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Méta-information: Un casse-tête insoluble pour l’évolution

Nouvelle information génétique?

par Alex Williams
traduit par Frédéric Pinardon

Photo par John Schmidt, wikipedia.org

Cell division

La division cellulaire, longtemps considérée comme relativement simple, est un phénomène maintenant reconnu comme incroyablement complexe, et rend la “conception intelligente” seule explication possible.

Les évolutionnistes n’ont jamais été en mesure de donner une réponse satisfaisante au problème de l’origine des nouvelles informations dont l’évolution a besoin pour transformer un microbe en myxomycète (champignon inférieur) ou en petit mammifère. Leur meilleure hypothèse est la duplication de gènes (ce qui leur donne une longueur d’ADN supplémentaire, mais de l’ADN qui ne contient aucune information nouvelle), suivie de mutations aléatoires qui sont censées transformer l’information dupliquée en quelque chose de nouveau et d’utile.

Ils n’ont pas de preuve expérimentale directe de cette affirmation (et il y en a beaucoup à son encontre1), de sorte qu’ils doivent’s’appuyer sur des preuves indirectes telles que les soi-disant “familles de gènes”. Certains gènes sont en effet similaires à la fois dans leur structure et leur fonction à d’autres gènes, et les évolutionnistes utilisent cette similarité pour dire qu’ils proviennent des copies suivies de mutations aléatoires de certains gènes ancestraux communs. Mais ce n’est que spéculation évolutionniste, il ne’s’agit pas de preuves expérimentales.

La famille des gènes de globine est un de leurs exemples favoris. L’hémoglobine transporte l’oxygène dans le sang et peut être composée de différentes combinaisons de différents types de globine. Par exemple, l’hémoglobine dans le sang humain foetal contient une combinaison différente de globines de celle du sang postnatal. Les évolutionnistes prétendent qu’elle est issue d’une molécule de globine originelle, dupliquée dans un des premiers animaux à utiliser le sang et ayant muté pour former une famille de différents types de globines, qui a alors permis la diversification et la complexification des procédés utilisant l’oxygène que nous voyons dans le monde animal aujourd’hui.2

Mais cet exemple est beaucoup mieux expliqué par la théorie de la “Conception intelligente” (ou “Dessein Intelligent”, de l’anglais “intelligent design”, ndt).3 Le bébé humain dans le ventre de sa mère est en concurrence pour l’oxygène sanguin de sa mère avec le placenta qui le nourrit d’une part, et avec le ventre maternel qui l’entoure, d’autre part. Ainsi, l’hémoglobine foetale doit avoir, entre autres choses, une plus grande affinité pour l’oxygène que l’hémoglobine de la mère. En revanche, lorsque le bébé est né et peut inspirer l’oxygène de l’air dans ses poumons, il n’a plus aucune concurrence et a alors besoin d’un autre type de système de captation de l’oxygène. Un sage Créateur ferait en sorte que le taux d’hémoglobine puisse changer de forme et de fonction pour répondre à ces conditions très différentes, et intégrerait ce changement aux autres processus complexes de la reproduction, processus en lui-même presque miraculeux. L’idée que de tels changements interactifs complexes puissent tous se produire par hasard est plutôt difficile à accepter.

Information sur l’information

Mais le problème de l’origine des informations en biologie est bien plus grand que la plupart des gens ne l’imaginent. L’information en elle-même est inutile à moins que la cellule ne sache comment l’utiliser. L’évolution nécessite non seulement de nouvelles informations, mais également de nouvelles informations supplémentaires sur la manière d’utiliser cette nouvelle information.

Les informations concernant une information sont appelées méta-informations. On peut voir comment cela fonctionne quand on fait un gâteau. Si vous voulez faire un gâteau, il vous faut une recette qui contient: (a) une liste des ingrédients, et (b) des instructions sur la façon de mélanger et cuire les ingrédients pour produire le résultat escompté. La liste des ingrédients est la première information, et les instructions sur ce qu’il faut faire avec les ingrédients sont les méta-informations.

Le génome humain contient une quantité d’informations énorme, bien plus grande que nous ne l’avions, jusqu’à récemment, imaginé.4 Mais nous savons maintenant que la plus grande partie de ces informations ne sont pas des informations primaires (gènes codant pour des protéines), mais des méta-informations, informations dont les cellules ont besoin pour transformer ces gènes en un être humain fonctionnel, ainsi que pour le maintenir fonctionnel et le reproduire. Ces méta-informations sont stockées et utilisées de diverses façons :

L’évolution nécessite non seulement de nouvelles informations, mais également de nouvelles informations supplémentaires sur la manière d’utiliser cette nouvelle information.

  • l’ADN consiste en une double hélice—deux molécules à longue chaîne entourée l’une autour de l’autre. Chaque brin est constitué d’une chaîne de quatre types de molécules de nucléotides (les symboles sont abrégés T, A, G et C). Environ 3% de ces nucléotides chez les humains consistent en gènes codant pour des protéines et les autres 97% semblent être des méta-informations de régulation.
  • L’ADN est une molécule de stockage de l’information, comme un livre fermé. Cette information stockée est mise à profit en étant copiée sur des molécules d’ARN, et les molécules d’ARN mettent l’information de l’ADN en action dans la cellule. Pour chaque molécule d’ADN produisant des protéines (information primaire), il y a environ 50 molécules régulatrices d’ARN (méta-informations).
  • Aux côtés de la double hélice d’ADN, plusieurs sortes de chaînes chimiques servent de modèles en contenant les méta-informations nécessaires pour transformer des cellules souches embryonnaires non spécialisées en cellules spécialisées qui sont nécessaires dans les doigts, les pieds, les orteils et les os de queue, etc.
  • L’ADN est une très longue et très fine molécule. Si nous déroulions un jeu de chromosomes humains, l’ADN ferait de l’ordre de 2 mètres de long. Pour emballer le tout dans le minuscule noyau à l’intérieur de la minuscule cellule humaine, celui-ci est enroulé sur lui-même en quatre différents niveaux de structure de chromatine pour former 46 chromosomes. Cette structure de chromatine enroulée contient également des niveaux de méta-information supplémentaires. Le premier niveau (le code des histones) encode l’information sur l’histoire de la cellule (c’est-à-dire une mémoire cellulaire).5,6 Les trois autres niveaux de l’enroulement encodent d’autres informations, dont certaines sont décrites ci-dessous, et il ne fait aucun doute que nous en avons encore à découvrir.

La quantité de méta-information dans le génome humain est donc réellement considérable par rapport à la quantité d’information primaire.

Des molécules autoréplicantes?

Dans son oeuvre monumentale, The Ancestor’s Tale,7 Richard Dawkins est remonté jusqu’à l’origine supposée de l’humanité, à travers tous les âges de l’évolution jusqu’au supposé premier ancêtre commun de toute vie. Il a supposé que cet ancêtre originel était une forme de vie de type ARN, tout en admettant son ignorance des détails précis.8 Son choix d’une forme de vie initiale à ARN se justifie parce que l’ARN est la seule molécule connue qui puisse réaliser les trois fonctions de la vie: (a) stocker des informations codées, (b) se combiner avec lui-même et avec d’autres molécules d’ARN pour créer des machines moléculaires, et (c) s’autorépliquer (mais seulement de façon très limitée dans des circonstances très particulières).

Toutefois, des études récentes montrant comment les cellules vivantes se répliquent réellement ont rendu ce concept du “monde ARN” ridiculement irréaliste.

Un problème central dans la division cellulaire (c’est à dire, dans ce que font réellement les cellules vivantes, par opposition à l’autoréplication imaginée par Dawkins) est qu’une grande proportion de l’ensemble du génome est requise pour le fonctionnement normal de la cellule, probablement au moins 50% dans les cellules non spécialisées de l’organisme, et jusqu’à 70–80% dans les cellules complexes du foie et du cerveau. Quand vient le temps pour une cellule de se diviser, non seulement l’ADN doit continuer à soutenir le fonctionnement normal de la cellule, mais il doit aussi soutenir l’activité supplémentaire associée à la division cellulaire.

Cela crée un énorme problème de logistique—comment éviter les affrontements entre le mécanisme de transcription (qui a continuellement besoin de copier l’information pour l’usage courant de la cellule) et le mécanisme de réplication (qui a besoin de dérouler l’ensemble de la double hélice d’ADN et de répliquer une copie neuve sur chaque brin’séparé).

La solution de la cellule à ce cauchemar logistique est vraiment étonnante.9 La réplication ne commence pas en un point quelconque, mais en des milliers de points différents. Et de ces milliers de points de départ possibles, seul un sous-ensemble par cycle cellulaire est utilisé, d’autres sous-ensembles différents sont utilisés à d’autres moments et en d’autres lieux. Voyez-vous comment cela peut résoudre notre problème de logistique ?

À cause de la complexité du système, la science n’en a pas encore une compréhension complète, mais certains progrès ont été réalisés:

  • La totalité des sites possibles de départ de la réplication n’est pas essentielle, mais facultative. Au début de l’embryogenèse, par exemple, avant que ne commence la transcription, l’ensemble du génome se réplique de nombreuses fois sans qu’il soit fait appel à aucun des sites de départ potentiels.
  • Le schéma de réplication chez l’embryon au stade avancé et chez l’adulte est spécifique du tissu dans lequel la réplication se produit. Cela suggère que les cellules d’un tissu particulier coopèrent en coordonnant la réplication de sorte que, si une partie de l’ADN dans une cellule est en cours de réplication, la partie correspondante dans une cellule voisine est transcrite. Les transcriptions peuvent ainsi être partagées afin que les fonctions normales puissent être maintenues tout au long du tissu tandis que différentes parties de l’ADN sont répliquées.
  • L’ADN qui est transcrit au début dans le cycle de la division cellulaire est également répliqué dans la phase initiale (mais les machines de transcription et de réplication sont soigneusement tenues à l’écart l’une de l’autre). L’ADN qui est transcrit en premier est souvent celui qui est le plus nécessaire au fonctionnement de la cellule. La corrélation entre la transcription et la réplication dans cette première phase permet à la cellule de minimiser le “temps mort” dans la transcription de la plupart des fournitures urgentes, tandis que la réplication est en cours.
  • Il y a une “hiérarchie” de contrôle. La préparation pour la réplication peut avoir lieu dans des milliers d’endroits différents, mais une fois que la réplication débute à un site particulier, la réplication des sites à proximité est bloquée, de sorte que seulement une copie de l’ADN est faite. Si la transcription arrive à se produire dans un site à proximité, la réplication est supprimée jusqu’à ce que la transcription soit achevée. Ceci démontre clairement que le maintien en vie de la cellule et son bon fonctionnement l’emportent sur la division cellulaire.
  • Il existe un système de correction d’erreurs intégré appelé “points de contrôle du cycle cellulaire” (“cell-cycle checkpoints”, ndt). Si la réplication se produit sans problème, aucune correction n’est nécessaire. Cependant, si trop d’événements réplicatifs se produisent à la fois, le risque de conflit entre la transcription et la régulation augmente, et cela peut indiquer que certains réplicateurs ont décroché à cause d’erreurs. Une fois que le seuil d’activité est dépassé, le système de contrôle (checkpoint) est activé, l’ensemble du processus est ralenti, et les erreurs sont corrigées. Si trop de dommages se produisent, les cellules filles seront mutantes, ou le mécanisme d’autodestruction (l’apoptosome) de la cellule sera activé pour démanteler la cellule et recycler ses composants.
  • Un avantage évident d’une telle configuration, où la’séquence initiale de la réplication n’est jamais la même d’une division cellulaire à une autre, c’est qu’elle minimise les effets des erreurs éventuelles qui n’auraient pas été corrigées.

Cette magnifique solution à un tel problème de logistique ne pouvait venir que d’un Concepteur supérieurement intelligent.

Cette magnifique solution à un tel problème de logistique ne pouvait venir que d’un Concepteur supérieurement intelligent.

L’énigme insoluble

Voici maintenant l’énigme insoluble. En gardant à l’esprit l’analogie du gâteau, souvenons-nous que la grande majorité des informations chez l’homme n’est pas de l’information de type “ingrédients” (code pour les protéines), mais de la méta-information—instructions pour utiliser les composants dans le but de fabriquer, maintenir et reproduire des êtres humains fonctionnels.

Les évolutionnistes prétendent que toutes ces informations apparurent par des mutations aléatoires, mais cela n’est pas possible. Les événements aléatoires sont, par définition, indépendants les uns des autres. Mais la méta-information est, par définition, dépendante de l’information à laquelle elle se rapporte. Il serait tout à fait aberrant de prendre les instructions pour la cuisson d’un gâteau et de les appliquer à l’assemblage de, disons, un jouet en plastique pour enfant (au mieux, la cuisson aurait alors pour effet de réduire le jouet à une masse informe et inutilisable). Des instructions pour la cuisson d’un gâteau n’ont de sens que lorsqu’elles sont appliquées à une liste d’ingrédients pour gâteau. De même, la solution logistique au problème de la division cellulaire n’est pertinente que pour le problème de la division cellulaire. Si nous appliquions cette solution logistique au problème de l’attraction sexuelle par les phéromones chez les noctuelles, cela ne fonctionnerait pas. La grande quantité de méta-information chez l’être humain n’a de sens que lorsqu’elle est appliquée au contenu génétique du génome humain.

Même si nous reconnaissions que la première information biologique a commencé son existence par un processus aléatoire, les méta-informations nécessaires à l’utilisation de cette information n’ont pu apparaître par le même processus aléatoire (indépendant) parce que les méta-informations sont inextricablement dépendantes des informations auxquelles elles se rapportent.

Il n’y a donc aucune solution aléatoire (par voie de mutations) à cette énigme. La’sélection naturelle peut-elle être d’un quelconque secours? Non. Il y a au moins 100 bits (et probablement beaucoup plus) de méta-informations dans le génome humain pour chaque bit d’information primaire (gènes codant des protéines). Un organisme qui doit fabriquer, entretenir et charrier avec lui une montagne d’informations inutiles, en attendant que se produise, par hasard, une corrélation productive, est un organisme qui sera éliminé, et non pas conservé, par la’sélection naturelle ! De plus, un organisme qui peut survivre assez longtemps pour accumuler une montagne d’informations inutiles est un organisme qui n’a pas besoin d’informations inutiles, il doit déjà avoir toute l’information dont il a besoin pour survivre!

Quel type d’organisme dispose déjà de toutes les informations dont il a besoin pour survivre? Il n’y a qu’une seule réponse, un organisme qui a été conçu (“designed”, ndt) dès le début avec tout ce dont il a besoin pour survivre !

Références

  1. Bergman, J., “La duplication de gènes fournit-elle le moteur de l’évolution?Journal of Creation 20(1):99–104, 2006. Retour au texte.
  2. Le problème est que l’expression des gènes de globine doit être contrôlée avec précision, autrement des maladies telles que la thalassémie (anémie) peuvent en résulter. Voir “Argument: Some mutations are beneficial”, chap. 5, Refuting Evolution 2. Retour au texte.
  3. De même pour les différents types d’hémoglobine chez des animaux différents. Le biochimiste Bob Hosken dit: “dans une étude sur la relation entre la structure et la fonction de l’hémoglobine chez divers marsupiaux et espèces de monotrèmes, je trouvé plus sensé d’interpréter la structure de l’hémoglobine en relation avec les exigences physiologiques uniques de chaque espèce. Une souris marsupiale dispose d’un taux métabolique supérieur à celui d’un grand kangourou, c’est pourquoi les petits marsupiaux ont besoin d’une hémoglobine avec une structure conçue pour fournir plus efficacement de l’oxygène aux tissus que celle requise chez les grands animaux. J’ai également étudié la relation entre la structure de l’hémoglobine et le transport de l’oxygène chez l’échidné et l’ornithorynque, et j’ai de nouveau trouvé que le système de transport de l’oxygène de l’ornithorynque est bien adapté à la plongée, alors que chez l’échidné il est adapté au fouissage.” Retour au texte.
  4. Williams, A., “Astonishing DNA complexity uncovered”, 20 Juin 2007; “Astonishing DNA complexity update”, 3 juillet 2007. Retour au texte.
  5. Segal, E., Fondufe-Mittendorf, Y. Chen, L., Thåström, A, champ, Y., Moore, IK, Wang, J.-P. Z. et Widom, J., “A genomic code for nucleosome positioning”, Nature 442(7104) :772–778, 17 août 2006; DOI: 10.1038/nature04979. Retour au texte.
  6. Latent memory of cells comes to life”, Physorg.com, le 17 mai 2007. Retour au texte.
  7. Dawkins, R., “The Ancestor’s Tale: A pilgrimage to the dawn of evolution”, Houghton Miflin, Boston, 2004. (“Il était une fois nos ancêtres : Une histoire de l’évolution” chez Robert Laffont, 16 août 2007). Retour au texte.
  8. L’ARN est une molécule instable et ne peut survivre naturellement en dehors des conditions particulières d’une cellule ou d’un virus dont les protéines sont stabilisées. Dans les expériences citées par Dawkins, des ingrédients de haute pureté et des conditions de vie entièrement irréalistes ont dû être maintenus, sinon la chaîne d’ARN se serait rapidement rompue. Voir aussi Mills, GC Et Kenyon, DH, “The RNA World: A Critique”, Origins and Design 17(1): 9–16, 1996; “Evolutionist criticisms of the RNA World conjecture” Cairns-Smith, AG, “Genetic Takeover and the Mineral Origins of Life”, Cambridge University Press, New York, 1982. Retour au texte.
  9. Aladjem, MI, “Replication in context: dynamic regulation of DNA replication patterns in metazoans”, Nature Reviews Genetics 8(8):588–600, août 2007. Retour au texte.

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