Comme je l’expliquais la semaine dernière, je vous propose cette semaine un premier billet sur mon cours de la semaine à l’université du troisième âge (UTA), le premier d’une série de huit. Cette séance débute par un bref aperçu des différentes disciplines des sciences dites « cognitives », c’est-à-dire qui s’intéressent à la pensée et à la connaissance humaine au sens large (philosophie, psychologie, neuroscience, linguistique, informatique, anthropologie, etc.). Cela fait à peine quelques décennies que les scientifiques oeuvrant dans ces disciplines font l’effort (car ce n’est jamais facile) d’essayer de comprendre leurs méthodes et concepts mutuels. Mais c’est un passage obligé pour espérer comprendre un jour « cet objet le plus complexe de l’univers connu dont on a tous un exemplaire unique entre les deux oreilles », bandes de chanceux et de chanceuses que nous sommes…

La seconde partie de cette séance veut offrir une perspective évolutive sur l’origine des systèmes nerveux plus consistante que ce que l’on retrouve souvent au début des monographies des cours de biologie : quelques pages tout au plus, et puis vite on passe aux grands systèmes du corps humain avec une approche fonctionnelle qui nous fait vite oublier ce pourquoi ces grands systèmes existent, au fond. Et ils existent pour une chose, fondamentale, nous maintenir en vie ! « La seule raison d’être d’un être, c’est d’être, c’est-à-dire de maintenir sa structure », disait déjà Henri Laborit dans sa célèbre formule.

C’est pour cela que je me plais, dans ce premier cours, à remonter jusqu’au Big Bang ! À rappeler que nous sommes le produit d’une longue et triple évolution : cosmique, chimique et biologique. La première se passe dans les étoiles et permet, par fusion nucléaire, de produire les atomes lourds (carbone, oxygène, azote, etc.) qui se retrouvent sur la Terre et éventuellement dans nos corps et nos cerveaux. La seconde, celle des réactions chimiques, permet d’assembler ces atomes en des constructions moléculaires de plus en plus complexes (molécules organiques simples comme les acides aminées, les sucres, les lipides, les bases nucléiques, puis des chaînes de plus en plus longues de ces molécules simples donnant naissances aux protéines ou aux ARN ou ADN, par exemple).

Et finalement cette évolution biologique qui, à partir des premières cellules vivantes, va se diversifier et donner l’arbre de la vie au complet dont nous ne sommes qu’une toute petite branche accidentelle qui aurait très bien pu ne pas advenir (ce qui aurait été tout aussi bien pour la biosphère, s’empresseraient de dire les mauvaises langues…). En fait, l’existence du cerveau qui écrit ces lignes et du vôtre qui les lit actuellement n’a tenu bien souvent qu’à un fil. Il semble en effet y avoir eu, au cours de l’évolution biologique, un grand nombre d’événements, souvent assez improbables, sans lesquels nous ne serions pas là aujourd’hui pour spéculer sur leur nature ! Ou en tout cas, pas sous notre forme actuelle.

On a tous entendu parler de l’extinction des dinosaures il y a environ 66 millions d’années. Après avoir régné en maître sur pratiquement tous les écosystèmes pendant des dizaines de millions d'années, ceux-ci sont disparus soudainement (à l’échelle des temps géologique, s’entend…) suite à la collision d’un immense météorite avec la Terre qui aurait eu l’effet d’un hiver nucléaire (et sans doute aussi, nous suggèrent des recherches récentes, que l’effet d’une activité volcanique intense à cette époque n’aurait pas aidé non plus). Du coup, les petits mammifères un peu insignifiants qui existaient alors ont pu prospérer davantage dans les niches écologiques laissées vacantes par la disparition des dinosaures. C’est donc entre autres grâce à un événement complètement fortuit que les mammifères, et donc avec eux les primates que nous sommes, existent aujourd’hui.

Mais ce n’est pas le seul événement clé qui semble avoir été essentiel à notre existence actuelle. Un article paru l’année dernière et dont j’ai toujours adoré le titre (« The aliens are silent because they’re dead ») rappelait d’abord que l’univers est probablement rempli de planètes « habitables », c’est-à-dire pas trop proche ou pas trop loin de leur étoile pour qu’il y ait de l’eau liquide à leur surface (prérequis pour que la vie puisse se développer). Et que s’il est fort probable que des formes de vie primitives se développent sur ces planètes, il semble de plus en plus improbable que cette vie puisse évoluer au-delà d’un certain stade tellement cette vie primitive est fragile à cause des environnements instables dans lesquels elle se développe.

Car on est peu conscient de tous les hasards incroyables qui sont arrivés sur la Terre pour que la vie franchisse ces stades initiaux. Et ça commence par une autre histoire de collision, celle qui serait, selon l’hypothèse la plus débattue à l’heure actuelle, à l’origine de la formation de notre gros satellite naturel, la Lune. Car celle-ci aurait un effet stabilisateur sur l’axe de rotation de la Terre (un peu comme un gyroscope), une régularité dans les saisons sans laquelle la vie serait soumise à bien des aléas. Même pour la régulation des gaz comme le CO2 : il doit s’établir un équilibre subtil pour réguler ceux-ci, responsable de l’effet de serre et donc de la température de la planète (on le sait cruellement aujourd’hui…).

Mais il y a d’autres de ces « moments-charnières » essentiels à l’évolution qui a mené jusqu’à nous. Je vous laisse avec quelques-uns de ceux-ci, la liste n’étant évidemment pas exhaustive :

Les lipides ont eu tendance, dans la « soupe prébiotique », à former des membranes dites « bilipidiques » parce qu’elles ont un bout hydrophobe (qui n’aime pas l’eau) et un bout hydrophile (qui aime l’eau). Or ces membranes ont pu former des sphères, créant ainsi un micro-environnement à l’intérieur duquel les réactions métaboliques à l’origine de la vie étaient facilitées. C’est l’origine de la membrane cellulaire de toutes nos cellules, donc de tous nos neurones, qui sont des cellules. Enlevez ce caractère hydrophobe-hydrophile des lipides, et on n’est pas là pour en parler, on cherche encore nos enzymes dispersées dans la soupe primitive…

Autre moment clé : au début, l’atmosphère de notre planète ne comportait pas d’oxygène. Celle-ci a commencé à s'accumuler il y a 2,4 milliards d’années quand des algues ont acquis la capacité de faire de la photosynthèse. Comme l’oxygène est très corrosif (pensez à la rouille) ce fut à l’époque une catastrophe pour les autres espèces vivantes. Mais certaines petites bactéries auraient réussi à utiliser cet oxygène pour générer non pas 5 mais 38 molécules d’adénosine triphosphate (ATP) à partir d’une molécule de glucose (l’ATP étant la « monnaie d’échange » de nos cellules. Or, on a beaucoup d’indices appuyant l'idée que ces bactéries capable d’utiliser l’oxygène ont été phagocytées par des cellules plus grosses qui ont ainsi bénéficié de leur apport énergétique en leur offrant un environnement stable. Cette symbiose, elle existe encore dans chacune de nos cellules car ces petites bactéries sont ce qu’on appelle nos mitochondries. Et les neurones en ont énormément car ils sont très énergivores. Sans cet événement donc, on n’aurait pas un cerveau qui consomme près du quart de l’énergie de notre corps pour permettre les processus cognitif complexes d’un humain.

Et puis il y a cette autre belle invention, le sexe… Car avant la reproduction sexuée, une cellule mère se reproduisait en deux cellules filles en tout point identiques. Pas fort pour créer de la diversité, essentielle pour donner « de la matière » à la sélection naturelle. Avec la reproduction sexuée, c’est tout le contraire : deux individus génétiquement différents se mettent ensemble pour en donner un troisième, également différent de ses parents. Wow, grosse amélioration en terme de diversité et ce, à chaque génération ! Sans ce générateur de diversité qu’est le sexe, il y donc bien peu de chances que des cerveaux complexes comme le nôtre auraient eu le temps d’évoluer en environ 4 milliards d’années d’évolution du vivant sur notre planète.

Finalement, une petite dernière : la multicellularité. Autrement dit, à plusieurs moments au cours de l’évolution, des cellules se sont divisées mais sont restées attachées ensemble, formant des êtres multicellulaires. À partir de là, certaines cellules ont pu se spécialiser dans certaines tâches, et d’autres dans d’autres. Tu nettoies le sang et moi je te préviens si je vois un danger, dit le cerveau au foie, par exemple. Et si je peux te prévenir rapidement de ce qui se passe dans mon environnement changeant, c'est parce que j’ai pu développer, moi, le neurone, une excitabilité membranaire extrêmement rapide que toi tu n’as pas, pauvre petite cellule de foie qui ressemble à toutes tes voisines (alors que chaque neurone est en plus unique de par sa forme et sa position, comme nous le verrons la semaine prochaine… ;-) ).