Rien ne sert de mourir ? La théorie de l’évolution et le vieillissement

Le vieillissement et la mort naturelle font assurément partie des expériences humaines les plus puissantes et les plus universelles, mais aussi les plus négatives. Ils prennent des formes à la fois stéréotypées et très diverses, avec des pathologies du grand âge différentes d’un individu à l’autre. Un des rares traits communs est le blanchissement de leur chevelure, qui n’est d’ailleurs pas une pathologie !

Nos animaux de compagnie vieillissent un peu comme nous, quoique plus rapidement : baisse progressive de la vue, de l’ouïe, de l’odorat ; arthrose ; athérosclérose ; voire, parfois, blanchiment du pelage. Mais d’autres espèces se comportent de toute autre façon. Certains insectes dits « éphémères » ne vivent que quelques heures à l’état adulte, le temps de se reproduire. À l’inverse, les reines d’insectes sociaux (abeilles, fourmis, termites) pondent pendant des années, voire des décennies, sans signe apparent de vieillissement. Les saumons ou certains bambous vivent aussi de nombreuses années, mais meurent brutalement après un unique épisode de reproduction [1]. Les sciences de la vie sont-elles capables de proposer un cadre explicatif qui rende compte d’une telle diversité, surtout à propos de phénomènes qui nous semblent intuitivement la négation même de la vie ?

Vous vous doutez, chers lecteurs, que la réponse est oui, sans quoi le présent texte n’aurait guère d’intérêt. Commençons par examiner les conceptions « pré-scientifiques » du vieillissement et de la mort naturelle.

Quelques idées reçues

L’un des premiers auteurs modernes à proposer une explication au vieillissement et à la mort naturelle a été le grand naturaliste suédois Carl von Linné (1707-1778), à l’origine de la classification systématique des espèces : « Tous ceux qui naissent doivent mourir […]. Soit qu’ils meurent prématurément par violence, soit qu’ils périssent de maladie chronique ou de vieillesse. Ils ont été créés pour une fin plus sublime qui, comme elle ne requiert pas une trop grande abondance, fait que les animaux superflus soient retranchés à bon droit assez rapidement » [2]. La mort naturelle, hors violence ou maladie, est non seulement inévitable, mais elle présente un avantage. Sans elle, ajoute Linné, la surpopulation de notre planète la rendrait rapidement invivable [3] : « Même une seule plante que les animaux auraient respectée aurait pu recouvrir et envelopper tout notre globe » en très peu de temps !

Cette idée que la mort est utile à l’équilibre démographique, assez proche du « place aux jeunes ! » qu’on entend encore (trop ?) souvent dans des conversations de tous les jours [4, 5], a longtemps gardé son attrait, y compris comme nous le verrons, chez le fondateur des théories évolutionnistes actuelles du vieillissement. Elle s’appuie pourtant sur un raisonnement circulaire. Pourquoi les vieux devraient-ils être considérés comme plus « superflus » que les jeunes, s’ils restaient aussi performants que ceux-ci ? S’ils ne le sont plus, c’est bien qu’ils ont vieilli. Le mécanisme invoqué pour les éliminer est aussi celui qui a rendu leur élimination souhaitable…

Notons au passage que dans la vision linnéenne, c’est le Divin Créateur qui avait institué la mort naturelle et le vieillissement. Ce correctif à sa Création, certes déplaisant, était indispensable pour maintenir « l’équilibre de la nature ».

Quelques décennies plus tard, Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829), en même temps qu’il contribuait à l’invention du mot « biologie » et du concept d’évolution des espèces, insistait sur le caractère universel de la mort, consubstantielle au vivant : « Il n’est pas vrai, comme on l’a dit, que tout ce qui entoure les corps vivants tende à les détruire […]. La cause qui amène essentiellement la mort de chaque corps vivant est en lui-même, et non hors de lui [...] c’est le propre de la vie d’amener inévitablement la mort » [6]. Il s’éloignait ainsi à la fois de la vision démiurgique de Linné – la mort naturelle surajoutée au vivant par un Créateur soucieux du bien commun – et des thèses vitalistes du médecin Xavier Bichat (1771-1802), pour qui « la vie est l’ensemble des fonctions qui résistent à la mort » [7], une définition de la vie que l’on pouvait encore trouver dans nos dictionnaires il n’y a pas si longtemps.

C’est aussi à ces thèses que s’opposait Claude Bernard (1813-1878) en écrivant : « Ce n’est point par une lutte contre les conditions cosmiques que l’organisme se développe et se maintient ; c’est tout au contraire par une adaptation, un accord avec celles-ci » [8]. L’organisme tire de son environnement les ressources nécessaires à son développement et à sa survie, après sa sortie de l’œuf ou du corps nourriciers. Il passe son temps à construire (anabolisme), mais aussi à détruire (catabolisme), ce qui amène C. Bernard à deux célèbres aphorismes : « La vie, c’est la création » et « La vie, c’est la mort. » Aujourd’hui, nous savons que la chimie du vivant ne repose pas sur de mystérieuses forces vitales, mais sur des catalyseurs – enzymes alors appelés ferments – qui ne font que faciliter les réactions chimiques.

Le cadre explicatif darwinien

C’est en se référant à Darwin que le médecin et biologiste prussien August Weismann (1834-1914) a été le premier à douter publiquement des explications antérieures [9]. Si l’évolution des espèces est le produit d’une sélection naturelle, retenant au fil des générations les caractères héréditaires les plus avantageux, comment cette sélection a-t-elle pu conférer aux organismes vivants des durées de vie limitées, dont on ne voit pas bien l’avantage ? Et pourquoi ces limites sont-elles aussi formidablement différentes d’une espèce à une autre ?

Pour Weismann, « un des problèmes les plus ardus de toute la physiologie [est] la question de savoir quelle est la cause de la mort [due au vieillissement] », car « à un point de vue purement physiologique, nous ne verrions aucune raison pour que l’organisme ne pût pas fonctionner éternellement ». S’opposant à Lamarck, il estime que « la mort n’est pas un attribut essentiel de la substance vivante » mais qu’elle constitue « une concession aux conditions extérieures de la vie », « un phénomène d’adaptation » [10].

En 1881, Weismann propose toutefois une explication assez proche de celle de Linné : « Des individus usés n’ont aucune valeur pour l’espèce, ils lui sont même nuisibles, en prenant la place de ceux qui sont sains » [10]. Elle se heurte pratiquement au même reproche de circularité. Par définition, des individus usés seront désavantagés, et ce sont plutôt leurs congénères sains qui prendront leur place, sans qu’il soit nécessaire d’invoquer un quelconque mécanisme adaptatif !

Weismann n’a jamais explicitement désavoué sa première hypothèse (ce qui a peut-être nui à sa postérité [11]). Elle supposait que le vieillissement et la mort naturelle présentaient un avantage pour l’espèce, et pas pour l’individu. Mais deux ans plus tard, bien qu’il la mentionne encore, il insiste surtout sur la distinction, introduite par lui, entre cellules germinales (produisant les gamètes de la reproduction sexuée) et somatiques (qui forment tout le reste des organismes multicellulaires). Elle permet une « division du travail » : « Aux cellules seules du premier groupe a passé l’immortalité des organismes unicellulaires [où cellule de reproduction et individu ne font qu’un] ; celles du second groupe sont condamnées à mourir, et comme elles constituent le corps proprement dit de l’individu [le soma], l’individu meurt aussi » [12].

Qu’est-ce qui condamne ces cellules ? Leur immortalité n’étant plus nécessaire, elles « pouvaient, pour peu que la chose fût à leur avantage, admettre une constitution qui excluait la durée illimitée de la vie » [12]. Weismann ignore en quoi consiste cet avantage mais propose deux pistes : la perte de l’immortalité rendrait la cellule somatique plus performante dans sa fonction spécialisée (nerveuse, digestive, etc.), ou bien libérerait des ressources au bénéfice des cellules de la reproduction. L’important est que l’individu lui-même, bien que devenu mortel, serait avantagé – plus besoin d’invoquer un avantage pour l’espèce.

Dans ce même texte, Weismann écrit aussi que « la fragilité et le caractère vulnérable du Soma furent les raisons pour lesquelles la nature n’a pas fait d’efforts pour munir d’une existence illimitée cette moitié de l’individu ». En d’autres termes, puisque même un organisme potentiellement immortel peut mourir accidentellement, tous les efforts pour le rendre immortel s’avèrent un jour ou l’autre « un luxe inopportun »…

La même année (1883), Weismann publiait un autre essai remarqué [13], proposant que la régression de certains caractères (la vision chez des poissons cavernicoles ou le vol chez certains oiseaux) ne venait pas, comme le pensaient Lamarck, mais aussi Darwin lui-même, de leur non-utilisation, comme un muscle s’atrophie si on ne s’en sert pas. Elle peut s’expliquer simplement par une moindre prise de la sélection naturelle. Des variations dans le matériel héréditaire (en termes modernes, des mutations) apparaissent sans arrêt, au hasard. Toutes celles qui nuisent à la survie ou à la reproduction de l’organisme sont éliminées par la sélection naturelle. Mais quand une fonction est devenue inutile, dans un nouvel environnement, plus rien ne s’oppose à ce qu’au fil des générations s’accumulent des variations qui l’affaiblissent, jusqu’à ce qu’elle soit réduite à l’état de vestige.

En 1913, vers la fin de sa vie, Weismann a appliqué cette idée au vieillissement et à la mort naturelle, pour corriger ses précédentes « fausses pistes » [11]. Le vieillissement correspondrait à la régression de fonctions qui permettraient à un organisme de survivre éternellement. Elles sont devenues inutiles de par la division du travail entre cellules de la reproduction et cellules somatiques, et aussi du fait qu’aucun organisme individuel n’est à l’abri d’un accident, de la prédation, de microbes pathogènes… Cette fois, la mort naturelle ne confère aucun avantage, pas plus à l’espèce qu’à l’individu. Elle n’est qu’un effet secondaire de l’inutilité de l’immortalité.

De la simple inutilité à l’utilité (souvent très) indirecte

L’idée de Weismann a été reprise quatre décennies plus tard par Peter Medawar (lauréat du prix Nobel de physiologie ou médecine en 1960) dans deux essais [14]. Le second, plus élaboré, est souvent considéré comme la première formulation de la théorie du vieillissement « par accumulation de mutations ».

À partir d’une expérience de pensée simple, Medawar vulgarise des travaux de génétique des populations parus quelques années plus tôt. Il imagine une population d’éprouvettes en verre dans un laboratoire, qui ne se détériorent pas avec l’âge, mais peuvent se casser accidentellement, avec une certaine probabilité indépendante de leur « âge », par exemple de 10 % par mois. Elles sont alors remplacées par des éprouvettes identiques, sur lesquelles on grave leur « date de naissance » afin de pouvoir les distinguer. En régime permanent, la proportion moyenne de chaque « classe d’âge » est facile à calculer : celle des éprouvettes mises en circulation un mois donné est 10 % inférieure à celle des éprouvettes plus « jeunes » d’un mois. Une courbe exponentielle décroissante, voilà à quoi ressemblerait la distribution des âges d’une population ne vieillissant pas, donc potentiellement immortelle (les éprouvettes anciennes ont exactement la même probabilité de se casser que les éprouvettes récentes).

Supposons maintenant que les éprouvettes assurent leur propre renouvellement par une forme de reproduction, et que là encore leur « fertilité » soit indépendante de leur âge. Toutefois, la contribution de chaque classe d’âge au remplacement des éprouvettes cassées diminue avec leur effectif, donc exponentiellement avec l’âge. Supposons, de plus, qu’un petit défaut interne affecte certaines d’entre elles, et les fragilise, mais seulement à partir d’un certain âge. Plus celui-ci est avancé, plus elles auront déjà produit de descendants, dont le nombre total pour une éprouvette donnée ne sera donc réduit qu’à la marge. Si ce défaut est héréditaire, il désavantagera certes ses porteurs, mais d’autant moins qu’il se manifeste plus tardivement.

La transposition au vivant est évidente. La sélection naturelle sera d’autant moins efficace à empêcher la diffusion d’une mutation néfaste dans une population que l’âge auquel elle produit ses effets est plus élevé et que la classe d’âge correspondante est moins nombreuse. Au fil des générations, de telles mutations vont s’accumuler dans le patrimoine génétique de chaque espèce jusqu’à atteindre une sorte d’équilibre déterminé pour l’essentiel par la longévité maximale de cette espèce dans son environnement naturel. Toute mutation qui ne réduit pas (trop) cette longévité maximale échappera à la sélection naturelle, même si elle contribue au vieillissement. La sélection naturelle éliminera en revanche les mutations qui réduiraient significativement la longévité.

Cette vision du vieillissement est dite « neutraliste » [15] (il n’y a ni avantage ni désavantage sélectif). Celui-ci résulte de l’impuissance plutôt que de l’action de la sélection naturelle. Mais cette dernière peut aussi favoriser activement le vieillissement, comme Medawar et même Weismann l’avaient suggéré. Le biologiste américain Georges C. Williams (1926-2010) a approfondi leur intuition en imaginant que l’action d’un gène pouvait être bénéfique chez un organisme jeune, mais néfaste à partir d’un certain âge (ce qu’on appelle l’« antagonisme pléitrope » ¹) [16]. Nous avons vu que la sélection naturelle est d’autant plus faible qu’une mutation a un effet plus tardif. Ceci vaut aussi bien pour les effets positifs que négatifs : une mutation qui augmente la fertilité dès la maturité sexuelle sera davantage favorisée que si elle ne l’augmente que tardivement (toutes choses égales par ailleurs). En résumé, l’avantage acquis pour le jeune pèse plus lourd, au regard de la sélection naturelle, que l’inconvénient qu’il subira plus tard quand la mutation aura un effet négatif… parce qu’il ne sera peut-être plus là pour le subir ! Une telle mutation sera donc retenue activement par la sélection naturelle, contribuant au vieillissement. Il s’agit donc d’une vision « sélectionniste » et non plus « neutraliste » du vieillissement.

À l’époque, Williams ne disposait pas d’exemple concret de gène à antagonisme pléiotrope pouvant venir à l’appui de sa théorie. On en connaît aujourd’hui de nombreux [17]. Toutefois, les deux mécanismes – neutraliste et sélectionniste – ne sont pas… antagoniques. C’est surtout leur importance relative qui reste en débat.

Il n’en existe pas moins de nombreuses zones d’ombre. Le cas spectaculaire des rats-taupes nus est emblématique (voir l’encadré ci-dessus) [18]. En captivité, ces animaux peuvent vivre plus de trente ans sans manifester de signe évident de vieillissement, avec un taux de mortalité faible et constant avec l’âge. Dans la nature, leur vie souterraine – qui, de plus, est hautement sociale – les met à l’abri de la plupart des prédateurs. Ils semblent donc bien constituer une exception confirmant ce qu’on peut appeler la double règle de Weismann : le vieillissement n’est pas inscrit dans la nature du vivant, mais il faut des circonstances exceptionnelles pour que la sélection naturelle puisse l’éviter.

Toutefois, la longévité à l’état sauvage de la plupart des rats-taupes nus ne dépasse pas deux ou trois ans. Seuls les quelques reproducteurs au sein d’une colonie survivent plus longtemps, comme les reines des insectes sociaux. Cela semble contredire les prédictions évolutionnistes. Pourquoi, en effet, ces animaux ont-ils acquis ou conservé la capacité à vivre des décennies, si celle-ci n’a pas, dans la nature, l’occasion de s’exercer chez la plupart d’entre eux ? Ces interrogations théoriques, qui contribuent à l’intérêt de ce modèle, ne l’empêchent pas d’être très prometteur sur le plan médical. Espérons juste que les moyens de lutter contre le vieillissement qui seront mis au jour grâce au rat-taupe nu ne nous donnent pas un physique aussi peu avenant que le sien !