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« Rien n’a de sens en biologie, si ce n’est à la lumière de l’évolution. »

Les enjeux de la théorie de l’évolution en biologie et en écologie : pourquoi est-il si important de développer l’enseignement et la vulgarisation des grands mécanismes de l’évolution ?







Quel est le point commun entre l’apparition de plumes chez des dinosaures il y a plus de 100 millions d’années et l’apparition fulgurante de résistances aux antibiotiques chez des bactéries ? Toutes deux trouvent leur fondement dans la théorie de l’évolution, à travers ses grands moteurs.

Pourquoi l’évolution doit-elle encore faire son chemin au sein de la biologie, de l’écologie, du développement durable... ? Où en est-elle alors dans l’enseignement et la médiation scientifique ?

« Rien n’a de sens en biologie, si ce n’est à la lumière de l’évolution ». Ce célèbre aphorisme du généticien Theodosius Dobzhansky (1900 – 1975) est plus que jamais d’actualité lorsque l’on réalise à quel point la théorie de l’évolution apporte une cohérence logique à l’ensemble des sciences de la vie. Car l’évolution, ce n’est pas seulement le récit historique de la transformation des êtres vivants depuis leur apparition. Tout un pan de la recherche en biologie évolutive consacre ses efforts à décrypter les mécanismes évolutifs qui en sont à l’origine, et dont la célèbre « sélection naturelle » de Darwin constitue toujours un processus clef. Mais ces avancées scientifiques ont-elles été diffusées à leur juste valeur dans le monde de l’enseignement, comme auprès des divers publics amenés à s’intéresser aux sciences de la vie ? Cet article, loin de tenir lieu de synthèse des sciences de l’évolution, présente quelques éléments d’épistémologie et notions scientifiques en tant que supports à la réflexion proposée : en quoi la théorie de l’évolution, si dure à faire émerger historiquement, peut apparaître aujourd’hui si fondamentale à enseigner et populariser ? Fondamentale non seulement pour notre curiosité quotidienne, mais aussi vis à vis d’importants enjeux de société liés à préservation de la biodiversité et au développement durable. Mais qu’apprend-t-on ou que sait-on vraiment de l’évolution lorsque l’on est aujourd’hui écolier, élève, enseignant en biologie ou encore naturaliste ?

 La théorie de l’évolution : vitalité d’une théorie scientifique en pleine évolution

Pour commencer, il est légitime de se demander si l’on a bien affaire à une théorie scientifique. Quelques éléments d’épistémologie nous montrent à quel point cette question est loin d’être anodine, à l’heure actuelle encore. Il faut dire que dans le sens commun, une « théorie » fait généralement référence à une hypothèse incertaine, sans véritable fondement, qui serait sortie de l’esprit d’un scientifique pour expliquer un phénomène particulier. Mais dans son sens fort, une théorie est une construction rationnelle, fondée sur des éléments d’observation ou d’expérience, qui permet d’expliquer et de prédire des phénomènes naturels. Se demander si la théorie de l’évolution s’inscrit dans ce sens fort revient à se demander si l’on peut douter de la réalité de l’évolution sur Terre. Et dans l’état actuel des connaissances scientifiques, la réponse est clairement non. L’évolution des organismes vivants est aussi certaine que l’existence de l’atome ou des galaxies.

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L’arbre du Vivant
(source : http://creationrevolution.com/darwi...)

Oui, les êtres vivants dérivent les uns des autres au fil des temps géologiques, conservant entre eux certaines ressemblances profondes (homologies). Les approches moléculaires, notamment génétiques, ont permis et permettent encore de montrer comment s’agencent les similitudes profondes et les divergences qui existent entre tous les organismes actuels, de la bactérie à l’éléphant. Tous les animaux à mamelles -les mammifères- ont un ancêtre commun ; tous les vertébrés ont aussi un ancêtre commun, encore plus vieux, tandis qu’il existe dans un passé très lointain un ancêtre commun à tous les êtres vivants. Bien que des zones d’ombres persistent en raison de notre documentation fragmentaire, le récit historique « évolution » n’est réfuté par aucune démonstration rationnelle, tandis que les preuves scientifiques qui en témoignent, elles, ne manquent pas. Dans leur livre « La théorie de l’évolution » (2011), Patrice David et Sarah Samadi nous démontrent notamment pourquoi l’on peut dire qu’il s’agit d’une théorie scientifique au même titre que les théories physiques telle la théorie newtonienne du mouvement.

Malgré tout, l’évolution des espèces a eu beaucoup de mal à s’imposer historiquement, notamment en raison de la place modeste qu’elle donne à l’espèce humaine. Jusqu’au 18e siècle, de nombreuses idées, que l’on sait à présent fausses comme le créationnisme, l’échelle des êtres, les métamorphoses et la génération spontanée, empêchaient la constitution d’une biologie cohérente. Avec Charles Darwin, au milieu du XIXe siècle, un cadre théorique cohérent se met en place à partir des deux concepts-clés que sont la descendance avec modification et la sélection naturelle. C’est une révolution, et Darwin propose alors un vaste programme de recherches qui s’est développé jusqu’à nos jours (Darwin, 1859).

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Il faudra attendre presque un demi-siècle et la naissance de la génétique moderne, avec la redécouverte du travail de Mendel au début du XXe siècle, pour que la génétique vienne en fortifier les bases. A l’aube de la seconde Guerre Mondiale éclot ainsi la « théorie synthétique de l’évolution », grâce à la mise en commun des avancées obtenues dans divers domaine. Les principaux artisans de cette synthèse furent Theodosius Dobzhansky (génétique), Ernst Mayr (biogéographie) et George Simpson (paléontologie), (Le Guyader).

Ce cadre conceptuel continuera de connaître diverses avancées et révolutions suscitant de vastes discussions, parfois houleuses. Alors qu’on se rend compte que la sélection naturelle ne joue pas sur tous les caractères, l’importance accordée au hasard dans l’évolution va susciter d’importants débats et recherches. L’idée que le hasard puisse avoir « décidé » de choses importantes dans la constitution des organismes scandalise nombre de naturalistes dans les années 1970 (Gouyon, 2007). L’idée du « bricolage évolutif », portée par François Jacob (Jacob, 1981) ou encore Stephen Jay Gould (Jay Gould, 1991) prend également forme dans la deuxième moitié du XXe siècle. L’évolution ne fabriquerait pas les espèces à la manière d’un ingénieur qui se donnerait un but et construirait un objet optimisé correspondant le mieux à cette finalité. On pourrait plutôt la comparer à un bricoleur, sans dessein à long terme, qui assemble et remanie au mieux des morceaux préexistants de son bric-à-brac pour en tirer quelque chose d’utilisable. C’est un peu ce qu’accomplit l’évolution quand elle produit une aile à partir d’une patte, ou un morceau d’oreille avec un fragment de mâchoire (ceci notamment grâce aux effets renversants que peuvent avoir les modifications touchant des gènes du développement). Plus récemment, des discussions agitent la communauté évolutionniste au sujet d’une vision « tout-génétique » trop prépondérante, vénérant le gène comme support quasi-exclusif de l’hérédité. Celle-ci aurait tendance à trop négliger les supports d’hérédité non-génétiques (épigénétique, culturelle, environnementale) au sein de la théorie de l’évolution (Barthélémy, 2012).

Les vastes débats qui ont agité et agitent encore les biologistes sur diverses facettes de la théorie ne peuvent être exposés davantage ici. Mais ils prodiguent à la théorie de l’évolution sa grande vitalité : loin d’être figée comme on a pu lui reprocher, elle a su se remettre en question au gré des découvertes paléontologiques et des avancées scientifiques, et absorber chocs et bouleversements théoriques sans jamais avoir besoin de renier son cadre général. Elle a mûri, gagné en complexité et en réalisme. C’est ainsi une notion de l’évolution complexe mais cohérente qui émerge à la fin du 20e siècle, et dont les implications philosophiques sont importantes (Gouyon, 2007 ; David & Samadi, 2011).

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(source : http://todayinsci.com/G/Gould_Steph...)

Et pourtant, envers et contre tout des mouvements créationnistes notamment Américains, persistent encore aujourd’hui à brandir la Bible comme réfutation de la théorie de l’évolution, à tel point que le créationnisme est enseignée dans certains états comme une hypothèse alternative à l’évolution. Paradoxalement, c’est aussi aux Etats-Unis que se trouve un vrai centre de gravité en matière de recherche scientifique dans le domaine de la biologie évolutive. En France aussi, la population de chercheurs en biologie évolutive ne cesse de s’accroître. Aujourd’hui, la recherche sur l’évolution et ses mécanismes est plus active que jamais. Elle s’enrichit en permanence des avancées des autres branches de la biologie (biologie moléculaire, paléontologie, biologie du développement et écologie), alors même que les raisonnements évolutifs ont infiltré les autres domaines comme la biologie du développement ou l’écologie (David & Samadi 2011). C’est ainsi que le raffinement et l’évolution de la théorie se poursuivent. Et des débats font encore encore rage dans la littérature scientifique. Des nœuds, voire de vrais mystères, résistent encore à notre compréhension scientifique, concernant par exemple la vitesse de l’évolution au cours des grandes ères biologiques, ou la grande énigme de la contingence : s’il fallait redérouler le fil de la vie, depuis son apparition il y a 3.5 milliards d’années, difficile de « prédire » si nous obtiendrions alors un monde proche du nôtre ou au contraire quelque-chose de complètement différent (Gouyon, 2007)...

 La théorie de l’évolution, un socle pour toute la biologie

A l’heure actuelle, qu’est devenue finalement la théorie de l’évolution ? Sous quelle forme peut-on la présenter en quelques mots ? Afin d’avoir les idées claires, la première étape consiste à bien faire la distinction et se situer entre les deux grands versants des sciences de l’évolution : un versant historique ou descriptif (les « patterns » des anglo-saxons) et un versant mécaniste (les « processes »). Le pan historique cherche à décrypter et reconstruire l’histoire des êtres vivants à travers les liens de parenté qui les unissent. Quelque-soit l’échelle de temps considérée, il s’agit de compulser des archives (les fossiles notamment), rechercher des témoins directs ou indirects, et établir des chronologies. C’est le plus connu du grand public, le plus enseigné aussi, notamment en raison de la reconstitution d’incroyables faunes passées telles que les célèbres dinosaures, ou les faunes fossilifères d’Ediacara et de Burgess.

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La « Faune de Burgess »
Burgess est le nom d’un site fossilifère datant d’il y a environ 505 millions d’années, situé dans le Yoho National Park au Canada. Ce site est célèbre car il contient des fossiles extraordinairement bien conservés. Les animaux vivant à cette époque nous semblent aujourd’hui très étranges car certains des plans d’organisation étaient inconnus et ne sont plus représentés actuellement. (source : https://lamaisondalzaz.wordpress.co...)

L’approche explicative quant à elle, a pour but de décrire les lois et mécanismes qui sous-tendent cette histoire. C’est là-dessus que nous allons désormais nous appesantir.

La théorie de Darwin reposait sur deux concepts clefs que sont la variation de caractères transmissibles à la descendance, et la sélection naturelle opérant un tri sur cette variation. Aujourd’hui, si la sélection naturelle fait toujours figure de moteur clef de l’évolution (évolution adaptative), le rôle joué par le hasard a été reconsidéré (évolution neutre, non adaptative). Les avancées moléculaires ont par ailleurs permis d’élucider les causes de la variation des caractères. A l’arrivée, on peut dire que les mutations, les mécanismes de brassage (migration, recombinaison...), la sélection et la dérive sont les quatre moteurs de base de l’évolution. Les mutations et les mécanismes de brassage sont ceux qui génèrent aléatoirement et brassent la variabilité génétique (et donc phénotypique) dans les populations. La sélection et la dérive sont les deux forces évolutives qui opèrent un tri sur cette variabilité au fil des générations, soit de façon totalement aléatoire et non prédictible (dérive), soit basé sur la confrontation entre les variants phénotypiques et l’environnement (sélection). Tout serait ensuite des sous-éléments, ou bien des agencements, de ces mécanismes généraux (Gouyon, 2007 ; David & Samadi 2011).

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Le tri par la sélection
(source : wikipedia)

Pour y voir plus clair, il faut se placer à l’échelle d’une population d’individus appartenant à une espèce donnée, et se reproduisant entre eux de génération en génération. Dans cette population, les mutations génétiques créent en permanence, de façon aléatoire, de nouveaux variants phénotypiques parmi les individus. Si l’un de ces variants confère un avantage de survie ou de reproduction à un individu dans son environnement (par exemple, un papillon à la trompe plus longue que ses congénères, profitant de sources de nectars accessibles à lui seul), il pourra alors produire plus de descendants que les autres au cours de sa vie. Et si en plus cette variation est héritable, alors ce phénomène se démultipliera de génération en génération à travers des descendants de plus en plus nombreux, tant et si bien que le variant phénotypique avantageux pourra remplacer presque totalement les autres variants dans la population. Selon la même logique, mais à l’autre extrême, si l’apparition d’un variant héritable conduit à une mortalité précoce ou un succès reproducteur moindre de l’individu, celui-ci peut être rapidement éliminé de la population par le tri sélectif opérant au fil des générations. C’est le principe basique de la sélection naturelle (approfondi et richement illustré dans Joron & Olivieri), et ce mécanisme général d’évolution de notre population est celui de l’adaptation à l’environnement (évolution adaptative). Que viennent faire les mécanismes de brassage ? Il permettent d’amplifier et brasser très rapidement, d’une génération à l’autre, la variabilité des caractères au sein de la population considérée. Car les mutations génétiques apparaissent en fait selon des taux moyens très faibles. L’arrivée par migration de variants issus d’autres populations est par contre une source immédiate de nouvelle diversité dans la population. Quant à la recombinaison (liée par exemple à la reproduction sexuée), elle peut permettre de démultiplier et brasser les combinaisons possibles des variants de différents caractères (laissant la possibilité à ces différents caractères d’évoluer indépendamment) ou bien d’amplifier la variabilité possible d’un caractère lorsque celui-ci est déterminé par plusieurs gènes en interaction.

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Echantillonage aléatoire de la dérive
Ici, la dérive est grandement accentuée par cette forte réduction de la taille de population (goulot d’étranglement), dont les causes externes peuvent être variées, mais n’ont pas de lien avec le fait d’être bleu, jaune ou rouge... (source : http://www.laplaneterevisitee.org/f...)

Enfin, la dérive est cette fluctuation de la fréquence d’un variant dans la population au fil des générations, en raison d’aléas de transmission de ce variant dûs au hasard (hasard de la rencontre des gamètes, mort des individus porteurs pour des causes externes, etc...). Dans une population de taille limitée, la dérive permet d’expliquer que des variants d’un caractère, considérés comme neutres parce qu’ils n’apportent ni avantage ni désavantage sélectif, finissent par atteindre l’ensemble de la population au fil des générations, ou au contraire, soient rapidement perdus par hasard (évolution neutre, ou non-adaptative). La dérive génétique opère donc sur les caractères seule, ou en interaction avec la sélection naturelle. (Seule une population théorique de taille infinie ne subira pas de dérive génétique).

Toutes ces notions sont là pour nous rappeler qu’il n’est pas nécessaire d’attendre des milliers d’années pour observer les effets de l’évolution. Quelques générations peuvent suffire pour constater qu’elle se déroule en permanence sous nos yeux, au sein des populations de toutes sortes d’espèces.

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Phénotypes clair et sombre de la Phalène du bouleau, en milieu non pollué ou pollué
(source : http://svt.prepabac.s.free.fr/Vocab...)

Le cas emblématique de la phalène du bouleau, dont la coloration noire a pris en quelques années la place de la couleur blanche dans les régions industrielles anglaises (meilleur camouflage vis à vis des prédateurs sur les troncs d’arbres noircis par la suie) en est une démonstration célèbre (Majerus, 2007). La vitesse possible d’évolution d’un caractère chez une population sera notamment conditionnée par l’intensité des pressions de sélection environnementales, mais aussi par la taille des populations et leur temps de génération. C’est ainsi que malheureusement pour nous, de nombreux micro-organismes pathogènes de l’homme (ou d’animaux et plantes) qui pratiquent la recombinaison, présentent d’énormes quantités de variations parmi leurs innombrables individus. Cela leur confère d’importants moyens de « répondre » aux diverses pressions de sélections qu’ils pourront subir, en d’autres termes un immense potentiel adaptatif. D’autant plus que leur temps de génération très bref leur permet des évolutions rapides à échelle humaine. Selon un schéma opposé, les petites populations de grands mammifères à génération longue, auront un potentiel de réponse aux pressions de sélection bien moindre, tandis que leurs petites tailles de population les soumet fortement aux aléas de la dérive génétique.

Mais quid de l’évolution des espèces ? Ce sont ces mêmes mécanismes de base qui, agencés, combinés, alternés entre eux sur différentes échelles de temps et d’espace, font non seulement évoluer les populations d’une espèce donnée, mais peuvent mener à la création et diversification de nouvelles espèces. Par exemple, deux populations d’une même espèce initialement interfécondes mais isolées géographiquement, vont évoluer différemment sous l’effet des mutations, de la dérive et de la sélection (adaptations à leurs conditions environnementales locales). Les différences génétiques qui s’accumulent entre les populations peuvent porter sur une variété de caractères, dont ceux liés à la compatibilité reproductive. Un beau jour, les deux populations peuvent avoir perdu leur aptitude à se croiser entre elles, même si on les remet en contact (isolement reproducteur).

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La spéciation
(source : http://evolution.berkeley.edu/evosi...)

Deux espèces biologiques à part entière vont alors se démarquer l’une de l’autre : c’est le phénomène de spéciation (aux mécanismes plus divers et complexes que cet exemple !).

Les processus d’évolution présentés jusqu’ici peuvent se ranger dans ce que l’on appelle la micro-évolution. Mais si l’on change encore d’échelle et que l’on examine l’évolution sur un pas de temps à l’intérieur duquel des espèces sont nées, ont vécu puis sont mortes, on entre alors dans le domaine de la macro-évolution. A cette échelle, la principale source d’information est l’évolution morphologique observée chez les fossiles. Si bien que les liens entre les mécanismes bien élucidés de la micro-évolution, et la compréhension de la macro-évolution, restent complexes et sont encore l’objet de vastes débats (David & Samadi, 2011). Partant de là, des ouvrages entiers (tel que celui de David & Samadi, 2011) sont bien sûr nécessaires pour comprendre de manière plus approfondie les mécanismes de l’évolution, leurs agencements et leurs contributions relatives sur différentes échelles de temps (du moins selon l’état actuel des connaissances). Des articles tels que l’entretien « 8 questions pour en finir avec les clichés sur la théorie de l’évolution » (Barthélémy, 2014) peuvent nous aider également à nous affranchir de certaines idées communes, anciennes ou déformées.

Mais nul besoin d’aller beaucoup plus loin pour réaliser que la théorie de l’évolution fournit ainsi un cadre conceptuel au sein duquel toute donnée biologique trouve son sens, et tout programme scientifique s’insère de près ou de loin. La biologie évolutive est une science interdisciplinaire qui unifie les biologistes en regroupant leurs objets d’étude, les organismes, dans une histoire commune régie par des lois communes. En effet les branches de la biologie autres que les sciences de l’évolution elles-mêmes, se rapportent essentiellement à deux activités. Tout d’abord, tout ce qui a trait à la systématique et qui consiste à décrire et classer les formes vivantes. Les sciences de l’évolution (et notamment la phylogénie) ne sont pas très loin, dans la mesure où ces classifications reflètent les liens de parenté qui relient entre elle les espèces vivantes. La deuxième activité est celle qui élucide les mécanismes de fonctionnement des êtres vivants, qu’il s’agisse du domaine de la physiologie, de l’embryologie, de la génétique fonctionnelle, de l’éthologie... Elle repose à la base sur deux types de questions imbriquées : « comment ça marche ? » (Comment le cœur bat-il ? Cf les mécanismes moléculaires de contraction de ses cellules) et « à quoi ça sert ? » (À quoi servent les battements du cœur ? Cf la propulsion du sang vers les organes). Cette deuxième question introduit le concept de fonction (ici, la fonction du coeur). Or on sait maintenant que cette fonctionnalité des systèmes vivants est le produit d’une sélection naturelle qui optimise au fil du temps les systèmes vivants au sein de leur environnement, en maximisant leur survie et leur reproduction. Ainsi la théorie de l’évolution justifie-t-elle de manière ultime l’existence des fonctions des êtres vivants, en les considérant dans le cadre des enjeux de survie et de reproduction. Les causes ultimes des fonctions biologiques sont évolutives : il s’agit de la raison pour laquelle elles ont été favorisés par la sélection naturelle (David & Samadi, 2011).

 L’évolution, cet éclairage fascinant sur la Nature

C’est ainsi que les systèmes vivants nous apparaissent « bien faits » pour assurer des fonctions (respiration, reproduction...) et répondre aux contraintes de leurs milieux. Mais l’évolution permet aussi de relativiser cette idée, expliquant pourquoi il présentent aussi des imperfections. Il est tout à fait concevable d’observer des caractères, voire des organes sans fonction, soit parce-qu’ils se sont fixés dans les populations d’une espèce donnée par hasard (évolution non adaptative par dérive), soit parce-qu’ils ont eu autrefois une fonction ne servant plus (le coccyx représente une résidu de queue dans le squelette de l’homme). Une fois initié aux mécanismes de l’évolution, on ne voit plus la biologie de la même façon. Tout devient matière à se poser de nouvelles questions sur le monde vivant qui nous entoure. Comment un organe aussi complexe que l’oeil a-t-il pu être façonné par le hasard et la sélection ? Pourquoi les poissons volants restent-ils poissons ? Pourquoi n’y a-t-il pas d’animaux dotés de roues ?... Ce genre de question fait l’objet du petit livre intrigant du biologiste de l’évolution Michel Raymond, adressé à tous les curieux : « Pourquoi je n’ai pas inventé la roue. Et autres surprises de la sélection naturelle » (Raymond, 2012).

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Mâle de Colibri d’Elliot et sa parure
(source : http://neotropical.birds.cornell.ed...)

Des propriétés ou caractères absolument aberrants des êtres vivants trouvent désormais leur raison d’être, comme par exemple les préférences d’oiseaux femelles pour des mâles de plus en plus handicapés (face aux prédateurs) par des décorations carnavalesques très coûteuses. Les extravagants ornements ou parades nuptiales observés de certaines espèces

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La spectaculaire danse nuptiale du mâle d’Araignée paon
(source et danse en vidéo : http://www.sciencesetavenir.fr/anim...)

sont encore des produits du bricolage évolutif, qui ont été favorisés ici par la sélection sexuelle. Il s’agit d’une composante de la sélection naturelle, liée notamment au choix de partenaire chez les espèces à reproduction sexuée, et qui a trait directement au succès de reproduction des individus. Un article entier serait en fait nécessaire pour expliciter ces phénomènes et mieux appréhender comment l’évolution a pu affubler certaines espèces de tels déguisements. Le petit livre de Thierry Lodé « La biodiversité amoureuse » nous permet quant à lui une plongée passionnante dans « la vie amoureuse » du vivant pour comprendre à quoi riment toutes ces stratégies aussi diverses que surprenantes. D’un autre côté, des phénomènes qui nous semblaient jusqu’alors tout naturels comme la reproduction sexuée, se transforment soudain en problèmes déroutants. A la lumière de l’évolution, nous nous demandons à présent pourquoi nous utilisons un mode de reproduction aussi bizarre, impliquant la recherche d’un partenaire si coûteuse en temps et en énergie, plutôt que de nous débrouiller simplement avec des mécanismes de clonage (mécanismes de parthénogenèse notamment, que d’autres espèces ont mis en pratique !)...

Tout ceci nous rappelle aussi que les organismes exercent bien sûr des pressions de sélection les uns sur les autres, que ce soit entre individus d’une même espèce ou entre espèces différentes. Ils font partie intégrante de l’ « environnement » dont nous avons parlé jusqu’ici, qui inclut aussi bien des facteurs abiotiques que biotiques. Les fascinants systèmes d’interactions interspécifiques que l’on connaît, de type antagonistes (prédateur/proie, hôte/parasite) ou mutualistes, ont été bâtis et complexifiés au fil des temps par différents processus de co-évolution. La « course aux armements » sans fin des espèces, expliquée par la théorie de la Reine Rouge (van Valen, 1975), est célèbre.

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La métaphore de la course de la Reine Rouge
"Now, here, you see, it takes all the running you can do, to keep in the same place” (Lewis Carroll, 1871)

Elle fait allusion à la course d’Alice aux pays des merveilles et de la Reine Rouge (tirée d’un épisode du roman de Lewis Carroll, 1871), dans la mesure où elle ne permet aux espèces en course que de rester à la même place sur le plan adaptatif, dans un environnement changeant. Et pour peu que l’on se penche de près sur la diversité et sur l’« ingéniosité » dont font preuve ces systèmes vivants, nous sommes bien au pays des merveilles. De fascinants produits de la co-évolution se trouvent juste là derrière la fenêtre, sous nos yeux. Si on les regarde bien, il faut avouer qu’il est difficile de se convaincre que tout ça est bien le résultat du bricolage évolutif, et non pas d’un plan mûrement réfléchi à l’avance par les plantes ou les insectes du jardin... !

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La sauge et sa pollinisation originale : des étamines à bascule !
(source : http://www.svtauclairjj.fr/coevolut...)

Les plantes à fleurs y déploient ainsi leurs vitrines de formes et de couleurs qui signalent le chemin du nectar à leurs pollinisateurs, pour un échange de bons procédés remarquablement efficace. Quant aux abeilles justement, ou aux fourmis, leurs fantastiques modes d’organisation sociale sont depuis longtemps au cœur de nombreuses questions et recherches en biologie évolutive. Un peu plus loin, une prairie abrite peut-être un petit papillon bleu métallique superbe, plus méconnu : un Azuré de la famille des Lycènes, et du genre Maculinea. En fonction de la présence de sa plante hôte, on pourra trouver l’Azuré de la sanguisorbe, l’Azuré de la croisette ou encore l’Azuré du serpolet par exemple. Ce discret papillon mérite sa renommée ici, en raison de son cycle de vie tout à fait original (Dupont 2011) : les chenilles ont non seulement besoin d’une plante hôte comme les autres papillons, mais aussi d’une fourmi hôte (Myrmica sp.). Les chenilles des Maculinea, par des stratégies évolutives incluant l’imitation des molécules de la cuticule des larves de fourmis, se font adopter dans les fourmilières en vrais parasites. Elles terminent ainsi leur développement à l’abri des prédateurs et « aux frais de la reine », nourries et entretenues par les fourmis au détriment de leurs propres larves, lorsqu’elles ne vont pas directement et impunément se servir dans le couvain (selon les espèces).

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L’Azuré du serpolet et ses hôtes
(source : https://temporum.wordpress.com/tag/...)

L’évolution, dont la co-évolution entre espèces, a produit ainsi un incroyable foisonnement de stratégies d’adaptation des organismes à leur environnement, que les ingénieurs spécialistes du « biomimétisme » ne sont pas les derniers à admirer...et à imiter ! Citons seulement le cas du sonar des chauves-souris comme superbe démonstration.

Enfin, l’évolution peut même venir nous préoccuper jusque dans notre vie quotidienne et nos questions de civilisation et de société. Car l’espèce humaine n’y échappe bien sûr pas. C’est ce que montre M. Raymond (2008) dans un autre petit livre focalisé sur la biologie évolutive humaine : « Cro-magnon toi même. Petit guide darwinien de la vie quotidienne. » Avec toutes les références scientifiques requises, il s’attache à discuter de questions aussi variées que... Pourquoi y a t-il de plus en plus de myopes ? La crise d’adolescence est-elle une invention récente ? Les hommes et les femmes pensent-ils de la même façon ? La polygamie est-elle liée au régime politique ?

 L’évolution, un éclairage crucial en matière de développement durable

Mais les enjeux de la connaissance des mécanismes de l’évolution, que l’on soit biologiste expérimenté ou simplement curieux, ne s’arrêtent pas à la satisfaction de comprendre le vivant et développer notre savoir fondamental. Les sciences de l’évolution ont aussi leur mot à dire dans les sciences appliquées. Les progrès récents de la biologie, notamment en matière de biotechnologies, se sont inscrits dans des sujets de société qui nous concernent tous. Ils touchent à notre quotidien à travers leurs applications dans les domaines de la médecine, de l’agriculture, de la gestion de l’environnement... Or les considérations évolutives peuvent nous aider à repenser nos relations avec notre milieu, qu’il s’agisse de lutter contre des pathogènes « inventant » sans cesse de nouvelles résistances aux médicaments, ou de gérer une biodiversité issue de millions d’années d’évolution. Car les populations d’abeilles, piliers d’un inestimable travail de pollinisation de nos plantes nourricières, déclinent de façon critique... Les Maculinea sont menacés dans toute l’Europe et font l’objet d’un Plan National d’Action (2011-2015) pour leur conservation (Dupont, 2011)... Et la liste des menaces et des problèmes n’en finit pas de s’allonger...

Les interactions entre les progrès des civilisations humaines, et l’évolution d’autres espèces vivantes, ne datent certes pas d’aujourd’hui.

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Domestication du Maïs
(source : http://www.gnis-pedagogie.org/biote...)

Cela fait des millénaires que l’Homme domestique des espèces animales et végétales, conduisant parfois à des modifications spectaculaires de ces organismes (domestication du maïs ou du chien par exemple). Les mécanismes évolutifs en jeu sont toujours les mêmes, si ce n’est que c’est l’Homme qui contrôle consciemment et à dessein le tri sélectif, par exemple par des croisements dirigés. On parle alors souvent de « sélection artificielle » dans ce cas de figure.

Mais depuis ces dernières décennies, tout s’accélère. Les activités humaines bouleversent les milieux naturels à des vitesses et des échelles spatiales sans précédent. On prend conscience de notre ignorance et notre manque de contrôle sur les équilibres écologiques si complexes, subtils, et « bien faits » qui ont évolué jusqu’ici au sein des écosystèmes... ainsi que de notre capacité à les déséquilibrer de façon draconienne. On l’a vu, les changements évolutifs peuvent se dérouler sur des échelles de temps très courtes (dites « écologiques »), et les exemples d’évolutions contemporaines rapides dans des populations naturelles apparaissent légions. Ce n’est pas surprenant vu l’ampleur des changements anthropiques globaux : changement climatique, modifications et perturbations croissantes des milieux, introductions d’espèces exotiques à tout va... Des populations de toute sortes d’espèces se retrouvent confrontées à des changements parfois drastiques de leur environnement ou à des milieux nouveaux auxquels elles ne sont pas forcément adaptées. La capacité des populations à s’adapter rapidement pourra par exemple mettre en jeu l’aptitude à se disperser, l’apparition d’une tolérance à une pollution environnementale, des évolutions de comportement... Pour ceux qui n’en n’auront pas les moyens et ne pourront continuer à survivre et se reproduire suffisamment, c’est la disparition programmée. Quant aux populations d’espèces exotiques se retrouvant dans des milieux favorables, dénués de leurs prédateurs et compétiteurs habituels, elles pourront se mettre à proliférer au détriment de nombreuses espèces autochtones qui n’étaient « pas prévenues » de cette cohabitation, et qui seront là-encore conduites vers l’extinction si elles ne peuvent s’y adapter assez vite.

Les invasions biologiques représentent à vrai dire des modèles très instructifs pour étudier les processus d’évolution directement à l’oeuvre. Elles font l’objet d’importants programmes de recherches théoriques et expérimentales ces dernières années (par exemple, voir Gurevitch, Fox, Wardle, Inderjit & Taub, 2011). Un objectif est par exemple de comprendre comment certaines populations sont capables de s’établir et se propager avec succès au sein d’un environnement nouveau, surpassant parfois des espèces locales, à partir d’un tout petit pool d’individus introduits, donc peu de variation génétique (« effet de fondation » ou « goulot d’étranglement »). Un vrai paradoxe évolutif à première vue... La compréhension de ces phénomènes est bien sûr cruciale si l’on veut arriver, de façon ultime, à développer en retour des stratégies de prévention ou de lutte qui soient efficaces et durables.

De la même manière, les efforts concrets de préservation d’espèces en déclin doivent intégrer une compréhension et une prise en compte de ce que l’on appelle le vortex d’extinction. On désigne ainsi cette spirale vers l’extinction dans laquelle peut être piégée une espèce, dès lors qu’elle est en déclin, et dont les causes et facteurs aggravants sont d’ordre démographiques, génétiques, évolutifs et socio-économiques (Olivieri & Vitalis, 2001).

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Le vortex de l’extinction
(source : Lippé, 2006)

Appréhender les mécanismes de ces déséquilibres écologiques et évolutifs des écosystèmes, menant tant d’espèces vivantes à la rareté ou à l’extinction, représente donc un travail de recherche fondamental au cœur la biologie de la conservation. Depuis la fin des années 80, ce domaine s’est d’ailleurs élargi pour tenir compte de l’information obtenue à partir de marqueurs moléculaires, considérant la diversité génétique comme une condition essentielle au potentiel évolutif des espèces.

Les considérations évolutives, qui apportent un éclairage essentiel dans ces recherches, doivent donc éclairer aussi nos pratiques et actions sur le terrain. Les gestionnaires de l’environnement sont bel et bien confrontés à des problèmes entre autres évolutifs. Les plans de gestion d’espèces menacées doivent le plus souvent inclure des objectifs génétiques, afin de les préserver comme des entités dynamiques capables ou non de s’adapter aux changements environnementaux (Lippé, 2006). Plus largement, le développement durable ne peut sans doute être vraiment durable que par une considération de l’environnement qui soit à la fois écologique et évolutive.

Si le fossé qui existait entre les recherches théoriques et la gestion appliquée de l’environnement s’est déjà grandement comblé, il se fait encore parfois ressentir. La démoustication menée en Camargue est un bel exemple de gestion pour laquelle il a fallu la mobilisation d’un groupe de chercheurs renommés en biologie évolutive fondamentale, afin d’enrichir le débat public de considérations évolutives cruciales. Jusqu’en 2006, le Parc Naturel Régional de Camargue restait la seule zone humide du littoral méditerranéen exempte d’opérations de démoustication. Depuis, le Parc fait l’objet d’une démoustication expérimentale par épandage du bio-insecticide Bti (Bacillus Thurengiensis), à la demande du Conseil général.

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Epandage aérien d’insecticide Bti

Or, outre des effets écologiques délétères rapides sur les écosystèmes lagunaires (car le Bti tue les larves de nombreux diptères, maillons de chaînes alimentaires...), les scientifiques ont soulevé une négligence de problèmes évolutifs à plus long terme (Huet, 2011). Leur appel parle de lui-même :

« […] Il s’agit exclusivement d’une démoustication « de confort ». Elle n’est en rien justifiée par des mesures de prévention contre des maladies émergentes (chikungunya, dengue ou virus du Nil occidental) qui sont transmises par des espèces de moustiques peu communes en Camargue et non visées par les traitements actuels. Bien au contraire, la poursuite de cette action augmente les risques sanitaires. [...] L’absence de démoustication en Camargue faisait de ce territoire un réservoir sensible aux insecticides en plein cœur des régions du littoral méditerranéen traitées de longue date. On sait maintenant que la résistance au Bti est parfaitement possible pour les moustiques. Afin d’éviter une évolution rapide de la résistance et pour conserver des solutions efficaces si des interventions véritablement sanitaires s’avéraient nécessaires, il est donc primordial de conserver ce refuge non démoustiqué en Camargue. L’utilité d’un réservoir non traité repose ainsi sur le même raisonnement qui pousse à limiter l’emploi des antibiotiques pour freiner l’émergence de souches pathogènes résistantes. »

 Quelle place pour l’évolution dans l’enseignement et dans la médiation scientifique... ?

La connaissance des principes et mécanismes de l’évolution peut donc être du ressort de tous, et s’avère surtout cruciale lorsqu’on travaille avec le vivant, qu’il s’agisse d’en tirer des services ou de se consacrer à sa préservation. Pourtant l’éducation à l’environnement s’en est souvent tenue à une écologie exclusivement fonctionnelle (Bugel, 2010). Toutes les formations dédiées aux futurs métiers liés à la gestion de l’environnement doivent développer l’enseignement d’éléments d’écologie évolutive (Boulinier), afin de permettre un élargissement ou une remise en perspective des réflexions plus fonctionnelles. Mais la question qui peut se poser alors est la suivante : les formateurs ont-ils été eux-même bien informés durant leur cursus antérieur ? L’occasion leur a-t-elle vraiment été donnée de pouvoir se familiariser avec les principes de l’évolution et de percevoir l’étendue de leurs implications en matière d’écologie ?

Cette question nous incite à repartir du commencement et nous pencher sur la façon dont l’évolution est assimilée en biologie dès l’enseignement secondaire. Or, au vu des programmes de SVT en vigueur jusqu’au début des années 2000, cela ne risquait pas de se faire aussi naturellement que d’intégrer le fonctionnement général de la digestion ou de la tectonique des plaques...même pour les plus passionnés par cette matière. L’idée d’évolution et d’adaptation des êtres vivants figure certes depuis longtemps dans les programmes scolaires de différents niveaux, mais abordée par des points de vue qui sont restés très descriptifs : récit historique des grandes ères géologiques et biologiques, classification et liens de parenté entre les êtres vivants, adaptations remarquables des plantes ou des animaux à aux contraintes environnementales... Jamais, ou presque, il n’était question des mécanismes évolutifs permettant d’aborder l’explication de toute cette organisation biologique, et pouvoir l’articuler dans un cadre logique. Pour avoir fait l’expérience des programmes de SVT du lycée au début des années 2000, je pourrais dire en parenthèse plus personnelle que l’évolution telle qu’elle était présentée en Terminale S me fit l’effet d’un chapitre particulièrement dur à appréhender, car totalement nouveau pour moi, et qui semblait bien mal raccroché au programme. La notion de sélection naturelle y était bel et bien citée et illustrée par le cas d’école de la Phalène du bouleau, mais en tant qu’activité documentaire perdue dans un petit coin du manuel : elle donnait l’impression d’un exemple certes très intriguant, mais tellement anecdotique qu’il était permis de l’oublier aussi vite.

Ce n’est que tout récemment, depuis ces 5 à 10 dernières années, que les programmes de SVT commencent à mieux présenter et mieux intégrer les différentes facettes de la théorie de l’évolution, incluant ses grands mécanismes. La sélection naturelle notamment, moteur clef des adaptations (morphologiques, physiologiques, comportementales...) des êtres vivants, est maintenant enseignée au lycée de la seconde à la terminale S. Malgré ces évolutions, les débats sont toujours d’actualité dans le milieu de l’enseignement secondaire et supérieur comme en témoigne la circulation de diverses réflexions, appels ou pétitions d’enseignants récents (Paulin & Simon, 2012 ; Selosse & Godelle, 2012 ; pétition publique http://www.petitionpublique.fr/?pi=P2013N44756).

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Les forces évolutives au lycée !
(source : http://www.vivelessvt.com/lycee/les...)

La sélection naturelle est même en train de s’immiscer à l’école primaire, tant son mode de fonctionnement général est simple à comprendre, comme le démontre le projet pédagogique en ligne joliment illustré « A l’école de la biodiversité » (http://www.fondation-lamap.org/fr/biodiversite). Car nul de besoin de connaissances complexes en génétique pour comprendre les principes de la sélection. M. Raymond (2013) a d’ailleurs décidé de s’adresser aussi aux enfants, cette fois-ci à travers un conte, dont voici la raison d’être en postface :

« Cela simplifierait beaucoup la compréhension des enfants si l’on commençait l’étude du monde vivant par l’étude de l’évolution" nous dit François Jacob, un de nos prix Nobel. (...) Curieusement, je n’ai pas trouvé, dans toute la littérature destinée aux jeunes enfants que j’ai pu consulter, d’introduction simple au mécanisme de la sélection naturelle. (...) Un enfant de 6 ans peut parfaitement assimiler un tel concept, encore faut-il qu’il le rencontre et qu’il lui soit utile dans sa découverte et sa représentation du monde. C’est pour pallier à cette lacune de la littérature enfantine que j’ai conçu ce petit conte (…). »

« La chèvre bleue » commence avec une prophétie annonçant que les villageois doivent trouver le moyen d’obtenir une variété de grandes chèvres bleues s’ils veulent retrouver la prospérité perdue par le village. Mais les chèvres de la régions sont plutôt du genre petites et marrons... Les villageois vont alors rivaliser de solutions plus ou moins efficaces, comme tirer sur les pattes des chevreaux, faire des prières, ou bien sélectionner les chèvres les plus bleues et les plus grandes sur plusieurs générations...

Et si les principes de l’évolution devenaient plus intuitifs pour tout le monde, du fait que tout le monde ait été familiarisé dès le plus jeune âge avec cette approche et cette démarche de compréhension du monde vivant... ? Si l’on regarde bien, nous sommes, petits et grands, régulièrement baignés dans une vision très anthropomorphique du monde vivant. Que ce soit à travers des contes, des revues naturalistes, des documentaires animaliers, ou de la vulgarisation orale, nous aimons prêter des sentiments, des intentions et des modes de réflexion typiquement humains à toutes sortes d’êtres vivants. Dans le célèbre petit journal naturaliste La Hulotte, à destination des enfants mais aussi de tous les curieux, ce sont même oiseaux, plantes ou encore champignons qui prennent la parole pour nous raconter leur histoire, les astuces qu’ils ont trouvé pour se nourrir, échapper aux prédateurs ou conquérir un compagnon, le tout fondé sur de passionnants détails naturalistes et scientifiques. Loin d’être un mal, cela permet de mobiliser notre curiosité, nous ouvrir et nous éduquer de façon très efficace sur le monde vivant qui nous entoure, en faisant appel au sensible. Et il s’avère que lire la Hulotte, tout en étant familier avec l’écologie comportementale ou la biologie évolutive, ne lui fait en rien perdre de son charme... Mais ces connaissance permettent d’avoir accès à un deuxième niveau d’interprétation et de questionnements, qui rendent encore plus passionnantes les histoires fabuleuses que nous racontent les héros de La Hulotte. Ne serait-il donc pas intéressant, voire important, que tout public qui s’intéresse de près ou de loin aux sciences de la vie, aient facilement accès à ces différents niveaux de vérités et questionnements scientifiques, et puissent plus facilement faire la part des choses ? L’idée serait de pouvoir « grandir », dès le plus jeune âge, dans une démarche scientifique qui inclurait bien l’ensemble des aspects fascinants (historiques, descriptifs, fonctionnels et explicatifs) du monde vivant qui nous entoure.

Pour conclure, la compréhension du vivant, espèce humaine comprise, constitue l’enjeu de sa préservation. Il est vrai que les notions de biodiversité et d’évolution peuvent vite devenir complexes, et la manière de les diffuser par l’enseignement et la vulgarisation demande réflexion. Mais devant l’émergence grandissante des questions environnementales qui sont de la responsabilité de tous, les enjeux liés à la médiation scientifique de ces concepts sont forts. De multiples approches (scientifiques, épistémologiques, ludiques, sensibles) peuvent être réfléchies, mises en œuvre et combinées pour développer des outils pédagogiques adaptés aux divers public concernés (Bugel, 2010). Comme l’ont si bien souligné certains enseignants (http://www.petitionpublique.fr/?pi=P2013N44756), au sujet de la sélection naturelle,

«  tous ceux qui ont eu la chance, un jour dans leur vie, de comprendre la sélection naturelle le disent : c’est l’un des plus grands plaisirs intellectuels qui soit, par le renversement de perspective qu’il implique. Mieux, au contraire de la mécanique quantique, de la relativité générale ou d’autres théories qui bouleversent aussi notre vision du monde, la sélection naturelle peut être expliquée facilement à tout le monde, de bout en bout.  »

 Références bibliographiques

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- Barthélémy P. 2014. 8 questions pour en finir avec les clichés sur la théorie de l’évolution. Blog Le Monde, Passeur de sciences. http://passeurdesciences.blog.lemonde.fr/2014/03/19/8-questions-pour-en-finir-avec-les-cliches-sur-la-theorie-de-levolution/

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Stéphanie ROBERT,
date de publication : 28 février 2015,
date de dernière mise à jour : 27 février 2015


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