La Génétique des populations

Histoire d'une découverte

Luca Cavalli-Sforza, Francesco Cavalli-Sforza

• Éditeur: Odile Jacob
• Année: 2008
• ISBN:
  9782738193438
• Sujet: Sciences biologiques
• Sous-sujet: Génétique et génomique

Désormais, c'est grâce à des analyses chimiques et à des instruments mathématiques, tout autant qu'aux fouilles archéologiques, que nous pouvons déterminer ce qui s'est produit dans l'histoire de l'humanité il y a des centaines de milliers d'années. Comment est-ce devenu possible?Voici l'histoire de l'un des hommes qui ont contribué, grâce à soixante années de recherches, à reconstruire la destinée des peuples. Luca Cavalli-Sforza a commencé très tôt à s'intéresser à l'évolution génétique des populations humaines. Il raconte aujourd'hui la naissance de sa vocation, son parcours de chercheur depuis ses premières expériences sur les bactéries, les collaborations avec certains des plus illustres scientifiques de son époque.À travers cette aventure scientifique exceptionnelle, le lecteur assiste à la formation d'un grand chercheur tout en pénétrant les arcanes de nombreuses découvertes du XXe siècle. La genèse d'une discipline désormais cruciale, au croisement de plusieurs champs. Luca Cavalli-Sforza est professeur émérite de génétique à l'Université Stanford (États-Unis). Il a notamment publié Gènes, peuples et langues, La Science du bonheur, Évolution biologique, évolution culturelle. Francesco Cavalli-Sforza est philosophe de formation, auteur et réalisateur de cinéma et de télévision.

Deuxième Partie

En jouant avec l’homme

Chapitre VII

Sérendipité :
des bactéries à l’homme

Après avoir vécu deux ans et demi en Angleterre, à mon retour en Italie, en 1950, je fus confronté à la troisième opportunité importante de ma carrière. Pendant toute une période, je m’étais consacré à des recherches d’abord sur les drosophiles, avec Buzzati, puis sur les bactéries, à Milan et, par la suite, à Cambridge, dans le laboratoire que j’avais monté chez Fischer. Ce fut pour moi l’occasion de réfléchir sur ce qu’avait été ma vie jusque-là et de faire un premier bilan de mon activité.

Cela faisait six ans que j’avais obtenu mon diplôme de docteur en médecine. J’avais vécu un an à Pallanza (après y avoir étudié une année), en travaillant comme médecin à Intra le matin, et comme chercheur en génétique des populations avec Buzzati l’après-midi. J’avais trouvé un emploi à l’Institut sérothérapique milanais, et j’avais également réussi à faire de la recherche, à temps partiel, alors que je travaillais là-bas, et à temps plein durant les deux périodes passées en Angleterre.

J’avais vingt-huit ans, j’étais marié depuis quatre ans et j’avais deux fils. Mon troisième fils, Tommaso, naîtrait à Milan l’année suivante et, quoi qu’à l’époque nous ne nous y attendions pas, en 1956, devait arriver également notre quatrième enfant, Violetta.

Mon père, Pio Cavalli, était mort (pendant que nous étions à Cambridge, en 1949), et Francesco Sforza, le deuxième mari de ma grand-mère maternelle, Maria Fumagalli, veuve Manacorda, voulut m’adopter, afin de joindre son nom à mon patronyme. C’était un descendant direct du duc de Milan homonyme, et il était directeur de la Banque d’Italie de Milan. Après le 8 septembre 1943, lorsque les Allemands voulurent s’emparer de l’or de la Banque d’Italie, qui avait été en grande partie transporté à Milan, dans les souterrains de la banque, il réussit à le transférer secrètement, et à le mettre à l’abri dans une galerie ferroviaire désaffectée. Menacé avec un pistolet par le commandant de la place de Milan, qui voulait savoir où se trouvait l’or, il refusa courageusement de lui fournir la moindre information à ce sujet, mais fut ensuite obligé de se cacher, avec l’aide de la résistance milanaise, jusqu’à la Libération, le 25 avril 1945. Le jour même, le Comité de libération nationale de l’Italie septentrionale (CLNAI) le nomma gouverneur de la Banque d’Italie pour le nord de l’Italie.

Je savais désormais que je voulais consacrer ma vie à la recherche, mais je devais également réussir à nourrir une famille plutôt nombreuse. Mon nouveau travail, à l’Institut sérothérapique, m’assurait une certaine tranquillité économique mais, après quelques années, je me rendis compte que, si je voulais réaliser des recherches intéressantes, il me fallait trouver un emploi dans un autre centre.

Comment rester chercheur ?

Les connaissances que j’avais acquises me permettaient d’enseigner la génétique, la microbiologie et la statistique. À Cambridge, j’avais déjà donné un cours de génétique des micro-organismes, en outre, j’étais parfaitement informé de tout ce qu’on savait à l’époque sur ce sujet. À l’Institut sérothérapique, j’avais fait également des recherches en immunologie, une discipline qui, toutefois, était loin d’être aussi florissante qu’elle le devint dans les décennies suivantes.

Une partie de mes travaux à l’Institut sérothérapique consistait en des recherches appliquées à l’industrie pharmaceutique, mais j’étais autorisé à consacrer un certain nombre d’heures à des recherches fondamentales dans le domaine qui m’intéressait à cette époque : la génétique bactérienne. Je continuai à m’en occuper jusqu’en 1960, quoique de plus en plus rarement.

La recherche me passionnait. Je savais que je voulais en faire mon métier, mais j’ignorais encore quel serait mon principal champ d’intérêt.

Le professeur, élève de ses propres étudiants

À mon retour en Italie, on me proposa de donner des cours complémentaires à la faculté des sciences, compatibles avec ma charge de directeur de recherches microbiologiques à l’Institut sérothérapique. J’enseignai la statistique à Pavie, où Buzzati était professeur de génétique, puis la génétique et la microbiologie à l’Université de Parme. Mon travail à Parme commença à l’automne 1951. Je m’y rendais l’après-midi, deux fois par semaine, je faisais mon cours et, entre mes allers et retours en train, et quelques heures supplémentaires à l’université, je parvenais à consacrer un peu de temps à d’autres recherches.

À Parme, je découvris de nouveaux champs d’investigation qui m’intéressaient beaucoup. Lors de mes premiers cours, je fis la connaissance de deux excellents étudiants en sciences naturelles. L’un d’eux s’appelait Danilo Mainardi, que l’Italie entière connaît aujourd’hui pour ses prestations télévisuelles sur le comportement des animaux (une discipline qui, en Europe continentale, est appelée éthologie) ; l’autre était Antonio Moroni, un prêtre passionné de sciences (comme Mendel, du reste) et, qui, par la suite, devait se consacrer à l’écologie.

Moroni me fit découvrir un important matériau accumulé au cours des siècles par l’Église catholique, convaincu qu’il présentait un intérêt génétique. Il avait raison. À partir du concile de Trente – qui s’acheva en 1563 –, l’enregistrement des naissances, des mariages et des décès dans les registres paroissiaux devint obligatoire. En outre, dans les évêchés s’étaient accumulées, pendant des siècles, les dispenses accordées par l’Église pour les mariages entre consanguins. L’étude de ces archives nous fournirait des données sur les générations passées. Ce genre d’enquête serait impossible sur n’importe quelle autre population animale.

Bruno Schreiber, un professeur juif qui avait été interné durant la guerre dans un camp de concentration en Suisse, enseignait la zoologie à Parme. Les lois raciales de 1938 l’avaient obligé à interrompre son travail universitaire. En 1943, il s’était enfui en Suisse, à travers les montagnes, pour échapper à l’internement dans les camps nazis. Après la guerre, réintégré dans son poste d’assistant universitaire de zoologie à Milan, il avait été nommé professeur à l’Université de Parme, en 1950. Il avait étudié à Padoue et avait appris très tôt de ses professeurs, dont Paolo Enriques et Cesare Artom, l’importance de la génétique, que presque tous les autres zoologistes italiens, dans les années 1920-1930, n’avaient pas comprise, sinon de façon très limitée.

Ce fut ainsi que Schreiber, qui avait entendu parler de moi par des amis communs, sitôt après que je fus nommé professeur à Parme, me demanda d’y venir pour enseigner la génétique avec le titre de professeur chargé de cours. Par la suite, il m’apporta son aide en de nombreuses occasions. Mainardi et Moroni passèrent leur thèse avec lui, et Schreiber leur fit obtenir respectivement la chaire d’éthologie et d’écologie à Parme.

Avec Mainardi et Schreiber, nous développâmes des recherches sur l’évolution des oiseaux, en utilisant des anticorps dirigés contre leur sang, préparés chez des lapins immunisés avec le sang de différentes espèces, afin d’étudier les ressemblances entre espèces différentes. Je suivis leurs recherches en génétique. Avec Mainardi, nous discutâmes longuement de l’évolution culturelle des animaux, un sujet sur lequel on commençait à faire la lumière durant ces années-là, et qui, plus tard, devait revêtir pour moi un intérêt très particulier. Grâce à Moroni, je pus commencer à étudier le matériau d’intérêt génétique contenu dans les archives de l’Église.

Lorsque mon travail à l’Institut sérothérapique commença à me peser, parce qu’il devenait de moins en moins intéressant, et que j’éprouvai le besoin de trouver une activité qui m’absorbe pleinement, afin d’oublier ma mauvaise humeur, je commençai à me détendre en passant mes soirées chez moi à reconstituer la généalogie des habitants de Riana, un petit village de cent cinquante âmes de la haute vallée du Parme. Je retranscrivis en petits caractères tous les mariages, les enfants, et les ancêtres de chaque famille, à travers les siècles, sur un grand rouleau de papier, qui finit par recouvrir tous les murs de mon bureau dans ma maison de Milan.

Un coup de chance inespéré : on me propose de développer une recherche sur un sujet de mon choix

En 1954, on m’offrit une nouvelle opportunité intéressante. Un fonctionnaire américain de la Fondation Rockefeller me rendit visite. Il était chargé d’une initiative de talent scouting : « dénicher » en Europe, et en particulier dans les pays intellectuellement sinistrés par la guerre, comme l’Italie, où la recherche se trouvait dans de piètres conditions, de jeunes chercheurs, afin de les stimuler et de les encourager. Il était au courant de mon travail sur le sexe des bactéries, développé en collaboration avec les époux Lederberg ; il savait que nous avions publié ensemble des travaux importants, qui commençaient enfin à être compris et reconnus, et que nous avions toujours collaboré à distance. Je n’avais jamais été en Amérique, hormis pour quelques jours, lorsque j’étais enfant, avant la guerre, et les Lederberg n’étaient jamais venus en Europe. Il me proposa de financer une période de travail dans leur laboratoire de Madison.

Lederberg tout comme Fisher et un autre grand généticien anglais que j’eus l’occasion de connaître d’assez près, J. B. S. Haldane, étaient des personnes que l’on peut sans nul doute qualifier de génies, ou tout du moins que l’on peut classer parmi les cinquante ou cent scientifiques les plus brillants du XX^e siècle. Avec Lederberg, nous avions établi d’excellents rapports par correspondance. Bien que je fusse déjà en train de m’éloigner des bactéries, j’étais très heureux de pouvoir travailler avec un homme aussi exceptionnel. Ce n’est pas un hasard s’il obtint le prix Nobel à l’âge de trente-trois ans, en 1958.

J’acceptai la proposition de la Fondation Rockefeller, et ma femme et moi passâmes la seconde moitié de l’année 1954 à Madison, dans le Wisconsin, où Lederberg enseignait. Nous réussîmes également à visiter une partie des États-Unis. Nous avions laissé nos enfants à Milan, en les confiant à ma mère.

À notre retour d’Amérique, la fondation Rockefeller me proposa un contrat de recherche sur le sujet qui m’intéressait le plus, tout en restant à Parme, de façon à favoriser mes possibilités de carrière universitaire. J’avais commencé mon activité de chercheur en travaillant pour l’industrie et, à l’université, où je n’avais enseigné qu’à temps partiel, j’étais considéré comme un intrus.

À la recherche de nouvelles voies

Docteur en médecine, avec désormais plusieurs années d’expérience de laboratoire derrière moi, je sentais qu’à présent je savais faire des recherches sur l’homme et sur les bactéries. À vrai dire, en travaillant sur la drosophile, et puis sur d’autres organismes, je m’étais aperçu qu’il fallait peu de temps pour maîtriser les connaissances dont on avait besoin pour s’occuper d’un organisme que l’on avait déjà étudié en profondeur. Les hommes et les bactéries, cependant, m’étaient familiers, en raison de ma formation en médecine, même si les limitations énormes auxquelles est nécessairement soumise l’expérimentation sur l’homme ne permettaient presque jamais d’approfondir l’enquête génétique.

Me consacrer à la recherche sur les bactéries, dans un pays comme l’Italie où la science n’est guère encouragée, n’avait aucun sens, car désormais le milieu scientifique qui comptait vraiment commençait à s’intéresser énormément à ce domaine. En Italie, je n’aurais jamais eu ni la possibilité ni les moyens de concurrencer les laboratoires hautement équipés qui étaient nés à l’étranger et les centaines de scientifiques, très aguerris et compétitifs, qui y travaillaient. J’avais intérêt à choisir un domaine où je serais à peu près seul, et une orientation de recherche pouvant être développée plus facilement en Italie qu’ailleurs, si tant est qu’il en existât une.

Dans un monde régi par la concurrence – et il ne fait aucun doute que, dans le monde scientifique, la concurrence est rude (mais où ne l’est-elle pas ?) –, celui qui arrive deuxième est souvent ignoré ; il est donc préférable d’être en première position. Ce qui compte, c’est de choisir une activité qui vous satisfasse, parce qu’elle vous plaît et qu’elle a de bonnes possibilités de développement. Il était clair que la recherche en génétique humaine pouvait devenir très importante, et cela en dépit des difficultés pour mener à bien ce genre d’études, précisément parce qu’on ne peut l’expérimenter sur l’homme. Le matériau recueilli au cours des siècles par l’Église catholique, comme me l’avait appris mon étudiant Moroni, offrait cependant la possibilité d’explorer de nouvelles voies, et je ne tardai pas à en découvrir une.

Comment se diffusent les caractères héréditaires ?

À ce stade, il est nécessaire de préciser quels sont les mécanismes fondamentaux qui nous transforment au cours des générations et nous conduisent à être ce que nous sommes.

Au sein de chaque population, il existe une très forte variation génétique. Le patrimoine héréditaire que chacun de nous reçoit de ses parents, et transmet à ses enfants, est formé de très longs filaments d’ADN, dont chacun est un chromosome. L’ADN est composé d’unités élémentaires rapprochées les unes des autres en séquences linéaires, nommées nucléotides ou bases, qui sont uniquement de quatre types : A, C, G, T, par exemple : ATGGGCAATAGTAC… Le patrimoine héréditaire en son intégralité, nommé génome, est constitué d’environ 3,2 milliards de nucléotides, organisés en 23 chromosomes, dont chacun a sa structure propre et remplit de très nombreuses fonctions différentes.

Chaque individu reçoit deux copies du génome entier : une provient du père, et est contenue dans le spermatozoïde qui lui a donné naissance, l’autre de la mère, et est contenu dans la cellule œuf qui a été fécondée par le spermatozoïde paternel.

Concentrons-nous un instant sur la différence entre le spermatozoïde qui nous a engendré et celui qui a engendré un de nos frères, si tant est que nous en ayons un (moi, je n’en ai pas). Combien de différences existe-t-il entre les deux spermatozoïdes ? En moyenne, les deux spermatozoïdes diffèrent d’un nucléotide sur mille. À titre d’exemple, disons que le deux cent soixante-seizième nucléotide d’un gène du troisième chromosome du spermatozoïde qui m’a donné naissance est un T, tandis que le nucléotide qui lui correspond sur le spermatozoïde qui a donné naissance à mon frère est un C. Il se peut que cette différence génétique entre nous deux n’ait aucune importance au regard de notre capacité de survie ou d’avoir des enfants : habituellement, il en est ainsi, mais pas toujours.

Si le fait d’avoir un T dans cette position me rend résistant à un virus de l’hépatite, alors que le C de mon frère ne lui garantit aucune protection, et si nous vivons tous les deux dans un milieu où ce virus est répandu, il est possible que mon frère contracte l’hépatite et meure avant de pouvoir se reproduire. De nombreux autres individus auront T ou bien C ; or il est clair que, si la prochaine génération devait être victime d’une épidémie d’hépatite, il y aurait moins d’individus comme mon frère et davantage de personnes de mon type et, tant qu’il y aura des cas d’hépatite, les individus avec C continueront à disparaître. Il se peut qu’après de nombreuses générations il ne reste que des personnes du type T, comme moi, toutes résistantes au virus.

Une des principales raisons pour lesquelles certains caractères héréditaires s’affirment au cours du temps, alors que d’autres tendent à disparaître, c’est que certains d’entre eux sont plus avantageux pour l’individu qui les possède, autrement dit, ils lui donnent plus de probabilités de survivre jusqu’à l’âge adulte et d’avoir des descendants qui posséderont les mêmes caractères. C’est ainsi qu’agit la sélection naturelle.

La sélection naturelle nous transforme continuellement, en nous permettant de nous adapter au milieu dans lequel nous vivons

C’est pour cette raison qu’aujourd’hui nous avons tous un cerveau plus gros et plus développé que celui de nos ancêtres ayant vécu il y a quelques millions d’années. Un cerveau plus développé offre plus d’avantages qu’un cerveau moins développé. Et c’est pour la même raison que les populations d’Afrique centrale ont un corps mince et fin et de larges narines, tandis que celles qui habitent la Sibérie ont un corps trapu et des narines fines. Des narines fines et un corps rond sont un avantage pour ceux qui habitent des milieux très froids, où l’air doit être réchauffé avant de pénétrer dans les poumons, et où il est nécessaire que la chaleur du corps se disperse le plus lentement possible ; à l’opposé, un corps pe...

Table des matières

• Couverture
• Titre
• Copyright
• Introduction
• Première Partie - Le charme des bactéries
• Deuxième Partie - En jouant avec l’homme
• Troisième Partie - Quel jeu joue la science ?
• Bibliographie
• Index