C'est une découverte de première main que viennent de réaliser des chercheurs de l'Université de Genève. Au propre comme au figuré. Basile Tarchini et Denis Duboule, du Pôle de recherches national Frontiers in Genetics, ont mis au jour la clé des mécanismes génétiques qui expliquent comment la main et les doigts se sont développés au bout du bras. Ces résultats bouleversent les processus évolutifs jusque-là adoptés pour décrire la transformation de la nageoire des poissons originels en mains et doigts chez les mammifères. Ils s'ajoutent aussi à une série de travaux lancés il y a plus de dix ans à Genève dans un champ de recherches passionnant: la spéciation des membres d'un organisme dès les premières heures du développement embryonnaire.

Ces recherches ont pour origine un processus appelé colinéarité, découvert en 1978 par Edward Lewis. Ce généticien américain a détaillé comment les divers segments d'un corps de mouche sont «construits» les uns après les autres. Extrapolés à l'homme, ces résultats expliquent par exemple pourquoi le bras «pousse» avant l'avant-bras. Selon Lewis, l'explication se trouve dans le code génétique (génome) de chaque embryon: les gènes dits «architectes» sont exprimés l'un après l'autre lors du développement, et ceci selon l'ordre exact de leur succession sur le chromosome. Une découverte qui lui valut le Prix Nobel.

Il y a dix-sept ans, le groupe de Denis Duboule fait un pas de plus, affirmant que c'est un seul et même groupe de ces gènes architectes, baptisés HOXD, qui régit la construction du bras et de la main. Enfin, plus récemment, il découvre que ces étapes d'élaboration, incluant l'asymétrie du membre, sont supervisées par une sorte de «maître d'œuvre», constitué d'autres bribes d'ADN du génome.

«Depuis plus d'un siècle, les embryologistes supposent que ces séquences de construction ont suivi le processus d'évolution. Autrement dit, que les gènes architectes suivaient les ordres d'un maître d'œuvre génétique qui aurait lui-même progressivement évolué, explique Denis Duboule. Dès lors, l'on estimait que les poissons disposaient dans leurs nageoires de rayons osseux homologues à nos doigts.» Avec leur nouvelle étude, réalisée sur des souris et publiée aujourd'hui dans la revue Developmental Cell , les chercheurs genevois font voler en éclats cette image.

«Nous avons montré que, même si la règle de la colinéarité est respectée, ce sont deux mécanismes différents, ou deux «maîtres d'œuvre» distincts, qui déclenchent la séquence d'expression génétique des gènes HOXD pour les bras et les doigts de la main», détaille le professeur. Ainsi, les bras ancestraux apparaissent logiquement dans un premier temps, avec l'avènement des premiers poissons et de leurs nageoires. Or c'est seulement par la suite, des dizaines de millions d'années plus tard sur l'échelle de l'évolution, que les mains se dessinent à leur tour, sous une forme primitive, au fur et à mesure que les quadrupèdes commencent à s'en servir. «Pour assurer leur développement, la nature a utilisé les mêmes gènes architectes, mais elle a privilégié un autre mécanisme déclencheur que celui qui règle les bras, mécanisme qu'elle a dû inventer ultérieurement.»

«En étudiant les rouages de la fabrication des membres, on remonte dans l'histoire des espèces», résume Denis Duboule. Cette découverte constitue en effet un exemple éloquent des liens qui unissent les recherches en embryologie et en évolution. «Cette indépendance des processus de construction pourrait refléter les différentes histoires évolutives des parties proximale et distale du membre», confirment Renata Freitas et Martin Cohn. En commentant l'importance de cette étude dans la même revue, ces deux experts américains en embryologie précisent toutefois que des recherches plus détaillées sur l'expression des gènes HOXD sont encore nécessaires, notamment sur des animaux clés dans l'évolution, comme les requins ou les protoptères, ces poissons serpentiformes ayant des poumons et des nageoires ressemblant à des ébauches de pattes.

Denis Duboule l'admet: «Nous n'expliquons pas encore l'origine de ce deuxième mécanisme de régulation génétique, ce deuxième «maître d'œuvre». Si ce n'est, déjà, à travers le célèbre aphorisme du biologiste russe Theodosius Dobzhansky: «Rien n'a de sens en biologie, si ce n'est à la lumière de l'évolution.»