Résumé de l’exposé présenté par Vincent Fleury à la Maison de Science de l’Homme à l’invitation de l’Académie Européenne Interdisciplinaire des Sciences le 14 avril 2009.

 

Lors des premières étapes du développement embryonnaire, la matière vivante a un comportement de fluide (gel) peu visqueux. On peut alors  traiter les mouvements de cette matière avec des concepts issus de  l'hydrodynamique. Par ailleurs, il s'agit d'écoulements lents (jours, voir semaines), confinés dans des couches fines (les feuillets cellulaires). En tenant compte de ces propriétés on peut ramener l'essentiel des mouvements embryologiques observés, et particulièrement ceux ayant lieu lors de la formation des tétrapodes, à des écoulements simples, tourbillonnaires, commandés par les forces de traction cellulaires. La génétique s'introduit alors dans les paramètres physiques du problème, tels que viscosité, élasticité etc., et fournit un ensemble de préfacteurs, déterminant le contenu chimique des cellules et de la matrice extra-cellulaire, mais pas le type de champ de croissance, qui est déterminé par une loi générale (un champ de vitesse spatialement étendu). La brisure de symétrie initiale des premières divisions de l’ovocyte se propage (up-scaling) vers la blastula (masse de cellules ronde comportant environ 30000 cellules) qui hérite d’une distribution de tailles et d’orientations cellulaires anisotrope (formant des arcs en poupées russes). Cependant, la blastula est aussi ronde que l’ovocyte, en sorte que le phénomène « formation de l’embryon » n’a réellement lieu qu’après (vers le 2e jour de développement, chez un poulet, par exemple).

Le mouvement qui s’en suit, de type lent et visqueux (équation de Stokes) saisit cette condition initiale et la transforme progressivement en un animal reconnaissable, sous le simple effet de l’écoulement. L’ensemble de ce mouvement, qui brise la symétrie circulaire de la blastula et construit un animal allongé, avec un rudiment de tête, de queue et des bosses aux hanches et aux épaules, dure environ 15 heures, et touche l’animal lorsqu’il fait environ 3 millimètres. On peut donc voir se former un animal, à partir d’un cercle, à condition de mettre en mouvement la bonne condition initiale, dans la bonne équation constitutive. Cette description permet de comprendre assez précisément les premières étapes de développement d'un embryon typique, et en particulier d'expliquer l'émergence d'un plan «générique» qui est celui des vertébrés tétrapodes. Cependant, l'écoulement lui-même crée des trajectoires cellulaires constituant une texture, qui sert de moule à nombre de détails comme les vaisseaux sanguins, les côtes etc. Ces observations et modèles aboutissent à une  possible explication de l'apparition successive d'animaux dans un certain ordre, commandé par le sens de la texture (les lignes de champs), et comment celui-ci change lorsque les préfacteurs du modèle hydrodynamique adimensionné sont modifiés.

 

Extrapolé à l'homme, ce type d'écoulement explique très naturellement la dynamique de formation de la tête, et le passage déterministe d’un animal à grosse mâchoire et petite tête, à un animal à grosse tête et petite mâchoire. Il s’agit de la stroboscopie d’un phénomène dynamique connu sous le nom d’anneau tourbillon (écoulement dipolaire). Cette approche nouvelle permet d'intégrer de façon globale l'ensemble des mouvements et déformations aboutissant à la forme d'un animal, et explique pour une part, les "corrélations" entre parties, souvent inattendues. Elle soulève des questions controversées en matière d'évolution, tout en étant parfaitement compatible avec le Darwinisme. Le Darwinisme n’a pas d’explication pour les formes elles-mêmes, qui relèvent de modèles physiques de morphogenèse, il ne propose qu’une explication en terme de sélection naturelle entre formes, élues par le contexte (biotope, réseaux trophiques etc.). Le modèle morphogénétique explique l’origine des « archétypes » chers à Darwin, et pour une large part, le sens géométrique d’apparition des formes, sinon leur chronologie.