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L’utilisation ou non des organes = évolution?

Certaines idées reçues observées chez les étudiants sont parfois en lien avec certains concepts de la théorie de l’évolution suggérée par Jean-Batiste de Lamarck (1744-1829) (Ha & Nehm 2013; Shtulman 2006; Kampourakis & Zogza 2007b). Brièvement, sa principale théorie consistait à reconnaître que l’utilisation ou la non-utilisation d’un organe en réponse directe à des conditions environnementales déterminait sa persistance chez un individu et sa transmission, ou non, d’une génération à une autre. Autrement dit, la théorie de la transmission des caractères acquis.  Lamarck ne reconnaissait pas le rôle du hasard dans les processus biologiques, ni l’extinction des espèces. Plutôt, il croyait à la complexification des organismes par des mécanismes mécaniques (de Lamarck 1809). Encore aujourd’hui, ce type de raisonnement de l’utilisation/non-utilisation d’un organe est observé parmi des étudiants de niveau pré-universitaire et dans les premières années d’études universitaires (Klymkowsky et al. 2010; Champagne Queloz et al. 2016; Champagne Queloz et al. 2017; Nehm & Ha 2010). En contrepartie, cette représentation ne devrait pas être étiquetée « modèle Lamarck », comme on peut encore trouver dans certains manuels de biologie. En effet, bien des scientifiques de cette époque, dont Charles Darwin, partageaient cette idée (Ha & Nehm 2013). On nomme cette théorie « le transformisme ». Cette théorie suggère qu’en réponse à certains facteurs environnementaux, les organismes vont transformer un organe en fonction de son utilisation. Ainsi, les nouvelles propriétés de cet organe seront transférées à la génération suivante (Shtulman 2006; Kampourakis & Zogza 2007b).

Kampourakis et Zogza (Kampourakis & Zogza 2007a) ont montré que d’autres conceptions alternatives étaient aussi faussement associées à la théorie de Lamarck. Premièrement, Lamarck ne croyait pas en cette explication téléologique qui suggère que les organismes évoluent en suivant un plan défini prédéterminé par une force quelconque et qui conduit vers un certain idéal. Deuxièmement, on associe à tort à sa théorie le « bon vouloir » ou la « volonté » d’évoluer, alors que Lamarck lui-même rejetait ces idées.  En fait, ces conceptions alternatives seraient nées d’une erreur de traduction des textes Lamarck (du français à l’anglais). Le mot « besoin » utilisé dans les textes de Lamarck, a été traduit par want (vouloir) au lieu de need to (avoir des besoins) (Mayr 1982; Kampourakis & Zogza 2007b). Les textes de Lamarck ont été lus par de notables évolutionnismes anglo-saxons de l’époque et ultérieurs. Ils ont, sans le vouloir, perpétué cette idée fausse de volonté.  Troisièmement, pour Lamarck, ce n’est pas l’environnement qui induit directement les changements génétiques. C’est plutôt l’utilisation des organes en fonction de conditions environnementales données, c’est-à-dire une action mécanique. Cette conception de l’évolution par Lamarck est maintenant reconnue comme étant erronée. Toutefois, elle reste encore une idée reçue fréquente qui freine l’apprentissage des processus évolutifs.

On dit donc parfois à tort que les étudiants ont une idée « lamarckienne » des processus évolutifs (Bishop & Anderson 1990; Demastes et al. 1995). Kampourakis et Zogza (Kampourakis & Zogza 2007b) ont demandé à des étudiants âgés de 15 ans d’expliquer comment les girafes allongeaient leur cou ou d’expliquer comment certains organismes dans un environnement donné peuvent changer de couleur. La majorité de ceux-ci ont expliqué que des besoins environnementaux poussaient les girafes à s’étirer le cou ou les animaux à changer de couleurs. Ces animaux induisant donc des changements génétiques permettant l’adaptation à des situations de stress. Sinon, il y a extinction de l’espèce. Au contraire, Lamarck ne croyait pas à l’extinction des espèces, mais suggérait plutôt qu’ils se transformaient pour survivre en adaptant des organes pour des besoins particuliers.

Lamarck et les girafes

En passant, cette représentation des girafes qui doivent allonger leur cou pour atteindre les feuilles les plus hautes dans les arbres est souvent associée à Lamarck. Toutefois, il est très intéressant d’apprendre par Kampourakis et Zogza (Kampourakis & Zogza 2007b), que Lamarck n’a pas vraiment étudié les girafes. D’ailleurs, lui-même n’a jamais eu l’occasion de les observer dans leur milieu naturel dans la savane. Dans son livre Philosophie Zoologique (de Lamarck 1809), il fait une seule courte remarque à propos de cet animal (citée ici). Il ne propose donc pas de connaissances factuelles pour expliquer le mécanisme de l’allongement du cou, sauf à part que c’est par l’utilisation de celui-ci par son étirement. Parallèlement, il ne suggère pas que la volonté de l’animal est responsable de l’élongation du cou. Des observations plus détaillées des girafes auraient plutôt été faites par Etienne Geoffroy Saint-Hilaire (1772-1844), un naturaliste français. En 1827, celui-ci avait été engagé par le roi Charles X pour s’occuper d’une girafe offerte par le gouverneur de l’Égypte, Méhémet-Ali (lire ici l’histoire de la girafe Zarafa!). Saint-Hilaire partageait des idées qui s’apparentaient au transformisme de Lamarck. Enfin, l’idée que les girafes allongent leur cou pour atteindre les feuilles les plus hautes avait déjà été suggérée en 1805 par Giuseppe Gautieri (1769-1833) (pour plus de détail à ce sujet, lire ici).

Controverse : et si Lamarck avait eu raison?

On ne peut passer sous silence le fait que certains chercheurs, suite à de récentes découvertes en biologie moléculaire et en génétique (par exemple, la technologie CRISPR), ravivent le modèle évolutif suggéré par Lamarck, souvent qualifiée de modèle quasi-Lamarckien (Koonin & Wolf 2009; Wang & Wood 2011; Burr et al. 2001). Sans vouloir entrer dans les détails de cette controverse (lire plutôt l’article en français de Casane et Laurenti (Casane & Laurenti 2016), les phénomènes génétiques suivant une tendance lamarckienne restent encore très marginaux et ont très peu d’influence dans les processus évolutifs. L’action du hasard tant au niveau de l’apparition des mutations, de la fixation ou de la perte des gènes, de l’embryogénèse et de la formation de nouveaux gènes, ainsi que la sélection naturelle sont grandement plus importantes dans l’évolution des organismes vivants.

Sobriquet ou non?

La classification et la nomination des concepts sur des bases historiques et épistémologique doit être faite avec parcimonie. Il faut éviter les dichotomies faciles entre les différents courants de pensée (le mauvais/le bon modèle). Certaines conceptions alternatives d’étudiants sont souvent classifiées sous un nom générique (dans le cas ci-présent, dites lamarckiennes, « la mauvaise »). En fait, elles partagent très peu de points communs avec le modèle originel. Ceci peut faire ombrage à certains scientifiques qui ont tout de même contribué de manière significative au développement de la pensée scientifique d’un concept. Comme suggéré par Kampourakis et Zogza (Kampourakis & Zogza 2007b), il faudrait aborder les conceptions alternatives des étudiants sans faire de classification fondée sur des références historiques. Le sens de certains concepts évolue avec le temps. Il peut alors être interprétés différemment et s’éloigner ainsi de l’idée originale proposée. Les implications pour l’enseignement peuvent être importantes, car on utilise souvent des références historiques pour renforcer l’importance d’un concept enseigné. De manière générale, bien des étudiants pensent que l’évolution des organismes se fait pour combler des besoins, vers l’atteinte d’un idéal. Ce raisonnement nuit à la compréhension authentique de l’évolution. Ce qui compte avant tout dans l’enseignement, c’est de savoir repérer, fissurer et franchir (Astolfi & Peterfalvi 1993) les conceptions alternatives pour mieux faire place aux savoirs scientifiques approuvés, et ce, peu importe le sobriquet attribué.

Références

Astolfi, J.P. & Peterfalvi, B., 1993. Obstacles et construction de situations didactiques en sciences expérimentales. ASTER, 16, pp.103–141.

Bishop, B.A. & Anderson, C.W., 1990. Student conceptions of natural selection and its role in evolution. 27(5), pp.415–427.

Burr, T., Hyman, J.M. & Myers, G., 2001. The origin of acquired immune deficiency syndrome: Darwinian or Lamarckian? Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 356(1410), pp.877–887.

Casane, D. & Laurenti, P., 2016. Le cas CRISPR, mutations « ready-made» et évolution lamarckienne d’un système immunitaire adaptatif. médecine/sciences, 32(6), pp.640–645.

Champagne Queloz, A. et al., 2016. Debunking Key and Lock Biology: Exploring the prevalence and persistence of students’ misconceptions on the nature and flexibility of molecular interactions. Matters Select, pp.1–7.

Champagne Queloz, A. et al., 2017. Diagnostic of students’ misconceptions using the Biological Concepts Instrument (BCI): A method for conducting an educational needs assessment M. Hermes-Lima, ed. PLoS ONE, 12(5), pp.e0176906–18.

de Lamarck, J.B., 1809. Philosophie zoologique,

Demastes, S.S., Good, R.G. & Peebles, P., 1995. Students’ conceptual ecologies and the process of conceptual change in evolution. Science Education.

Ha, M. & Nehm, R.H., 2013. Darwin’s Difficulties and Students’ Struggles with Trait Loss: Cognitive-Historical Parallelisms in Evolutionary Explanation. Science & Education, 23(5), pp.1051–1074.

Kampourakis, K. & Zogza, V., 2007a. Students’ intuitive explanations of the causes of homologies and adaptations. Science & Education, 17(1), pp.27–47.

Kampourakis, K. & Zogza, V., 2007b. Students’ Preconceptions About Evolution: How Accurate is the Characterization as “Lamarckian” when Considering the History of Evolutionary Thought? Science & Education, 16, pp.393–422.

Klymkowsky, M.W., Underwood, S.M. & Garvin-Doxas, K., 2010. Biological Concepts Instrument (BCI): A diagnostic tool for revealing student thinking. arXiv.org.

Koonin, E.V. & Wolf, Y.I., 2009. Is evolution Darwinian or/and Lamarckian? Biology Direct, 4(1), pp.42–14.

Mayr, E., 1982. The Growth of Biological Thought: Diversity, Evolution, and Inheritance. Havard  University Press. 974 p.

Nehm, R.H. & Ha, M., 2010. Item feature effects in evolution assessment. 48(3), pp.237–256.

Shtulman, A., 2006. Qualitative differences between naïve and scientific theories of evolution. Cognitive Psychology, 52(2), pp.170–194.

Wang, X. & Wood, T.K., 2011. IS5 inserts upstream of the master motility operon flhDC in a quasi-Lamarckian way. The ISME Journal, 5(9), pp.1517–1525.