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Philippe Descamps, professeur de philosophie, rédacteur aux Cahiers de Science et Vie
Ce n’est pas à l’école que l’on entend parler pour la première fois du gène. Et la notion étant empreinte d’un sens plus ou moins lâche, que la vulgarisation lui a affecté, sa désignation stricte et scientifiquement rigoureuse relève d’une problématique particulière. Il s’agit pour les enseignants de lever ce qu’on pourrait appeler, en s’inspirant de Bachelard, un « obstacle pédagogique », et pour les élèves « non pas d’acquérir une culture expérimentale, mais bien de changer de culture expérimentale, de renverser les obstacles déjà amoncelés par la vie quotidienne. » (La Formation de l’esprit scientifique, Vrin, 1938)
Un objet scientifique mouvant
Avec le gène, nous avons affaire typiquement à un objet scientifique historique, à savoir un concept qui n’a cessé de se transformer au cours du temps et de recevoir des acceptions toujours plus fines - du moins dans le discours strictement scientifique. En outre, rien ne nous assure, loin de là, que le gène ait aujourd’hui reçu son acception définitive. À titre d’exemple, les importants travaux récemment rendus publics de Andrew Fire, Gordon Carmichael, Philip Sharp et Richard Jorgensen portant sur l’interférence de l’ARN induiront peut-être une nouvelle dimension de la notion de gène. C’est pourquoi l’on ne peut que se réjouir des dernières dispositions relatives à cette notion dans le programme de SVT, qui visent à « situer les développements de la génétique avec une perspective historique, dans un état d’esprit permettant de comprendre l’évolution d’un savoir scientifique ». Car la réintroduction de l’histoire du mot et de la notion est sans doute une des conditions de son intelligibilité.
Fait significatif (et qui invalide par avance toute réduction stricte de l’idée de gène à une série ordonnée d’acides nucléiques), l’idée de gène est apparue bien avant que l’on identifie la structure de son support matériel. Le terme de génétique est en effet proposé dès 1906 par William Bateson afin de désigner cette science qui se construit au moins depuis les expériences de Mendel sur l’hybridation des petits pois et l’étude de la transmission héréditaire de certains caractères.
Sans inventer le mot « gène », Mendel lui-même avait conçu des « unités », parcelles élémentaires de l’héritage des parents et déterminant chacune un caractère observable. Ce faisant, et bien que les termes employés aujourd’hui lui manquassent, il avait émis l’hypothèse d’une relation (et même d’une relation forte puisque nécessaire) entre génotype et phénotype. La dénomination « gène » pour qualifier cette « unité » mendélienne est due au danois Wilhelm Johannsen.
Jusqu’en 1944, on étudie - on construit - ces gènes sans en connaître le support matériel précis (on sait néanmoins, depuis les travaux de W. Sutton en 1902, que les gènes sont portés par les chromosomes). Jusqu’en 1944, car c’est à cette date que Macleod, McCarty et Avery identifient la longue chaîne d’acides nucléiques, l’ADN, comme étant le support de cette information génétique. La structure tridimensionnelle de l’ADN ne sera, elle, découverte qu’en 1953 par Watson et Crick.
Relevons ici les leçons de l’histoire scientifique : le gène a été une idée avant que d’être une chose. Ou, dit d’une manière moins imagée, ce n’est que très tardivement que la génétique a rencontré la biologie moléculaire et que le gène est devenu affaire de molécules en autorisant la naissance du « génie génétique » dont les premiers pas se font à partir de 1972. Allons plus loin : le concept de gène a été particulièrement fertile et efficace dans la compréhension de l’hérédité, et du vivant en général, bien avant d’être assimilé, voire réduit, à son support matériel.
Commentant le terme dont il a la paternité, Johannsen écrivait : « Le gène doit être utilisé comme une sorte d’unité de calcul. En aucune façon nous n’avons le droit de définir le gène comme une unité morphologique dans le sens des gemmules de Darwin ou des biophores, des déterminants ou d’autres conceptions morphologiques spéculatives de cette sorte. » (Elemente der exakten Erblichkeitslehre, Gustav Fisher, Iena, 1909) Ce faisant, il voyait dans le gène avant tout un concept, c’est-à-dire un outil permettant de rendre compte de la transmission de caractères héréditaires. Il est vrai que dans la mesure où, à l’époque, ni la nature ni la structure du support matériel du gène n’étaient connues, on ne pouvait qu’y voir un outil conceptuel permettant, faute de mieux, de décrypter les phénomènes de transmission. Néanmoins, il est remarquable, rétrospectivement, qu’un savant ait par avance tenté de prévenir des formes trop exclusives de réduction du gène à son support matériel. Autorisons-nous ici une comparaison - même approximative - : soit le mot « gène » ; le fait qu’il s’écrit avec un « g », un « è », un « n » et un « e » ne suffit pas à le définir (l’image est bien évidemment faussée ne serait-ce que par le fait de la diversité des langues et de l’universalité du code génétique). En affirmant cela, nous ne nions pas le fait que « gène » s’écrit effectivement à l’aide de ces lettres. Nous remarquons juste au passage que si nous nous en tenons à cette conception, nous n’avons toujours aucune idée de ce que signifie le mot gène.
De la même manière, la réduction du gène à son support matériel ne permet pas de saisir ce qu’il est. Tant que sa fonction codante (la protéine pour laquelle il code), les conditions de son activation et de son inhibition, les interactions entre la protéine qu’il code et d’autres protéines codées par d’autres gènes ne sont pas identifiées, le gène étudié n’est pas encore un gène. En se restreignant à penser que le gène est une chose (une série de nucléotides), on peut finir par oublier que le gène désigne une fonction, comme on peut parler de fonction en mathématiques, c’est-à-dire une série d’associations, de concomitances, d’enchaînements de processus élémentaires.
Les apports de la génétique moléculaire
Jusqu’aux années soixante, la notion de gène pouvait encore sembler relativement simple. Comme entité univoque permettant de prédire les effets dans la descendance au cours de croisements, le gène semblait avoir un fonctionnement simple ; corrélativement, la réduction du gène à son support matériel était tentante. En 1960, François Jacob pouvait encore en donner la définition suivante (dans La Logique du vivant) : « Quel que soit le type d’analyse employé, le terme ultime est le même : c’est le gène qui représente à la fois l’unité de fonction, de mutation et de recombinaison. Ainsi le matériel de l’hérédité se résout en unités élémentaires qu’on ne peut fractionner. Les gènes deviennent comme les atomes de l’hérédité. »
Or on sait aujourd’hui que l’idée qu’un segment d’ADN ne code qu’une protéine est erronée. Autrement dit, des portions identiques de l’ADN peuvent participer de plusieurs gènes, c’est-à-dire que chaque gène ne dispose pas d’une partie (ou de plusieurs) qui lui soit exclusivement dévolue. La relation entre protéines et séquences codantes n’est donc pas bi-univoque. Le gène ne désigne pas seulement une séquence codante mais une modalité particulière d’opérer la lecture d’une portion de l’ADN. Cette ultime difficulté permet de rendre compte de la double définition que donne du gène l’Académie des sciences :
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« Gène.- En génétique classique : toute région du génome qui confère un caractère phénotypique à un organisme. En génétique moléculaire : segment d’ADN comprenant les régions transcrites en ARN (messager, de transfert, ribosomique...) et les régions régulatrices adjacentes. »
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En génétique classique, où le gène est conçu comme une entité conceptuelle permettant la prédiction des effets de transmission et de croisement sans référence explicite à son support matériel, le gène apparaît effectivement comme une entité élémentaire dont le fonctionnement est, sinon simple, du moins univoque. En revanche, dès que l’on tente d’associer le gène à son support matériel, nous entrons dans une dimension combinatoire bien plus complexe. Tout d’abord, une grande partie du bagage chromosomique n’a pas de fonction codante apparente. De plus, certaines parties des séquences d’acides nucléiques ne codent pas pour la synthèse de protéines mais ont une fonction régulatrice. Enfin, et pour n’en rester qu’à des généralités, une même séquence d’ADN peut être impliquée dans la synthèse de plusieurs protéines.
Tentons à nouveau, et toujours prudemment, de forger une image : le texte que constitue le code génétique n’est pas à lecture unique ; il se présente un peu comme un texte qui, tout en racontant une histoire précise, serait truffé d’acronymes, de calembours, de contrepèteries et adopterait peut-être même la structure du calligramme. Il faudrait compléter l’image pour rendre entièrement la complexité du problème et dire que l’ensemble de ces jeux de langage a une incidence sur le texte simple donné par la première lecture. Alors, peut-être, la complexité du concept de gène apparaîtra-t-elle plus clairement.
Ce que l’on appelle gène désigne donc, non pas une ou plusieurs régions de l’ADN, mais bien une information élémentaire qui met en jeu une ou plusieurs portions de l’ADN et qui dépend étroitement de l’ensemble de l’information dont l’ADN est porteur. Le gène désigne une information complexe qui ne peut être isolée du contexte dans lequel elle s’exprime.
Enseigner la notion de gène
De cet ensemble de rappels élémentaires dégageons quelques conséquences relatives à l’enseignement de la notion de gène.
On pratique depuis quelques années une manipulation en classe de sciences de la vie et de la Terre qui consiste à récupérer l’ADN d’une cellule et à l’isoler pour le rendre visible. Combien d’élèves parmi ceux qui ont assisté à cette séance sont convaincus d’avoir « vu » des gènes ? C’est l’occasion de faire un point sur cette notion et de préciser qu’on ne « voit » pas un gène. Le gène est un outil conceptuel, une unité créée par la biologie et pour les besoins de la biologie afin de rendre intelligibles certains procédés du vivant.
Outre cette fonction essentielle, le concept de gène a certainement eu aussi, au cours de l’histoire de la génétique, une vertu heuristique : en forgeant, d’une part, l’idée d’un lien entre génotype et phénotype, et, d’autre part, l’idée d’une unité élémentaire des caractères transmis de génération en génération, il a notamment permis à la science du vivant de faire un bond prodigieux au cours du XXe siècle. Néanmoins, puisque le gène n’est, si l’on peut dire, qu’un outil conceptuel, il s’agit d’éviter toute réification (le gène n’a pas été découvert, il a été inventé) et toute sacralisation. Aussi n’est-il peut-être qu’un concept provisoire qui pourrait s’avérer insuffisant pour les sciences du vivant à venir (tout comme la notion d’action à distance dans la mécanique newtonienne, qui pour avoir permis une véritable révolution en physique n’en demeure pas moins inintelligible, ambiguë et sous-déterminée). Michel Morange, professeur à l’École normale supérieure, précise d’ailleurs que « ces difficultés suggèrent que le concept de gène n’est pas un concept d’avenir. Certes, il a joué un rôle majeur dans le développement de la biologie au XXe siècle, mais ce rôle commence à s’estomper pour laisser la place à une relation beaucoup plus précise entre l’information contenue dans l’ADN et la synthèse des protéines qui en résulte. Peut-être, dans quelques décennies, l’usage du terme ne sera même plus nécessaire » (Sciences et Avenir, numéro hors-série 121, 2000).
Il convient donc d’être prudent et de ne pas présenter comme une « chose » ce qui ne sera considéré un jour peut-être que comme une entité construite pour les besoins d’une science naissante.
Pour en savoir plus
Pour se faire une idée de la complexité et de la diversité des fonctions du gène, on pourra consulter le glossaire proposé sur le site du centre de ressources Infobiogen (www.infobiogen.fr/) , à l’entrée « gène ».
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