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Johann Gregor Mendel, la foi en la science

En 1842, Gregor Mendel se fait moine par nécessité, pour se consacrer à l'étude des sciences naturelles. En 1865, il découvre les lois de l'hérédité et s'inscrit ainsi comme le père de la génétique moderne. Le Génopole d'Evry lui doit beaucoup.

Gregor MendelPortrait en médaillon du père de la génétique Gregor Mendel.
© The History of Biology de Erik Nordenskiöld, Ed. Knopf, 1928

Les mystères de l'hérédité se sont longtemps résumé à un dicton laconique : le récurrent “tel père, tel fils” qu'a dû s'entendre dire Gregor Mendel lorsqu'il cultivait ses pois, en référence à son père paysan. La comparaison s'arrête là. Car si ce moine de Moravie (actuelle République Tchèque) repiquait inlassablement ses plants, son dessein était justement de percer les secrets de la transmission des caractères parentaux dans la Nature. Religieux et féru de botanique, Gregor Mendel devait, dès la fin du XIXème siècle, écrire le premier chapitre de la génétique moderne.
Issu d'une famille pauvre, Mendel naquit en 1822. Il montre très vite un goût certain pour les sciences et est envoyé, au Gymnasium d'Opavia, reconnu pour l'enseignement des sciences naturelles. Dès l'âge de seize ans, il doit trouver seul l'argent nécessaire à la poursuite de ses études. En 1842, un de ses professeurs, le fait accepter au monastère de Brno.

Le moine Gregor Mendel peut désormais consacrer tout son temps libre à l'étude des sciences naturelles. Après avoir enseigné les mathématiques au Gymnasium, il part suivre des cours de physique et de botanique qui vont profondément l'influencer. De 1854 à 1863, Mendel s'adonne à ses fameuses expériences sur des pois comestibles. Il aurait utilisé près de 28 000 plants, un échantillon colossal qui révèle son œuvre de pionnier dans l'application de méthodes statistiques en biologie. En croisant deux variétés de pois, l'une à graine lisse et l'autre à graine ridée, il obtient une génération F1 essentiellement représentée par des pois à graine lisse. À la saison suivante, il croise les F1 entre eux et obtient une nouvelle génération F2 donnant 5.474 graines lisses et 1 850 graines ridées. Ce rapport de 3 contre 1, Mendel le retrouve en renouvelant l'expérience avec six autres caractères. Mendel conclut que le caractère ridé était demeuré présent dans la génération F1 sous une forme latente. Comme le caractère lisse avait pris le pas sur le caractère ridé, il qualifia le premier de dominant et le deuxième de récessif. Mendel venait de découvrir deux allèles du même gène. Il démontrait de manière indirecte que l'ovule était fécondé par un seul grain de pollen et que l'œuf reçoit donc de chaque parent un élément porteur d'un caractère.

Présentés en 1865 à la Société d'histoire naturelle de Brno, les résultats de Mendel ne connaîtront aucun retentissement avant la parution de travaux similaires en 1900. Cette année-là, Hugo de Vries énonce une loi de ségrégation des caractères transmis dont il attribue la découverte à Mendel. Si Mendel souffrit du manque de reconnaissance, sa conviction en ses travaux peut s'illustrer par les paroles qu'il tint peu avant sa mort, en 1884 : “ Mon travail scientifique m'a apporté de grandes satisfactions, et je suis convaincu qu'il ne tardera pas à être reconnu partout dans le monde ”. Effectivement, et les chercheurs du Génopole d'Evry –pour ne citer qu'eux- font partie des successeurs de Mendel.

01.Vie religieuse et apprentissage des sciences

Gregor MendelGregor Mendel, père de la génétique.
© The National Library of Medicine
Rien ne prédisposait le jeune Johann (il ne prit le nom de Gregor qu'à partir de 1843) à la vie religieuse ou à l'apprentissage des sciences. Son père était un paysan sans terre encore soumis au joug féodal, du village de Hyncice dans l'actuelle République Tchèque. Issue d'une famille de jardiniers, Rosine Mendel transmit peut-être ce savoir empirique à son fils, qu'elle mit au monde le 22 juillet 1822. Tôt dans sa scolarité, Mendel allait recevoir le premier coup de pouce du destin. Le curé du village, J. Schreiber, remarqua les dons du jeune homme pour les sciences. Il suggéra aux parents de l'envoyer dans une congrégation de prêtres enseignants, les Piaristes, afin de tester ses aptitudes. Après confirmation de ses capacités intellectuelles, il fut inscrit au Gymnasium d'Opava. Ce fut une période très riche pour Mendel mais malheureusement très précaire. Ses parents peinaient à financer la poursuite de ses études. Du haut de ses seize ans, Mendel dut subvenir seul à ses besoins pour s'inscrire, en 1840, à l'Institut de Philosophie d'Olomouc. Mendel relatera plus tard, à la troisième personne, cette traversée du désert : “A cette époque-là, la détresse qu'entraînèrent ces espoirs déçus et la morne et angoissante perspective que lui laissait présager l'avenir l'affectèrent si profondément qu'il en tomba malade et fut contraint de passer une année chez ses parents afin de recouvrer la santé”. Consciente de son désarroi, sa jeune sœur sacrifia une partie de sa dot pour assurer l'avenir de Johann.
Parvenu à la fin de ces deux années d'études, Mendel eut le sentiment “qu'il serait incapable de fournir à nouveau un tel effort”.

02.Une solide formation

Ville de BrnoC’est à Brno, en Moravie (actuelle République tchèque) que Johann Grégor Mendel devient moine et se consacre alors à la science.
© Office national tchèque du tourisme
Un de ses professeurs usa alors de ses relations pour introduire Mendel auprès de l'Abbé Napp et le faire accepter au monastère de Brno. Celui qui s'appellerait désormais Frère Gregor avait 21 ans et devait prendre une décision engageant tout son destin. “Il se sentit contraint de choisir une place dans la société qui lui épargnât les rudesses de la lutte pour la vie” et accepta, en septembre 1843, d'intégrer la paroisse. Pour Mendel, c'était l'unique chance de réaliser ses ambitions intellectuelles. Et son intuition ne devait pas le trahir. Gregor y trouva en effet un milieu éveillant à la fois l'intérêt scientifique et le goût des arts. Gregor Mendel commença à consacrer tout son temps libre à l'étude des sciences naturelles.

A partir de 1849, il partit enseigner les mathématiques et les humanités au Gymnasium. Un nouveau décret parut alors, stipulant que tout professeur était appelé à obtenir son grade à l'Université. Mendel tenta sa chance, mais échoua à l'examen de zoologie. Le supérieur du monastère, l'Abbé Napp intervint alors auprès de l'évêché et demanda l'autorisation d'envoyer Mendel étudier la physique à l'université de Vienne. En octobre 1851, il débuta les cours du célèbre physicien Christian Doppler (qui donna son nom à l'effet Doppler). C'est durant cette période, de 1851 à 1853, que Gregor Mendel acquit de rigoureuses compétences méthodologiques. Les notions de physique l'influencèrent certainement dans sa conception de l'univers. En effet, à cette époque du règne de la physique, on adhérait au fait que la nature était régie par un petit nombre de lois fondées sur l'intervention de très petites particules dont la matière était constituée. Les cours de physiologie végétale de Franz Unger allaient aussi fortement déteindre sur Mendel. La théorie cellulaire de la vie infiltrait les esprits dont celui du professeur Unger qui écrivit en 1851 : “ c'est dans la cellule qu'il faut chercher la concentration de tous les principes essentiels de la plante ”. La controverse sur la fécondation battait également son plein. Unger était convaincu que les deux parents participent à la formation de l'embryon, une vision que partageait l'élève Mendel. Ce foisonnement d'idées neuves a sans aucun doute stimulé la réflexion de Mendel qui pressentait alors que les recherches dans le domaine de l'hybridation étaient la clé du problème de l'origine des variétés et des espèces.

03.Un échantillon colossal !

Après avoir décri minutieusement ses expériences en termes mathématiques, Gregor Mendel débuta ses expérimentations sur les pois dès 1854. D'autres avant lui avaient réalisé des travaux sur la fécondation artificielle des végétaux. Jusque-là, ses prédécesseurs s'étaient contentés d'étudier l'aspect global des parents et de leur progéniture sans entrer dans les détails. Mendel parvint à simplifier le problème en étudiant le devenir de caractères pris individuellement.

Pendant deux années consécutives, il analysa trente quatre variétés de pois comestibles présentant sept caractères. Ces caractères étaient les suivants : forme de la graine (lisse ou ridée), couleur de la graine (jaune ou verte), couleur de l'enveloppe des graines (blanc ou gris-brun), forme de la gousse mûre (lisse ou crêtée), couleur de la gousse jeune (vert ou jaune), position des fleurs (axillaire ou terminale) et longueur de la tige. Pollen de tournesolLe pollen est la substance fécondante de la fleur qui se trouve sur les étamines. Il est constitué de plusieurs cellules destinées à intervenir dans la fécondation des organes femelles. Un pollen est caractéristique de l'espèce végétale qui l'a produit.
© Didier Cot/CNRS Photothèque
L'échelle sur laquelle Mendel a réalisé ses essais reflète son souci de rigueur : de 1854 à 1863, il aurait utilisé 28 000 plantes dont 12 800 furent l'objet d'un examen minutieux. Il allait faire œuvre de pionnier en appliquant des méthodes statistiques à la recherche biologique. On peut illustrer son travail en analysant ses résultats sur deux variétés de pois, l'une à graine lisse et l'autre à graine ridée. Les rejetons issus de ce croisement (appelés génération F1) présentaient tous des graines lisse. Autrement dit, le parent aux graines lisses avait transmis cette caractéristique. À la saison suivante, Mendel sema les graines hybrides F1 et, par auto-fécondation, il obtint une nouvelle génération de plantes (F2) qui donna 5 474 graines lisse et 1 850 graines ridées. Les mêmes proportions se retrouvèrent dans les six autres expériences, démontrant ainsi que la ségrégation des caractères se faisait selon le rapport 3/1. Fort de ces constatations, Mendel conclut que le caractère ridé était demeuré présent dans la génération F1, sous une forme non apparente. Comme le caractère lisse l'avait emporté sur le ridé, il qualifia le premier de dominant et l'autre de récessif. Telle était sa première découverte importante : les caractères des végétaux ne se mélangent pas dans les hybrides, ils sont transmis comme des quantités discrètes. Mendel osa une explication définitive : “Il y a dans la reproduction des phanérogames, fusion d'un couple ovule-pollen en une seule cellule qui, par assimilation et formation de nouvelles cellules, peut donner un organisme indépendant”. Il fournissait la preuve indirecte que c'est un seul grain de pollen qui féconde l'œuf, ce qui devait être observé au microscope vingt ans plus tard. Les communications de ces résultats, faites devant la Société d'histoire naturelle de Brno le 8 février 1865, furent bien accueillies. Néanmoins, aucun des participants ne mesura la portée de cette théorie, et personne ne se donna la peine de répéter ces expériences.

04.Reconnu 30 ans après sa mort

Hugo de VriesTrente ans après la mort de Mendel, le botaniste allemand Hugo de Vries (1848-1933) reprend les travaux de Mendel et contribue à sa reconnaissance.
© The National Library of Medicine
Dans une correspondance avec le botaniste Nagëli, Mendel écrivait qu'avoir réalisé ces expériences dans la solitude constituait un double danger pour l'expérimentateur et pour la cause qu'il représentait. Bien qu'il admirât le travail de Mendel, Nagëli ne répondit pas à cette requête chargée d'humilité. En 1868, Gregor Mendel fut élu à la tête de son couvent. Malgré ses appréhensions à propos de l'impact d'une telle nomination sur son activité scientifique, Mendel se réjouissait d'obtenir un revenu plus confortable. Cela lui permit de défrayer les études des trois fils de sa sœur Térésa. En 1872, on confia à Mendel la vice-présidence de la Société d'agriculture. Dès lors, il consacra une énergie considérable à obtenir et distribuer des subventions gouvernementales aux agriculteurs. Ses responsabilités ont sûrement précipité la mort de Mendel, survenue le 6 janvier 1884. Peu de temps avant sa mort, il eut ces paroles prémonitoires : “Mon travail scientifique m'a apporté de très grandes satisfactions, et je suis convaincu qu'il ne tardera pas à être reconnu partout dans le monde”.

Trente ans après les travaux de Mendel, Hugo de Vries développa la théorie “pangénétique”, affirmant que la transmission des caractères se faisait par l'intermédiaire d'unités appelées “pangènes”, localisées dans le noyau cellulaire. Pour appuyer sa théorie, il croisa des plantes présentant plusieurs paires de caractères différents. Entre les années 1892 et 1896, il constatait, comme Mendel, que la distribution des caractères se faisait selon un rapport 3/1. Sa publication parut en 1900 ; dans sa conclusion, il énonçait une loi de ségrégation dont il attribuait la découverte à Mendel. Les Lois de Mendel étaient nées et l'œuvre du moine morave était enfin reconnue dans toute la communauté scientifique.

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