La descendance du plus abondant

L’expression « survie du plus apte », lancée initialement par Herbert Spencer et non Charles Darwin, a longtemps laissé penser que l’évolution produit toujours des formes optimales. Il n’en est rien. Dans un travail de modélisation portant sur des molécules ARN de 12 à 18 nucléotides, Matthew C. Coperthwraite et ses collègues suggèrent que l’évolution peut aussi bien être décrite comme « la descendance du plus abondant ». Les mutations neutres s’accumulant au cours du temps dans tous les gènes peuvent être vues comme un « paysage adaptatif » (Sewell Right) imposant une certaine contrainte sur les mutations ultérieures. Ce « réseau mutationnel » est certes une condition de la sélection : il faut de petites variations pour explorer les diverses contrées d’un paysage adaptatif. Mais il tend aussi à favoriser les solutions les plus abondantes, et non les plus rares même si ces dernières se révèlent parfois mieux adaptés (c’est-à-dire atteignent un optimum pour une fonction donnée). Pour un phénotype (structure) donné, c’est d’abord le génotype (séquence) le plus abondant conduisant à ce phénotype qui va influencer la dynamique évolutive ultérieure d’une population. En d’autres termes, la sélection favorise avant tout la quantité, et plus les réseaux mutationnels renforcent leurs interconnexions, moins ils rendent probables l’émergence de certaines solutions plus simples à partir de séquences antérieures. La vie fonctionne ainsi aux antipodes du Dessein Intelligent imaginés par les néo-créationnistes. Et la nature ne fait pas bien les choses : elle les fait comme elle peut, sur la base d’un mécanisme aveugle à toute finalité.

Référence :
Cowperthwaite M.C. et al. (2008), The Ascent of the Abundant: How mutational networks constrain evolution, PLoS Comput Biol, 4,7, e1000110. doi:10.1371/journal.pcbi.1000110

Gènes et phénotype étendu : variation sociale chez la fourmi

Originaire d’Amérique du Sud, la fourmi de feu (Solenopsis invicta) a progressivement envahi l’hémisphère Nord au cours du XXe siècle. Cet hyménoptère intéresse les biologistes en raison d’un polymorphisme de son organisation sociale : on trouve des colonies tantôt avec une seule reine (forme monogyne), tantôt avec plusieurs (forme polygyne).Ces reines diffèrent en fécondité, en physiologie et en comportement. Il en va de même pour la colonie, qui exhibe des caractéristiques différentes.

Des chercheurs de l’université de Lausanne (Suisse) et de Géorgie (Etats-Unis) viennent de montrer que ces variations sont sous la dépendance directe des gènes. En l’occurrence, c’est le gène Gp-9, dont l’expression influe 39 autres gènes, qui est concerné. Il en existe deux allèles : Gp9 BB et Gp-9 Bb (la forme bb est délétère et se traduit par une mortalité des larves ou des très jeunes insectes). Les fourmis Gp-9 BB n’acceptent qu’une seule reine dans leur colonie, alors que les fourmis Gp-9 Bb en acceptent plusieurs, à condition qu’elles soient porteuses de l’haplotype b (ce gène joue sur la communication chimique et la reconnaissance génétique). En retour, les chercheurs ont analysé les génomes d’individus provenant de 20 colonies monogynes et 20 colonies polygynes : ils ont trouvé que 91 gènes voient leur expression varier chez les travailleuses (fourmis stériles) selon la forme sociale.

Cette étude donne un exemple de ce que le biologiste anglais Richard Dawkins a appelé le « phénotype étendu » : un gène ne modifie pas seulement un trait physique d’un organisme, mais il peut aussi bien changer des traits plus complexes (ici une forme sociale) en modifiant le comportement des individus dans leur environnement et en influant en quelque sorte les conditions initiales de systèmes complexes. Cette notion de phénotype étendu ne concerne pas que les insectes sociaux, et l’on peut imaginer à titre d’hypothèse que l’homme n’en est pas exempt. Par exemple, si des gènes influent un certain trait psychologique, ce trait pourrait produire certaines pratiques ou certaines idées qui lui sont adaptées, et qui sont reconnues et acceptées plus facilement par d’autres porteurs des mêmes gènes. On a ainsi montré que des comportements religieux ou des tendances politico-morales (conservateurs versus libéraux) possèdent une part d’héritabilité, c’est-à-dire que ce ne sont pas seulement des idées ou des représentations circulant de manière aléatoire de cerveau en cerveau, mais s’installant aussi dans certains cerveaux plus facilement que dans d’autres, en partie pour des raisons génétiques.

Référence :
Wang J. et al. (2008), Genome-wide expression patterns and the genetic architecture of a fundamental social trait, PLoS Genetics, 4 (7): e1000127 doi: 10.1371/journal.pgen.1000127

Illustration : GISI (DR)

Deux espèces humaines en Europe

Homo sapiens a-t-il remplacé Homo neandertalensis en Europe, ou les deux espèces se sont-elles hybridées ? En d’autres termes, portons-nous des gènes de Neandertal ? Pour répondre à cette question, on peut procéder à l’examen des (rares) squelettes entiers pour essayer de trouver des formes hybrides. Ou bien analyser des fragments d’ADN pas trop endommagés que l’on extrait de ces squelettes. Cette seconde option, a priori moins sujette à caution que l’interprétation des traits anatomiques assez variables d’un individu à l’autre, a pour défaut la contamination potentielle des échantillons par de l’ADN moderne. La plupart des vestiges paléontologiques ont été mis à jour voici longtemps, bien avant la « révolution du gène », et les spécimens furent abondamment manipulés par les chercheurs.

Une équipe italienne dirigée par Guido Barbujani vient de contourner ce problème. Elle a analysé la région hypervariable I de l’ADN mitochondrial d’un spécimen de Cro-magnon (H. sapiens). Celui-ci avait vécu voici 28.000 ans, ses restes ont été découverts en 2003 dans la grotte de Paglicci, en Italie. Les chercheurs possédaient une liste complète des personnes ayant été en contact avec l’échantillon : ils ont donc pu analyser leur ADNmt afin de vérifier si l’éventuelle « pollution » moderne des séquences du Cro-Magnon. Résultat : les gènes de l’homme de Paglicci diffèrent de tous ceux des chercheurs ayant eu accès à lui, ce qui exclut donc une contamination récente. Ces gènes se retrouvent cependant dans les populations européennes actuelles, ce qui montrent la continuité locale d’Homo sapiens depuis 28.000 ans. Et ils ne se retrouvent pas chez l’homme de Neandertal, ce qui apporte un argument supplémentaire pour l’exclure de nos ancêtres.

Deux espèces humaines distinctes ont donc co-existé sans se mêler en Europe, voici quelques dizaines de milliers d’années.

Référence :
Caramelli D. et al. (2008), A 28,000 years old Cro-Magnon mtDNA sequence differs from all potentially contaminating modern sequences, PLoS ONE 3(7, e2700. doi:10.1371/journal.pone.0002700

Le cerveau et ses systèmes de décision

On sait que la vie procède par des modifications graduelles, plus ou moins adaptatives dans l’environnement des organismes. Non seulement les populations et les espèces évoluent ainsi, mais c’est également le cas des grandes structures partagées par ces espèces, comme le système nerveux. Le cerveau humain est ainsi la résultante d’une longue évolution depuis l’apparition des premières cellules spécialisées dans le traitement de l’information, les neurones. Cela signifie que nous conservons dans notre cerveau des mécanimes adaptatifs anciens, correspondant à d’autres situations de vie que celle d’un Homo sapiens moderne, ou d’un Homo sapiens tout court. Voici quelques décennies, ces vues avaient été popularisées par le modèle des « trois cerveaux » de McLean : un cerveau reptilien ancien gérant des fonctions de base (comme la respiration ou l’appétit), un cerveau limbique et mammifère d’apparition plus récente, un cortex externe plus récent encore. Les travaux plus récents ont évidemment affiné ces représentations, en voyant le système nrveux comme une juxtaposition de modules spécialisés évoluant tous en parallèle. Mais le schéma général donne une bonne représentation intuitive du lointain passé évolutif enfermé sous nos crânes.

Dans un papier paru des Proceedings of the Royal Society, Pete C. Trimmer et ses collègues proposent un modèle des systèmes de prise de décision des cerveaux mammifères, et donc notamment humains. En partant d’une situation hypothétique rencontrée à de multiples reprises par nos ancêtres animaux (individu cherchant de la nourriture mais devant éviter un prédateur), ils suggèrent que le cerveau doit arbitrer entre des signaux de danger perçus par le thalamus (zone ancienne d’alerte) et des affectations de probabilité à la valeur de ces signaux par le cortex (zone récente d’association). Sachant que chaque décision a un coût : si l’animal s’enfuit à la moindre alerte, il est moins efficace dans sa recherche de ressources ; si l’animal ignore les alertes ou se trompe sur elles, il est moins efficace dans son évitement des prédateurs. Le bon équilibre va déterminer sa valeur de survie. On peut se représenter ces aires thalamiques et corticales comme deux « sous-systèmes bayésiens, l’un traitant de signaux discrets sur une base immédiate et l’autre traitant d’une acquisition continue de données dans le temps ». Le système thalamique est grossier, mais rapide et efficace ; le développement du système cortical en interaction avec son prédécesseur agirait comme un sort d’instructeur sur l’analyse des événements à occurrence rare, indiquant s’ils sont neutres ou doivent être associés à des alertes.

Trimmer P. et al. (2008), Mammalian choices: combining fast-but-inaccurate and slow-but-accurate decision-making systems, Proceedings of the Royal Society B, doi: 10.1098/rspb.2008.0417 (Texte en libre accès)

Généalogies de la morale

En neurosciences, la recherche sur l’origine de nos jugements moraux a approfondi les bases émotives de ceux-ci. Plusieurs expériences ont en effet montré que le cerveau des sujets adultes confrontés à des situations classiques de dilemmes moraux active d’abord des aires dédiées au traitement des émotions, la réflexion venant par la suite. Il semble notamment que l’empathie, c’est-à-dire la capacité à se représenter les états d’esprit d’autrui, conditionne notre disposition à la morale. Des chercheurs de l’université de Chicago ont voulu savoir si ces traits observés chez l’adulte sont aussi présents chez l’enfant, ou s’ils apparaissent plus tard au cours du développement.

L’étude a porté sur 17 enfants âgés de 7 à 12 ans, dont neuf filles, connaissant un développement normal. Les enfants ont regardé des mises en scène d’individus souffrant de manière accidentelle ou provoquée. Dans le même temps, leur cerveau était examiné en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Les scènes de souffrance accidentelle ont activé les mêmes zones que celles observées chez des sujets adultes : insula, cortex somatosensoriel, cortex cingulaire antérieur médian, zones motrices. Et dans le cas des souffrances volontairement infligées, les régions du cerveau engagées dans le raisonnement social et moral des adultes ont été également activées : amygdale, cortex orbitofrontal médian, jonction temporo-pariétale, avec un éveil globalement plus prononcé des régions fronto-pariétales dédiées à l’attention.

Il faudra donc examiner des sujets de moins de 7 ans pour modéliser la genèse de l’empathie chez l’humain. Et lorsque ces résultats seront validés sur des échantillons plus large, il faudra encore examiner plus finement quel genre de situation soulève ce type d’activation cérébrale (autre que la souffrance évidente), mais aussi quelles sont les différences interindividuelles dans la capacité d’empathie ou d’analyse morale des situations. Il semble par exemple que certains troubles du comportement se traduisent tôt dans le développement de l’enfant par une indifférence aux états d’esprit d’autrui et une incapacité à respecter des règles de conduite.

Référence :
Decety J. et al. (2008), Who caused the pain? An fMRI investigation of empathy and intentionality in children, Neuropsychologia, online pub., doi:10.1016/j.neuropsychologia.2008.05.026

Le câblage de nos apprentissages

La mémoire et l’apprentissage résultent de connexions entre nos neurones. Celles-ci s’opèrent par des prolongements du corps cellulaire appelés axone et dendrites. Les chercheurs viennent de clarifier la manière dont ces éléments se mettent en place en cours du développement. Un gène bien connu pour son rôle neurotrophique, BDNF (brain-derived neurotrophic factor), produit deux types d’ARN messager, l’un court et l’autre long. La version longue de l’ARNm sert en quelque sorte de moteur moléculaire pour parvenir à l’extrémité des dendrites et produire les épines dendritiques, permettant la communication électrochimique entre neurones. La version courte reste dans le cytoplasme et sert plutôt à la croissance de l’axone. Certaines formes de retards mentaux comme le X-fragile pourraient provenir d’une mauvaise expression de la forme longue des ARNm, produisant une sorte de « gel » de la croissance dendritique. D’où résultent des difficultés de mémorisation et d’apprentissage.

Référence :
An J.J. et al. (2008), Distinct role of long 3′ UTR BDNF mRNA in spine morphology and synaptic plasticity in hippocampal neurons, Cell, 134, 175-187

Gènes, cerveaux et sexes

Vous connaissez sans doute par cœur ce couplet de l’hymne officiel de l’égalité : les différences hommes-femmes sont des constructions sociales et historiques de genre, elles n’ont rien à voir avec les différences biologiques entre les sexes. On ne naît pas femme, on le devient par la grâce de la société ou de l'éducation. Et ainsi de suite.

Une équipe dirigée par Elena Jazin (Université d’Upssala, Suède) a étudié l’expression différentielle des gènes dans le tissu du cortex occipital de trois espèces : l’homme, le macaque (primate de l’ancien monde) et le marmoset (primate du nouveau monde), avec 24 extraits différents pour chaque espèce. Plusieurs centaines de gènes connaissent une expression différente selon les sexes chez l’homme (1349) et le macaque (486), contre moins de 10 chez le marmoset (7). Entre l’homme et le macaque, 85 gènes communs montrent ce dimorphisme dans leur expression. Certains, comme XIST (X inactivation-specific transcript) ou HSBP1 (Heat shock factor binding protein 1), exhibent des différences conservées au long de l’évolution chez les trois primates.

Certains gènes s’expriment bien sûr dans tous les tissus et leur fonction n’est pas donc pas spécifique à la zone analysée. Une analyse plus détaillée montre cependant sur les 85 gènes communs du macaque et de l’humain, 55 (65 %) montrent une surexpression dans les tissus cérébraux par rapport aux tissus sexuels, ce qui suggère un rôle spécifique dans le système nerveux. Et les 1300 autres observés chez l'homme restent bien sûr à étudier.

« Cette recherche établit l’existence de différence biologique sexuelle dans l’expression des gènes du cortex humain et, plus avant, elle montre l’existence d’une signature sexuelle conservée dans le cortex des primates, avec une possible importance durant leur évolution. La question ouverte est maintenant de savoir si ces gènes ont une signification physiologique pour l’organisation du cerveau et/ou du comportement ».

Référence :
Reinius B. et al (2008), Evolutionarily conserved sexual signature in the Primate brain, PLoS Genetics, 4(6), e1000100

Les quantum dots au coeur du vivant

Une bonne partie de nos gènes fabriquent des acides aminés servant à constituer des protéines. Dans ce processus, la partie codante de l’ADN produit un ARN messager qui quitte le noyau, s’assemble aux ribosomes et à des ARN de transfert afin de lire les informations chimiques. Ce processus est contrôlé par une classe d’ARN appelé interférents : comme leur nom l’indique, ils interfèrent dans l’expression des gènes pour empêcher, autoriser ou moduler la production des protéines. La compréhension de ces mécanismes a permis au génie génétique de mettre au point des ARN interférents artificiels (siRNA) afin de réduire au silence ou au contraire de surexprimer un gène donné. Il suffit de connaître l’ordre des nucléotides de ce gène pour produire un siRNA spécifiquement adapté.

Une équipe de l’université de Washington (Seattle) et de l’Université Emory (Atlanta) vient de mettre au point une nouvelle technique de siRNA, 10 à 20 fois plus efficaces que les procédés existants pour moduler l’expression des gènes. Il s’agit de quantum dots (boîte quantique), des cristaux semi-conducteurs de taille nanométrique dont les propriétés fluorescentes sont ajustables : ils émettent de la lumière (photons) selon leur diamètre. Dans le procédé ici utilisé, les quantum dots font 6 nanomètres, c’est-à-dire qu’ils sont environ 10.000 fois plus fin qu’un cheveu. L’originalité du travail a consisté à entourer le quantum dot d’un polymère fonctionnant comme une « éponge à proton », la mofication de charge électrique facilitant la pénétration du siRNA dans la cellule (passage de la membrane et de l’endosome) et maximisant son efficacité sur le noyau-cible.

Ce travail illustre la convergence des nanotechnologies et des biotechnologies. Les applications concrètes vont des progrès en imagerie scientifique (suivre l’action des composants intimes de la matière vivante) aussi bien qu’en thérapie médicale (ajuster les expressions des gènes et délivrer un agent d’intérêt dans la cellule).

Référence et illustration :
Yezhelyev M.V. et al. (2008), Proton-Sponge coated quantum dots for siRNA delivery and intracellular imaging, J. Am. Chem. Soc., online pub., doi :10.1021/ja800086u

Améliorer son intelligence fluide

L’intelligence, ou capacité cognitive générale (g) pour les psychométriciens et les généticiens, est à la convergence de plusieurs aptitudes cognitives plus spécialisées. Par exemple, la vitesse de réaction (temps neuronal pour réagir à un stimulus) ou la mémoire de travail (mobilisation à court terme d’informations pour accomplir une tâche intellectuelle) sont des composants de l’intelligence. Au sein de g (intelligence générale), et au-dessus de ces modules spécialisés, beaucoup de théories distinguent deux grands types : l’intelligence cristallisée (Gc) et l’intelligence fluide (Gf). La première se réfère aux apprentissages dans un domaine donné. La seconde concerne plutôt la capacité à s’adapter à de nouveaux problèmes ou de nouvelles situations.

Les tests standardisés de QI donnent un poids différent à Gc ou Gf selon leurs conceptions : le Weschler, qui inclut des épreuves de vocabulaire ou de mathématiques, fait une part importante à l’intelligence cristallisée, tandis que les Matrices de Raven, présentant des items visuels, sont bien plus centrées sur l’intelligence fluide. Notons que ces tests sont étalonnés les uns par rapport aux autres, ce qui permet d’obtenir une valeur de QI commune. L’intelligence doit être vue comme un modèle factoriel hiérarchique : au sommet, g, l’intelligence générale, facteur commun de variation aux épreuves cognitives ; puis Gc et Gf ; puis une douzaine d’aptitudes spécialisées. Le fait qu’il existe toujours une corrélation positive entre ces dernières est à l’origine de l’approche factorielle de l’intelligence : celle-ci désigne simplement le fait qu’en moyenne sur une population, lorsque l’on performe dans une aptitude spécialisée, c’est aussi le cas dans les autres. S’il n’y avait pas un facteur commun de variance, mais des modules juxtaposés et indépendants, cette observation deviendrait incompréhensible.

Pendant longtemps, on a considéré que la part fluide de l’intelligence, qui présente la plus forte héritabilité, ne pouvait guère être améliorée. Autant Gc dépend de l’apprentissage (plus vous lisez, plus vous avez de vocabulaire par exemple, encore faut-il avoir envie de lire bien sûr), autant Gf ne l’est pas. Surtout à l’âge adulte, où l’héritabilité est élevée (0,8) et où les capacités cognitives sont en quelque sorte fixées, les progrès se faisant plutôt dans les domaines spécialisés. On observe certes un phénomène d’habituation aux tests (plus on en passe du même type, plus on connaît « les trucs »), mais pas de gains réels en intelligence fluide par un entraînement indépendant des tests. Un travail mené par l’équipe de Susanne M. Jaeggi vient de montrer que ce n’est pas une fatalité.

70 jeunes volontaires, en bonne santé (dont 36 femmes, âge moyen 25,6 ans), se sont prêtés à des sessions d’entraînement cognitif. Les épreuves, indépendantes des tests de QI, consistaient à observer simultanément différentes séries de stimuli dans un temps court, pour les recomposer ensuite. Cet entraînement a duré 8, 12, 17 et 19 jours dans quatre groupes différents (pour la moitié des volontaires, l’autre moitié étant un groupe de contrôle sans entraînement). Il durait une demi-heure par jour. Tous ont passé avant et après des tests de QI connus pour mesurer Gf (Matrices de Raven, version courte des Matrices de Bochumer). Résultat : l’entraînement s’est bel et bien traduit par des gains en intelligence fluide. Ces gains ont été proportionnés à la durée du stage précédant le test. Ils étaient en revanche indépendants des capacités initiales.

Dans un commentaire du papier, Robert J. Sternberg (théoricien de l’intelligence triarchique, componentielle-expérientielle-contextuelle) souligne son intérêt et ses limites. D’abord, c’est évidemment une bonne nouvelle (et surtout une nouvelle tout court) que Gf soit ainsi modifiable par un entraînement chez l’adulte. Le résultat est probablement transposable et avec de meilleurs effets chez l’enfant, où l’héritabilité de g et Gf est moindre. Ensuite, ce travail de Jaeggi et al. a été rendu possible par les progrès des neurosciences cognitives : les épreuves d’entraînement ont en effet été conçues selon l’hypothèse du rôle central de la mémoire de travail dans Gf. Le résultat confirme l’exactitude de l’hypothèse et montre qu’une connaissance de plus en plus fine de l’esprit-cerveau permet d’agir efficacement sur celui-ci. Enfin, et du côté des limites, il ne s’agit que d’une expérience demandant à être répliquée sur des échantillons plus nombreux. Un contrôle du placebo serait utile, c’est-à-dire une expérience identique sans que les participants sachent que la finalité tient à des tests cognitifs. La durée du gain cognitif en Gf est surtout un facteur important : on a souvent constaté dans le passé diverses améliorations provisoires de diverses aptitudes spécialisées, mais celles-ci disparaissaient assez rapidement après la fin de l’entraînement.

Références :
Jaeggi S.M. et al. (2008), Improving fluid intelligence with training on working memory, PNAS, online pub., doi : 10.1073/pnas.0801268105
Sternberg R.J. (2008), Increasing fluid intelligence is possible after all, PNAS, onlinepub., doi : 10.1073/pnas.0803396105

(Merci à Susanne M. Jaeggi de m’avoir fait parvenir son texte).

Croissez, multipliez… L’église comme club de rencontre

La religiosité américaine est un phénomène connu qui surprend toujours les observateurs. Alors que la plupart des sociétés modernisées connaissent une baisse séculaire des pratiques et croyances religieuses, celles-ci se maintiennent à un niveau élevé dans la population américaine, première puissance matérielle du monde. Une recherche de Jason Weeden (Université d’Arizona) et de ses collègues pourrait expliquer un des facteurs de succès.

Les chercheurs ont analysé les réponses de 21.131 individus ayant participé au General Social Survey, mené chaque année pour mesurer l’évolution des attitudes, mentalités et pratiques américaines. Il en ressort que les comportements sexuels et attentes familiales sont les deux facteurs les plus prédictifs de la pratique religieuse régulière, avant l’âge, le sexe et diverses autres variables. Le résultat a été affiné avec l’étude des variables sexuelles, morales et religieuses de 902 étudiants.

Ainsi, les individus insistant sur la fidélité du partenaire, espérant de nombreux enfants, valorisant la stabilité du couple sont aussi ceux qui ont la plus forte probabilité d’aller régulièrement à l’église ou au temple. La pratique d’une religion maximise donc les chances de trouver un partenaire sexuel conforme à ses vœux, mais renforce aussi le couple futur en créant une pression morale sur le comportement des époux. « Ces données suggèrent que les stratégies reproductives sont au cœur des variations de pratique religieuse », concluent les auteurs. Si les traits comportementaux à la base de cet assortative mating ont eux-mêmes une base génétique, la religiosité devrait se renforcer dans l’aile la plus pratiquante de la population. Il n’est d’ailleurs pas exclu, à titre d’hypothèse, que la puissance de la religion dans la société américaine s’explique en partie par le profil de sa population fondatrice, composée on le sait d’individus appartenant à des minorités très religieuses ayant fui les persécutions du Vieux Continent.

Référence :
Weeden. J. et al. (2008), Religious attendance as reproductive support, Evol. Hum. Behav., doi:10.1016/j.evolhumbehav.2008.03.004

Voyons, qui dois-je tuer ?

Depuis quelques années, les travaux de Joshua Greene ont amené les psychologues et les neurobiologistes à se pencher avec passion sur des dilemmes moraux habituellement cantonnés aux discussions philosophiques, voire religieuses. Greene a mis au point un dilemme moral « canonique », le trolley fatal. Les sujets sont placés (séparément) devant deux récits : dans le premier, un trolley hors contrôle fonce sur cinq ouvriers en train de réparer les rails, vous pouvez actionner un levier d’aiguillage pour faire bifurquer l’engin de mort, mais cela aura pour conséquence de tuer un autre homme placé sur la voie adjacente ; dans le second, même cas de figure, mais le seul moyen de sauver les cinq hommes est de projeter sur la voie un gros homme, qui sera écrasé par le trolley. Pendant que les sujets réfléchissent au dilemme et donnent leur réponse, leur cerveau est examiné. Le but est de comprendre ce qui change dans le cerveau lorsque nous acceptons ou refusons de sacrifier un homme plutôt que cinq (cas des deux dilemmes) et lorsque le sacrifice est personnel (homme projeté sur les rails) ou impersonnel (levier d’aiguillage). Greene a déduit des observations un processus à double contrôle : nous jugeons d’abord une situation par une réponse cérébrale émotive, d’autant plus forte qu’elle est personnelle (réponse « chaude ») ; nous décidons ensuite par un aller-retour avec les fonctions exécutives de contrôle (réponse « froide »).

Trois chercheurs de l’Université Princeton et l’Université de Caroline du Nord ont raffiné les dilemmes de Greene, tout en observant pendant la réflexion des sujets l’activité cérébrale de leurs fonctions exécutives, particulièrement de la mémoire de travail qui est impliquée dans toute réflexion « rationnelle ». 113 sujets (dont 68 femmes) ont affronté 24 scénarios critiques. Tous avaient la même division personnelle / impersonnelle dans la construction (12 de chaque donc), mais d’autres critères ont été ajoutés : soi/autre (l’acte permet de se sauver soi-même et d’autres, ou seulement d’autres personnes), inévitable/évitable (la vie sacrifiée était de toute façon perdue ou elle aurait pu être sauvée sans le sacrifice volontairement opéré), instrumental/accidentel (la personne est tuée directement pour en sauver d’autres ou elle est tuée en conséquence de l’action pour sauver d’autres, mais indirectement).

Parmi les résutats de ce travail : le niveau d’activation de la mémoire de travail (donc la réflexion du sujet) est prédictif de certains choix plutôt que d’autres (on ne conclut pas de la même manière selon le poids des émotions et des réflexions dans nos jugements) ; le fait d’être soi-même sauvé facilite dans tous les dilemmes le choix de tuer un tiers (quelle que soit la manière de le tuer) ; cette préférence pour la survie de sa personne est une réponse automatique (elle ne se traduit pas par un surcroît de réflexion, de temps de réaction ou d’activation de la mémoire de travail, mais est au contraire plus rapide), mais elle n’empêche pas que certains dilemmes soient plus longs à résoudre que d’autres (instrumental/accidentel) ; la solution la plus confortable (en temps de réaction et activation de la mémoire de travail) est celle où, se sauvant soi-même parmi d’autres, on provoque indirectement et accidentellement une mort qui aurait été inévitable de toute façon ; la rapidité relative des dilemmes personnels par rapport aux dilemmes impersonnels trouvée par Greene n’a pas été confirmée.

Référence :
Moore A.B. et al. (2008), Who Shalt Not Kill? Individual differences in working memory capacity, executive control, and moral judgment, Psychological Science, 19, 6, 549-557, doi:10.1111/j.1467-9280.2008.02122.x

Un gène associé au QI et à la longévité

Une équipe de chercheurs italiens dirigée par le Pr Giuseppe Passarino vient de s’intéresser au gène SSADH (ou ADH5A1), qui code pour un enzyme (succinate-semialdéhyde déhydrogénase) impliqué dans le métabolisme cellulaire du glutamate, de la tyrosine et du butanoate. On savait déjà que des variations du gène, le polymorphisme C538T, sont associés à la protection du cerveau et à la capacité cognitive des sujets. L’équipe italienne a analysé ses variations sur 514 sujets âgés de 18 à 107 ans. Chez les personnes âgées de 65 à 85 ans (n=114), le génotype T/T est sur-représenté chez les individus souffrant de dysfonctions cognitives non pathologiques (par rapport au génotype T/C ou C/C, les lettres renvoyant aux bases chimiques thymine et guanine de nos gènes). De surcroît, l’espérance de vie semble affectée par ce polymorphisme, les porteurs de la variante T/T étant là encore avantagés par rapport aux autres. Mieux vaut donc avoir la bonne version du gène SSADH pour vivre vieux et en bonne santé intellectuelle.

Référence :
De Rango F. et al. (2008), Cognitive functioning and survival in the elderly: The SSADH C538T polymorphism, Ann. Hum. Gen., online pub., doi:10.1111/j.1469-1809.2008.00450.x

Filles, garçons et maths : un biais culturel ?

Les différences cognitives entre les sexes ont fait l’objet d’une abondante littérature depuis un demi-siècle. Un constat classique est la supériorité moyenne des garçons sur les filles aux épreuves mathématiques, et la domination inverse des filles sur les garçons aux épreuves de lecture ou écriture (pour une synthèse assez complète, voir Halpern et al. 2007). Personne ne nie le constat, mais le débat fait rage pour son explication. Selon les uns, la différence est presque uniquement culturelle : les métiers techniques et scientifiques ont une image masculine qui décourage les jeunes filles, de leur propre chef ou par pression sociale pour s’engager dans une carrière plus féminine. Selon les autres, ce biais culturel est une réalité, mais il existe également des prédispositions psychologiques d’origine biologique dans les cerveaux masculins et féminins.

Une étude parue dans Science vient de réveiller ce vieux débat. Quatre chercheurs italiens se sont penchés sur les résultats de l’épreuve standardisée PISA (Programme for International Student Assessment) mise en place par l’OCDE pour évaluer les différences de performance selon les systèmes scolaires nationaux. 276.165 lycéens âgés de 15 ans et issus de 40 pays ont passé en 2003 le PISA, et les chercheurs ont analysé les différences sexuelles dans les épreuves de mathématiques et de lecture, pays par pays.

Il en ressort qu’en moyenne sur l’ensemble des participants, les prédictions de performance selon les sexes et les disciplines sont validées. Mais l’analyse pays par pays révèle des différences notables : dans certains pays, les filles se rapprochent voire dépassent les garçons dans les épreuves mathématiques. Par exemple, la différence score des filles versus score des garçons en mathématiques est de -22,6 points en Turquie, mais elle est de +14,5 en Islande. Les chercheurs ont ensuite corrélé ces différences nationales au statut des femmes dans les sociétés concernées à l’aide du Gender Gap Index (GGI) : cet indice composite du Forum économique mondial intègre des données comme les opportunités professionnelles, politiques, éducatives et sanitaires entre les sexes. Il apparaît qu’il existe une corrélation positive de 0,59 (environ 36 % de la variance concernés) entre le GGI et les scores en mathématiques des filles. Le tableau ci-dessous montre ces résultats pour 10 pays.


L’analyse plus détaillée des résultats offre des informations intéressantes. D’abord, la domination des filles sur les garçons dans le domaine de la lecture est constante, et elle est même accentuée lorsque le GGI est favorable. Ensuite, les filles rattrapent les garçons dans les environnements les plus favorables, voire les dépassent comme en Islande et dans ce pays, l’égalisation est valable pour la distribution moyenne aussi bien que pour les extrémités de cette distribution (rapport fille/garçon de 1,17 dans le 99e percentile des meilleurs résultats aux épreuves de maths).

Ce travail montre-t-il que les différences cognitives entre filles et garçons sont entièrement d’origine culturelle ? Non. Comme nous l’avons vu, la différence filles-garçons dans le domaine de la lecture est robuste quel que soit le niveau d’égalisation sociale des sexes, et s’accentue même dans les sociétés les plus égalitaires. Cela plaide en faveur d’une différence innée. L’analyse au sein des sexes, et non plus entre les sexes, montre que les garçons ont toujours de meilleures performances en mathématiques qu’en lecture et, au sein des mathématiques, en géométrie qu’en arithmétique. L’observation est inverse au sein des résultats féminins, meilleurs en lecture qu’en maths et en arithmétique qu’en géométrie. Le fait que les jeunes filles visent moins les carrières scientifiques que les garçons est assez logique et ne s’explique pas forcément par des différences de traitement : elles se dirigent vers des domaines où elles se sentent et sont objectivement les meilleures au sein de leur propre parcours scolaire.

Outre que ce résultat sur une année doit être répliqué dans de nouvelles études pour être confirmé et surtout affiné, sa robustesse souffre enfin du choix de l’âge moyen des sujets (15 ans). On sait en effet que les différences filles-garçons dans les domaines scolaires tendent à se creuser après l’adolescence, c’est-à-dire à la fin de la scolarité et à l’entrée à l’université. Une comparaison des scores à 13, 15 et 17 ans serait par exemple intéressante pour analyser l’effet des modifications neuro-hormonales, comportementales et psychologiques associées à l’adolescence. Dernière remarque : les analyses mériteraient d’être doublées d’une étude plus fine des facteurs de variance biologique pays par pays. Les chercheurs italiens ont procédé à une mesure de distance génétique entre les 40 pays fondé sur le polymorphisme de certains sites ADN. Mais cette analyse phylogénétique de population ne nous donne pas forcément les informations les plus utiles pour l’objet étudié : on sait en effet que le dimorphisme sexuel suit un gradient Nord-Sud, c’est-à-dire que les différences moyennes hommes-femmes (par exemple taille, ratio taille-hanche-épaule, traits faciaux, etc.) tendent à se réduire à mesure que l’on remonte du Sud vers le Nord. Ce sont ces indices biologiques de dimorphisme au sein et entre les populations qu’il serait intéressant de corréler avec les différences de résultats scolaires entre les sexes.

Pour conclure, cette étude suggère que le statut socio-culturel des filles et des garçons influe sur leurs différences scolaires dans le domaine des mathématiques et de la lecture, en même temps qu’elle montre la persistance de différences cognitives entre les sexes et au sein de chaque sexe quel que soit l’environnement des études.

Références :
Guiso L. et al. (2008), Culture, gender, and math, Science, 5880, 1164-1165, doi: 10.1126/science.1154094
Halpern D.F. et al. (2007), The Science of sex differences in science and mathematics, Psychological Science (APA Public Interest Series), 8, 1, 1-51.

Orientation sexuelle, gènes et milieux

Quels sont les déterminants de notre orientation sexuelle ? Une équipe de chercheurs suédois vient de procéder à une analyse d’héritabilité sur une population large de 3 826 paires de jumeaux, monozygotes ou dizygotes, âgés de 20 à 47 ans, ayant répondu à une enquête en 2005 et 2006. Environ 7 % d’entre eux avaient des rapports homosexuels. Chez les hommes, 34 à 39 % de la variance s’expliquent par des facteurs génétiques, 61 à 66 % par l’environnement unique de l’individu, 0 % par l’environnement partagé (familial). Chez les femmes, les valeurs sont de 18-19 %, 64-66 % et 16-17 %. L’étude confirme donc de précédents travaux montrant l’existence d’une part génétique dans l’orientation sexuelle, l’influence faible ou nulle du milieu familial, l’importance des expériences individuelles.

Référence :
Langström N. et al. (2008), Genetic and environmental effects on same-sex sexual behavior: A population study of twins in Sweden, Archives of Sexual Behavior, online pub., doi : 10.1007/s10508-008-9386-1

Miroir de la pornographie

Une équipe française (Inserm, CNRS, Université Pierre et Marie Curie) dirigée par Harald Mouras a invité huit jeunes mâles à regarder trois séquences vidéo : un documentaire, un extrait de film comique et un extrait de film pornographique. Les spectateurs comblés voyaient dans le même temps leur cerveau observé en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, et leur érection mesurée en temps réel par un pléthysmographe pénien. Malgré ces conditions un peu perturbantes, les huit volontaires semblent avoir apprécié la séance, notamment les extraits de X. Les chercheurs de leur côté ont mesuré les corrélations entre l’activité cérébrale et l’activité pénienne. Ils ont observé que l’érection est proportionnelle à et précédée par une agitation des cellules nerveuses de la pars opercularis, dans le gyrus frontal inférieur. Cette région est connue pour comporter des neurones miroir, spécialisés dans la représentation mentale des actes d’autrui. C’est la première fois qu’un lien est mis en évidence entre l’activation des neurones miroir et la réponse automatique à des actes observés, réponse prenant ici la forme d’une érection.

Référence :
Mouras H. et al. (2008), Activation of mirror-neuron system by erotic video clips predicts degree of induced erection: an fMRI study, Neuroimage, online pub. doi:10.1016/j.neuroimage.2008.05.051

Ne pas fumer tue

Deux économistes américains, Scott Adams et Chad Cotti, ont analysé les statistiques des accidents de la route en fonction de la localisation des bars non-fumeurs, imposée par certaines législations des États américains. Ils observent que l’on trouve plus de morts sur les routes dans les zones de prohibition du tabagisme (hausse de 13 % par rapport aux zones sans législation). Faut-il y voir un lien de cause à effet ? Adams et Cotti proposent une explication possible en ce sens : les fumeurs roulent plus longtemps afin de trouver un comté où ils peuvent fumer (ou un bar ayant une terrasse). Comme on se rend dans un bar pour boire, et que l’on boit d’autant plus que l’on est sur les nerfs d’avoir roulé des kilomètres pour cela, le risque alcoolique potentialiserait le risque de la distance. Leur article avance plusieurs éléments chiffrés en ce sens et suggère un approfondissement de la question.

Dans le même ordre d’idées, il serait intéressant d’analyser par étude longitudinale les courbes de poids des personnes arrêtant de fumer, puis les éventuelles complications tardives, diabétiques ou cardiovasculaires. Pour en avoir discuté avec d’autres condamné(e) s à la cigarette du trottoir, beaucoup ont observé qu’ils mangeaient et grignotaient bien plus au bureau comme au restau, depuis la fatale disposition de la santé obligatoire pour tous. Espérons que cela sera pris en compte par l'Institut national de veille sanitaire (INVS), notamment chargé en France d’un suivi des effets de la loi antitabac. En février dernier, on avait annoncé en fanfare une baisse brutale de 15 % des infarctus en janvier 2008 par rapport aux deux années précédentes, baisse mise généreusement sur le compte de la loi vertueuse par la volubile Roselyne Bachelot. Mais du point de vue des températures, ce mois de janvier 2008 était en anomalie chaude par rapport à 2006 et 2007, et l’on sait que le froid est le premier facteur de variation saisonnière de mortalité cardiaque dans l’Hémisphère Nord. On avait promis une analyse plus détaillée en juin : gageons qu’elle viendra bientôt et qu’elle sera autant commentée que l’annonce de février, même si elle venait à relativiser l’attribution de la baisse des infarctus hivernaux au non-tabagisme obligatoire …

Référence :
Adams S., C. Cotti (2008), Drunk driving after the passage of smoking bans in bars, Journal of Public Economics, 92, 5-6, 1288-1305, doi:10.1016/j.jpubeco.2008.01.001

PS : je confesse bien sûr un conflit d’intérêt dans cet article, puisque je suis fumeur. Il ne fait guère de doute à mes yeux que le tabac nuit à la santé. Il ne fait guère de doute non plus que les gens sont libres de se tuer comme bon leur semble et que les bureaucraties n’ont aucune légitimité dans leur exercice biopolitique.

Viande in vitro : concours post-agricole pour 2012

L’association PETA (People for the Ethical Treatment of Animals) vient de lancer un prix scientifique original : 1 million de dollars pour toute recherche permettant de créer de la viande « in vitro ». En juin 2012, les prétendants au titre devront présenter au jury des cuisses ou ailes de poulet obtenues par culture cellulaire in vitro, sans création d’un animal entier, et susceptibles d’être vendues dans le commerce (c’est-à-dire respectant les normes de sécurité alimentaire). À défaut de convaincre les humains de devenir végétariens, l’association y voit un moyen futur de minimiser la souffrance animale résultant selon elle des conditions industrielles d’élevage. En soi, l’idée n’est pas idiote : les animaux d’élevage sont, dans la grande majorité des cas, des créatures destinées uniquement à la consommation, n’ayant plus rien de « naturel » dans leur sélection et leur développement. Autant pousser le processus à son terme et créer le produit final sans aucune référence intermédiaire à l’animalité.

Des chercheurs ont déjà travaillé à ce genre de cultures cellulaires, mais la première difficulté consiste à trouver le bon milieu de croissance pour orienter la différenciation des cellules souches. Pour éviter la souffrance, il serait éventuellement plus simple d’inhiber la formation du système nerveux, mais encore faudrait-il obtenir la formation complète d’un individu en ectogenèse (couveuse artificielle) et cela à un coût intéressant. Last but not least, le consommateur final doit être persuadé de l’intérêt de la chose et ne pas voir son appétit coupé devant la barquette de viande du supermarché.

Illustration : DR.

Origine de la vie et protocellules

Voilà à quoi pourraient ressembler les premières protocellules du vivant sur Terre, ayant émergé voici 3,5 à 4 milliards d’années, selon l’équipe dirigée par Jack W. Szostak (Harvard Medical School). L’origine de la vie suppose le passage d’une évolution chimique à une évolution biologique : on sait que tous les ingrédients (atomiques, moléculaires) étaient présents sur Terre, parfois même dans l’espace, et sont assez « simples » à obtenir, mais on ignore comme le processus de réplication a pu démarrer. De nombreux problèmes se posent, parmi lesquels la naissance des membranes caractérisant la vie cellulaire : l’information génétique (ADN ou ARN) doit être protégée du milieu extérieur, mais elle doit d’abord y avoir pénétré et la protection membranaire ne doit pas empêcher les échanges avec le milieu, nécessaires pour trouver de l’énergie. C’est ce point précis que l’équipe de Szostak a travaillé, en produisant un modèle expérimental crédible des premières membranes. Des acides gras simples plongés en milieu aqueux peuvent se « replier » en exposant leurs chaînes hydrophiles vers l’extérieur (et hydrophobes vers l’intérieur). L’expérience du laboratoire a montré que de telles membranes peuvent laisser le passage à des molécules chargées comme les nucléotides. Ce n’est pas le dernier mot sur l’élucidation des origines de la vie, puisque de nombreuses autres questions restent en suspens, notamment l’autocatalyse et l’émergence du monde ARN. Mais ce travail rappelle comment les chercheurs envisagent la résolution du problème depuis quelques décennies : un processus pas à pas, dans une chimie prébiotique faite d’essais et erreurs innombrables avec émergence de « solutions » localement stables, en cela pas très éloigné de l’algorithme darwinien guidant la future évolution du vivant.

Référence :
Mansy S.S. et al. (2008), Template-directed synthesis of a genetic polymer in a model protocell, Nature , online pub., doi:10.1038/nature07018

Illustration : Janet Iwasa, Szostak Laboratory, Harvard Medical School and Massachusetts General Hospital.

Sentir, cela s’apprend

On connaît les gènes encodant pour les récepteurs des odeurs, mais on n’avait pas analysé si leurs variations influencent de manière décisive la manière dont nous sentons le monde. Dans cette étude, 856 paires de jumeaux (dont 83 monozygotes) d’origine australienne, danoise et finlandaise ont jugé l’intensité et le caractère plaisant ou déplaisant de cinq odeurs différentes. Résultat : l’héritabilité est modérée (18 %), l’essentiel des différences entre individus provenant de leurs environnements non partagés. L’exposition aux odeurs et la plasticité olfactive semblent donc guider notre flair.

Référence :
Knaapila A. et al. (2008), Environmental effects exceed genetic effects on perceived intensity and pleasantness of several odors: A three-population twin study, Behavior Genetics, online pub., doi :10.1007/s10519-008-9211-6

Evaluation symbolique chez les singes

Nous admirons des peintures, nous utilisons de la monnaie, nous faisons des additions et des multiplications… nous sommes une espèce symbolique. Cette capacité à apprécier et comprendre des symboles est-elle propre aux Homo sapiens ou existe-t-elle chez d’autres espèces ? On a déjà entraîné des primates non humains (chimpanzés) à utiliser des lexigrammes pour communiquer avec leur voisinage humain. Mais qu’en est-il des singes plus éloignés de nous sur le rameau de l’évolution ? Une équipe de chercheurs italiens menée par Elsa Addessi vient de répondre à cette question chez les apelles ou sajous (Cebus apella), très proches cousins des capucins (C. capucinus) dont l’ancêtre commun avec l’homme a vécu voici 35 millions d’années.


Les chercheurs ont analysé les préférences des sajous sur les aliments, par exemple s’ils préféraient un bol de céréales à un morceau de fromage. Les singes se voyaient proposer ces aliments par paires, avec des quantités variables de chacun (1, 2, 4). Ensuite, les sajous ont été entraînés à associer des jetons avec chaque type de nourriture. Le but des chercheurs était de savoir si les choix des animaux vérifiaient le principe de transitivité, un élément de base de la décision rationnelle (si A≥B et B≥C, alors A≥C ou ≥ indique une préférence). Résultat : qualitativement, lorsque les animaux ont utilisé des jetons pour exprimer leur désir (au lieu de désigner l’aliment), ils ont respecté leurs goûts habituels et leur jugement était transitif. En revanche, quantitativement, les valeurs exprimées à travers les jetons divergeaient systématiquement des valeurs choisies face à la nourriture réelle. Par exemple, si un bol de céréales valait deux morceaux de fromages, un jeton pour les céréales valait plutôt quatre jetons pour le fromage.

Les singes assez éloignés de l’homme sont donc capables de raisonner dans un contexte symbolique comme dans un contexte réel, mais le calcul simultané sur les équivalents concrets en quantité de la représentation abstraite semble une épreuve cognitive trop complexe. On notera que les sajous ne diffèrent pas sur ce point des jeunes enfants humains, chez qui cette capacité se développe surtout après la troisième année.

Référence et illustration :
Addessi E. et al. (2008), Preference transitivity and symbolic representation in capuchin monkeys (Cebus apella), PLoS ONE 3(6), e2414, doi:10.1371/journal.pone.0002414