En évolution, les mutations sont au hasard, ça veut dire quoi au hasard ?

Un des fondements de la théorie néo-darwinienne de l'évolution par sélection naturelle est que les mutations sont au hasard. L'adaptation des êtres vivants à leur organisme, les yeux qui voient et les enzymes qui digèrent et les ailes qui volent, sont permis par la sélection naturelle qui vient après les mutations.

Ce sont le hasard et la nécessité de Monod : le hasard des mutations, la nécessité de la sélection naturelle.

Que veut dire "les mutations sont au hasard" ?

L'ADN est constitué de 4 bases : A, G, T et A. Au hasard, ça pourrait vouloir dire 1 chance sur 3 d'obtenir chacune des 3 bases possibles lors d'une mutation (pas 1 sur 4 parce que muter de A vers A ce n'est pas muter). Mais si à partir de A on a 1 chance sur 2 de muter vers G et 1 sur 4 pour C et T, n'est-ce plus du hasard ? Si je tire 2 dés et que je fais la somme, je n'ai pas 1 chance sur 11 d'obtenir chacun des nombres possibles (1+1=2 à 6+6=12), mais 1 chance sur 6 d'obtenir 7 et seulement 1 sur 36 d'obtenir 2 ou 12. La somme de deux dés n'est-elle pas du hasard ? Si, elle l'est, simplement la distribution parmi laquelle le résultat est obtenu au hasard n'est pas uniforme (toutes les possibilités ne sont pas égales). De même, les 4 bases n'ont pas la même probabilité d'être obtenues par mutation. Par exemple A et G sont de même type chimique, ce sont des purines, et une mutation A vers G (et réciproquement) est donc plus fréquente qu'une mutation de A vers C ou T.

Un génome humain fait 3,2 milliard de bases. Au hasard, ça pourrait aussi vouloir dire que toutes ces bases ont la même chance de muter à chaque génération. Mais ce n'est à nouveau pas le cas. Par exemple si beaucoup de bases identiques se suivent il y a davantage de chances d'avoir une erreur de rajout ou de perte d'une des bases (AAAAAAA devient AAAAAA ou AAAAAAAA) que pour une séquence plus complexe. Ah oui parce que les mutations ce n'est pas que des remplacements d'une base par une autre, il peut aussi y avoir des gains ou pertes de bases, ou de blocs de millers de bases, des inversions de blocs de bases, etc. Et chacun de ces types de mutation a des probabilités de se produire spécifiques.

Donc, les mutations ne sont pas uniformes.

De plus, strictement parlant, rien n'est au hasard dès que l'on sort de la physique quantique. Le résultat d'un dé est déterminé par la vitesse et l'angle auquel on l'a lancé, sa forme exacte, la surface où il atterri, etc etc. Pourtant non seulement on accepte généralement le résultat d'un dé comme "au hasard", mais un grand nombre de lancés de dés va bien suivre les attentes probabilistes. Sans entrer dans le détail des raisonnements probabilistes ici (notons juste que l'on doit raisonner en probabilités en fonction de notre ignorance de la situation – par exemple des forces agissant sur le dé), une analogie pertinente à l'évolution est que la somme des forces agissant sur le dé, et amenant un résultats ou un autre, ne doit rien aux intentions du joueur qui voudrait obtenir le chiffre le plus élevé possible.

Alors, venons-en au fait. Que veut dire au hasard dans le cadre de la théorie de l'évolution ?

Et bien c'est très simple. Au hasard, ça veut dire que les mutations se produisent indépendamment de leurs effets sur les organismes. Quand un A mute vers un G, la probabilité de cette mutation est indépendante de l'effet de la mutation sur l'organisme. La mutation se produit plus ou moins probablement selon que ce sont toutes deux des purines ou pas, selon que c'est une zone de l'ADN plus ou moins complexe, etc. Elle ne se produit pas plus ou moins probablement selon que l'organisme a besoin de cette mutation ou pas à ce moment. La somme des forces chimiques et physiques agissant sur les mutations est indépendante de l'avantage ou du désavantage sélectif de la mutation.

En termes plus formels, de connaître l'un n'apprend rien sur l'autre : de savoir quelles mutations sont probables ne me dit pas lesquelles sont avantageuses, de savoir quelles mutations sont avantageuses ne me dit pas lesquelles sont probables. Corrélation nulle.

Pourquoi est-ce important ? On ne comprend pas l'évolution du vivant si on ne comprend pas ce rôle central du hasard, et donc en quoi il consiste. On n'a pas une mutation de régulation de lactase permettant de digérer le lait chez les adultes parce qu'on en a besoin quand on élève des vaches. Lorsque l'on élève des vaches, cette mutation devient avantageuses, mais elle se produisait avant l'élevage avec la même fréquence.