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Science décalée : faire évoluer des mouches pour qu'elles sachent compter

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En partant de mouches dénuées du sens du calcul, des scientifiques sont parvenus à faire évoluer ces drosophiles pendant quarante générations jusqu'à ce qu'elles démontrent qu'elles savaient compter. Ils espèrent ainsi remonter aux origines du sens des mathématiques. L'étude, qui n'a pas été publiée, a de quoi surprendre car certains détails restent (encore) inexpliqués. Une affaire à suivre...

La drosophile est un modèle idéal pour les biologistes de l'évolution et les généticiens, car elle se reproduit vite et permet aux scientifiques de réaliser des expériences sur plusieurs générations. Comme leur donner le goût pour les mathématiques... © André Karwath, Wikipédia, cc by sa 2.5

Les mathématiques, fléau des uns, passion des autres, n'ont pas encore livré tous leurs mystères. Ce sens des nombres se retrouve dans toutes les populations humaines mais s'exprime pourtant différemment. Il n'est en tout cas pas l'apanage de l'Homme, puisque d'autres espèces animales ont fait montre de leurs talents de compteurs. Jusqu'aux mouches drosophiles qui, aidées par des scientifiques, ont évolué jusqu'à maîtriser les rudiments de l'arithmétique...

Le contexte : de l’origine des mathématiques

D'où vient notre sens des mathématiques ? Le mystère reste entier, mais des traces datant de 20.000 ans avant notre ère laissent penser que des populations africaines d'Homo sapiens représentaient déjà les nombres et peut-être aussi des opérations, sur des os. Depuis, on sait que le sens des nombres est réparti dans toutes les populations humaines, même si certains travaux sous-entendent que les mathématiques ne sont pas forcément universelles. Par exemple, les membres de l'ethnie des Pirahãs en Amazonie (et peut-être d'autres) ne savent même pas compter jusqu’à trois.

Tout comme le rire, l'arithmétique n'est pas le propre de l'Homme. Différentes espèces animales ont passé avec succès divers tests, démontrant leurs sens des nombres et du calcul. Ainsi, chimpanzés, macaques, lémuriens font preuve de leurs acuités mathématiques, mais des animaux plus surprenants allongent la liste des espèces capables de compter. Pigeons, poussins ou encore salamandres suggèrent que la notion de nombres remonte à très loin dans l'évolution.

Une drosophile, deux drosophiles. Les mouches n'ont pas le sens des nombres à priori, mais elles peuvent l'acquérir en quarante générations, grâce à l'évolution. © servitude, Flickr, cc by nc 2.0

D'où vient cette faculté ? Si ce caractère s'est transmis de génération en génération depuis des centaines de millions d'années, il doit avoir une composante génétique. Encore faut-il mettre au jour ces gènes qui nous permettent de compter.

C'est dans ce but que des scientifiques de la Wilfrid Laurier University ont entrepris de faire évoluer des mouches drosophiles jusqu'à ce qu'elles discriminent des nombres. L'article scientifique n'est pas encore publié mais l'annonce a été faite durant le premier Congrès conjoint en biologie de l’évolution, qui se tenait à Ottawa (Canada) du 6 au 10 juillet dernier. Voici ce qu'ils en ont expliqué.

L’étude : des mouches évoluées qui savent compter jusqu’à quatre

Cette expérience commence avec des mouches drosophiles, petits insectes très étudiés depuis un siècle par les généticiens. Une première génération de ces animaux est placée dans une boîte et commence une séance d'entraînement de 20 mn, qui consiste à diffuser deux, trois ou quatre flashs lumineux. Lorsque deux ou quatre éclairs étaient présentés, les chercheurs secouaient la boîte, chose désagréable pour la mouche qui préfère s'envoler plutôt que de rester sur les parois. Dès que trois flashs étaient émis, aucune secousse n'était ressentie.

Quelques instants plus tard, on réitérait l'expérience, de manière à les conditionner comme les chiens de Pavlov. Les mouches se faisaient toujours piéger et ne réagissaient jamais, peu importe le nombre d'éclairs lumineux.

Ivan Pavlov est le père, malgré lui, du réflexe conditionné (ou conditionnel). Alors que le biochimiste russe travaille sur la salive des chiens, il comprend qu'à force d'associer le son d'une cloche à la nourriture, les canidés se mettent à saliver rien qu'en entendant son bruit... © Seven Portraits, Fotopédia, cc by nc 3.0

Ces échecs démontrent que les insectes ne possèdent pas, de manière innée, le sens des nombres. Pour qu'un conditionnement soit efficace, l'animal doit être capable de percevoir et de distinguer nettement un stimulus. Forcez un être humain à sauter à pieds joints chaque fois qu'il entend un ultrason et il sera toujours à contretemps, tout simplement parce qu'il ne discerne pas les sons émis à trop haute fréquence. Ainsi, la mouche de la génération 1 ne différencie pas les nombres.

Il en a été de même pour ses enfants et leurs descendants... Jusqu'à la quarantième génération ! Dès lors, des drosophiles ont commencé à comprendre l'objectif de la manœuvre et s'envolaient après avoir vu deux ou quatre flashs lumineux pour éviter la désagréable sensation d'un tremblement de boîte, tandis qu'elles ne s'inquiétaient pas à la diffusion de trois éclairs. Ces mouches distinguaient les chiffres 2, 3 et 4. Une première !

L’œil extérieur : la génétique de la dyscalculie

Reste désormais une étape cruciale à réaliser : comparer le génome de ces drosophiles avec celui de mouches naïves, incapables de compter, afin de déterminer la ou les mutations qui ont conféré à ces insectes mathématiciens leurs facultés intellectuelles. L'expérience suivante consistera également à établir les changements dans l'architecture du cerveau de ces mouches du fruit.

À partir de ces données extraites de l'ADN, les chercheurs espèrent remonter un peu plus loin dans les mutations génétiques à l'origine de notre capacité pour les mathématiques. Ces découvertes pourraient également, à terme, donner des indices sur les gènes défaillants chez les personnes atteintes de dyscalculie, un trouble spécifique du développement causant des difficultés fortes dans l'apprentissage des nombres et des opérations. Cette pathologie, dont on ignore précisément les causes, ne serait pas rare puisqu'elle toucherait pas loin de 5 % de la population.

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