Le seul exemple où les copies de pseudogènes remplissent clairement une fonction importante en transférant leur séquence à une autre copie de gène par conversion génique se produit dans la diversification somatique des gènes de région variable d'immunoglobuline de poulets et de lapins ; parmi les nombreuses mutations générées par ce mécanisme, celles qui offrent un « meilleur ajustement » entre l'immunoglobuline et son antigène cible sont sélectionnées pour l'expression. Cette sélection d'une fonction améliorée parmi des gènes ayant subi des changements de séquence quasi-aléatoires constitue un modèle biologique attrayant pour les améliorations évolutives de la fonction des protéines. Ironiquement, lors de plusieurs débats avec moi, le Dr Gish a nié que cette diversification somatique se produise, bien qu'il soit manifestement totalement ignorant de la littérature scientifique concernant les gènes des anticorps.) En plus d'être peu convaincant pour la raison décrite ci-dessus, l'idée du Dr Gish selon laquelle les pseudogènes ont été créés pour fournir une copie de gène de « sauvegarde » n'offre aucune explication créationniste pour les rétrotransposons partagés plus nombreux qui ne sont pas des pseudogènes.

5.6 Tout cela sur les rétrotransposons est vraiment trop difficile à comprendre.

Le Dr Gish a utilisé cet appel au public lors d'un récent débat avec moi. Il semblait inciter le public à ignorer les implications de l'argument des pseudogènes partagés et à négliger le fait qu'il (le Dr Gish) ne pouvait pas trouver d'arguments valides pour s'y opposer. C'est une manœuvre de débat typique des créationnistes : utiliser l'humour ou l'invocation de la foi ou d'autres appels irrélèants pour distraire un public non spécialiste de la réalisation qu'une position créationniste a été efficacement réfutée.

(Cet essai a été envoyé au Dr Gish afin de solliciter tout argument supplémentaire contre les points avancés ici. Aucune réponse n'a été reçue.)

5.7 En plus du Dr. Gish, le créationniste John Woodmorappe a commenté les pseudogènes (Noah's Ark, a Feasibility Study, 1996, publié par ICR, p. 202; Bible-Science News 33:7, 1995). Il avance plusieurs des mêmes arguments que le Dr. Gish (voir 5.2 et 5.4 ci-dessus) mais en ajoute quelques-uns de son propre fait. L'interprétation créationniste des pseudogènes proposée par Woodmorappe est que certains pseudogènes pourraient être « le résultat de changements dégénératifs survenus chez les organismes vivants depuis la Chute ». Cette interprétation semble plausible, et – si l'on ignore la partie « Chute » – ne diffère guère de l'idée évolutionniste selon laquelle les pseudogènes apparaissent par hasard génétique aléatoire. Cependant, cette interprétation ignore complètement le fait que de nombreux pseudogènes sont partagés entre les grands singes et les humains, situés aux mêmes positions et partageant les mêmes défauts génétiques, apparemment le résultat du même accident génétique ou du même « changement dégénératif » survenu chez un ancêtre commun. (Si ces pseudogènes partagés sont apparus après la « Chute », comme suggéré par Woodmorappe, la « Chute » s'est-elle peut-être produite avant que l'homme ne se sépare des grands singes ?)

5.8 En abordant les pseudogènes partagés, Woodmorappe tente d'obscurcir leur forte soutien à l'évolution en affirmant que, pour certains pseudogènes, le degré de « parenté » déduit de la présence ou de l'absence du pseudogène chez différentes espèces contredit la « parenté » des espèces déduite par les évolutionnistes à partir d'autres caractéristiques. Dans cet argument, Woodmorappe suit le fil d'autres arguments créationnistes qui nous invitent à rejeter l'évolution en raison de cas spécifiques qui violent une interprétation simpliste de l'évolution, et à ignorer le nombre beaucoup plus grand d'exemples qui soutiennent l'évolution. Dans la longue et complexe histoire de la vie sur Terre, de nombreuses exceptions aux notions simplistes ont été générées — par exemple, des cas où des fossiles plus anciens se trouvent au-dessus de fossiles plus jeunes (en raison du plissement des strates géologiques ou des failles de chevauchement) ou des exemples où les similarités de séquences de petits segments d'ADN comparés entre espèces semblent violer les relations acceptées (en raison d'erreurs statistiquement attendues dues à de petits échantillons). De même, nous pouvons nous attendre à des cas où un pseudogène ou un rétrotransposon apparu chez l'ancêtre de trois espèces modernes (A, B et C) pourrait être supprimé chez l'une d'elles (disons C), suggérant une relation plus étroite entre A et B que ce qui est justifié sur d'autres bases. Un exemple de ce type ne devrait pas nous amener à rejeter ce que nous apprenons de la majorité des pseudogènes et rétrotransposons partagés ; au contraire, nous devrions faire preuve de prudence dans la généralisation à partir de cas exceptionnels.

Cependant, l'exemple de pseudogènes partagés que Woodmorappe offre pour remettre en question le modèle évolutif a une explication plus banale : il repose simplement sur des informations obsolètes et incorrectes (voir boîte 3).

5.9 Une dernière hypothèse proposée par M. Woodmorappe (dans une correspondance personnelle) est que des génomes similaires (comme ceux de l'homme et du chimpanzé) pourraient tendre à acquérir indépendamment les mêmes pseudogènes, tandis que des génomes moins similaires pourraient être moins capables d'acquérir les mêmes pseudogènes. Cette hypothèse ad hoc expliquerait théoriquement pourquoi—even si les humains et les chimpanzés avaient été créés indépendamment—ils pourraient partager plus de pseudogènes que des paires d'espèces moins similaires et indépendamment apparentées, telles que l'homme et le gibon. Le problème avec cette hypothèse est que l'occurrence indépendante—c'est-à-dire chez deux individus différents—de la même rétrotransposon insérée à la même position a presque jamais été rapportée, même chez des individus de la même espèce. Je n'ai pu trouver que quatre publications décrivant des exemples d'insertions indépendantes identiques. L'une concerne un virus de la sarcome de Rous modifié, ingénierisé avec un marqueur sélectionnable spécifique, infectant des fibroblastes de dinde cultivés en culture tissulaire (Shih et al, Cell 53:531, 1988) ; et même dans ce papier inhabituel avec un virus spécialement ingénierisé, la fréquence de telles insertions a été estimée à seulement 1 sur 4000 événements d'insertion. Le deuxième exemple est une publication très récente et controversée (Slattery et al., Mol Biol Evol 17:825, 2000) qui interprète deux insertions identiques d'un SINE à la même localisation (un intron du gène Smcy) chez un chat domestique et un lynx roux comme représentant des insertions indépendantes plutôt que comme reflétant une seule insertion dans un félin ancêtre commun. Deux publications supplémentaires (Kass et al, J Mol Evol 51:256 2000 ; Cantrell et al., Genetics 158:769, 2001) décrivent des insertions apparentées identiques mais indépendantes de SINEs chez des espèces de souris. (John Woodmorappe a refusé de citer n'importe quelles données lorsqu'on l'a défié de fournir des exemples d'insertions indépendantes. Cependant, si les lecteurs de cet essai sont au courant d'autres preuves d'insertions indépendantes de l'élément identique à la position identique dans n'importe quels modèles de laboratoire, j'apprécierais les citations appropriées et mettrai à jour cet essai pour les refléter.) Très nombreuses insertions naturelles ont été documentées dans les éléments TY de levure, les éléments gypsy et P de drosophile, les rétrovirus murins et les transgènes, ainsi que les insertions humaines du VIH—toutes sans que des insertions indépendantes identiques aient été rapportées. Si des organismes indépendants de la même espèce (c'est-à-dire avec des génomes plus identiques que celui de l'homme versus le chimpanzé) acquièrent presque jamais le même pseudogène ou la même insertion de rétrotransposon à la même position, il est difficile de prendre au sérieux l'hypothèse selon laquelle, par exemple, les mêmes sept insertions Alu aux mêmes positions du locus globin de l'homme et du chimpanzé (voir la section 4.4 ci-dessus) auraient pu se produire comme 14 événements d'insertion indépendants.

5.10 Un pseudogène n'aurait-il pas pu être transmis par un virus d'une espèce à une autre, conduisant à des pseudogènes partagés ? Une proposition dans ce sens a été suggérée par Pat Kohli, anti-évolutionniste, et semble superficiellement plausible. Plusieurs virus, y compris les rétrovirus, sont connus pour occasionnellement capter des séquences nucléotidiques d'une cellule « donneuse » qui peuvent ensuite, après réinfection d'une nouvelle cellule, être insérées dans l'ADN de la nouvelle cellule « receptrice ». En effet, ce mécanisme est connu pour avoir des conséquences significatives : si l'ADN transmis inclut une version mutée de certains gènes clés régulant la division cellulaire, une telle séquence d'ADN peut agir comme un oncogène et provoquer une malignité dans la cellule receptrice (Bishop, Cell 42:23, 1985). Théoriquement, une séquence de pseudogène ou de rétrotransposon pourrait être capturée par un virus et ensuite transmise d'une espèce à l'autre par ce mécanisme, conduisant à l'existence de séquences inutiles identiques partagées entre deux espèces. En effet, des cas rares de transfert apparent inter-espèces de rétrotransposons ont été rapportés (par exemple entre deux espèces de mouches fruitières [Jordan et al, PNAS 96: 12621, 1999] ou d'un serpent venimeux aux ruminants [Kordis et Gubensek, PNAS 95:10704, 1998; Kordis, Genetica 107:121, 1999]). Cependant, cela n'est probablement pas l'explication pour la plupart des pseudogènes/rétrotransposons partagés pour au moins trois raisons.

D'abord, les pseudogènes/retrotransposons partagés sont généralement situés à la position exactement homologue dans l'ADN de chaque espèce. C'est presque toujours vrai dans le cas des pseudogènes classiques, qui se trouvent à proximité immédiate du gène fonctionnel, et c'est également vrai pour les séquences Alu comme celles mentionnées dans le cluster de gènes globine, et pour les pseudogènes de type « processed » dont l'emplacement a été déterminé (par exemple, le pseudogène de type « processed » de l'immunoglobuline epsilon humain mentionné ci-dessus [Ueda, et al, EMBO J 1:1539, 1982; Tanabe et al. Cytogenet Cell Genet 73:92, 1996]). Les sites cibles pour l'insertion virale peuvent partager certaines caractéristiques de séquence locales (Craigie in Trends in Genetics 8:187, 1992; Knoblauch et al., J Virol 70:3788, 1996; Stevens et Griffith, PNAS 91:5557, 1994), mais ces caractéristiques se produisent assez fréquemment et sont généralement dispersées dans l'ADN de la cellule receptrice. À l'exception des articles mentionnés dans la section 5.9, il n'existe aucun précédent ou mécanisme connu pour qu'un segment d'ADN transmis par un virus cible un emplacement spécifique dans l'ADN de la cellule receptrice, comme cela serait nécessaire pour qu'un pseudogène représentant une insertion virale hypothétique se produise au même emplacement que la séquence donneuse hypothétique. Par conséquent, les emplacements partagés des pseudogènes/retrotransposons par rapport à l'ADN environnant plaident fortement contre un tel modèle de transmission inter-espèces.

Deuxièmement, si la plupart des pseudogènes/retrotransposons partagés représentaient un transfert médié par des virus d'une espèce à une autre, on s'attendrait à trouver des séquences virales à proximité des pseudogènes dans les espèces « réceptrices ». De telles séquences virales sont régulièrement présentes dans les exemples connus de transmission virale de l'ADN d'une cellule à une autre, y compris les insertions de constructions rétrovirales d'ingénierie ; mais des séquences virales ne sont pas trouvées associées à la plupart des pseudogènes/retrotransposons autres que les rétrovirus endogènes.

Enfin, plusieurs arbres généalogiques ont été générés en comparant, au sein des espèces, la présence ou l'absence d'insertions LINE ou Alu à des emplacements spécifiques du génome, un exercice similaire à celui illustré à la figure 5 ci-dessus (Malik et al, Mol Biol Evol 16: 793, 1999 ; Hamdi et al J Mol Biol 284:861, 1999) ; les arbres généalogiques dérivés des rétrotransposons étaient précisément congruents avec les arbres précédemment établis sur la base de similarités de séquences et de caractéristiques anatomiques. Si le transfert interespèces expliquait la plupart des rétrotransposons partagés, une telle congruence ne serait pas attendue.

Dans une recherche assistée par ordinateur de la littérature scientifique, j'ai pu trouver seulement deux exemples de pseudogènes pour lesquels la transmission virale a été envisagée, même de manière tentatrice, comme un mécanisme d'origine, dans les deux cas avec des preuves plutôt faibles (Gruskin et al., PNAS 84:1605, 1987 et Robins et al., J Biol Chem 261:18, 1986). Les lecteurs qui sont au courant d'autres exemples sont invités à leur envoyer un courriel pour qu'ils soient inclus dans les futures mises à jour de cet article. Pour le moment, les preuves s'opposent au transfert interespèces médié par des virus comme un mécanisme général pour expliquer les pseudogènes/retrotransposons partagés.

5.11 Le créationniste L. J. Gibson a également abordé les pseudogènes dans un article publié (Origins 21:91, 1994). L'article de Gibson se résume à deux points, l'un similaire à celui discuté dans la section 5.2 ci-dessus, plus un point supplémentaire plus philosophique. Il note que l'argument des pseudogènes partagés repose sur l'hypothèse « que Dieu ne créerait pas de séquences non fonctionnelles similaires dans des espèces séparées », qu'il qualifie d'« argument théologique [qui] ne peut guère être abordé par la science » et qui nécessiterait un soutien biblique pour être cru. Puisque la Bible n'aborde pas — et laisse donc ouverte — la possibilité que Dieu puisse créer des séquences non fonctionnelles dans l'ADN, Gibson estime qu'on ne peut rejeter l'idée que Dieu a en effet créé de telles séquences individuellement, comme il a créé chaque espèce, y compris ces séquences non fonctionnelles que nous trouvons maintenant partagées entre différentes espèces.

Il convient de mentionner parenthétiquement que l'argumentation de Gibson affaiblit l'interprétation des créationnistes concernant la similitude des espèces, mentionnée au début de cet essai (section 1.2). Comme nous l'avons discuté, les créationnistes ont affirmé que les arbres de similitude basés sur les informations de séquence n'ont pas besoin d'être acceptés comme preuve de relations évolutives, car des espèces indépendamment créées par un concepteur intelligent pourraient être attendues pour présenter des motifs identiques de parenté apparente. La critique de Gibson s'applique tout aussi bien à cet argument créationniste, puisque la Bible ne mentionne pas les plans de Dieu concernant la similitude des séquences.

Cependant, comme nous l'avons discuté précédemment, cette notion créationniste de séquences similaires conçues pour des fonctions similaires a au moins un certain sens intuitif. En revanche, Gibson propose une hypothèse ad hoc clairement inacceptable lorsqu'il suggère qu'un concepteur aurait pu placer des insertions de rétrotransposons non fonctionnels -- imitant toutes les caractéristiques de ceux qui rétrotransposent actuellement de manière aléatoire en laboratoire -- dans les mêmes positions de l'ADN d'espèces créées indépendamment ; cette idée mérite autant de crédibilité que l'affirmation selon laquelle les entrées fausses partagées dans un répertoire sont dues à des erreurs indépendantes plutôt qu'au plagiat. L'hypothèse de Gibson ne plaide pas pour un créateur prenant des décisions de conception compréhensibles, mais pour un créateur si imprévisible qu'il pourrait être l'auteur de n'importe quelle découverte scientifique traditionnellement interprétée comme non conçue -- sauf si la Bible stipule explicitement le contraire. Ainsi, la logique de Gibson soutiendrait les énoncés suivants, car ils ne sont pas spécifiquement contredits par la Bible : (1) Dieu a créé des fossiles ressemblant aux restes d'animaux qui n'ont jamais vécu, et les a enfouis dans des roches. (2) Dieu a créé des éléments radioactifs dans des roches qui suggéreraient faussement des âges plus anciens que leurs âges réels. (3) Dieu a créé l'univers il y a 6000 ans avec la lumière des étoiles en route vers nos yeux, mais avec les propriétés attendues de la lumière qui a quitté des étoiles il y a des milliards d'années. En d'autres termes, la logique de Gibson nous invite à rejeter tout argument scientifique pour l'évolution si cet argument n'est pas spécifiquement vérifié dans la Bible. La vision de Gibson peut être cohérente en soi, mais elle exige clairement que la vérité de la Bible soit acceptée par la foi comme base pour juger des mérites des conclusions scientifiques, et elle s'éloigne donc de la vraie science basée sur le test d'hypothèses, la logique inductive et des conclusions basées sur des données observées. Si un scientifique observe une insertion de rétrotransposon en laboratoire en raison de plusieurs paramètres biochimiques connus, le rasoir d'Occam l'incite à ne pas postuler une main intelligente guidant sa création. Si nous trouvons d'autres insertions dans notre ADN avec des caractéristiques identiques à celles qui apparaissent sous observation, nous supposons que celles de notre ADN sont apparues par un mécanisme similaire. Nous savons que de telles insertions apparaissant sous observation en laboratoire peuvent être utilisées pour retracer la lignée des animaux de laboratoire, et que d'autres insertions naturelles peuvent être utilisées pour retracer les populations dans la nature ; nous n'avons aucune raison de nous dissuader d'utiliser des insertions similaires pour retracer les lignées de différentes espèces. Ce raisonnement inductif est fondamental pour la paléontologie, la datation radioactive, l'astronomie, la physique, la médecine et tous les autres domaines de la science. Si Gibson pense que les mérites d'un argument scientifique dépendent de la manière dont il est soutenu par la Bible, il peut simplement rejeter l'évolution en bloc car elle est en conflit avec la Genèse, et éviter la peine de traiter tous les détails des observations et déductions scientifiques individuelles sur lesquelles l'évolution est basée. Cette approche « Bible en premier » peut être appropriée pour la religion, mais elle est inacceptable en tant que science.

6. Tester le modèle

Une caractéristique de la science qui la distingue de la croyance religieuse révélée (et des évolutionnistes des créationnistes) est la conviction scientifique que de nouvelles connaissances sur le passé peuvent être obtenues grâce à une analyse soigneusement conçue du monde moderne. Les créationnistes affirment souvent que, puisque l'origine des espèces s'est produite dans un lointain passé, il n'existe aucun moyen scientifiquement valide d'étudier le processus aujourd'hui, et donc que l'évolution n'est pas une science réelle testable par l'expérience. Cependant, même sans expériences réelles, une hypothèse scientifique peut être testée si elle suggère une prédiction non triviale qui peut être vérifiée ou infirmée par la collecte de données supplémentaires.

En effet, l'interprétation des pseudogènes de traitement partagés présentée ici représente une hypothèse qui peut être testée car elle présente une implication plutôt surprenante : à partir d'une comparaison entre deux séquences nucléotidiques d'une seule espèce — c'est-à-dire les séquences d'un pseudogène de traitement et du gène fonctionnel dont il est issu — il devrait être possible de prédire quelles autres espèces partageront le même pseudogène et lesquelles ne le partageront pas. Pour comprendre la logique d'une telle prédiction, considérons le fait que si un pseudogène de traitement est apparu dans une espèce ancienne, des copies de ce pseudogène devraient être trouvées dans les descendants modernes de cette espèce. Ainsi, selon le modèle évolutif, si nous savions quand un pseudogène de traitement humain est apparu et pouvions ainsi fixer son origine à une position particulière sur l'arbre évolutif accepté, nous prédirions que le même pseudogène de traitement devrait être trouvé dans les espèces modernes qui descendent de ce point sur l'arbre et non dans aucune autre branche.

En fait, il existe un moyen d'estimer quand un pseudogène de type « traité » donné a été formé. Il s'avère que les mutations « silencieuses » — c'est-à-dire des mutations qui n'ont aucun effet sur la survie de l'organisme (comme toutes les mutations dans les pseudogènes inutiles) — s'accumulent à un taux relativement uniforme. Ce taux a été estimé en examinant le nombre de différences de séquence « silencieuses » entre des séquences fonctionnelles correspondantes chez deux espèces et en comparant ce nombre avec la date approximative de divergence des mêmes deux espèces, telle qu'indiquée par le registre fossile. Étant donné ce taux de mutation et le nombre de différences de séquence entre un pseudogène de type « traité » particulier et son gène source fonctionnel (de la même espèce), on peut estimer la date d'origine du pseudogène ; puis, sur la base de cette date, on peut formuler des prédictions concernant quelles autres espèces modernes devraient porter le même pseudogène. Ces prédictions peuvent être testées en recherchant le pseudogène dans une variété d'espèces.

Considérez, par exemple, le pseudogène humain epsilon traité mentionné plus tôt (section 4.3). Le nombre de différences nucléotidiques entre ce pseudogène et le gène fonctionnel suggère que ce pseudogène est apparu il y a environ 40 millions d'années. Par conséquent, l'interprétation évolutive des pseudogènes traités présentée dans cet essai prédirait que les souris et les lapins (qui sont censés avoir divergé de la lignée humaine il y a 70 à 80 millions d'années, avant l'apparente origine du pseudogène) ne devraient pas porter ce pseudogène. En revanche, les grands singes et les singes du Vieil Monde – dont les dates estimées de divergence de la lignée humaine (5-10 et 30 millions d'années, respectivement) sont toutes deux postérieures à l'apparente origine du pseudogène – devraient porter le pseudogène. Les preuves disponibles confirment toutes ces prédictions et sont également cohérentes avec des prédictions similaires concernant la répartition des autres pseudogènes traités chez les espèces (voir par exemple Anagnou et al. PNAS 81:5170, 1984 concernant la dihydrofolate réductase, Craig et al. Gene 99:217, 1991 concernant la triosephosphate isomérase, et Friedberg et Rhoads Molec. Phylogenet & Evolution 16:127, 2000 concernant l'énolase, la calmoduline et la synthétase de l'argininosuccinate).

Par une logique similaire, il est possible d'estimer l'âge d'insertion d'un rétrovirus endogène en comparant les séquences des LTR « gauche » et « droite » (voir la section 2.2.2.d ci-dessus). Puisque le LTR « gauche » est copié à partir de la séquence du LTR « droite » au moment de l'insertion, les deux LTR partagent une séquence identique au moment où la copie du rétrovirus est originaire. Après l'insertion, les deux LTR accumulent des mutations indépendamment, et donc le nombre de différences de séquence entre les deux LTR peut être utilisé pour estimer l'âge d'une insertion rétrovirale particulière ; cet âge peut être utilisé pour prédire la distribution spécifique des copies partagées de l'insertion rétrovirale particulière. Lorsque les âges de plusieurs rétrovirus endogènes humains ont été récemment estimés en utilisant cette approche, la distribution spécifique prédite des copies partagées a été confirmée (Johnson & Coffin, PNAS 96:10254, 1999).

Alors que les insertions individuelles de SINE et de LINE chez l'humain ne peuvent pas facilement être datées par l'analyse de séquence seule, il peut être possible d'estimer une période approximative lors de laquelle certaines sous-classes se sont insérées. Cela est possible car des classes spécifiques de rétrotransposons similaires sont censées avoir peuplé le génome mammalien par vagues, certaines familles (et sous-familles, dans le cas des séquences Alu et LINE) étant copiées à partir d'un petit nombre de rétrotransposons sources actifs à une période particulière de notre histoire évolutive. Ce modèle a été déduit du fait que pour certaines familles de rétrotransposons humains (par exemple, LINE2), les comparaisons entre membres spécifiques de la famille révèlent des séquences relativement divergentes, comme si les copies individuelles avaient accumulé de nombreuses mutations différentes depuis longtemps après leur insertion dans notre ADN (Nature 409:860, 2001, voir p. 881), tandis que d'autres, telles que les séquences Alu (en particulier les sous-familles Ya5 et Ya8) et la famille Ta des séquences LINE1, montrent moins de déviations par rapport à une séquence consensus et sont donc censées s'être insérées plus récemment. Ces interprétations basées sur l'évolution des séquences de rétrotransposons humains prédisent un large partage interspécifique des rétrotransposons supposés plus anciens, mais un partage plus restreint des rétrotransposons supposés plus jeunes, et ces prédictions sont confirmées par des données de distribution interspécifique indépendantes pour ces rétrotransposons (Gonzalez et al., Genomics 18:29, 1993 ; Shaikh et Deininger, J Mol Evol 42:15, 1996 ; Carroll et al., J Mol Bio 311:17, 2001 ; Sheen et al., Genome Res 10:1496, 2000 ; Boissinot et al., Mol Biol Evol 17:915, 2000).

Plus de rétrotransposons partagés seront certainement découverts, et seul le temps dira dans quelle mesure les prédictions évolutives comme celles-ci sont confirmées. Mais pour le moment, presque toutes les données disponibles sont cohérentes avec les modèles évolutifs de descendance commune, et aucune alternative créationniste pour expliquer cette cohérence n'a été proposée. Des instances répétées de ce type de prédiction et de confirmation peuvent fournir des preuves convaincantes pour l'évolution, même si certains types d'expériences directes, comme des études sur des dinosaures vivants, sont impossibles. (Si les lecteurs sont au courant d'autres exemples de pseudogènes traités ou d'autres rétrotransposons dont la répartition chez différentes espèces soutient ou contredit l'arbre généalogique accepté, je serais reconnaissant d'en être informé par Email, et je réviserais cette publication en conséquence.)

7. Conclusion

Les séquences non fonctionnelles partagées décrites ici prouvent-elles que les humains et les singes avaient un ancêtre commun ? En réalité, aucune connaissance scientifique ne repose sur une preuve inattaquable du genre qui soutient les théorèmes mathématiques, de sorte que la plainte créationniste selon laquelle l'évolution n'a "jamais été prouvée" révèle simplement une méconnaissance grossière de la nature de la science. Au contraire, la science progresse par l'accumulation d'indices recherchés par des détectives persévérants (scientifiques) qui tentent de déduire des conclusions logiques et impartiales de ces indices. Comme un jury présenté avec ces indices, nous pouvons tenter d'arriver au verdict le plus probable, même si nous reconnaissons que nos faits sont incomplets ; il n'y a pas de témoins vivants des eons de l'évolution, donc nous devons faire les meilleures déductions possibles à partir des indices à portée de main. Dans "l'affaire des séquences non fonctionnelles partagées", un jury impartial conclurait certainement que la copie à partir d'un ancêtre commun était l'explication la plus probable, conforme à l'interprétation évolutionniste. Cette conclusion suivrait la logique du droit réel du droit d'auteur dans lequel les erreurs partagées sont acceptées comme preuves de copie. L'acceptation forte de cette conclusion parmi les scientifiques est indiquée par le fait qu'aucune explication alternative n'a été proposée dans la littérature scientifique pour expliquer le partage généralisé de tant de séquences non fonctionnelles entre les espèces. Ainsi, si nous devons accepter les preuves de la science, il apparaît que la descendance commune d'espèces disparates d'un ancêtre commun ("macroévolution" dans la terminologie créationniste) a effectivement eu lieu.

À mesure que de nouveaux exemples de pseudogènes et de rétrotransposons partagés sont découverts par des généticiens moléculaires, ces informations s'ajouteront à l'immense corpus d'indices provenant d'autres disciplines qui, collectivement, fournissent déjà des preuves écrasantes en faveur de l'évolution. Malgré ces preuves impressionnantes, aucun scientifique ne croit que toutes les réponses sur l'évolution sont déjà connues ou que notre compréhension actuelle des pseudogènes et des rétrotransposons est à l'abri de toute révision à la lumière de connaissances futures. En effet, des scientifiques dans des laboratoires à travers le monde continuent d'explorer les gènes de diverses espèces, en comparant les données de génétique moléculaire avec le registre fossile et en affinant notre connaissance de l'histoire de notre espèce.

À l'étape actuelle de cette recherche sans fin, les preuves suggèrent ce qui, pour moi, est une notion époustouflante : comme une pierre de Rosette biologique ou un manuscrit de la Mer Morte, notre propre ADN – une Encyclopédie Britannica d'informations dans chaque cellule de notre corps – contient un enregistrement du passé que nous apprenons à peine à lire. Cet enregistrement, reflétant des millions d'années d'histoire génétique, inclut les vestiges d'accidents génétiques anciens survenus avant que nos ancêtres ressemblant à des singes ne sillonnent les plaines d'Afrique, des vestiges que nous partageons maintenant avec d'autres descendants de ces mêmes ancêtres : les gorilles modernes et les chimpanzés.