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Dans le champ de la morphogénèse/évolution, on oppose souvent le Darwinisme, incarné par Darwin, et le structuralisme, incarné par D’Arcy Thompson.

D’aucuns attribuent à Darwin la pensée que les animaux se produisent par hasard, tandis que pour D’Arcy Thompson, les animaux se déduiraient les uns des autres par des transformations, pour la plupart affines (des étirements). Chacun aura pu voir des images d’anamorphoses de poissons, reliant des espèces voisines, réalisées par D’Arcy, à l’appui de ses thèses.

En réalité, la pensée de ces deux auteurs est très voisine sinon identique : ni Darwin, ni D’Arcy Thompson ne proposent de mécanisme d’établissement des premiers animaux (les Archétypes, voir mon précédent billet). Pour Darwin d’ailleurs, les plans d’animaux sont en très petit nombre (« I believe that animals have descended from at most only four or five progenitors » … « the ancient progenitor, the archetype as it may be called, of all mammals, had its limbs constructed on the existing general pattern, for whatever purpose they served”…).

En revanche, pour « la suite », le modèle de ces deux naturalistes est identique : les animaux se déduisent les uns des autres par des étirements, des contractions en général affines. Ce que D’Arcy Thompson a mis concrètement en images, Darwin l’a écrit noir sur blanc au sujet du plan d’organisation des animaux, de leur squelette, comme par exemple la patte de souris vs celle de chauve-souris. Au cours de la transformation de la patte de souris en patte de chauve souris, Darwin écrit :

“In changes of this nature, there will be little or no tendency to modify the original pattern, or to transpose parts. The bones of a limb might be shortened and widened to any extent, … a foot might have all its bones… lengthened to any extent … so as to serve as a wing, yet in all this great amount of modification there will be no tendency to alter the framework of bones “

Ce paragraphe de Darwin contient deux énormes erreurs. L’une est excusable, l’autre l’est moins. L’erreur excusable est la suivante : Darwin explique que, si l’évolution est incrémentale (si les transformations des animaux ont lieu peu à peu), alors le plan de la structure animale ne change pas, au fil, par exemple, de l’étirement, même quand on atteint des étirements énormes. Cette idée, littéralement, est fausse. Darwin écrit en substance que des transformations linéaires, ajoutées les unes aux autres, conservent au plan d’ensemble une déformation linéaire, dit autrement, en composant indéfiniment des petites transformations linéaires, on obtient une transformation linéaire. Cette idée est évidement fausse : l’intégrale d’une fonction linéaire n’est pas linéaire, [suite à une remarque énervée d'un lecteur : il faut plutôt écrire une fonction n'est pas égale à l'intégrale de sa dérivée linéarisée au premier ordre, ou dit encore autrement la composition de fonctions affines n'est affine que si les axes sont les mêmes pour chaque fonction; voir billet suivant; ce qui suppose d'admettre implicitement l'existence d'axes fixés donc une forme géométrique de déterminisme] et par ailleurs, l’évolution agit sur les paramètres d’un phénomène (le développement) qui n’est pas linéaire, donc en variant, même linéairement, les paramètres, on peut à tout moment atteindre les limites d’un domaine où se produit un changement soudain de comportement (ce que René Thom appelait des « catastrophes », ce que les physiciens appellent des « transitions »).

J’ai donné dans un précédent billet l’exemple du sac amniotique, qui est un pli contracté. Les plis sont typiquement des formes non linéaires apparaissant soudainement sous l’influence d’une force qui augmente linéairement (flambage de Euler, avec un seuil). Par exemple : en repassant doucement je ne fais pas de plis sur ma chemise, passé un seuil, je fais des faux-plis. J’atteindrai le seuil du faux-pli, même en augmentant linéairement la vitesse de repassage.

La grosse erreur de Darwin n’est pas celle-là. Je parle, comme dans mon précédent billet, d’une erreur interne à sa propre logique. Darwin écrit bien que le plan d’ensemble ne changera pas, qu’il n’y aura aucune tendance à transposer des parties ou déplacer des os etc. et l’on comprend très bien ce qu’il veut dire : la patte de chauve-souris ne sera qu’une monstrueuse dilatation de patte de souris.

Sauf que.

Le livre de Darwin n’est pas un traité d’embryologie, mais un livre qui traite de l’origine des espèces par la sélection naturelle. Lorsque Darwin écrit « in changes of this nature.. ; », parle-t-il des petits des femelles qui, pour chaque naissance, ne peuvent pas faire autrement que de reproduire le même plan, avec de petits étirements ou contractions ; ou bien parle-t-il des espèces animales. On a beau lire et relire ce qu’il écrit, on ne sait pas de quoi il parle, ce qui est un peu fâcheux.

Dans ce dernier cas (s’il parle des espèces), il veut dire que les femelles peuvent produire, individuellement, des animaux très modifiés, mais que la sélection naturelle favorise toujours le plan déjà acquis, et maintient l’évolution des animaux sur une trajectoire évolutive donnant l’illusion qu’il n’y a pas de changement du plan, au fil de l’évolution progressive, qui va ressembler à un étirement, même au final très grand. Cette illusion est (serait) due au fait que la sélection naturelle tue tous les animaux qui ne sont pas « fit » (en gros qui ont moins de succès dans la lutte pour la survie), et ne retient que ceux qui ont le bon plan, même un peu étiré. Seuls les fossiles témoignent de la sélection naturelle (donc des restes d’animaux ayant existé en suffisamment grand nombre pour laisser des fossiles), ce qui donne l’illusion que les plans d’animaux ne pouvaient que se conserver au niveau embryologique (tout en étant un peu étirés, par exemple).

La différence est fondamentale : dans un cas, le phénomène « développement animal » est supposé coincé par son propre pattern ; dans l’autre cas, rien n’est connu du phénomène « développement animal » qui peut être aléatoire, et c’est la martingale de la sélection, qui maintient les animaux dans une trajectoire évolutive qui donne l’illusion de « coincer » le pattern.

Une fois encore, nous surprenons Darwin dans un flou coupable. Si les embryons sont condamnés à naître avec le même plan, seulement un peu plus ou un peu moins étiré, alors cela signifie que le développement des animaux est déterminé, pratiquement unidimensionel, archi-contraint et il faudrait d’une part le prouver, d’autre part en trouver la cause. L’observation des espèces, dans la logique Darwinienne de sélection naturelle, ne peut en aucune façon démontrer quoi que ce soit relativement au développement embryonnaire (alors qu’à l’inverse, le développement embryonnaire contraint la sélection).

Il est certes possible que la sélection naturelle donne l’illusion rétrospective d’une morphogénèse contrainte, mais Darwin a maintenu, je pense sciemment, le doute. Ce doute est le point focal de toutes les controverses. Les spécialistes de la morphogénèse essaient aujourd’hui d’éclairer cette zone d’ombre, en étudiant finement les champs de vecteurs morphogénétiques : comment change la forme, en fonction des paramètres qui la définissent.

Darwin et D’Arcy Thompson se rejoignent aussi bien dans ce qui leur est commun, que dans ce qui leur manque : à savoir quel est le mécanisme d’étirement et de déformation des plans, d’une part, et comment sont fabriqués les Archétypes à partir d’une masse embryonnaire informe. Dit autrement: certes on conçoit que les poissons puissent se déduire les uns des autres par des étirements, mais comment obtient-on le premier poisson, à partir d’une sphère ? La réponse semble être "par un écoulement quadripolaire", c'est-à-dire un phénomène physique, de nature visco-élastique; pas "par hasard".

Demain : une gigantesque erreur de Darwin (non, je plaisante ; demain : comment sont construits les membres, et pourquoi la patte de chauve-souris ne peut être qu’une monstrueuse dilatation de patte de souris).