Foire aux questions


Je réponds ici à des remarques diverses sur ma théorie. Vous pouvez me laisser des questions à mon adresse mail, si vous le souhaitez.

FAQ 1 : -Mais la mécanique n'est pas héréditaire. Comment voulez-vous expliquer l'évolution avec de la mécanique?

Réponse: -Je prends le problème à l'envers : je construis la fonction "champ de déformation d'un embryon", cette fonction contient des paramètres qui sont les quantités physiques, réelles de l'embryon, telles que viscosité etc. L'activité biologique produit des champs de produits chimiques qui donnent une valeur concrète, réelle à ces pramètres. Les mutations appliquent l'espace "gènes" sur des valeurs précises de ces paramètres. Par exemple, la viscosité d'un embryon va dépendre du nombre de collagènes, de leur longueur, de l'intensité des liens chimiques. Ces paramètres peuvent dépendre d'une façon très complexe de l'ensemble des gènes (pas bijectif). Si l'on connaît l'ensemble des formes possibles pour les valeurs des paramètres, quelles que soient les mutations à l'entrée, évidemment transmises aux descendants, la forme obtenue n'en demeure pas moins l'une des formes de l'espace des formes. Par exemple : si je gonfle un ballon de baudruche, ça fait un rond plus ou moins grand, qui dépend du temps d'application du gonflement, de la pression dans le ballon, et de son module élastique. La physique vous donne connaissance de toutes les formes possibles. Si vous sélectionnez au hasard les paramètres du problème, vous n'obtenez rien d'autre qu'une des formes possibles, déjà connue par la solution physique "adimensionnée". C'est la même chose pour le crâne, par exemple : le crâne est une sorte de ballon de baudruche, qui peut gonfler plus ou moins, mais c'est tout. ça ne peut pas faire une main. La raison pour laquelle dans la région de la tête ce comportement existe, c'est le repliement de la crête neurale ayant eu lieu auparavant. Dans la région du crâne, une agitation aléatoire des gènes de morphogénèse ne peut causer qu'un gonflement plus grand, ou moins grand.

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FAQ 2 Des travaux montrent que ce n'est pas possible de considérer un objet mathématique qui serait "l'adaptation" ("fitness") en fonction des gènes.

Réponse - Je ne considère pas du tout le "fitness" en fonction des gènes, mais le "fitness" en fontion de la forme, dans le vrai espace des formes telles qu'on les voit. L'espace que je considère est l'espace où les paramètres du génôme sont reparamétrés sur les paramètres physiques réels, qui dimensionnent le problème : ex: la longueur d'une patte peut évidemment dépendre de mille gènes, mais ces gènes ne pourront produire qu'une patte plus longue ou moins longue, dans un espace de toutes les pattes, de petites à longues. Le paramètre "longueur de patte" est pertinent pour analyser l'adaptation, pas le paramètre "gène untel". Cependant, d'où sort cette longueur de patte? Elle sort d'un écoulement visco-élastique du bourgeon de membre, dont les paramètres sont la durée de croissance T, la viscosité du tissu, l'épaisseur du tissu, en gros. La vitesse de croissance, dans une hypothèse simple de type loi de Darcy sera propotionnelle à bcarré/viscosité. Par conséquent, la longueur de la patte sera fonction de Txbcarré/viscosité. Des milliers de gènes peuvent modifier T, b ou la viscosité, en provoquant simplement le même effet adimensionné, qui ne dépend que du produit bcarréT/viscosité. Dans ce cas, le paramètre bcarréT/viscosité est le bon paramètre du problème, et au fil des mutations affectant ce nombre, la patte s'allonge stochastiquement, avec une diffusion vers les grandes pattes.

Exemple d'allongement dû à une modification des paramètres biophysiques du problème. Une sphère fibrée tend à devenir plus pointue si les fibres sont plus raides. Si on change dans le modèle la raideur des fibres de façon continue (en haut à gauche pas de fibres, en bas à droite plein de fibres), on obtient un allongement et la sortie d'une pointe. ça évoque l'effet chaire de poule : une petite boule de muscles (le follicule) se contracte, et ça sort vers le haut une petite bosse. Cet exemple (construction de Wulff d'une surface dont la tension de surface diverge au pôle par effet de rétrécissement des anneaux de fibres) montre comment un principe physique simple, associé à une variation des paramètres matériels, induit un changement de forme déterminé. Je pense que cela a également à voir avec la croissance des plumes et avec le phénomène d'eversion.

L'éversion, c'est le mécanisme par lequel se forment les pattes des insectes. Les pattes des insectes sont issues d'anneaux concentriques qui se mettent à "sortir" latéralement sous l'effet d'un allongement télescopique des anneaux. Tous les membres ventraux des insectes se forment ainsi, et les gènes ont pour rôle d'étendre plus ou mons la sortie télescopique, ce qui donne des antennes, ou des pattes, mais antennes ou pattes sont identiques à une extension affine près.

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FAQ 3 Vous traitez les embryons comme des liquides, les êtres vivants ne sont pas des liquides!

Réponse: -Les êtres vivants à un stade embryonnaire ont un comportement fluide : ils "coulent" sous l'effet des forces. Ce fait est parfaitement établi, il est dû au caractère gélatineux du gel de matière vivante. Les embryons ont la consistance de la gelée de méduse. Attention: ceci ne signifie pas que la matière vivante est à proprement parler un liquide. Elle n'est pas homogène, mais son allongement en fonction des forces en fait un matériau visqueux. Exemple : la peau s'allonge quand on tire dessus, la peau n'est manifestement pas un liquide, cependant, ce fait même en fait un matériau visco-élastique, et le rapport entre la vitesse d'allongement et la force appliquée est une viscosité.

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FAQ 4 Vous dites ignorer complètement les modèles stochastiques d'évolution, comment osez vous réfuter des théories que vous dites ne pas connaître?

Réponse :- Je ne réfute pas les "théories" statistiques, stochastiques, d'évolution, qui ne traitent jamais la forme effective des animaux. Ca ne sert à rien d'explorer la variabilité de mille gènes, si on ne sait pas à combien de formes toutes les combinaisons aboutissent. Je montre que les mécanismes d'écoulement et de repliement des blastulas sont des phénomènes physiques tels qu'un glissement des préfacteurs (une masse de gènes n'a pour effet que de faire glisser les valeurs de ces paramètres) induit l'apparition de formes animales dans un certain ordre, prévisible, calculable, (ex : les serpents après les lézards, les humains après les singes, ce n'est pas du blabla, je donne le calcul). Il ne s'agit pas dans mon esprit d'une réfutation de quoi que ce soit. Vu sous l'angle de la morphogénèse, tous les travaux sur des fluctuations statistiques de gènes qui ne traitent pas la forme induite, tombent à l'eau (ils traitent un problème qui n'est pas le bon).

Notez SVP que les paramètres physiques correspondent à des problèmes adimensionnés tels que les préfacteurs sont des produits de plusieurs quantités physiques, par exemple: le temps d'exécution d'une force, divisé par la viscosité du tissu. Donc la même forme peut être obtenue par une application plus longue d'une force dans un système de viscosité plus grande. Ainsi, des effets identiques peuvent être obtenus par des modifications génétiques indépendantes.

Il faut bien comprendre que les lois physiques de la matière condensée imposent l'existence de phases séparées par des frontières de domaines. Lorsqu'une phase est orientée, comme le sont les cartilages, ce caractère orienté va s'imposer dans un domaine de paramètres à tout le matériau.

FAQ 4 bis Pourquoi dites-vous c'est pas le bon problème ?

Réponse:le bon problème, c'est la morphogénèse. Comment les formes changent. Que ce soit obtenu avec tel ou tel gène, a une importance secondaire. La morphogenèse explique très bien pourquoi, par exemple, un phénomène qu'on appelle "convergence évolutive" est possible, ce qui serait statistiquement extraordinaire du point de vue Darwinien. Par ailleurs, observez que les membres comme les pattes des vertébrés, sont fabriqués par des zones cartilagineuses par essence (de par la nature physique de la phase de polymères) orientées. La plupart des mutations affectant les membres ont pour effet de faire un membre plus long ou plus court. Un membre, ça ne peut pas faire autre chose que s'allonger ou rétrécir. Ainsi, "la soupe" de gènes et donc de protéines produites associées peut être modifiée dans de grandes proportions, en n'offrant comme résultat qu'un allongement ou un racourcissement. Ceci est dû au fait que la phase chimique "coince" ou "contraint" le système à suivre un certain type de dynamique. Les cartilages ayant la forme orientée qu'ils ont, on peut changer comme on veut les facteurs de croissance ça ne change rien au caractère anisotrope de la croissance.

Par ailleurs, l'évolution insiste énormément sur la chronologie, une forme ne pouvant arriver qu'après une autre. Je pense que cette vision des choses est erronée. Ce qui compte, c'est le diagramme des morphologies, indépendamment de la chronologie. Les formes se suivent, au sens de la mécanique, dans un espace des mouvements de tissu, indépendamment de la chronologie. Une même forme peut être atteinte avec des oscillations, ou par une convergence monotone, dans l'histoire de la Terre, mais le sens géométrique d'apparition des formes, dans l'espace des formes, est déterminé.

En outre, le caractère unidimensionnel de nombreuses parties du corps, garantit la récurrence des formes au cours de l'évolution. Si à l'instant T c'est avantageux d'allonger les jambes, les jambes s'allongeront, car de nombreuses mutations provoquent un allongement. Si ce n'est pas bon d'avoir de longues jambes, les animaux aux jambes longues sont éliminés, mais ce n'est que partie remise, car les jambes longues reviendront à coup sûr. Comme le montrent les archives paléontologiqus, des familles d'animaux voient certaines parties de leur corps s'allonger, ou rétrécir, dans un sens ou dans l'autre au gré de l'évolution. C'est justement parce que la dynamique de ces variations n'est pas d'essence génétique, mais physique que ce mécanisme d'allongement ou rétrécissement, est possible.

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FAQ 5 Quand on fait un trou dans une couche épithéliale ça se referme tout seul, n'est-ce pas chimique, lié à l' "inhibition de contact"?

réponse : ça peut l'être, ou ne pas l'être. Faire un trou, c'est bien un acte physique, il n'y a pas grand chose d'ailleurs de plus physique que ça, si j'ose dire. Chaque cellule est en équilibre mécanique, avec toutes ses voisines (parfois évoqué dans les articles sous le vocable très révélateur de "pression de population cellulaire", c'est cette "prssion de population" qui peut s'écrire exactement physiquement). Si on supprime des voisines d'un côté, on déséquilibre au sens mécanique, les cellules, et leur mouvement, comme leurs divisions, "pencheront" naturellement du côté troué. La première cause "d'inhibition de contact", c'est la simple présence d'une cellule voisine, avant de parler de ce qu'elles s'échangent chimiquement. Les travaux de Michel Bornens sur les déterminants mécaniques de la mitose vont bien dans ce sens.

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FAQ6 (Anonyme, referee) Etes-vous créationniste?

Non

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FAQ6bis Etes-vous franc-maçon? Etes vous dans une loge maçonnique?

Non, non.

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FAQ6ter Vous avez fait une conférence à l'UIP, cercle spiritualiste bien connu. Pourquoi vous compromettre avec des créationnistes?

Réponse: A ma connaissance l'UIP n'est pas créationniste, elle défend l'idée que les lois de la physique ont été manigancées pour donner des humains, par un Dieu plutôt de type Chrétien catholique. Je n'ai aucune problème avec ça, chacun étant libre de croire. J'ai passé un bon moment à l'UIP, une heure trente d'exposé, une heure trente de débat, c'était très animé et pas du tout complaisant. Le lendemain j'étais à Polytechnique, quelques jours après à Cochin, j'ai été invité par un cercle de femmes, par un cercle de retraités, et je crois aussi par un cercle boudhiste (mais faut que je vérifie) J'ai même reçu une invitation informelle d'un cercles de psychanlaystes sur les implications de ma théorie (l'importance du nombril etc.) Je vais là où l'on m'invite courtoisement à parler. (Je surveille évidemment mes fréquentations, et ne vais pas n'importe où, mais comme disait Shakespeare, "il vaut mieux mourir incompris que de passer sa vie à se justifer").

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FAQ6qrto Vos travaux n'apportent-ils pas de l'eau au moulin des créationnistes?

Réponse: oui et non. Non, parce qu'ils montrent que c'est assez facile de faire un animal, avec les lois de la physique, même sans intervention divine. Oui parce qu'ils laissent à penser qu'il suffisait de préparer l'univers d'une certaine façon pour voir apparaître, en attendant assez longtemps, un animal avec un dos, quatre membres et un grosse tête. Mais cette question ne m'intéresse pas.

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FAQ6qnto. Mais quelle est votre définition du créationnisme?

Réponse : penser que Dieu (s'il existe) a directement crée les animaux il y a 5000 ans, ou bien qu'il (s'il existe) a fixé lui-même des propriétés chimiques des génômes au fil de l'évolution.

Si vous pensez que Dieu (s'il existe) a créé les lois de la physique, vous n'êtes pas créationniste. Vous êtes seulement croyant.

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FAQ7 (Divers) L'intelligence, c'est bien plus qu'une grosse tête. Votre modèle ne traite en aucune façon la pensée.

Réponse: oui et non. Je suis d'accord que l'intelligence est bien plus qu'une grosse tête, mais le mouvement d'enroulement et de pli, tel que je le décris, montre qu'il existe des "routes" toutes tracées dans l'embryon sous la fome des lignes d'émission de l'écoulement. Ces lignes convergent vers un point central de la blastula, qui, lui-même emporté par l'écoulement, est situé vers la tête. Il est donc assez logique qu'il y ait une sorte de centre "névralgique", ce centre névralgique est près des organes des sens, et il grossit au cours du temps, inévitablement.... NB Chez les méduses, les nerfs radiaux servent à synchroniser le battement. Je comprends bien que cette synchronisation radiale soit devenue, après l'enroulement hyperbolique, une contraction asynchrone du corps, mais, compte tenu de la brisure de symétrie, cette contraction asynchrone fait avancer l'animal dans le sens de la tête. Par conséquent, il me semble tout à fait naturel qu'une brisure de symétrie très banale, opérant sur un disque, induise un animal complet et bien formé, ayant une symétrie toute différente, si à l'étape d'avant (radié) l'animal complet était bien formé.

NB un article récent montre que l'établissement des nerfs est largement sous le contrôle des contraintes physiques.

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FAQ7bis C'est quoi des lignes d'émission de l'écoulement?

Réponse. Quand on trace en physique le champ d'écoulement d'un fluide, on peut être tenté de représenter en tout point les lignes tangentes aux vecteurs vitesses. Ce sont les lignes de courant. Ces lignes de courant ne sont pas complètement intuitives, car un même objet entraîné par l'écoulement peut emprunter à tout instant nDt des lignes de courant différentes, sautant en quelque sorte d'une ligne de courant à une autre. La description en termes de ligne de courant est ce qu'on appelle en physique une vision Eulerienne du problème. Le champ de vitesse est décrit en un point de l'espace fixe, le long ou "à travers" duquel coule le fluide. Ce qui est plus intuitif, ce sont les lignes d'émission, les lignes que suivrait un mobile effectivement advecté. Le champ de vitesse est alors celui d'un point M, suivi dans son mouvement.

S'agissant du cerveau, si l'on regarde d'où vient le cerveau dans la blastula (voir, par exemple, la petite zone rouge marquée dans le film www.gastrulation.org movie15.1), on voit qu'il suit un trajet qui part du centre de la blastula, pour finir dans la région, évidemment, du cerveau.

Donc la zone "cerveau" est en fait le résultat de l'entraînement dans l'écoulement d'une région qui était plus centrale, quand l'embyon était "informe". Or si l'on imagine par la pensée toutes les lignes d'émission qui convergent vers ce centre, on s'aperçoit, que dépliées, déroulées, ce sont les lignes qui convergeaient vers le centre de la blastula. C'est-à-dire dire des lignes reliant, me semble-t-il, tous les points de l'embryon vers le centre (comme chez les méduses). Le courant advecte donc un ensemble de lignes d'émission, dont le centre névralgique est dans le cerveau, au final, dans la forme "plus compliquée" qui est celle de l'embryon. Ces lignes d'émission de la blastula, servent ensuite de guide pour positionner tout le reste (vaisseaux sanguins, nerfs, etc.).

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FAQ8 (Jean, UIP) Que faites vous des gènes maîtres, les gènes Hox?

Réponse - il faudrait savoir s'ils sont maîtres, ou esclaves. Des distributions d'expression génétiques induites par des couples inhibiteur activateur (par exemple sprouty et fgf10) ou par des horloges moléculaires ne peuvent produire que des bandes "dur mou dur mou " dans un feuillet plat, parfois des modes un peu plus complexes, comme des zig-zag ou des plots, voire des spirales, mais ce sont toujours des modes très simples de brisure de symétrie d'un milieu uniforme. Il n'y a pas de turbulence en embryogenèse, et pas davantage de "dessin" explicite de formes complexes. Or les animaux sont plus complexes que des bandes. Comment est donc produit le "dessin" d'un animal? (NB = dans les ovocytes et les blastulas, des patterns parfois sophistiqués de champs chimiques existent à des stades où aucune forme n'est encore apparue (c'est bien rond). Ce ne sont pas les produits chimiques, en tant que tels, qui définissent la forme. C'est le mouvement associé aux brisures de symétrie en question). La forme exacte est due à l'enroulement et la déformation dans le champ physique d'un mécanismes de formation de bandes. Enroulements laminaires+bandes= animaux avec des os dedans. NB1= au stade ou les proportions des vertébrés sont acquises, la segmentation en bandes n'a pas encore eu lieu. NB2= de quoi les gènes maîtres seraient-ils esclaves? mais des conditions aux limites spatio-temporelles. Regardez un syncitium de mouche, les distributions de bandes sont infléchies par la condition aux limites.

De même, dans un bourgeon de patte, les gènes hox ne peuvent s'exprimer que dans les limites géométriques de ce bourgeon.

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FAQ9 (Divers) Avec votre théorie, tous les animaux devraient être identiques.

Réponse -Pas du tout, les paramètres du problème induisent des formes différentes, avec la même loi générale de mouvement, de même que les taches faites par des liquides qui tombent peuvent être différentes, si on renverse des liquides de propriétés physiques différentes (mayonnaise ou eau de pluie par exemple).

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FAQ11 (Anonyme, referee) Les paléontologues ont montré qu'il n'y avait pas de sens de l'évolution.

Réponse -Pas du tout. D'une part, certains paléontologues ont montré qu'il existait des tendances (ex: l'accroissement du cerveau), d'autre part, les paléontologues cherchent un sens qui, en quelque sorte, n'est pas le bon. Si le sens de l'évolution est le sens dans lequel changent les animaux quand on fait "diffuser" les paramètres physiques du problème, il est normal qu'on ne perçoive pas le sens de l'évolution quand on cherche autre chose, comme l'intelligence, la complexité trophique ou autre. Dans un modèle où le sens de l'évolution est le sens dans lequel changent les animaux quand on modifie les paramètres, il est normal que les animaux soient d'abord bilatéraux, puis tétrapodes à nageoires, puis tétrapodes à membres, puis apèdes. Les lézards ont des pattes qui sont des nageoires un peu enroulées, et les serpents n'ont pas de pattes car quand on étire le corps d'un lézard, le domaine cellulaire pouvant former les pattes se réduit. Les lézards suivent les poissons, "dans le sens de l'évolution" et les serpents suivent donc les lézards "dans le sens de l'évolution". Nous ne sommes pas plus évolués que les serpents, parce que nous ne nous sommes pas écoulés de la même façon qu'eux, mais nous sommes plus évolués que les singes. Il faut quand même faire attention, Mme Dambricourt-Malassé, qui a semble-t-il (c'est en tout cas mon opinion), montré qu'il existait une tendance dans l'évolution de la tête a été l'objet d'attaques indignes. Si chaque fois que quelqu'un met en doute tel ou tel dogme, on l'écrase, Il ne faut pas s'étonner après que des idées douteuses semblent universellement admises.

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FAQ12 Vous négligez tous les travaux sur les gènes, dès que ça ne vous arrange pas.

Réponse -Pas du tout. Je prends les travaux qui existent, et je réfléchis dessus, au lieu de tout gober sans esprit critique. Jusqu'ici, on a toujours beaucoup plus demandé à la physique qu'à la biologie. Il est presque impossible de publier un article de développement, sans traiter le rôle des gènes, alors qu'il est très facile de publier des articles de développement, sans jamais parler des forces, qui sont pourtant là, et sont véritablement la chose-même qui cause l'accroissement des tissus (quelle que soit leur origine). On ne demande pas au biologistes d'expliquer comment des cellules migrent se plient, se retournent, l'impact sur les champs de forces, les mesures de viscosité des tissus etc. Je pense qu'un très grand nombre de travaux en biologie s'éclaireront progressivement, au fur et à mesure qu'on y incorporera le rôle des forces mécaniques.

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FAQ12bis (Paléontologue, Berder) Mais par exemple, il est très bien connu que les bras ou les bronches poussent là où sont localisés les facteurs de croissance?

Réponse -Ce sont deux exemples importants, et typiques, d'erreur d'interprétation des données. D'abord, dans ces travaux, les interprétations purement biologiques ne sont jamais "fermées", si on lit bien, un gène induit un gène qui induit un gène, et on ne sait jamais finalement qu'est-ce qui est la cause de la "localisation". En réalité, on ne SAIT PAS pourquoi les membres poussent où ils poussent, et si des membres "pourraient" pousser ailleurs, ni pourquoi les bronches poussent où elles poussent (cercle vicieux). Les travaux les plus récents montrent que la localisation est due à l'organisation des champs de pression (quand quelque chose appuie, ça stimule les facteurs de croissance etc.; un gonflage spontané est instable et des tubes sortent peu à peu "tout seuls".). Pour savoir exactement où les membres, par exemple, vont apparaître, il faut suivre le mouvement d'enroulement et d'étirement des blastulas depuis l'origine. Le titre général d'un article "le gène X régule" "le gène X contrôle", "le gène X détermine", ne signifie en général rien.

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FAQ13 (Divers SLT) Vos travaux décrivent peut-être quelque chose comme le mouvement global de "fronce" des embryons à un stade précoce, mais pas du tout des aspects comme la survenue de poils ou de plumes, or ça aussi ça fait partie de l'évolution.

Réponse -Nous avons montré récemment que les phanères sont en fait orientés dans le sens "du poil" de l'animal, qui est en fait gravé dans le champ de collagène du tissu, lui-même hérité des mouvements de l'embryon. A un stade très précoce, les petites bosses qui vont donner les poils ou plumes sont alignés par le collagène, et orientés vers le haut par le collagène. La formation d'une fourrure, c'est-à-dire des poils régulièrement alignés couchés sur la peau est donc pour une large part, également décrite par ma théorie. Voir par exemple le poster présenté par ma collaboratrice Olena Boryskina (poster ayant reçu un prix de meilleur poster...) Mme Boryskina est médecin, soit dit en passant. Poster à propos de la formation des plumes. Prix du poster Article à propos de la formation des plumes. Article plus général à propos des camps d'orientation de collagène, visualisés dans les jeunes embryons par SHG (génération de seconde harmonique). . On remarquera que les embryons sont très texturés, et que les champs d'orientation sont correlés aux mouvements morphogénétiques.

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FAQ14 Que pensez vous des sites webs dédiés à démolir vos travaux?

Réponse: J'ai reçu par décision de la direction des affaires juridiques la protection fonctionnelle du CNRS contre les injures et la diffamation, dans l'exercice de mon travail. Ces affaires, quand elles arrivent, sont traitées par mes avocats. Chacun peut se renseigner sur les limites à ne pas dépasser. La liberté d'expression ne doit pas tourner au dénigrément (c'est interdit et passible de poursuites). Voir un site expliquant les limites de la liberté d'expression sur internet.

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Que répondez vous à ceux qui disent qu'il n'y a pas de preuves de votre modèle?

Il existe une masse de preuves expérimentales de l'existence d'écoulements dans les embryons. Ces écoulements présentent bien un point col, comme prédit par mon modèle. Voir par exemple

Accompagnée du texte : "The primitive streak initiated normally in almost all cases (9/10) and the initial vortices of cell movement in the epiblast were normal (Figs. 4C, F)."

La figure que j'invoque est la figure 4F, où l'on voit le point hyperbolique décrit par mes travaux, il est à gauche, dans 4F dans une zone noire (le point hyperbolique étant par nature un point de stagnation, les cellules y vont lentement, donc il est techniquement moins visible par la fluorescence. Le fait même, physiquement inévitable qu'il occupe une tache sombre le rend difficile à voir (d'où le titre de l'article que j'ai écrit dans la revue Sigila : "le trou noir des origines est le nombril", Sigila N° 22, octobre 2008).

Ces écoulements, avec un point hyperbolique (saddle point en anglais) sont étudiés finement dans l'article : Analysis of tissue flow patterns during primitive streak formation in the chick embryo by Cheng Cui, Xuesong Yang, Manli Chuai, James A. Glazier and Cornelis J. Weijer,Developmental Biology Volume 284, Issue 1, 1 August 2005, Pages 37-47, où sans transfection, les auteurs exhibent de merveilleux tourbillons s'écartant d'un point hyperbolique de stagnation (attention, le vecteur vitesse est représenté par un clou, orienté de la tête vers la pointe).

avec la légende :

Fig. 2. Velocity vector fields of cells in the embryo during streak formation. (A, B) Brightfield images of the developing embryo shown in Fig. 3 at 40 min (before streak formation) and 320 min (after streak formation) after the start of the recording. (C, D) Corresponding velocity vector fields calculated over the last 10 consecutive images taken 4 min apart. The red box indicates the saddle-point area where the cell flows merge and bifurcate along the anterior– posterior axis. The green points in panels (A) and (C) indicate the quiescent points of low flow. The vectors show the average velocities calculated over 10 frames (40 min). The white scale bar in panel (A) is 250 Am, the black scale bar in panel (C) represents a velocity of 1 Am/min. See supplementary material movie 3 for a dynamic presentation of this experiment.

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FAQ15

Votre modèle ne traite absolument pas la physiologie des animaux.

Réponse=-c'est vrai. Je ne prétends pas tout expliquer. Cependant, une partie de la physiologie est néanmoins dépendante de la physique et de mécanismes d'évolution décrits ici. En particulier, la physique de la croissance des organes arborisés (rein, poumon, prostate etc.) est très importante pour la formation d'arborisations très branchues possédant une grande surface d'échange ou de production de fluide, sans parler, évidemment, de la circulation sanguine. Par conséquent, certains aspects de mon travail ont une résonnance avec des problèmes de physiologie.

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FAQ16 Est-ce qu'il y a d'autres personnes qui travaillent sur ce sujet?

Réponse=Oui et non. Je dirais que tous les chercheurs de haut niveau savent que la physique joue un rôle crucial dans le développement. Il y a donc de nombreux laboratoires où l'on étudie tel ou tel aspect de la mécanique de la gastrulation ou tel autre phénomène biomécanique, comme par exemple, la formation des os et des articulations (très mécanique...) Cependant, sur le sujet de la biomécanique de l'évolution et les conséquences sur le caractère quasi déterminé de certaines formes, il n'y a pas beaucoup de chercheurs. Je rattache ces travaux, nonobstant, à ceux de Mme Dambricourt-Malassé, sur un plan paléontologique, quoi qu'il m'en coûte.

Sur la mécanogénétique du développement il y a également en France Emmanuel Farge à l'Institut Curie, qui a montré que certains gènes du développement de la drosophile étaient en fait déclenchés par la mécanique.

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FAQ17 (Stéphane, Paris) Que pensez vous de la querelle créationnistes contre Darwinistes?

Réponse=D'abord, en principe, on ne peut pas les mettre sur le même plan : les créationnistes ne sont pas des scientifiques, les darwinistes si. Maintenant, les créationnistes intégristes n'existent qu'aux Etats Unis et peut-être dans quelques pays du tiers monde, mais à ma connaissance ils sont inexistants en Europe. Ce sont les seuls dangereux. Ceux qui pensent que Dieu à créé les lois de la physique pour que le jardin terrestre soit possible, ben quel mal il y a-t-il à penser ça, franchement?

Ceux qui consacrent leurs efforts à lutter contre les créationnistes perdent un peu leur temps. C'est le genre de débat si manichéen et si "évident" que ça permet aux esprits simples de croire qu'ils pensent.

Le problème c'est quand on commence à régenter le travail des chercheurs au nom de la lutte contre le créationnisme, et qu'on les empêche de dire des choses très sensées. Par exemple : moi je dis que le Darwinisme, c'est très faible, puisqu'il n'y a aucun mécanisme de morphogénèse dans le Darwinisme,

Le Darwinisme expliquerait aussi bien que les oiseaux volent avec des hélices, ou avec des montgolfières.

Un ou deux Darwinistes me répondront de façon péremptoire: "c'est débile de reprocher au Darwinisme de ne pas traiter des formes, puisque, justement, il ne traite pas des formes et n'a jamais prétendu le faire". Mais justement, c'est ce que je dis : évidemment, il n'y a pas la morphogénèse dans le Darwinisme, je n'en fais pas de "reproche", je dis simplement qu'une théorie d'évolution, sans un volet morphogénèse, c'est insuffisant.

Or, tandis qu'on saute là-dessus pour me reprocher de mépriser le Darwinisme, je suis bien obligé d'observer que des modèles simples de mécanique du développement apportent immédiatement un éclairage nouveau et pertinent sur certains aspects de l'évolution comme par exemple la question de l'évolution du crâne humain, ou celle de la néoténie, qui se résolvent très simplement par la morphogénèse. Donc ceux qui rejettent les discours issus de la morphogénèse, sous prétexte qu'on ne peut pas le reprocher à Darwin, se collent d'eux-mêmes des oeillères par idolâtrie.

Au nom de la lutte contre le créationnisme, on voit apparaître de la mauvaise science. Par exemple, dans un de ses livres, Richard dawkins explique les motifs étoilés au centre des fleurs comme étant des signalisations de pistes d'atterrisages pour insectes. Or la véritable cause de ces motifs, c'est le caractère anisotrope des coefficients de diffusion moélculaires, en présence de fibres et de pores orientés. Que cela serve de piste d'atterrissage aux insectes n'apporte strictement rien.

Si Darwin avait connu les lois de la morphogénèse, et, à son époque, c'était techniquement possible, il aurait écrit un livre très différent, et contenant moins d'erreurs.

Cela dit, pour revenir à la question, je citerais volontiers Cioran : "les athées qui manient si volontiers l'invective, prouvent bien qu'ils visent "quelqu'un". Ils devraient être moins orgueuilleux; leur émancipation n'est pas aussi complète qu'ils pensent : ils se font de Dieu exactement la même idée que les croyants." (in Le mauvais démiurge)

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FAQ18 Vous dites dans votre livre que vous allez réconcilier les darwinistes et les créationnistes contre vous. Pourquoi?

Réponse: Jusqu'ici, la dialectique était: "c'est très difficile de faire des animaux donc Dieu a dû intervenir (créationnistes)", contre "C'est le hasard, la sélection naturelle et des temps très longs, qui expliquent la complexité des animaux (Darwinistes).

Je montre que ce n'est pas si compliqué de faire des animaux, les animaux (vertébrés tétrapodes) sont des écoulements hyperboliques flambés. Par conséquent, l'argument des darwinistes n'est pas bon, et celui des créationnistes non plus (ils se battent entre eux sur un point qui, en réalité, est sans objet, la vraie question serait plutôt : si les règles d'auto-organisation, qui sont des conséquences des lois de conservation de la physique, ont comme attracteur un animal allongé, à grosse tête, et quatre membres, est-ce que cela implique quelque chose sur le plan philosophique/spirituel?).

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FAQ19 (Stéphane, Paris) Est-ce que vous pouvez expliquer clairement la différence entre votre conception du plan d'ensemble des vertébrés, et celle qui prévaut ailleurs. (Ruth, Genève), Ces visions ne sont-elles pas simplement complémentaires? (NB d'après les rapports de referee que j'ai reçus, la notion de plan d'ensemble n'existe pas).

Réponse : Regardez un vertébré quelconque

Pour la biologie actuelle, la paléontologie, comme la biologie du développement, il est construit suivant un plan "antéro-postérieur". De la tête vers la queue, chaque partie ayant été induite par des cascades d'expressions génétiques. Je pense que c'est faux. Et que ce présupposé a contaminé toute la pensée autour de ce problème. En réalité, les animaux de ce genre sont construits de façon hyperbolique, à symétrie miroir, autour d'un point neutre d'étirement qui est le nombril. Ces deux visions des choses ne sont pas complémentaires. Si vous regardez ce lézard, ou ce chat, à l'envers, en regardant la tête comme la queue et vice-versa, ça ressemble assez bien à un animal.

Cette symétrie miroir est encore plus visible à un stade précoce de développement.

dessin d'embryon humain à un stade très précoce

Image d'embryon humain à un stade très précoce

Bon, mais alors, Si l'on regarde le développement des embryons, quand exactement se forment les membres? (voir images de la base de données GEISHA)

-C'est presque impossible à dire, aussi tôt qu'on regarde, il y a déjà des petites bosses qui forment les ébauches de pattes. Pourquoi? Très tôt, on voit les bourgeons de membres:

Déjà à 2 jours de développement (du poulet), on voit les renflements de membres (la "plaque latérale")

Le corps de l'animal n'est même pas refermé, que les bourgeons de membres sont en fait déjà présents.

En fait les ébauches de pattes accompagnent le mouvement d'enroulement des blastulas. Celles-ci (les blastulas) sont d'abord circulaires, puis s'enroulent vers le haut et le bas, en cintrant le centre, et les bosses pliées forment les ébauches de membres. Ce n'est pas une "induction" génétique qui positionne les ébauches de membres, c'est l'ensemble de l'écoulement.

Calcul d'un enroulement hyperbolique

Pour que des membres sortent à partir de ces enroulements, il faut que quelque chose les "pousse". Or en fait, l'enroulement lui-même, de par les lois de la physique, tend à pousser les ébauches "vers l'extérieur" la cause est dans la forme du champ de vecteur. Quand un champ de vecteur présente un enroulement, le gradient de contrainte est orienté vers le centre de l'enroulement. Par conséquent le coeur le plus courbé de l'enroulement cherche à sortir à 3D.

Explication du phénomène de sortie à 3D du bourgeon, sous l'effet de l'enroulement

Et voilà, c'est tout. Le membre est latent, chez tous les animaux, et il suffit d'un peu plus de force, ou d'un peu de facteur de croissance (viscosité de dilatation plus faible) pour qu'un membre se forme effectivement, arrondi, et partiellement à symétrie miroir entre le membre du haut, et le membre du bas.

Notez bien la différence cruciale avec les conceptions usuelles en biologie du développement : en biologie du développement, s'est "développé" le concept d'information de position (dû à Lewis Wolpert). Suivant ce concept, des événements sont induits par des niveaux de concentration en certains morphogenès, que les cellules vont interpréter pour déclencher des événements morphogénétiques.

Suivant ce concept, s'il existe un gradient d'un certain morphogène (par exemple bicoid), le long du corps d'un animal, alors l'interprétation de la valeur B1 induira des pattes à l'endroit où C(bicoid)=B1, l'interprétation de B2 induira des pattes là où C(bicoid)=B2, etc. (en réalité les pattes des insectes apparaissent à l'intersection des domaines de DPP et Wingless, mais je résume)

La complexité des boucles biochimiques étant gigantesque, à peu près n'importe quelle valeur de C(bicoid) pourrait en principe faire l'objet d'une interprétation. C'est pourquoi, dans la vision actuelle de la génétique du développement, à peu près N'IMPORTE QUEL animal est possible (avec quelques symétries tout de même obligées, comme la symétrie bilatérale.

Cette notion que les cellules interprètent des niveaux de concentration, si elle est poussée au bout, permet la construction de N'IMPORTE QUEL animal. Par exemple, un vertébré pourrait avoir 200 paires de pattes, ou 6 pattes ou huit pattes. Les 4 pattes des vertébrés pourraient être positonnées ailleurs (par exemple, dans le cou, au milieu du dos etc.).

Evidemment en quoi consiste l'interprétation du niveau seuil C(bicoid)=Bseuil? Sans doute en un répertoire d'actions telles que contractions cellulaires, croissance, migration, différentiation etc.

Ce que montre mon modèle, c'est que "ce n'est pas du tout ça". Les emplacements où poussent les pattes sont positionnés par un mouvement très particulier de repli. ça n'a rien à voir avec l'interprétation d'un seuil. Evidemment, ce mouvement modifie les valeurs des concentrations (advection diffusion) en sorte que cela modifie les gradients de différentiation etc. Mais c'est le mouvement qui est l'acteur de la morphogenèse, et il n'y a pas besoin d'un étage supplémentaire de morphogenèse. La solution de l'équation de Newton, dans ce modèle, suffit à générer les ébauches de membres, directement, sans invoquer le répertoire d'actions "induites" par le niveau seuil théorique C(bicoid) ou autre, Tbox4, Tbox 5 Pitx1, fgf8, fgf10 etc.

Après la formation des ébauches, le modèle fournit une explication de la topologie des membres car le principe de sortie à 3D correspond à un dépliement sous l'effet de la croissance du motif de repliement, un peu comme on déplie une chaise de jardin

Explication du dépliement progressif du motif, donnant aux coudes et aux genoux une symétrie miroir

La symétrie n'est pas parfaite (évidemment : on a une tête en haut, une queue en bas, des jambes en bas et des bras en haut) car le pli de la crête neurale est mieux fermé en bas qu'en haut. Cela est dû au fait que le premier pli de l'embryon est désaxé vers le bas. Cela est dû au fait que la boule initiale de cellules (blastula) est légèrement asymétrique haut/bas, cela est dû..... à la première division cellulaire qui favorise un côté par rapport à l'autre. Evidemment, cette asymétrie est suceptible elle-même d'induire des cascades d'événements propres à chaque région. C'est pourquoi, l'effet d'une molécule mise " de force" dans un certain endroit, n'est pas forcément un effet que la nature saurait produire d'elle-même. En particulier (voir plus bas) en mettant des gènes de "jambe" dans un "bras" on n'obtient pas "une jambe".

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FAQ20Que penser des inductions de membres ectopiques par des billes chargées de facteur de croissance?

Réponse : Les collègues qui font ça mettent un produit qui est un facteur de croissance i.e. un agent qui réduit la viscosité de dilatation, et ça part de la tache de produit par flambage comme ça part de l'enroulement. La bille de fgf10 localise le point mou, comme le fait l'enroulement, mais la nature ne saurait pas faire ça ailleurs que dans la région des pattes naturelles. Avec les billes placées de façon ectopique, on ne fait JAMAIS un membre authentique (pour faire le membre exact, il faut l'enroulement avec toute la condition aux limites dynamique que cela implique pour les tissus arrivés au point de départ du membre).

Exemple de membre ectopique : c'est tout droit, pas du tout coudé ou genouillé comme un vrai bras ou une vraie jambe

Résultat de l'application d'un facteur de croissance sur les flancs, entre les ailes et les pattes d'un embryon de poulet

(d'après Kawakami Y., Capdevila J., Büscher D., Itoh T., Rodriguez-Esteban, Ng J. and Izpisúa-Belmonte J.-C., WNT signals control FGF-dependent limb initiation and AER induction in the chick embryo, Cell, 104(6) 891-900 (2001).)

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FAQ21 Pierre, Ariège : Quand vous expliquez les mouvements du développement d'un embryon dans l'infiniment petit, cela pourrait-il s'appliquer au mouvement des plaques tectoniques dans l'infiniment grand. (difficile à formuler pour un néophyte) Ma question vous paraîtra peut-être légère, mais je suis tailleur de pierre dans l'Allier et simplement passionné par toutes ces choses de la nature.

Réponse : la réponse à votre question est en deux parties : tout d'abord, les écoulements de type tourbillonnaires sont assez banals en physique. La taille absolue de ce genre d'écoulement dépend de facteurs comme la viscosité du liquide, c'est à dire que les mêmes équations donnent des tourbillons plus ou moins identiques, mais à une dilatation près (un peu comme il existe des cercles de tous diamètres) ainsi, on peut voir des tourbillons aussi bien au fond de sa baignoire que sous forme de cyclones tropicaux (même si la physique n'est pas tout à fait la même), ou bien à la surface de Jupiter, qui ont des dimensions très différentes

donc, en principe, il n'y a pas d'obstacle à voir des tourbillons de ce type avec du magma, ou des plaques tectoniques

cependant, pour mettre en mouvement des fluides, il faut une force. Par exemple : quand on souffle des ronds de fumée, la force est celle du fumeur qui donne un p'tit coup d'air avec sa trachée, une fois la force donnée, le rond de fumée lui-même ne produit pas de force (et donc le rond de de fumée ralentit peu à peu)

les êtres vivants produisent la force "de l'intérieur" donc en continu.

dans le cas des magmas et autres plaques tectoniques, les forces sont des forces gravitationnelles dues à des différences de densités des fluides chauds ou froids (ce qu'on appelle des plumes thermiques, comme dans une casserole de soupe qui frémit), par conséquent, il existe des tourbillons un peu ressemblants à ce que je décris, mais qui montent des profondeurs vers le haut, et non horizontaux, dans le plan des plaques;

donc, je dirais que en principe rien n'est impossible et il se peut que fortuitement une collision de plaques tectoniques reproduise quelque chose comme un grand organisme avec une colonne vertébrale (une double chaîne de montagne bien droites, je dirais, en serait la preuve) mais c'est peu probable voilà, j'espère avoir satisfait votre curiosité.

Je profite de cette question pour montrer deux images, l'une est celle du calcul d'une paire de tourbillons formée par un jet,

(désolé, je ne retrouve plus la référence de ces images, dès que je la retrouve, je la mentionne.)

l'autre est l'image d'un embryon de souris à quelques jours de développement. Ces deux images illustrent mon point de vue sur la dynamique de formation des plans animaux. Il ne s'agit pas d'une analogie. Je pense réellement que l'enroulement du corps des animaux aboutissant à la formation du dos et des membres est un enroulement de type tourbillon. Mais il s'agira de deux paires de tourbillon entrant en collision. Dans le cas des embryons, ces jets sont initiés dans la blastula (qui est 2D ou quasi 2D) et se propagent tous seuls, jusqu'à flamber à 3D, et former le corps de l'embryon, avec sa courbure bien connue, et la position des bourrelets des pattes.

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FAQ22 Tom (New York). Est-ce que vous avez des données concernant le Xenope? Est-ce que le cas du Xenope, qui fait ses pattes plus tard, ne contredit pas le modèle?

Réponse. Bizarrement, les grenouilles/crapauds, donnent à la fois ce qui est le plus proche et le moins proche de mon modèle. En effet, l'origine même des membres est assez peu étudiée sur le tétârd (on étudie plutôt tous les stades ultérieurs). Mais il existe des grenouilles dites "directes", qui ne passent pas par le stade têtard. Ces grenouilles ont un plan d'ensemble embryonnaire très bien décrit par le modèle

(image d'embryon R. Richardson, Xenope Adulte, laboratoire de Daniel Boujard, Rennes) ,

Les xenopes ou grenouilles qui passent par le stade têtard me semblent néanmoins se conformer au modèle, avec il est vrai, une sorte de retard (hétérochronie?) de la sortie des pattes. Ce retard pose le même problème à toutes les approches (purement chimiques ou physico-chimiques). Les bourrelets dûs à l'enroulement hyperbolique existent chez le tétârd, c'est sûr. Il leur faut un facteur de croissance pour sortir franchement et se développer en membre. Pourquoi c'est retardé chez certaines grenouilles par rapport à d'autres, je ne sais pas.

Regardez encore quelques images de développement du Xenope vue de dos, dans la seconde image de droite, on reconnaît l'aspect cintré du dos, qui est celui prévu par mon modèle, et on voit que les pattes démarrent dans la région des protubérances issues de l'enroulement.

(image Laboratoire de Daniel Boujard, Rennes, centre national du Xenope. Merci Daniel)

Donc en résumé, le Xenope, ça m'a l'air topologiquement identique à la grenouille directe, et la grenouille directe, c'est mon modèle. Le retard, je sais pas.

NB sur le site de Yvonne Beckham à l'université de Washington on trouve une image de grenouille directe quasiment identique à celle de l'embryon de souris ci-dessus.

(From Yvonne Beckham's lab, U. Washington)

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FAQ23 Il y a des gènes dont l'inhibition réduit les embryons en bouillie, est-ce que ça ne réduit pas votre théorie en bouillie?

Réponse. Cette question pose en fait quatre questions, auxquelles je réponds dans un ordre croissant d'indifférence.

Tout d'abord, il faut définir ce que c'est que de la bouillie d'embryon. A contrario, qu'est-ce qu'une masse de cellules qui n'est pas de la bouillie? Cette question est très proche de la question de la formation des tumeurs cancéreuses.

En fait, la différence entre une masse en bouillie et une masse organisée, c'est l'existence de feuillets. L'origine même, micro-physique de ces feuillets n'est pas assez étudiée, en biologie. Evidemment, il existe un très grand nombre de gènes associés à la tendance, ou pas, à faire des feuillets (comme par exemple, les molécules associées à la polarité apico-basale, les molécules d'adhésion, les molécules associées à la membrane basale etc.) Cependant, une fois ces molécules données, qu'est-ce qui garantit une bonne "organisation" vs une bouillie?

La physique rentre en jeu pour expliquer comment une association d'unités fait soit une surface régulière (s'apparentant à une "facette" au sens de a physique du solide, bien que cela puisse être mou) soit une surface fluctuante, prenant n'importe quelle forme au gré des circonstances, genre bouillie. Il s'agit d'une transition de phase appelée transition rugueuse (roughening transition). Elle est notamment à l'origine de l'existence des cristaux (facettés) vs des bouillies cristallines (genre rognon de silex) C'est fort complexe sur le plan de la physique statistique, et l'on ne peut pas expliquer ça en deux lignes.

Néanmoins, j'ai produit sur ce sujet, mais dans le cadre du cancer, il est vrai, des simulations numériques expliquant la logique d'une transtion rugueuse en biologie, le passage de feuillets ayant la topologie d'une facette cristalline, à des masses ayant la topologie d'une surface rugueuse en physique. Voir Vincent Fleury and Laurent Schwartz, Numerical investigation of the effect of loss of cellular polarity on cancer geometry and invasiveness, Fractals 11, 4 397-414, (2003). Cela figure également, à un niveau de vulgarisation dans mon livre "des pieds et des mains", Flammarion 2003, dans le dernier chapitre, "la cacogenèse" du grec cacos, je pense, mais je ne parle pas grec, à part quelques mots genre scatanafas.

Il peut y avoir d'autres types de bouillie évidemment, mais avant de conclure sur le rôle joué par un gène dans une transition embryon-bouillie, il faut analyser la bouillie, le concept même de bouillie.

Le second aspect de la question est que, dans le fond, un animal est un ensemble courbé, plié, recolé de feuillets. Par conséquent, toute mutation qui détruit ces données fondamentales produit des bouillies sans rapport avec des animaux (je crois que même les porifères ont des feuillets) par conséquent, sur le plan de la morphogenèse des animaux, et de l'évolution, ça ne vaut même pas la peine de discuter des morphologies en bouillie, bien que cela puisse éclairer tel ou tel aspect de l'organisation des feuillets cellulaires.

Le troisième aspect de la question,est que cette question illustre bien la différence de point de vue entre le physicien et le biologiste. Pour un physicien, on ne décrit pas les choses en terme de désordre ou autre, avec un simple cliché descriptif. On ne peut pas se contenter de dire, il y a un gène qui induit de une désorganisation comme on dirait, il y a un gène qui induit un bras. Il faut un concept clair de transition de forme, basé sur une définition claire des différents états d'un système. Evidemment, une simulation numérique, comme celle proposée dans le papier en question est loin de décrire toute la réalité, mais elle permet de comprendre de quoi l'on parle, lorsqu'on parle d'un tissu organisé, ou pas organisé. Pour le physicien, un tissu "désorganisé", ça n'existe pas. Tout objet à ses déterminants, son organisation, et il faut regarder le problème d'une façon précise

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FAQ24 Une inhibition de TBX5 supprime les membres antérieurs, comment vous expliquez ça?

C'est une question de mécanique. Je m'explique. Tout d'abord, je vous fais observer que TbX5 ne joue AUCUN rôle dans la formation du plan tétrapode. L'inhibition de TbX5 a pour seul effet d'empêcher la poussée d'un bras, qui en fait est là, potentiellement, et demeure à l'état de vestige comme simple pli de chaire à la surface de l'embryon. Comme beaucoup de mutations ou de ko, l'inhibition de Tbx5 a une espèce de conséquence "négative" et pas positive : quelque chose "ne pousse pas". Cependant, il a aussi été montré que Tbx5 ne joue aucun rôle dans la formation du bras lui-même. Si on l'inhibe après le tout début de l'extension de la plaque latérale, ça ne change rien. Bref, Tbx5, ça fait un peu pschitt

Du point de vue de mon modèle, il est toujours possible qu'une altération des paramètres biomécaniques empêche la sortie d'un membre latent, je l'ai toujours dit. Dans le cas particulier de TbX5, il faut d'abord noter qu'il est associé au pathway de fgf10, qui est un gène mécanosensible.

En second lieu, tbx5 est associé également à des malformations cardiaques. Et là, comme pour les embryons en bouillie, ça ne m'intéresse que moyennement : la littérature contient de nombreux articles qui associent des malformations à tel ou tel gène, alors qu'en fait, il s'agit d'une conséquence en cascade d'une anomalie hydrodynamique due à une malformation cardiaque très en amont.

Ce type de problème est connu, par ailleurs, comme dans le cas de la tétralogie de Fallot, ou dans le cas du syndrôme des jumeaux transfusés (avec la même génétique, vous faites des enfants très différents, suivant que le jumeau est transfusé ou transfuseur).

Je constate que TBX5 est associé à des malformations cardiaques, et à une non-poussée de la plaque latérale ANTERIEURE (région cardiaque), pourtant présente, et à des anomalies parfois des doigts, en particulier du pouce, qui est le doigt, sur la palette de main, le plus proche du coeur (NB au stade de la plaque latérale, les rayons digitaux sont déjà présents, la première chose du bras qui se forme, ce sont les doigts, contrairement à ce qu'on pense souvent). Donc, sans me prononcer, je dis simplement: attention, si ça se trouve c'est un problème de circulation et de régime de pression vers les bras. Par ailleurs pourquoi ai-je dit plutôt deux fois qu'une là haut : parce que d'une part, le coeur est affecté directement par toute mutation qui altère la biomécanique, et que d'autre part, si le coeur, pour une raison morphogénétique ou physiologique fonctionne mal, cela induit des régimes de pression potentiellement aberrants qui ont des conséquences à distance. Il faut donc comprendre globalement la circulation, etc. pour déduire quoi que ce soit. Ca complique sérieusement le problème. De toute façon dès qu'on parle d'un gène qui affecte le coeur, le premier réflexe est de penser qu'il modifie quelque chose en rapport avec les forces, le coeur étant par excellence la structure dont la morphogenèse est couplée à la mécanique

NB Je viens d'apprendre qu'en fait Tbx5 est mécano sensible.

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FAQ25 Le gène PitX1 n'est exprimé que dans la patte. Quand on l'exprime dans l'aile du poulet, l'aile prend des allures de patte, or votre modèle prédit une symétrie miroir. Qu'est-ce que vous en dites?

Réponse: cette soit-disant ressemblance de l'aile transfectée, avec la jambe (du poulet) est psychosomatique. Au cours de la formation du plan tétrapode, l'enroulement de la blastula cause une courbure inverse des bourgeons de "bras" et de "jambes", en sorte qu'on doit s'attendre, dans mon modèle à des coudes et des genoux à symétrie miroir, les extrémités pouvant avoir n'importe quelle symétrie (voir mon livre). Les animaux transfectés pour avoir des ailes qui ressemblent aux pattes n'ont que la partie distale modifiée, dans un sens "plus patteux". Les flexions aux coudes et aux genoux sont conservées, et ces articulations plient bien à symétrie miroir (le "bras" cubitus-radius vers le haut, la patte tibia-péroné vers le bas), comme prédit par mon modèle. En particulier, la figure suivante d'un article qui fait ce genre de manips montre un "bras" transfecté qui ressemble à une "jambe" wild type, mais.... les orientations des corps sont en sens inverse sur les photos.

Rétablissez le sens des corps dans C D et E, et vous voyez que les coudes et les genoux demeurent à symétrie miroir.

J'ajoute à cela les remarques suivantes : il est extrêmement facile d'induire un membre n'importe où ou presque, avec des artefacts, des électroporations, des billes de plastique etc. permettant de faire rentrer dans le poulet n'importe quel facteur de croissance ou presque. On devrait donc logiquement s'attendre à une grande exubérance de la nature, à des animaux ayant des membres en veux-tu en voilà. Or ce n'est manifestement pas le cas. Sur le site de M. Vekris, on trouvera une bibliographie très riche d'articles montrant des animaux aux membres variés obtenus par des artefacts.

Dans toutes ces expériences, les membres sont toujours aberrants. On n'obtient JAMAIS un membre réel, identique aux vrais membres de l'oiseau. On se perd alors en appréciations subjectives pour savoir jusqu'à quel point un membre aberrant ressemble plus à une patte ou à une aile.

La réalité, selon moi, est celle-ci : les pattes et les ailes sont positionnées par l'enroulement hyperbolique, qui amène des singularités géométriques de la surface de l'animal à des endroits très précis. Ces enroulements et ces singularités sont à la fois la cause du "démarrage" de la formation de la patte ou de l'aile, et la condition initiale géométrique qui garantit la bonne patte ou aile, avec le bon sens des articulations, la forme naturelle telle qu'on la voit dans l'animal habituel. Ceci est ma théorie. Rien ne la contredit, pour l'instant, excepté une expérience de transfecion de Tbx5, qui marche une fois sur dix, et qui induit une polarité inverse des pattes arrières. Cependant, le dispositif expérimental utilisé n'est pas pris en compte.Cette expérience reste à confirmer.

Les articles existant en rapport avec la formation des pattes mentionnent tous que le membre "vrai" part de la "plaque latérale". Rien n'est expliqué sur l'origine de la plaque latérale. S'agissant des sens de rotation des coudes et des genoux, et ma théorie est parfaitement en accord avec ce qui est observé, Je peux bien sûr me tromper, c'est-à-dire qu'il est possible que ces membres soient aberrants pour la raison qu'ils sont mal positionnés, rentrés de force etc., mais que le bon positionnement soit dû à une induction génétique enchaînée par une autre, et une autre, etc. le long de l'axe antero-posterieur et que cela n'ait rien à voir avec la biomécanique de l'écoulement de la blastula. Cependant rien dans ces expériences ectopiques ne permet de dire comment est défini le point de croissance du membre normal, alors que ma théorie l'explique très bien.

Pour ajouter une chose simple : il est effectivement possible de passer dans une (future) aile, des gènes de patte de poulet, mon modèle fait la prédiction suivante : dans ce cas, on n'obtiendra pas une cuisse de poulet, mais une PATTE AVANT de poulet, qui normalement n'est pas définie. PAS UNE PATTE ARRIERE. C'est ce que démontrent les expériences, qui confirment donc ma théorie : à la place des ailes, les poules peuvent avoir "des bras", pas "des jambes" (voir photo ci-dessus, en D, où le coude est si visible, il pointe vers vous)

Cette question illustre un point usuel en sciences : chacun voit midi à sa porte. Personnellement, je m'accomode très bien du fait que la forme exacte des extrémités soit contrôlée par un gène. Ce qui m'importe, c'est le plan d'ensemble des tétrapodes, fixé par l'enroulement hydrodynamique. Cet enroulement n'a rien à voir avec une induction : ce n'est pas la génétique qui fixe le sens de rotation des coudes et des genoux (je pense). Or, abstraction faite des détails sur lesquels je n'ai pas d'avis (et je l'ai dit et écrit clairement), ce qui me semble important va clairement dans le sens de mon modèle. Je suis étonné du détail avec lequel on peut commenter la forme des doigts, alors que jamais, ni la position des membres, ni leur sens de flexion n'est discuté, ce qui semble, au moins de loin, plus important.

Pour résumer : La vraie, la seule question est : l'établissement des pattes avant et arrière est-elle la conséquence d'une interprétation par les cellules de la plaque latérale d'un niveau-seuil d'un certain morphogène le long d'un gradient antero-posterieur (hypothèse d'information de position représentée par un gradient) ou bien la conséquence d'une brisure de symétrie unique provoquant un éclatement en quatre zones à recirculations en miroir autour du nombril, ces recirculations provoquant des gradients de pression qui "lancent" les membres. Ce point est le seul qui vaille d'être discuté à ce stade de précision des données, et tout démontre que la seconde assertion est la bonne : les 4 pattes s'établissent ensemble, de par la formation d'un écoulement hyperbolique autour du nombril. L'enroulement hyperbolique ci dessous :

Provoque la formation d'un pattern de champ de vecteur du style (voir équations dans mes papiers):

Ce pattern de vecteurs induit un repliement sur les côtés du corps de 4 bosses

Lesquelles se prolongent en membres, sous réserve que les facteurs de croissance maintiennent la poussée des tissus.

Un tétrapode ne peut donc avoir que 0, 2 ou 4 pattes, les 2 du "haut"et les 2 du "bas" ayant partiellement une symétrie miroir (car l'écoulement est à symétrie miroir, mais pas la blastula, l'écoulement n'ayant pas lieu au centre, mais vers le bas de la blastula). Ce sont les coudes et les genoux qui ont la symétrie miroir, puisque leur chiralité est due à l'enroulement. Les bras remontent après les coudes, les jambes descendent après le genou.

NOTA: Un article cité complètement à tort dans ce contexte donne un autre exemple d' "aile devenant patte" à l'extrémité (vers le "pied"), mais dont le coude est inchangé

Regardez bien cette figure. L'auteur nous annonce que la jambe et l'aile transfectée fléchissent dans le même sens. Ce n'est PAS VRAI. L'erreur de lecture est que l'auteur parle de la région des "chevilles", et pas du coude, qui fléchit toujours pareil dans l'aile transfectée que dans l'aile normale (wild type).

Notons pour finir que ce n'est pas parcequ'un chercheur est capable de forcer la croissance des pattes sur les flancs, que cela démontre que la nature ens erait capable et que d'autres plans sont possibles, tels que hexapodes ou octopodes vertébrés ("y'a" qu'à exprimer Tbx5 à d'autres endroits). Ceci est une véritanle erreur de logique : la nature ne met pas les points de départ des membres par brute force, mais en raison des événements qui précèdent. Par conséquent, il n'est pas du tout démontré, en forçant la croissance d'un membre, mettons, sur la tête, que la nature, seule, en serait capable. L'écoulement hyperbolique montre que non. La biologie du développement est truffée de contre-sens de ce genre.

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FAQ25 bis On a observé une recrudescence de grenouilles ayant plein de pattes, ce serait dû à la pollution. Cela ne contredit-il pas votre modèle?

réponse: Je ne crois pas. D'après ce que je sais, ce sont des grenouilles dont le système immunitaire est diminué (peut-être par la pollution, ou par le réchauffement climatique). Elles sont alors infectées par une bactérie, et les pattes surnuméraires sortent en face de kystes de bactéries en grands nombre. Par conséquent, ces pattes ne sont pas "naturelles", elles correspondent presque exactement à des expériences avec des "billes" imbibées de facteurs de croissance.

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FAQ26 Un échange de mails avec Cliff Tabin:

MESSAGE DE VF A CLIFF TABIN: Dear Prof Tabin

please find in attachment a figure of a paper from you and Logan, in Science, about transfected wings expressing pitx1, which “look like” legs, in this article you state that “the normal flexure of the wing has changed (with respect to the wild type) ” You mean, the flexure of the wrist, don’t you? the flexure of the elbow is unchanged, is that right? I ask you this, because I have a biomechanical model of development that shows that legs and “arms” have to flex in opposite direction, whatever the genes they express, by laws of biomechanics, and some biologists tell me “oh it is well known that you can change the flexion of limbs by expressing different genes”, this is based on your article in Science, and I think this statement is wrong.

Best regards

Vincent Fleury

REPONSE DE CLIFF TABIN

Dear Vincent,

On the one hand, your observations on our paper are correct, the reversed flexure upon Pitx misexpression is limited to the wrist. (similar results have been obtained in the mouse–see Dev Biol. 2006 Nov 1;299(1):22-34. Pitx1 determines the morphology of muscle, tendon, and bones of the hindlimb. DeLaurier A, Schweitzer R, Logan M.)

However, I do not understand how a biomechanical model can possibly force the flexure of the limbs in particular directions.

There are many classical experiments in chick that would seem to argue against this.

For example, if one simply rotates the early limb bud 180 degrees, the limb bud that grows out has all flexures reversed, as its dorsal/ventral and anterior/posterior axes are both reversed.

The DV axis is controlled by the ectoderm, and thus dissociating the ectoderm hull, and rotating it 180 degrees and then putting it back on the mesenchyme reverses the dorsal/ventral axis while the anterior/posterior axis is unaffected.

This actually only affects the distal limb , but the wrist and digits reverse their flexure along with their dorsal/ventral polarity.

Finally, fgf activity in the flank is sufficient to induce an ectopic limb.

If one places a an Fgf bead into the flank closer to the wing than the leg field, an ectopic wing results.

It has reversed anterior/posterior polarity

(because the source of Sonic hedgehog is at the anterior side of the ectopic limb,

while at the posterior side of the endogenous wing). The flexure of every joint from the shoulder on down is reversed.

One can also do the bead implantation in conjunction with surgical removal of the endogenous limb field.

If one does this, there are only two limbs on the experimental side, a wing and a leg, with identical flexure at each limb segment.

I hope this helps.

Cliff REPONSE DE VF a CLIFF TABIN

Dear Cliff,

this is the sweetest reply of all. All your replies fit perfectly into the biomechanical model. thank you so much, it truly confirms that there exists a hyperbolic flow of cells towards the presumptive navel.

Let me explain : at early stages, the blastula of the chick is a flat disk;

during convergent extension, the flow of cells has the shape of two jets of cells colliding head on in the area of the presumptive navel

due to conservation laws of physics, these two jets split into four vortices which wind away fom a neutral point of stretch (stagnation point) which is evetually the navel each of these windings has a flow pattern which is a rotational engulfment, akin to “a tornado”. These are the LATERAL PLATES

As you know rotating streams have a singularity of pressure in the center (think of tornadoes, which have a low pressure in the center) as a consequence, each winding bumps out and “feels” like getting more outwards these are the LIMB BUDS

but, as a consequence of the flow map, the areas of the flows have mirror symmetry around the navel whatever the genes expressed in these areas, the boundary condition created by the rotation has mirror symmetry, and the true limbs will form with approximately a mirror symmetry, the arm flexing towards the head after the elbow, and the leg flexing towards the tail after the knee

during development, there exists a twist of the cell lines in the upper limb buds and in the hindlimb buds which has mirror symmetry such that, during further development the limbs extend out like “a garden chair” which you open.

With my best regards vincent

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FAQ27 Tom (New York):Est-ce qu'il existe des visualisations par fluorescence des mouvements que vous invoquez?

Réponse : oui. Des visualisations anciennes, parfois très anciennes, existent à base d'encre injectée dans le blastocoel du poulet. Des travaux plus récents ont permis de suivre des cellules de la blastula de poulet par fluorescence, effectivement. En particulier, il existe de prodigieuses images obtenues dans le groupe de C. Weijer, qui sont postérieures à mon modèle... et qui sont tout à fait conformes à ce que je calcule. En effet : comme je le décris dans mes articles, en toute rigueur, les tourbillons produits par le croissant de Rauber doivent avoir une forme comme :

(extraite -figure 10- de mon article "la mathématisation complète d'un vertébré s'avère possible", in Revue des questions scientifiques, Namur, 2006. Un paramètre du modèle fixé par la brisure de symétrie initiale est la position du centre de l'écoulement, situé dans le monde réel assez bas vers le bord de la blastula).

Cependant, pour faire un calcul analytique, j'ai proposé de considérer le croissant de Rauber comme plat, ce qui permet de produire des champs de vecteurs analytiques de la forme :

comme décrit dans mes articles ( notamment)

. Notez bien qu'il n'est pas nécessaire, comme vu ici, qu'un vortex entier soit présent à chaque instant dans chaque cadran, le problème étant à frontière libre.

Insistons pour dire que les tourbillons sont intersectés par le bord de la blastula, ce qui ne laisse qu'une partie des tourbillons inférieurs dans la blastula, d'où l'écoulement ci-dessus. Tout ceci est expliqué dans l'article ci-dessus.

Les écoulements trouvés par Dorman, Chuai, Weijer et al. sont de la forme :

(Cell movement during primitive streak formation (Dev. Biol. vol. 296.1, 2006, 137-149). Regarder 4F. Il faut lire l'écoulement de la façon suivante :

Attention à ceux qui regarderaient le film associé à ces images sur le site de la revue (Dev. Biol) : il est à l'envers! Le mouvement bizarre à la fin, qui démolit la blastula, est un artefact de transfection, qui ne concerne pas mon modèle (voir l'article).

On voit très bien les tourbillons principaux, le point hyperbolique, et la recirculation vers l'arrière, très importante, puisque c'est grâce à elle qu'on a des jambes et un bassin (et certains animaux une queue).

Ces écoulements déforment la blastula pour lui donner sa forme de poire, puis les 4 membres apparaissent par gaufrage des côtés qui s'engouffrent vers l'axe médian. (Voir les animations à la rubrique ANIMATIONS DE "De l'oeuf à l'éternité"

NNB:"The primitive streak initiated normally in almost all cases (9/10) and the initial vortices of cell movement in the epiblast were normal (Figs. 4C, F)".

Enfin il existe un article du même groupe dédié entièrement à l'imagerie du champ de vecteur normal, qui montre très bien le point hyperbolique, la recirculation vers l'arrière etc. Analysis of tissue flow patterns during primitive streak formation in the chick embryo by Cheng Cui, Xuesong Yang, Manli Chuai, James A. Glazier and Cornelis J. Weijer, Developmental Biology Volume 284, Issue 1, 1 August 2005, Pages 37-47. Voir ci-dessus FAQ 14. Je dois cependant dire, en toute honnêté, qu'aussi spectaculaires que soit ces visualisations, elles ne font qu'améliorer des visualisations antérieures, faites avec moins de moyens par d'autres chercheurs (ex. Callebaut et al. que je cite souvent dans mes articles, Claudio Stern aussi etc.). Moi-même je ne cite pas les papiers de l'équipe de Weijer, pour la raison simple que je ne pouvais pas, au moment de la soumission de mes articles, citer des papiers du futur.

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FAQ28 Lorsqu'on regarde des fossiles, on constate que lorsque les conditions de l'environnement changent, certains traits ayant évolué dans un sens, se mettent à changer à l'envers pour revenir à une adaptation aux conditions rencontrées précédemment. N'est-ce pas la preuve que l'évolution est contingente et que votre modèle est faux?

Réponse: Pas du tout, au contraire. Dans mon modèle, les formes sont commandées par les champs physiques, qui dépendent de certains paramètres. Ces paramètres vont fonctionner comme de véritables curseurs, positionnant les dimensions exactes des parties. C'est pourquoi une évolution est possible, dans un sens, puis dans l'autre, ce que Darwin avait bien vu, sans en fournir d'explication.

Lorsque je dis que l'évolution ne fait que révéler des formes latentes, je fais hurler certains biologistes, cependant, le fait que l'évolution en quelque sorte "recule", lorsque certaines conditions changent est bien la preuve que l'évolution va vers des formes latentes, puisque, en l'espèce, la forme vers laquelle va l'évolution était une forme déjà connue. Elle était donc bien latente, puisqu'on l'avait déjà rencontrée.

On pourrait penser que mon modèle n'apporte rien à la question de l'évolution, puisque je ne suis pas capable de produire la valeur des paramètres, mais seulement la loi générale. Cependant, l'existence même de cette loi générale a des conséquences profondes. En effet, les traits concernés par cette loi générale dépendent du produit de plusieurs facteurs, et sont donc susceptibles de changer, de façon quasiment unidimensionnelle, mais sous l'effet de nombreux gènes. Ainsi, c'est justement parce que la forme n'est pas réellement contrôlée par un gène particulier, mais par une fonction adimensionnée dont les valeurs réelles sont renvoyées aux préfacteurs, que l'évolution-curseur fonctionne. Prenons un exemple simple : il existe 26 espèces de chats, toutes assez semblables. Cependant, en fonction des conditions environnementales, les espèces de chats ont des oreilles plus ou moins longues. Est-il possible que toutes les espèces aux longues oreilles aient développé indépendamment un gène de la longue oreille, ou bien aient conservé, ensembles, un tel gène. C'est très peu probable, car ces animaux sont d'évolution récente (~100 000 ans). Mon modèle fournit l'explication suivante : un bord d'oreille est un pli, avec des cellules orientées perpendiculairement au bord du pli. Sous l'effet des contraintes, le bord d'oreille tend à croître, et l'oreille s'allonge plus ou moins, tout en restant oreille. Cet allongement est l'intégrale du champ de vecteur "taux de déformation" du film mince visqueux "oreille". Ce mouvement aura lieu plus dans un sens, ou plus dans l'autre, sous l'effet de beaucoup de gènes, mais l'oreille de chat ne peut que s'allonger, ou reculer, comme une antenne de radio. De nombreux gènes agissant sur la composition de la matière oreille sont suceptibles de changer le temps d'application de la poussée, la taille des cellules, l'épaisseur de l'oreille, sa viscosité, tout en causant le même résultat final, à savoir une longue oreille. C'est justement parce qu'il n'y a pas un gène de la longue oreille, que ce phénomène est possible (dans ce cas particulier, je ne dis pas que c'est prouvé). C'est également l'explication du long cou de la girafe, qui fait plusieurs mètres. Les girafes ont 7 vertèbres dans le cou, comme beaucoup d'animaux plus petits (humains...). Cependant, ces vertèbres font 90 cms. Le motif "cou" étant fixé par le repliement de l'épiblaste, et les cellules du cou étant alignées dans le cou, le champ de vecteur est en gros un champ d'alignement dans le sens du "cylindre cou". Le mouvement ne peut faire qu'un cou plus long, ou plus court, mais rien d'autre. (Sauf, à noter que le cou étant obtenu par le repliement de deux plis de chaque côté du futur axe du corps, la poursuite des plis correspond à la sortie de plaques ou de plis sur la nuque=> les plaques des stégosaures sont l'équivalent de nos oreilles, sur le dos. Si ça se trouve, les stégosaures entendaient par les plaques dorsales, mais ça n'a rien à voir) ******************************************************************************************************************************

La citation de la page : "La haine équivaut à un reproche que l'on n'ose se faire à soi, à une intolérance à l'égard de notre idéal incarné dans autrui", Emil Cioran