Physique de l’invagination ventrale lors de la gastrulation de l’embryon de Drosophila Melanogaster

Philippe-Alexandre Pouille

Abstract

La physique, qui fut la science de la nature, a restreint pendant l’époque moderne son domaine d’étude aux phénomènes pouvant être formalisés dans le langage des Mathématiques. La Biologie comme science distincte apparut, en affirmant d’abord l’irréductibilité de son objet, le vivant, aux lois de la Physique. Mais après la démonstration expérimentale de l’absence de génération spontanée par Pasteur, le dernier argument pour un principe vitaliste fut battu en brèche par la découverte de la molécule porteuse de l’information génétique et expliquant le mécanisme de la transmission héréditaire. La Biologie poursuit depuis son entreprise réductionniste, fouillant toujours plus le détail des processus biochimiques et biophysiques, en un retour ironique au principe cartésien qu’elle avait d’abord rejeté.

Et pourtant, en observant le développement d’un embryon, comme celui de Drosophila Melanogaster qui sera l’objet d’étude de cette thèse, peut-on échapper à l’évidence sensible d’un sujet engendré qui, de lui-même, prend forme, celle d’une mouche à vinaigre ? Certains répondront que le code génétique est l’unique cause et que les principes sont physico-chimiques, que l’être de cette mouche est son génome qui la définit substantiellement. Je ne démontrerai pas le contraire, mais suggèrerai l’insuffisance méthodologique de ce paradigme.

Pour ce faire, je débuterai en appliquant le principe réductionniste sous l’angle de la biomécanique. Je décrirai un processus fondamental et quasi universel de l’embryogenèse, la gastrulation, d’un point de vue purement physique. Je dégagerai de l’analyse une structure élémentaire à laquelle s’applique des contraintes mécaniques, et en proposerai un modèle mathématique simple. Puis, restreignant l’étude à un seul aspect de la gastrulation, je construirai une modélisation biomécanique de l’embryon. Sa simulation numérique révèlera qu’un unique processus actif d’origine biochimique suffit à reproduire en détail le phénotype réel observé, tant que la structure spatiale de l’embryon est prise en compte.

Ce n’est qu’alors que je m’intéresserai aux expressions génétiques et aux voies de signalisation biochimiques décrites dans la littérature, qui contrôlent l’invagination ventrale lors de la gastrulation de l’embryon de Drosophile, pour dévoiler dans ce modèle explicatif une contradiction interne. Je proposerai une boucle de rétroaction positive de l’état mécanique du système sur le contrôle biochimique qui lève la contradiction et décrirai les expériences menées pour mettre à l’épreuve sa validité. J’implémenterai pour finir ce nouveau module de contrôle dans une simulation systémique de l’invagination ventrale, avant de conclure.

Details

Publication typePhdThesis
InstitutionUniversité Paris VII - Denis Diderot
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