d'altitude sur une montagne Tahitienne, mais elle fait ma fierté et celle de mes enfants !

## Variation

La biologie semble truffée de « variations ». En particulier, les individus biologiques, à quelque échelle qu'on les définisse, sont tous des exceptions. Mais comme évoqué plus haut, la biologie évolutive a permis de théoriser cette variation, de distinguer, au moins conceptuellement, celle qui compte de celle qu'on peut négliger : la variation héritable d'une part, issue des mutations (que je préfère définir au sens large, sans préciser leur nature chimique) et d'autre part « le bruit », fruit de tous les accidents de la vie, venant perturber le « développement » ou ce qui en tient lieu chez les unicellulaires (qui font, ne l'oublions pas, l'écrasante majorité).

La génétique des populations se concentre évidemment sur les variations héritables, qui font le « polymorphisme », le matériau de la sélection et de la dérive. Mais cette évolution à petite échelle, si on lui en laisse le temps, peut évidemment donner lieu à de profondes divergences entre lignées. En ce sens, la *macro évolution* ne constitue que la conséquence à long terme de la *micro évolution*. Et la « biodiversité », qui tend à faire référence à la variation entre espèces, ou entre grands clades, ne serait qu'une manifestation à long terme du polymorphisme. Pour ces raisons, je ne suis pas très attaché à cette distinction entre *micro* et *macro*: **evolution**. Mais si je la mentionne, c'est justement pour, une fois encore, tâcher d'identifier un continuum là où j'avais coutume de voir des catégories. Dans la perspective d'une sélection multi-niveaux, la biodiversité d'une échelle peut devenir le polymorphisme d'une autre. Ainsi le caractère « sexué ou parthénogénétique », s'il est polymorphe à l'échelle populationnelle, ne le reste pas longtemps, puisque la parthénogénèse l'emporte rapidement. Mais à l'échelle du dessus, disons, celles des « espèces », la biodiversité que constitue cette variation entre les lignée sexuées et parthénogénétiques, est aussi un polymorphisme, qui donnera lieu aussi à des formes de dérive et de sélection, au gré des événements de spéciation et d'extinction, de grands succès démographiques et de catastrophes. Et c'est à cette échelle-là, ou plutôt à toutes ces échelles en même temps, que se joue *l'évolution* du caractère en question, toujours conçue comme « variation au cours du temps des fréquences d'un état de caractère héritable » ; des fréquences qui peuvent être définies à chacune des échelles, à chaque degré d'individualité, à chaque niveau de sélection.

## Vérité

J'ai grandi avec cette idée, transmise par mon entourage, par l'école, par cette culture « occidentale », héritière de Descartes, que la science donnait un accès direct à la vérité, que le monde était intelligible. J'ai appris que la Terre était ronde, que la gravité causait la chute des corps, et plus vaguement, que le temps était relatif à l'espace. J'ai appris aussi que deux et deux font quatre, ou qu'une année se décompose en 12 mois. Curieusement, j'ai appris tout cela
pôle-mêle. On ne m'a pas enseigné d'emblée les nuances, ou plutôt les grands fossés, séparant ces différents types de « vérités ». Certaines nous parlent du monde réel, d'autres semblent découler de principes logiques élémentaires, d'autres encore sont de simples conventions.

Plus récemment, j'ai été marqué par une série d'émissions radiophoniques, qui m'ont permis de préciser ces distinctions, et surtout en quoi les « sciences de la nature » et les théories dont elles accouchent portent moins bien que les autres ce titre de vérités. Ces émissions portaient sur les aventures extraordinaires qu'ont constitué les déchiffrements, dont certains très récents, de langues disparues, connues seulement par des tablettes d'argile, aux significations mystérieuses (Ameisen, 2016a). J'ai découvert que le déchiffrement des hiéroglyphes ressemblait à un jeu d'enfants à côté de certaines de ces histoires. J'ai été emporté par leur caractère particulièrement haletant. Et un jour j'ai compris pourquoi, j'ai compris le parfum particulier qu'avaient ces « histoires de sciences ». Ces tablettes portent un message. Elles ont un sens. Un homme, ou une femme, un jour, voulait signifier quelque chose, et l'a gravé dans l'argile. Il y avait là une vérité cachée, qui attendait d'être révélée, un message, un code à déchiffrer. À l'origine de ces tablettes se trouve une pensée, une intention, tout comme des intentions se trouvent à l'origine du calendrier grégorien, ou de l'arithmétique. Il en va tout autrement de la terre argileuse dont elles sont issues, ou plus généralement de tous les objets « naturels », dans le sens de « non manufacturés ». Car de deux choses l'une :

- Soit j'adhère à l'hypothèse d'un créateur intelligent à l'origine du monde, d'un grand ingénieur muni d'un plan, et je peux chercher ce plan, le vrai ; comme les naturalistes du 18ème siècle, dans leur quête de la classification naturelle, celle qui suivrait le « plan divin ».

- Soit je dois reconnaître qu'il n'y a pas de « grand plan », me faire une raison ; reconnaître qu'il n'y a pas de code à déchiffrer ; que les lois de la relativité générale ne sont écrites sur aucune tablette d'argile ; qu'aucune « loi » n'existait avant d'être imaginée, puis envisagée plus tard comme explication plausible de certains observables, et enfin acceptée du plus grand nombre comme modèle dominant, que certains nomment « la vérité ».

Je repense souvent à la grand-mère d'une amie qui lui disait : « de mon temps, les virus, ça n'existait pas ». Mais ils sont peu nombreux à pouvoir encore témoigner de ce temps-là, et bientôt seuls les historiens des sciences se rappelleront qu'à une époque « les virus n'existaient pas ». Il ne s'agit évidemment pas de mettre en doute la réalité, sans doute très ancienne, des entités décrites aujourd'hui sous ce terme, ni de nier que leur description constitue une découverte, mais de reconnaître que cette catégorie-là, cette théorie, « les virus » en tant que concept, constitue bien une invention récente. Et d'autres théories, plus opérationnelles, plus précises, succèderont vraisemblablement un jour à celle-ci, sans nécessairement la balayer, tout comme la physique moderne n'a pas balayé la physique newtonienne.

Pour préciser mon propos, j'en appelle une fois encore à la science-fiction. Dans le film « Matrix », le personnage de Neo, sous les traits de Keanu Reeves, découvre que le monde dans lequel il pense vivre est un simulacre, que les humains sont asservis par des machines qui contrôlent leurs pensées, leur existence virtuelle. Dans la réalité, ils vivent dans des incubateurs.
Ce scenario nous offre une occasion de préciser une distinction radicale entre la réalité d'une part et le « simulacre » d'autre part : la matrice peut, au moins en principe, être décodée, mais pas le monde réel. Neo peut vraiment traduire la simulation en un « langage machine » fait de 1 et de 0. Mais il ne lui viendrait pas à l'idée de chercher à cracker le code du monde réel. À moins bien sûr, de penser que cet étage, là aussi, est le fruit d'une Matrice, que la « réalité » est, elle aussi, le fruit d'un créateur. Mais un tel retour à la case départ ne ferait que reculer le problème, qui deviendrait celui de « l'origine du créateur », etc... Il me semble que cette culture cartésienne a fait de nous, et surtout des scientifiques, des Neo naïfs : des Neo qui, sortis de La Matrice, prétendraient à nouveau chercher et découvrir la vérité sur le monde ; n'ayons pas peur des mots : des positivistes.

Pourquoi une telle confusion entretenue entre science et vérité ? Peut-être en raison d'une filiation directe entre la science telle que nous la pratiquons et cette croyance fondatrice en un monde créé par un être pensant. Revenons sur cet exemple de la « classification naturelle ». Il me semble qu'on attribue à Jussieu cette manière, toute nouvelle à cette époque, de classer les êtres vivants (de Jussieu, 1789) : plutôt que de penser des catégories à priori et d'y ranger les espèces, Jussieu propose de procéder dans l'autre sens ; de partir des caractères pour regrouper en de petits ensembles les espèces les plus ressemblantes, puis de regrouper ces ensembles en d'autres, plus grands, et ainsi de suite. Ce système est adopté comme particulièrement opérant puisqu'il révèle des régularités : de nombreux caractères coïncident ; ils ne sont pas distribués au hasard. Un peu plus tard, la théorie de l'évolution se fondera notamment sur cette observation, et en proposera une explication très convaincante : la diversification à partir d'une origine commune. C'est d'ailleurs, à peu de choses près, ce même principe qui sous-tend les algorithmes actuels de reconstruction phylogénétique. En d'autres termes, il se trouve qu'en classant le monde vivant de cette manière, qui semblait plus pertinente qu'une autre, en cherchant, sous l'hypothèse d'un plan divin, une logique dans la nature, les naturalistes fondateurs en ont bien trouvé une, justifiée à posteriori par la théorie de l'évolution. Notons bien que pour chercher une telle logique, il a d'abord fallu y croire. Et dans un injuste retour des choses, cette approche-là de la nature, ce pari sur son intelligibilité, a finalement accouché de théories qui nous permettent de concevoir un monde dénué de créateur. « It's like confessing a murder », écrit Darwin à son ami botaniste Joseph Hooker. Il parle de cette découverte de la sélection naturelle, de ce tour de force intellectuel qui permettrait de penser le monde, et en particulier l'origine des êtres vivants, dans leur incroyable complexité, sans faire l'hypothèse d'un concepteur.

Alors, si nous ne sommes pas dans La Matrice, s'il n'y a pas de tablette d'argile à déchiffrer, que reste-t-il aux sciences de la nature, aux scientifiques que nous sommes ? Il nous reste une tâche, plus belle encore à mes yeux qu'une quête de la vérité, celle de peindre le grand tableau du monde. Mais qu'on ne s'y trompe pas, ma proposition est à distinguer de celle d'un relativisme radical, qui voudrait voir dans ce « tableau scientifique » une œuvre parmi d'autres, équivalente aux autres. Je reconnais au contraire à ce tableau une nature toute particulière : il n'est pas (seulement) une œuvre d'art, il est (aussi) une œuvre de raison. Et je rends volontiers
à Descartes ce qui lui appartient : cette manière-là de décrire le monde a quelque chose de très spécial, et de redoutablement efficace, notamment quand il s'agit d'agir sur lui, de le contrôler, de soigner des maladies, de faire voler des avions, de prévoir la pluie et le beau temps. Cette manière-là, que j'appelle la science, tire cette puissance d'abord d'une cohérence interne : si deux théories se contredisent solidement, c'est que l'une des deux est fausse, ou peut-être les deux. Et elle exige par ailleurs une adéquation avec ce que nous percevons du réel, aussi maigres et subjectives soient ces perceptions. Ainsi, sans pouvoir toucher au vrai, la science sait, en identifiant des contradictions, s'écarter du faux (Popper, 1963) : la théorie selon laquelle la terre serait plate est en profonde incohérence avec de nombreux observables, au contraire de celle qui lui a succédé, non réfutée à ce jour, selon laquelle elle serait sphérique ou presque. Finalement, poser comme Jussieu l'hypothèse d'une logique sous-jacente, d'un grand plan, reste une manière efficace, peut-être la meilleure, de peindre le tableau du monde, d'en construire un modèle toujours plus détaillé, toujours plus cohérent. Mais en tant que « faiseurs » et « passeurs » de science, n'oublions pas qu'elle n'est finalement qu'une heuristique : continuons, pour avancer, de « faire comme si » il y avait un plan, mais gardons-nous de confondre le monde et son tableau. Si complet et précis soit le tableau du monde, il n'en sera jamais qu'une représentation abstraite, une idéalisation, et vraisemblablement, une parmi d'autres possibles.

J'espère ne pas apparaître à ce stade comme un chercheur perdu pour la cause, égaré dans le mysticisme, car je me sens dans cette position plus rationnel que jamais. Et à vrai dire, je voudrais aller un peu plus loin. J'ai assisté sur internet à un exposé de Donald Hoffman, au sujet de la perception du réel (Hoffman, 2019). Ce psychologue de la cognition nous invite d'abord, en douceur, à reconnaître que nos perceptions sont partielles, que nous ne percevons par exemple qu'une partie des ondes électromagnétiques. Puis il présente un raisonnement ancré dans la biologie, et notamment dans une perspective évolutionniste. Il nous rappelle simplement que les caractères des êtres vivants, en tant que fruits de la sélection naturelle, leur

permettent de survivre et se reproduire, ce qui n'implique pas nécessairement une perception fidèle du monde. Il cite en démonstration le cas d'un coléoptère de la famille des Buprestidae, en Australie, dont les mâles se trouvaient écartés de leur mission fondamentale de reproduction par des bouteilles de bière abandonnées dans la nature, qui se trouvaient être plus at trayantes que les femelles elles-mêmes (Gwynne & Rentz, 1983). Cet exemple me semble, en effet, assez démonstratif du caractère non seulement partiel,

<figure><img src="image_16.png" /></figure>

« Beetles on the bottles ». Même si nous sommes peut-être un peu plus lucides, les mâles Julodimorpha bakervelli, cherchant à copuler avec des bouteilles de bière, nous rappellent le caractère parcellaire et subjectif de nos perceptions.
mais aussi extrêmement biaisé et « interprétatif » de nos perceptions : ces insectes perçoivent du marron brillant d'une certaine longueur d'ondes et traduisent cette perception en : « voici une femelle très attirante ». À partir de ce constat, étayé de nombreux autres exemples, Donald Hoffman nous propose par la suite une métaphore, qui trouve, à mes yeux, des allures de démonstration. Vous êtes devant votre ordinateur, en train de faire glisser des fichiers ou d'envoyer des emails. Vous savez utiliser votre ordinateur, grâce à une interface qui vous est intelligible. Mais si vous n'aviez accès qu'à cette interface, à ces icônes glissant sur un « bureau », ces lettres qui s'affichent quand vous appuyez sur les boutons, sauriez-vous imaginer la structure d'un ordinateur ? Selon Donald Hoffman, nos perceptions sont non seulement partielles, mais elles sont aussi des constructions mentales très élaborées, qui forment une telle « interface ». Ce que nous percevons du monde réel, ce sont les icônes, mais certainement pas les circuits imprimés, et encore moins les courants électriques qui y circulent. Je me trouve actuellement dans cette perspective, convaincu qu'entre moi et le réel, dont je ne remets pas l'existence en doute, il y a bien une relation, mais vraisemblablement très distante. Chercher à découvrir les circuits imprimés à partir des icônes relève d'une ambition assez folle, reconnaissans-le. Mais la tâche des scientifiques l'est plus encore, puisque dans le monde réel, il n'y a rien de tel que des circuits imprimés, rien de tel qu'un « plan d'ordinateur », conçu par des ingénieurs. Nous ne sommes pas dans La Matrice. Enfin... il me semble ;-)

## Vie

Grand paradoxe de la biologie : elle a bien du mal à définir son objet. L'évolutionniste que je suis n'en a jamais été vraiment dérangé : dans une perspective évolutive, c'est-à-dire historique, je peux m'en tenir à simplement considérer « la vie » comme « le groupe monophylétique issu d'une même souche, d'une même origine, aussi lointaine et incertaine soit-elle ». Il me semble en effet que l'ascendance commune permet de lever les ambiguïtés rencontrées par des approches plus synchroniques, reposant sur des « critères » comme « la cellule » ou « le métabolisme », qui tombent nécessairement sur des exceptions gênantes, comme les virus. Les virus, tout acellulaires et dépendants qu'ils soient, partagent bien quelques fondamentaux biochimiques avec le reste du monde vivant, attestant d'une origine vraisemblablement commune. En ce sens, dans une perspective historique, la question de leur appartenance ou non au monde vivant me semble tout simplement réglée.

Pourtant, mon intérêt récent, dans le cadre du projet NSBeLife, pour l'origine de la vie, et plus généralement pour les conditions d'existence d'une évolution darwinienne, m'a amené à considérer cette question, celle des « limites du vivant » de manière un peu plus précise, sinon concrète. Car la perspective historique mentionnée plus haut ne suffit plus si l'on considère de près le processus même de l'émergence de la vie : je peux bien accepter une définition de la vie actuelle comme « tout ce qui dérive de son origine » mais alors comment nommer les premières étincelles ? Comment qualifier « ce qui donnera lieu à la vie », sans être pourtant
bien vivant ? Comme mentionné plus haut, j’ai abordé ce problème sous un angle radicalement
darwinien, en substituant à la question des « origines de la vie » celle des « origines de la sé-
lection naturelle ». Ce faisant, j’en suis venu, sur ce thème comme bien d’autres, à réaliser que
la recherche d’une « définition » resterait vaine tant qu’elle se voudrait catégorielle. Je m’ex-
plique. Imaginons que par quelque magie, nous parvenions à reconstituer dans le détail le film
des origines, que nous puissions regarder une à une les réactions chimiques qui donnèrent
finalement naissance aux acides nucléiques, aux protéines, aux cellules, etc. Le point de départ
serait, par définition, non vivant, par opposition au point d’arrivée. Mais quand, à quelle se-
conde exacte, devrait-on décréter que la vie a commencé ? Dans une telle perspective, la né-
cessité d’adopter une approche quantitative, par opposition à une approche catégorielle, n’est-
elle pas évidente ? Cette proposition, de rechercher une quantification du « degré de vie », un
degré de « *lifeness* », plutôt qu’une ligne de démarcation franche entre vivant et non vivant,
est bien présente dans la littérature de ce domaine (Bruylants et al., 2011; Pascal & Le Sergeant
d’Hendecourt, 2015; Heams, 2019; Malaterre & Chartier, 2021) mais elle reste à mon sens trop
minoritaire, et j’anticipe qu’elle ne le restera pas longtemps. Ce changement de perspective ne
règle évidemment pas la question, puisqu’il reste à préciser ce qui pourrait être entendu par
« degré de vie ». La piste explorée, dans le cadre du projet NSBeLife, est celle de la sélection
naturelle, avec ce pari, cette intuition, que « quantifier la vie » reviendrait à « quantifier la sé-
lection ». Le projet demeure incertain, mais nous voilà peut-être plus près du but que quand
nous cherchions simplement à « définir la vie ».

Virus multipartite

À l'occasion d'un séminaire de Romain Gallet donné au LBBE le 18 octobre 2018, j'ai découvert
l'existence des « virus multipartites » qui sont venus faire voler en éclat le peu de certitudes
qui me restaient au sujet de l'individu et de ses contours. Connus finalement de longue date
(Brakke et al., 1951), ces virus doivent leur nom au fait que l'intégralité de leur génome ne se
trouve jamais au sein d'une seule particule virale. Ainsi, leur cycle complet repose sur la cooc-
currence de multiples particules, qui permettent collectivement la production de l'ensemble
des protéines nécessaires à l'assemblage de nouveaux virus. Plus surprenant encore, les tra-
vaux récents de Romain et ses collègues montrent que les différents sous-éléments peuvent
être produits par des cellules hôtes distinctes, si bien que les différentes sous-parties du gé-
nome ne doivent pas nécessairement se trouver dans une seule cellule (Sicard et al., 2019).
Ainsi, un individu peut être distribué dans plusieurs « corps ». Les interdépendances fonction-
nelles très étroites qui, il me semble, fondent l'individu, ne sont pas nécessairement associées
à une agrégation spatiale de ses composants.
## Wolbachia

Dans les cellules de la majorité des insectes, et de beaucoup d'autres arthropodes, se trouvent des bactéries qualifiées de « symbiotes facultatifs », dans le sens où elles ne semblent pas à priori indispensables à leurs hôtes. *Wolbachia* est la plus fréquente d'entre elles, un succès évolutif qu'elle doit vraisemblablement à sa capacité inégalée à détourner l'effort reproductif de ses hôtes à son propre avantage, via des mécanismes variés mais regroupés sous le terme de « parasitisme de la reproduction » (O'Neill *et al.*, 1997; Charlat *et al.*, 2003b). Ce terme générique se justifie notamment par une logique évolutive commune. Transmise par les femelles uniquement, *Wolbachia* tend à maximiser spécifiquement la fitness de sa lignée cytoplasmique, en augmentant par exemple la fitness des femelles infectées, ou bien le nombre de filles qu'elles produisent, ou encore la fitness de leurs filles ; tout ceci, bien souvent, au détriment des mâles, qui constituent, pour la bactérie, des « impasses évolutives ». Imaginons par exemple qu'une nouvelle mutation de cette bactérie, transmise des mères à leurs descendants, lui confère un effet létal sur les mâles. Une femelle porteuse se porte bien, de même que ses filles, mais la bactérie tuera tous ses fils. La fitness de la bactérie n'en est pas amoindrie : puisque seules les filles transmettront l'infection aux générations futures, le fait qu'elle élimine les fils n'est pas un désavantage. Au contraire, ces filles infectées peuvent même se porter mieux que d'autres, notamment si leurs frères constituent des compétiteurs pour des ressources limitées. Beaucoup mieux même, si comme les larves de Coccinelles, elles peuvent, à peine sorties de l'œuf, consommer leur jeunes frères moribonds. Ce nouveau trait est alors sélectionné et donne à la bactérie une capacité invasive : les lignées cytoplasmiques infectées se transmettent plus efficacement que les autres, et deviennent plus fréquentes. De fait, ce trait n'est pas hypothétique mais effectivement observé dans de nombreuses espèces hôtes de *Wolbachia*, et décrit sous le terme de « male killing » ; on aurait pu le nommer plus précisément, le « son killing », le meurtre des fils.

Autres espèces hôtes, autres « souches » de la très diverse lignée des *Wolbachia* et autres mœurs. L'induction de parthénogénèse par exemple. Chez les hyménoptères, où les œufs non fécondés deviennent naturellement des mâles (on parle de parthénogénèse arrêté-notoque) *Wolbachia* inhibe la dernière étape de la première mitose, c'est-à-dire la répartition des deux lots chromosomiques identiques en deux cellules filles. Ce faisant, la bactérie transforme un futur mâle haploïde en une future femelle diploïde. La parthénogénèse est alors dévenue thélytoque : les femelles peuvent engendrer des filles sans s'accoupler. Un tel phénomène, très invasif puisqu'il double la capacité des femelles infectées à produire des femelles, peut rapidement mener à la disparition pure et simple des mâles. À terme, les facultés sexuelles de ces insectes n'étant plus sous sélection, elles dégénèrent, verrouillant l'association dans une interdépendance totale entre la bactérie et son hôte.

Chez les crustacés isopodes terrestres, mieux connus sous le nom de « cloportes », *Wolbachia* féminise une fois encore le développement embryonnaire, mais cette fois en interférant avec l'hormone androgène plutôt qu'en jouant avec la ploïdie. Cette féminisation est aussi
invasive que chez les hyménoptères mentionnés plus haut, mais l'issue est toute autre, puisque les mâles restent requis pour la reproduction. S'ensuit, sans doute, parfois, si *Wolbachia* arrive à fixation, une extinction des populations ou des espèces concernées ; issue plausible et même probable, mais, par définition, difficile à documenter. Je vois là un bel exemple de l'aveuglement de la sélection naturelle, qui peut très bien mener à la fixation d'un trait bénéfique à l'échelle individuelle mais létale à une échelle populationnelle. Si une féminisation très efficace mène effectivement souvent à l'extinction, on peut envisager que la pénétrance de cet effet soit globalement réduite par cette sélection opérant à l'échelle du groupe. Mais l'extinction n'est qu'une trajectoire parmi d'autres envisageables. L'émergence de facteurs de résistance chez l'hôte en est une autre, qui pourrait constituer une transition vers un nouveau système de déterminisme du sexe. De telles transitions, prédites de manière théorique il y a trente ans, ont pu en effet être mises en lumière de manière empirique, notamment par mon ex-collègue de DEA, Richard Cordaux, et ses collègues du laboratoire d'Écologie et Biologie des Interactions à Poitiers (Leclercq et al., 2016).

Plus complexe mais s'inscrivant dans cette même logique : l'incompatibilité cytoplas-
mique. Ici les mâles ne sont ni tués avant de naître ni féminisés, mais plus subtilement trans-
formés en agents stérilisants contre les femelles alentour qui n'ont pas la chance d'être infec-
tées. Chez les mâles, la bactérie produit une toxine dans les spermatozoïdes, qui mettra à mort
l'embryon fécondé, à moins qu'il ne porte lui-même la bactérie, héritée de sa mère, et produc-
trice d'un antidote contre son propre poison (Hoffmann & Turelli, 1997; Poinsot et al., 2003;
Beckmann et al., 2017, 2019a). Je reviendrai sur ce phénomène, qui m'a beaucoup occupé
pendant ma thèse, puis plus en pointillé par la suite.

Pour en dresser un tableau complet, il faut aussi préciser que ce genre bactérien, *Wolbachia*, et même ce nom d'espèce unique *Wolbachia pipientis*, comprend en réalité de nombreuses lignées, dont la diversité, en terme de temps de divergence, serait comparable par exemple à celle de la classe des mammifères. Ces « souches » de *Wolbachia* ont colonisé non seulement la moitié environ des espèces d'insectes, mais aussi beaucoup d'autres grands clades d'arthropodes, de même que des Nématodes. Leurs biologies sont variées, et inconnues dans la très grande majorité des cas. Les diverses « manipulations de la reproduction » mentionnées ci-dessus ont fait la renommée de *Wolbachia*, mais nous donnent peut-être une image de leur effets phénotypiques biaisée vers le plus spectaculaire. Certaines souches se comportent comme des « symbiotes nutritionnels » assez typiques, en fournissant par exemple des voies métaboliques essentielles à des insectes se nourrissant sur des ressources très déséquilibrées, comme les hématophages (Hosokawa et al., 2010). Elles peuvent interférer aussi avec d'autres éléments symbiotiques, et notamment inhiber la multiplication de virus pathogènes pour l'insecte, ou la transmission de virus vers d'autres espèces, et notamment la nôtre. Ce dernier point fait de *Wolbachia* un associé potentiellement précieux dans la lutte contre certaines maladies vectorisées. Une stratégie de cet ordre est actuellement mise en œuvre chez le moustique *Aedes aegypti*, vecteur notamment du virus de la Dengue (Flores & O'Neill, 2018). Une souche de *Wolbachia*, connue pour son effet protecteur contre des virus pathogènes dans
son hôte naturel *Drosophila melanogaster* (Hedges et al., 2008; Teixeira et al., 2008) a conservé
cet effet « antiviral » après introduction artificielle chez *Aedes aegypti*, où elle inhibe efficace-
ment la transmission du virus de la dengue (Moreira et al., 2009; Aliota et al., 2016). Cette
même souche de *Wolbachia* induit par ailleurs de l'incompatibilité cytoplasmique, qui lui offre
des capacités invasives. En bref, l'idée est de relâcher suffisamment de moustiques infectés
dans la nature pour que la bactérie envahisse les populations, via l'incompatibilité cytoplas-
mique, et les rende réfractaires au virus.

Ce projet, modestement intitulé « World Mosquito Program » et financé initialement
par la fondation « Bill & Melinda Gates » est en cours d'implémentation dans de nombreux
pays. Commençons par reconnaître que l'idée est élégante, puisqu'elle repose sur la combinai-
son de ces deux effets : le blocage de la transmission du virus d'une part, et l'incompatibilité
cytoplasmique qui rend la bactérie invasive d'autre part. Elle est aussi inquiétante bien sûr. Que
va-t-il se passer une fois que cette nouvelle bactérie sera installée chez cet hôte ? Les possibles
conséquences indésirables, notamment celles de la co évolution avec le virus, peuvent soulever
une certaine inquiétude. La résistance du virus à la bactérie, qui évoluera vraisemblablement
un jour, pourrait-elle par exemple s'accompagner d'une virulence accrue dans l'espèce hu-
maine ? La possibilité de transmission horizontale envers des espèces non ciblées est un autre
problème envisageable, soulevé également par d'autres méthodes de transformation des po-
pulations naturelles, reposant sur la technologie CRISPR (Courtier-Orgogozo et al., 2019). On
pourrait simplement s'étonner que ce genre d'applications soient possibles d'un point de vue
légal, puisque ces moustiques nouvellement infectés constituent en quelque sorte de « super-
OGMs » : *Wolbachia* n'apporte pas avec elle un ou deux gènes, mais plus de 1000 ! Il se trouve
qu'il y a ici une sorte de vide juridique : il ne s'agit pas, techniquement, de transgénèse
puisqu'aucun ADN étranger n'est intégré au génome de l'hôte. Les partisans du projet peuvent
aussi arguer que les espèces sont de toute façon hautement exposées à l'acquisition de nou-
velles infections par *Wolbachia* dans leur environnement naturel ; et je dois reconnaître que
mes travaux sur la question ne disent pas autre chose (Bailly-Bechet et al., 2017). Dans cette
polémique entre les pour et les contre, où les premiers sont beaucoup plus actifs et entendus,
j'ai plutôt fait partie des sceptiques, appelant avant tout à la prudence (Vavre & Charlat, 2012).
Mais à vrai dire, je n'ai pas sur la question d'opinion très arrêtée. Je reconnais le caractère
d'urgence de la situation, puisqu'il s'agit de lutter contre une maladie aux conséquences dra-
matiques. Il semble donc légitime d'agir. Mais cette entreprise aurait pu en tout cas gagner en
transparence : les auteurs et acteurs principaux du projet peinent à reconnaître explicitement
ses zones d'ombres (Flores & O'Neill, 2018). Accepter de prendre des risques au nom de la
nécessité est une chose, ne pas les reconnaître en est une autre. Il y a aussi, bien sûr, la ques-
tion, non pas des conséquences immédiates d'une telle technique sur les plans écologiques ou
sanitaires, mais de ses implications économiques ou sociales : est-on en train d'assister, comme
en agronomie dans le cas des OGM, à la mise en place d'une prise d'otage par de grands
groupes industriels ? Il ne semble pas que ce soit le cas : ces moustiques infectés seront à tout
le monde, y compris d'ailleurs à ceux qui n'en voulaient pas. Mais est-il souhaitable que de tels
enjeux de santé publique soient laissés aux mains du fondateur de Microsoft et de son épouse ?
Je ne le crois pas, même s'il est difficile de refuser en bloc les contributions substantielles de
ces grandes fondations philanthropiques à des problèmes négligés par l'industrie pharmaceu-
tique, par manque de rentabilité. Quoi qu'il en soit, les dés étant jetés, il ne nous reste plus
qu'à croiser les doigts en espérant que les choses n'évoluent pas dans une trop mauvaise di-
rection, sur le plan sanitaire et sur les autres.
<figure><img src="image_17.png" /></figure>
Itinéraire

<figure><img src="image_18.png" /></figure>
<figure><img src="image_19.png" /></figure>
# I. Passé

Je mentirais si je prétendais avoir toujours été passionné de sciences et de nature. Mais il est indéniable que je suis tombé dedans quand j’étais petit. Ma mère enseignait les « sciences naturelles » au lycée et mon père la pédagogie de cette même discipline. Leurs univers ont divergé assez tôt à l’échelle de mon existence et ils m’ont, chacun à leur manière, donné à découvrir une certaine image scientifique du monde, des herbiers aux petites bestioles de la mare, en passant par des théories assez passionnées et radicales (surtout du côté paternel) sur le fonctionnement du cerveau, chez les droitiers et les gauchers, les hommes et les femmes, sur les biorythmes... Je mentirais encore si j’écrivais que c’est sans influence familiale que je me suis un jour plongé dans « Le jeu des possibles » (offert par ma maman, qu’elle en soit ici remerciée) tout en me détournant de la scène du « petit théâtre de Levallois » que je voyais pourtant comme le commencement d’une toute autre trajectoire. Péché de jeunesse, je tombais alors avec délice dans tous les pièges de « l’adaptationnisme ». Je voyais partout des explications adaptatives et la théorie de l’évolution, surtout dans cette forme rudimentaire, était particulièrement croustillante. La question « pourquoi ? », que je croyais reléguée à l’écart du champ scientifique, revenait par la grande porte darwinienne et retrouvait droit de cité.

Je passe sur les détails, qui m’ont mené de l’Université de Versailles St Quentin, et d’un parcours plutôt orienté vers la biologie cellulaire et moléculaire, à l’université de Leeds, au nord de l’Angleterre, pour une année « sabbatique » au sens académique du terme, en 1997, année durant laquelle j’ai pu picorer sans contrainte dans l’offre de formation, en tant qu’étudiant Erasmus. J’ai découvert la philosophie des sciences, notamment à travers ce livre de Chalmers que j’ai déjà mentionné (Chalmers, 1976), et surtout la théorie de l’évolution « dans son ensemble », avec les cours de Roger Butlin, qui s’articulaient autour du très complet « Evolution » de Mark Ridley (1996). J’ai pu expérimenter aussi les joies et les douleurs du travail de terrain, dans le cadre d’une « expédition » montée de toutes pièces avec cinq autres étudiants et étudiantes de Leeds, pendant l’été 1998. Pendant un mois, nous avons cherché, et parfois trouvé, des singes hurleurs à manteau, *Alouatta palliata*, en Équateur. Dans quel but ? Au départ, il faut bien l’avouer, nous ne le savions pas très bien nous-mêmes, les justifications scientifiques ayant pris moins de place dans ce projet que notre soif d’aventures. Mais au contact du terrain, nous avons su trouver une justification simple, et somme toute recevable, à tous ces efforts : combien y avait-t-il de singes hurleurs dans cette réserve naturelle fraichement établie à Bilsa, dans les forêts de l’Est Equatorien ? Cette population était-elle dense ou au contraire menacée d’extinction ? Première rencontre donc avec la « science à l’envers » : « à quelle question pourrais-je bien répondre avec ces données ? » en lieu et place de « quelles données pourraient me permettre de répondre à cette question mûrement réfléchie ?». Nous étions jeunes, certes, mais la suite a confirmé que les imprévus, les difficultés techniques, les changements de perspectives, et parfois les bonnes surprises, injectent régulièrement une dose de science à l’envers
dans nos activités et nous éloignent des canons hypothético-déductifs. Quoi qu'il en soit, pre-
mières expériences de terrain, et première publication scientifique, aux antipodes de ma future
spécialité, mais dont j'éprouve aujourd'hui encore une certaine fierté (Charlat et al., 2000).

Puis, en septembre 1998, retour en France, dans le cadre du DEA « Biodiversité : histoire et mécanismes de l'évolution », en compagnie notamment de trois futurs collègues du LBBE. Je me souviens de cette période comme foisonnante sur le plan intellectuel. On nous offrait un panorama diversifié du monde vivant et de la biologie évolutive, peut-être un peu plus axé sur « les patrons » (en bref, sur la phylogénie), que sur « les processus » (en bref, sur la génétique des populations). Certains cours, ceux en particulier qui intégraient une approche historique de la discipline, m'ont marqué de manière indélébile. Des lectures aussi, et notamment « Les avatars du gène », un livre que j'ai déjà mentionné, et qui donnait une place centrale à la question des niveaux de sélection. Ce contexte a sans aucun doute contribué à m'orienter vers la bactérie Wolbachia, pour travailler avec Hervé Merçot à l'Institut Jacques Monod, d'abord en stage de DEA puis en thèse. En découvrant de près la recherche, j'ai constaté que je me sentais dans cet univers comme un poisson dans l'eau. Sans doute la place qu'avait tenu dans mon environnement familial la « discussion argumentée » (masquant parfois des conflits d'égos) m'avait-elle bien préparé à cet univers si particulier, où la critique, parfois bienveillante et constructive, mais pas toujours, fait « partie du jeu » et où la compétition, qui sévit quotidienne-ment, n'est bien vécue que par ceux qu'elle récompense, les jours où ils en ont la chance. J'ose espérer avoir trouvé depuis un peu plus de sérénité, mais je ne renie pas ces années de décou-verte, où j'ai manqué, plus encore qu'en d'autres périodes, bien des occasions de me taire.

Ma thèse portait essentiellement sur l'évolution de l'incompatibilité cytoplasmique, un phénomène que j'ai brièvement évoqué plus haut. Dans sa forme la plus élémentaire, il se manifeste par la mort des embryons lorsqu'un spermatozoïde issu d'un mâle infecté féconde un œuf issu d'une femelle non-infectée. Au contraire, si la femelle est également infectée, les embryons sont viables (figure ci-contre). Le modèle explicatif dont nous disposions à l'époque postulait la production par la bactérie d'une toxine d'une part, déposée chez les mâles pendant la spermatogénèse et d'un antidote d'autre part, produit par la bactérie dans les œufs, et restaurant leur viabilité. On parle dans ce contexte d'incompatibilité unidirectionnelle puisqu'un seul sens de croisement est incompatible. Mais il se trouve que la diversité des Wolbachia donne également lieu à une diversité de

<figure><img src="image_20.png" /></figure>
« types de compatibilité » : des mâles et des femelles tous deux infectés peuvent être incompatibles s'ils portent des *Wolbachia* différentes. On parle alors d'incompatibilité *bidirectionnelle*. La question centrale de ma thèse était celle de l'origine évolutive de cette incompatibilité bidirectionnelle, celle de la diversification des types de compatibilité. Et cette question soulevait un paradoxe stimulant : comment expliquer qu'une mutation conférant un nouveau type de compatibilité puisse envahir une population, alors que cette mutation devrait en principe être éliminée par une sélection fréquence-dépendante positive ? En effet, une telle *Wolbachia* mutante, porteuse d'un nouveau type, ne fournirait pas l'antidote nécessaire vis-à-vis de la *Wolbachia* résidente, par définition la plus fréquente dans la population.

Alors que je rédigeais mon rapport de stage de DEA, j'ai vécu à ce sujet un petit *Eurêka*. Je me souviens encore de ce moment, de ce plaisir d'avoir entrevu une solution. En prenant conscience de la dualité toxine / antidote, qui était assez nouvelle dans la littérature à cette époque, et non encore validée expérimentalement, on pouvait envisager des mutations spécifiques de ces deux facettes du phénomène. On entrevoyait alors la possibilité d'une mutation affectant d'abord la toxine, pour produire des *Wolbachia* certes auto-incompatibles mais non sujettes à la sélection purifiante décrite plus haut, puisque ces mutantes conserveraient un effet protecteur vis-à-vis de la *Wolbachia* résidente. Durant ma thèse, j'ai approfondi cette idée sur le plan théorique (Charlat et al., 2001b, 2005a). Si je n'ai pas pu directement la tester sur le plan expérimental, j'ai tenté néanmoins d'estimer la vitesse d'apparition des nouveaux types de compatibilité (Charlat et al., 2002, 2004b). Plus généralement, j'ai pu participer pendant cette période à une dynamique de recherche active, portant sur divers aspects de la biologie évolutive des *Wolbachia*, chez les drosophiles et au-delà (Charlat & Merçot, 2000, 2001, 2002; Charlat et al., 2001d, a, c; e, 2003a; c, 2004a; Poinsot et al., 2003; Merçot & Charlat, 2004; Riegler et al., 2004; Zabalou et al., 2004). Je reviendrai plus loin sur l'incompatibilité cytoplasique et notamment sur ce modèle toxine / antidote, qui depuis cette époque s'est trouvé à la fois mis au défi et précisé, en particulier par des données issues de travaux sur le moustique *Culex pipiens* (Duron et al., 2012; Nor et al., 2013; Atyame et al., 2014; Beckmann et al., 2017; Bonneau et al., 2018).

En 2003, après le temps des drosophiles et du campus de Jussieu, vint celui des îles et des papillons. L'île de Grande Bretagne tout d'abord, où travaillait Greg Hurst, avec qui j'avais collaboré pour la rédaction d'un article de synthèse (Charlat et al., 2003b) puis de diverses demandes de financement pour un projet de post-doc. Grace au soutien limité mais précieux de la *British Ecological Society*, puis de l'Association for the Study of Animal Behaviour et enfin de la « Fondation Fyssen », j'ai pu m'envoler vers d'autres îles, plus lointaines et exotiques, pour collecter des spécimens du papillon *Hypolimnas bolina*, la « lune bleue », victime du phénomène de « male-killing » décrit plus haut. La question était claire et bien posée, comme semble l'être toute chose au contact de Greg Hurst, pour peu qu'on arrive à comprendre son anglais et à entrer dans son univers. Mais là encore, les surprises et les aléas ont joué un rôle clef, et jeté de nouvelles graines sur le terrain fertile de ce système, que Greg avait su dénicher dans des articles vieux de cent ans (Simmonds, 1923; Hopkins, 1927). Il y a eu bien des déboires.
Par exemple, ces trois premières semaines à la station Gump, de l'université de Berkeley à Moorea (où j'ai passé l'essentiel des quatre années qui ont suivi), à regarder tomber une pluie épaisse, en tâchant de résister aux moustiques. Un seul papillon attrapé en trois semaines d'efforts ; et encore, un vieux mâle, très fatigué. Puis grand plan de bataille, mis en place à l'aide d'un ami polynésien, rencontré sur la plage... D'abord, il faudrait aller à Rurutu, dans les Australes, chez sa cousine, puis à Tubuai, chez son cousin, et enfin à Ua Huka, aux Marquises, sur ses terres natales. Et c'est à Rurutu, sur un plateau couvert de fougères aux senteurs musquées, sous un soleil de plomb, que la chance m'a souri. Des papillons par centaines. Des mâles, territoriaux au point qu'ils poursuivaient chaque pierre que je lançais au-dessus d'un bosquet pour les dénicher. Et surtout des femelles, plus furtives, plus variées dans leurs colorations, cherchant au sol des sites de ponte, ou volant haut quand elles n'étaient pas encore fécondées. Plus précieuses aussi, puisqu'elles me permettraient peut-être de mesurer au labo les taux d'éclosion et le sex-ratio, pour confirmer ou non la présence de *Wolbachia*, et corréler ces caractères aux données moléculaires que je devais obtenir à Londres deux mois plus tard.

Bien des joies et des déboires donc. Une anecdote survenue l'année suivante me permettra de donner le ton. De retour à Moorea, j'avais un maigre financement qui couvrait mon maigre salaire, mais pas de ressources pour lancer mes expériences. J'avais attrapé deux précieuses femelles, à partir desquelles je tentais de lancer un élevage. Mon ami Pablo Tortosa, aujourd'hui enseignant chercheur à St Denis de La réunion, mais qui naviguait à l'époque en Polynésie (puis plus à l'ouest, où nous avons pu collecter ensemble dans des îles très isolées) me donnait un coup de main. C'est ainsi qu'il avait avec moi constaté le désastre : les deux femelles dévorées par des fourmis rouges... Il avait ri ; et moi aussi, reconnaissant qu'il me restait une bonne marge de progression, mais un peu plus jaune. Le lendemain, un beau voilier jette l'ancre dans la baie de Cook, c'est-à-dire à 100 m de mon labo, et je croise sur la pelouse un homme avenant qui me sert la main : « *Hi, I'm Craig Venter* ». Soit. Je suis à Moorea, dans une station de terrain où une simple PCR constituerait une prouesse technique et logistique, et je serre la main de Mr Venter, auteur du premier génome humain, et à ce titre gagnant d'une course scientifique contre un consortium international géant, emportée à coup de grandes astuces techniques, commerciales et médiatiques. « *Hi, I'm Sylvain Charlat* », je lui réponds. Et il m'explique qu'il est là pour écumer les océans dans le cadre d'un projet (précurseur, cela va sans dire) de metagénomique bactérienne. Le soir, fier de pouvoir dire à Pablo que des gens très sérieux travaillent par ici, je le trouve dans le hamac de ma terrasse et lui demande : « tu ne sais pas qui j'ai croisé aujourd'hui ? ». Et lui, riant encore de l'histoire des fourmis rouges dans les pots en plastique, me donne, l'air malicieux, la réponse qu'il juge la plus improbable : « Craig Venter ? ».

La station Gump, à Moorea, était le terrain de telles surprises, de tels contrastes. Et en effet, l'année suivante, les financements de taille que j'ai obtenus auprès du « *Natural Environment Research Council* » britannique et de la « *National Science Foundation* » étatsunienne ont contrasté avec les manques de moyens de la première année. J'ai pu mettre en place locallement un laboratoire de biologie moléculaire, de grandes cages pour les élevages en conditions
semi-naturelles, et plusieurs pièces dédiées. J'ai pu engager deux personnes, Coralie Vermenot et Anne Duplouy, pour travailler à mes côtés, nourrissant sans relâche des chenilles voraces pour élever des milliers de papillons adultes, dont nous pourrions mesurer les taux d'accouchements, les réserves spermatiques, toutes choses dont nous pensions qu'elles pourraient avoir évoluées en conséquence des biais de sex-ratio imposés par *Wolbachia*. J'ai pu arpenter de nombreux sentiers, et apprendre à connaître mon objet d'étude au-delà des mots, une expérience unique, qui me semble propre au terrain. Comment sait-on un jour que c'est dans telle clairière qu'il faut s'attarder pour avoir une chance de dénicher ce papillon ? Quelle image mentale devient une référence, un guide, sans avoir été formulée de manière intelligible ? Le terrain offre de telles intuitions, qui donneront à l'authentique naturaliste la possibilité de dégager des propositions intelligibles, de nouvelles théories, de nouvelles manières de penser. Je ne crois pas être de ceux-là, ne possédant pas cette aptitude à organiser de manière méthodique la diversité des éléments informatifs qu'offre le terrain. Mais j'ai touché du doigt cette richesse. C'est avec un petit regret que je repense parfois à cette manière, à peine entrevue, d'avancer en science, alors que désormais mes activités professionnelles me tiennent loin du terrain, et plus généralement assez loin de mes objets d'études. Je vais tâcher d'être un peu plus concret sur ce point, en m'appuyant sur un exemple. Je sais, de manière aussi certaine que diffuse, que les comportements des mâles et des femelles d'*Hypolimnas bolina* sont affectés par le sex-ratio des populations, qui dépend lui-même de la proportion de femelles porteuses de *Wolbachia*, qui ne produisent que des filles. Je le sais car je l'ai vu, je l'ai senti, mais je n'ai pas transformé cette intuition en hypothèse de travail, en prédiction, en test ; en un mot, en science. J'aurais pu, peut-être, mais là n'a pas été mon inclination naturelle. Je reste persuadé que le contact avec la nature, notre objet d'étude, offre un point d'entrée scientifique puissant, tant elle nous impose, comme une évidence, l'étendue de sa complexité, tant elle nous invite à la modestie et la prudence, lorsque nous la décrivons de manière rudimentaire à partir d'un seul angle de vue, d'un seul cadre de pensée. Tant elle nous encourage, par là-même, aux changements de perspective.

Au contact des îles du pacifique, et plus précisément de ses habitants, j'ai eu l'occasion d'expérimenter un tel changement. J'avais été frappé des réactions assez fréquentes des personnes d'origine Tahitienne lorsque je tâchais de décrire les raisons de ma présence sur ces îles, conversations qui m'avaient valu le surnom de « Mr Papillon ». La réaction la plus commune, de très loin, était un amusement incrédule, teinté parfois d'une forme de reproche. J'ai mis du temps à mettre du sens sur ces réactions, et un livre m'a fourni des éléments très éclairants, un livre que je recommande vivement dès que l'occasion se présente, et que j'ai offert de nombreuses fois : « Le Papalagui », d'Erich Scheurmann (1920). Le Papalagui, c'est le blanc, l'européen, ainsi nommé par Touiavii, chef de la tribu Tiavéa des îles Samoa, dont je n'avais pas réalisé jusqu'à récemment qu'il était peut-être un personnage fictif, une invention de l'auteur pour donner plus de corps à ses propres idées, dans un procédé de mise en abîme dans lequel je me suis plongé tout entier, et peut-être naïvement. Touiavii donc, imaginons le bien réel, avait pu connaître de l'intérieur la vie Européenne pendant deux années, expérience alors
rarissime. De retour chez lui, il a fait ce que faisaient les ethnologues de l'époque : il a cherché à comprendre une culture étrangère à partir de ses propres codes, de ses propres valeurs. Il a rendu à l'Européen, qui le considérait, au mieux, comme « un bon sauvage » la monnaie de sa pièce. Dès lors, cette subjectivité ne peut être perçue comme une limitation naïve. Elle constitue plutôt une belle occasion de prendre sa mesure, et ce faisant, d'imaginer l'ampleur de la nôtre, lorsque nous décrivons une culture étrangère. La conclusion est qu'elle est immense. Touiavii m'a appris par exemple que vu par l'œil et les valeurs polynésiennes, la « curiosité intellectuelle », la volonté de « comprendre » le monde, qui constituait pour moi une noble cause, sans besoin d'autres justifications qu'elle-même, pouvait être perçue au contraire comme « le grand mal », à l'origine de tous les autres. La portée de ces propos est à nuancer dans la mesure où ils ne sont peut-être pas authentiquement ceux d'un habitant des îles Samoa, mais plutôt le fruit des réflexions d'un européen capable de pousser très loin l'autocritique ; mais cette révélation, cette prise de conscience, demeure : il est difficile de saisir l'ampleur de nos présupposés, à tel point que des valeurs perçues comme « évidemment positives » dans notre culture ne le seront pas nécessairement dans d'autres. Touiavii, fictif ou réel, nous invite ainsi à mesurer la place immense occupée dans notre société par cette manière finalement très particulière « d'être au monde » : l'interroger, disséquer ses rouages, au travers de la rationalité. Quels fondements, quelles motivations, nous encouragent dans cette entreprise ? Une hypothèse proposée par Touiavii, ou en tout cas émergeant de ses propos (car il ne cherche pas d'hypothèses) est la place prépondérante prise dans nos environnements par les objets manufacturés. Façonnés par l'homme, ils sont là parce que quelqu'un un jour les a conçus et fabriqués. Leur raison d'être est à l'évidence une volonté, un projet. Ainsi sommes-nous surentrainés à penser le monde comme animé par une intention pensante. Nos mythes placent d'ailleurs la pensée comme élément fondateur : « Au commencement était le Verbe » (Chapitre 1 de l'évangile selon Saint Jean). Dans une telle perspective, il est tout naturel de chercher à « comprendre » : si le monde procède d'une pensée, quelle était la nature de cette pensée, en d'autres termes, quelle est « la vérité » sur le monde ? Dans les îles de Polynésie, avant l'arrivée des européens, les objets manufacturés étaient au contraire très rares, et la nature omniprésente. De la lecture du Papalagui émerge l'idée qu'un tel environnement invitait à « constater » le monde, à l'accepter comme tel, plutôt qu'à le soumettre à l'analyse. Comment l'humain, perçu lui-même comme une émanation, une partie intégrante du monde naturel, pourrait-il se retourner et chercher du sens dans un monde non régi par la pensée ?

Dans la liste des évènements marquants de ces années Polynésiennes figurent tout en haut la naissance de ma fille Swanne en 2004, et celle de mon fils Sahel, en 2005. Mais sur un plan plus professionnel, une autre belle surprise m'attendait, et justement aux îles Samoa. J'avais déjà exploré une bonne partie de mon sujet de recherche, en mettant notamment en évidence une grande variation de sex-ratio entre les îles (Charlat et al., 2005b), et en explorant certaines des causes et conséquences de ces variations (Charlat et al., 2006, 2007b). Mais le 14 mars 2006, j'étais enfin sur l'île d'Upolu, aux Samoa, celle de tous les records : depuis environ un siècle, les mâles y représentaient moins de 1% de la population, à tel point que de
nombreuses femelles mouraient vierges (Hopkins, 1927; Dyson & Hurst, 2004). Comment cette population s'était-elle maintenue si longtemps ? Était-elle en route vers l'extinction ? Les capacités sexuelles des mâles de cette île avaient-elles augmenté suite à la sélection très forte agissant en ce sens ? Arrivé sur le terrain, je fus stupéfait de constater qu'aucune de ces hypothèses n'était assez folle pour correspondre à la réalité : partout, autour de moi, des mâles en grand nombre. Suis-je sur la bonne île ? Suis-je bien éveillé ? Panique et excitation se mêlent et je passe la journée à collecter, sans parvenir à mettre mes idées en place, mais convaincu que « quelque chose d'énorme » (aux yeux d'un petit évolutionniste en tout cas) est en train de se produire. J'attends le soir pour appeler Greg, qui se réveille à Londres. Bizarrement, les choses se clarifient. Deux hypothèses : (1) La bactérie wBol2, présente, nous le savons, sur l'île voisine des Samoa Américaines et induisant de l'incompatibilité cytoplasmique, a envahi la population et supplanté wBol1, le « male killer » ; (2) le papillon résiste : comme observé récemment dans des populations d'Asie du Sud Est (Hornett et al., 2006), une mutation permettant l'élimination de la bactérie, ou la suppression de ses effets, a pu apparaître et envahir très rapidement la population. Quoi qu'il en soit, même plan d'action : collecter, collecter, collecter, si possible dans plusieurs sites sur cette île et sur l'île voisine de Savaii, puis lancer des élevages (c'est-à-dire, soit dit en passant, transporter des papillons vivants vers Moorea, ce qui n'était pas vraiment prévu d'un point de vue « administratif ») ; et il n'y a que quatre jours. Mais la motivation était grande, et les quatre jours ont suffi. De retour à Moorea, j'ai eu la chance de mettre en évidence le cas le plus rapide, à ce jour et vraisemblablement pour longtemps, d'une progression d'un nouvel allèle sous l'effet de la sélection naturelle (Charlat et al., 2007a). Comme prédit quelques décennies plus tôt par William Hamilton (1967), les conflits génétiques peuvent générer des fluctuations extrêmement rapides du sex-ratio, et des phénomènes sélectifs sans commune mesure avec aucun autre.

Puis vint 2007, année de lutte. Ma fille déclare une maladie grave. La famille rentre en catastrophe en métropole, et six mois de chimiothérapie lui rendront la vie sauve. Précisément à la même période se tenait un certain concours de recrutement au CNRS. Dans la tempête, ce projet était évidemment passé au second plan. Mais au printemps, ma fille allait mieux, et l'histoire des Samoa paraissait dans une revue prestigieuse, deux semaines avant le concours. Les astres étant bien alignés, et je suis entré au CNRS, pour rejoindre une équipe où mes thématiques venaient très naturellement s'insérer, dans un laboratoire où travaillaient déjà deux excollègues de DEA, qui ne m'en disaient que du bien : le Laboratoire de Biométrie et Biologie Évolutive, le LBBE. Dans une ville dont je devais reconnaître plus tard qu'elle était bien plus agréable à vivre que ne laissait supposer son « tunnel sous Fourvière » ou sa « zone industrielle de Feyzin », bien connus du parisien que j'étais, utilisateur des autoroutes A6 et A7.

Objectivement, j'ai bénéficié à mon arrivée au CNRS de conditions excellentes : un laboratoire accueillant et un financement « ATIP avenir » couvrant largement mes dépenses pour trois ans et incluant deux ans de salaire de post-doc. J'ai par ailleurs eu la chance d'accompagner, dès mon arrivée, le doctorat de Patricia Simões, co-encadrée avec Marie-France Sagot, et de recruter Gladys Mialdea en tant qu'assistante ingénieure. Ces ressources financières et cette
nouvelle équipe devaient nous permettre de réaliser sans encombre un projet de grande dimension, baptisé « SymbioCode », que j'avais conçu alors que je travaillais encore en tant que post-doc à Moorea. Durant cette période, un autre projet de grande ampleur se mettait en place à la station Gump, sous l'égide de l'université de Berkeley. Il s'agissait, rien de moins, que d'établir un catalogue de l'ensemble de la vie animale de l'île de Moorea par des approches combinant la systématique traditionnelle (c'est-à-dire la caractérisation morphologique et éventuellement écologique) et un outil en plein essor à cette époque : le barcoding ADN. L'ampleur de ce projet, intitulé « Moorea Biocode » permettait d'en assumer le caractère essentiellement descriptif.

De mon côté, j'avais passé quatre années à me pencher sur un modèle, le papillon *Hypolimnas bolina* et ses infections par *Wolbachia*, qui m'avait livré bien des trésors, et pourrait vraisemblablement en livrer d'autres encore. Mais je souhaitais voler de mes propres ailes en ne proposant pas au CNRS un projet qui s'inscrirait trop directement dans la continuité de ces travaux de post-doc. Je ressentais aussi le besoin d'aborder des questions « à grande échelle », de ne pas me limiter à une espèce particulière. Je décidais donc de développer un projet qui s'inspirerait du système *Hypolimnas*, tout en le généralisant. J'étais alors convaincu, comme bien d'autres avant moi, que les îles offraient un outil précieux pour l'évolutionniste. Dans cet environnement particulier, l'hétérogénéité spatiale, imposée par les flux limités d'individus entre différentes îles, donnait manifestement un accès à la dynamique temporelle des évènements sous-jacents. Je m'explique. Si les situations d'une espèce vis-à-vis d'une bactérie sont très différentes dans trois îles voisines (des fréquences d'infection différentes, des bactéries différentes, des phénotypes différents) c'est bien que ces situations changent vite. Dans une grande population continentale, une telle dynamique serait difficile à documenter car la population demeurerait homogène en dehors des brèves périodes de transition. Au contraire dans un environnement spatialement structuré, comme ces îles du Pacifique, l'hétérogénéité spatiale demeure, et nous fournit un outil pour comprendre les dynamiques temporelles.

Ce principe en tête, je proposai de tester l'hypothèse selon laquelle la dynamique rapide mise en évidence dans le système *Hypolimnas* constituait une propriété générale des infections par *Wolbachia*. En pratique, il s'agissait de comparer les statuts d'infection de différentes populations, collectées dans différentes îles, pour des centaines d'espèces, avec la prédiction, sous l'hypothèse d'une dynamique rapide, qu'une grande hétérogénéité devrait être observée. Dans cette perspective, j'ai collecté en masse des insectes à Moorea et sur trois autres îles de l'archipel de la Société, et surfé sur la vague du projet « Moorea biocode » en profitant des
efforts de collectes effectuées dans ce cadre, notamment par des pièges « malaises » que j'allais relever, après avoir pris soin de vérifier que ces conditions de collectes ne risquaient pas de générer des contaminations entre espèces par de l'ADN de *Wolbachia* (Duplouy et al., 2009).

Si j'ai mis ce projet en place, ce n'est pas, je dois le reconnaître ici, et avec un certain regret, parce que la question initiale me semblait véritablement passionnante et à même de nourrir ma curiosité, voire celle d'une équipe, pour de nombreuses années. Il me paraissait « tout naturel » de la poser, et j'avais aussi perçu combien cette perspective « globale », et son articulation avec mes travaux passés, pourraient être mises

en valeur dans le cadre du concours de recrutement au CNRS. Mais cette question avait aussi à mes yeux, et dès sa genèse, un petit goût de déjà-vu. Je pressentais par ailleurs le risque de passer beaucoup de temps et d'énergie, la mienne et celle des autres, dans un projet haute-ment descriptif, suscité non pas par l'excitation d'un paradoxe à résoudre, d'un mystère à per-cer, mais plus modestement par la nécessité de quantifier des phénomènes révélés par des travaux précédents, y compris les miens. Par des questions qui commenceraient par « com-bien » ? Combien de temps une *Wolbachia* reste-t-elle dans une espèce après avoir envahi celle-ci ? Combien de temps avant qu'une espèce non infectée n'acquiert une infection ? Ces questions sont bien centrales, nécessaires à toute tentative de compréhension générale du « phénomène *Wolbachia* », de la distribution de cette bactérie au sein des grands groupes d'ar-thropodes, de la persistance ou de l'évolution de ses effets phénotypiques. Mais une part de moi, insidieuse (et peut-être finalement assez malveillante, mais ne glissons pas vers une ana-lyse trop psychologique) me rappelait que les questions commençant par « pourquoi » trou-vaien plus de grâce à mes yeux. Pourquoi, alors, ne pas avoir posé une question « pourquoi » ? La réponse est assez simple : je n'en ai pas trouvé. Il fallait rédiger un projet, il faillait qu'il soit convaincant, que j'en connaisse tous les tenants et aboutissants. Ce projet, c'était SymbioCode, la version symbiotique du « Moorea Biocode », et il nous a bien occupés en effet, moi-même et quelques autres, pendant plusieurs années, pour le meilleur et pour le pire.

J'ai donc pris place au sein du laboratoire LBBE, au sein de l'équipe « Génétique et Évo-lution des Interactions Hôtes Parasites », dirigée à l'époque par Frédéric Fleury, actuel prési-dent de l'université Lyon 1, et au sein du CNRS, qui avait bien voulu m'accorder sa confiance pour 42 ans ou un peu plus... Rien de moins. J'ai évoqué mes doutes précoces vis-à-vis du projet SymbioCode. Mais il serait simpliste de faire porter à ce projet le chapeau de certaines

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

*En complément des battues au filet, les « pièges Malaise » ont fournis l'essentiel des spécimens du système SymbioCode. Leur principe est simple et redoutablement efficace: les insectes ou autres arthropodes rencontrant un obstacle (la toile centrale) ont tendance à grimper. Ce comportement les mènent vers un bocal d'éthanol, qu'il suffit de relever régulièrement.*
difficultés que j'ai pu rencontrer alors, et qui ne se sont d'ailleurs pas limitées au cadre professionnel. D'autres jeunes recrues pourront en témoigner : la victoire que représente l'obtention d'un poste au CNRS, cet accomplissement, peut avoir de drôles d'effets secondaires. Tout commencement par la sensation d'être arrivé au bout d'une quête, sensation douce mais nécessairement éphémère puisque par ailleurs, et aux yeux de tous, une nouvelle quête commence. Mais laquelle au juste ? Celle du projet que l'on a dû rédiger le jour J, pour être convaincant ? En faire le projet d'une vie ? Vertige de la jeune recrue, fatiguée et fière de la course qui l'a menée jusqu'ici, mais soudain inquiète de la confiance qu'on lui a accordée. Certains l'appellent le « syndrome de l'imposteur ». Je ne l'ai pas ressenti en ces termes, mais il s'agit bien de ce questionnement : finalement, suis-je bien à ma place ? Cette question se doit d'être au cœur de la présente analyse, dans la mesure où « trouver sa place » apparaît comme un prérequis minimal pour qui ambitionne de « diriger des recherches », c'est-à-dire d'en aider d'autres, moins expérimentés, à trouver la leur.

Sans avoir découvert la réponse à cette époque, alors qu'elle semble se dessiner au-
jourd'hui, il a pourtant fallu tenir les rênes d'une petite équipe motivée et fort sympathique, se
frayer un chemin dans la jungle du projet SymbioCode, des dizaines de milliers de spécimens
arrivés par bateau en novembre 2007, soigneusement empaquetés à mon départ de Polynésie.
Gladys et Patricia se souviendront sans doute elles aussi toute leur vie des innombrables bes-
tioles qu'elles ont d'abord regroupées en morphotypes, puis isolées, et individuellement réfé-
rencées et photographiées dans la limite de 10 spécimens par morphotype, pour atteindre un
total de 11 030 individus, sans compter le matériel supplémentaire pour chaque morphotype.
Je vois pointer chez le lecteur (ou peut-être est-ce Jiminy Cricket sur ma propre épaule ?) ce
petit questionnement éthique que j'ai brièvement évoqué plus haut : était-il bien raisonnable
de sacrifier toutes ces vies au nom de la science ? Sur un plan de biologie de la conservation, il
me semble (mais cet avis n'est pas documenté) que « quelques » coups de filets et autres
pièges malaises ont un impact plus minime que la moindre pluie tropicale. Évidemment, on
pourrait arguer que le 7ème continent ou le réchauffement climatique sont le résultat de la mul-
tiplication de tels « petits geste anodins », si bien que la question se poserait à nouveau si tout
le monde se mettait à faire la même chose. Pour ma défense, je rappellerai aussi que la plupart
des spécimens étaient « de toute façon » collectés dans le cadre du projet Moorea Biocode...
J'ai déjà évoqué plus haut, à propos de « la » drosophile, cette question d'une responsabilité
morale naissante, balbutiante, vis-à-vis des organismes que nous sacrifions par simple « curio-
sité », quand les motivations ne sont pas moins nobles encore. Dans la liste des faits à charge
me concernant, je pourrais évidemment ajouter quelques milliers de spécimens d'Hypolimnas
bolina, entre ceux que j'ai arrachés à leur environnement naturel, et ceux que j'ai élevés tant
bien que mal dans de grands Tupperwares. Alors que j'écris ces lignes, je n'ai rien d'autre à
proposer à ce sujet que ces petits aveux, qui sont au moins un signe qu'une réflexion peut
s'amorcer, que la question du bien-être « animal » pourrait enfin s'étendre au-delà des seuls
mammifères et devenir enfin celle du « bien-être des métazoaires » ; mais je vois mal pourquoi
s'arrêter à cette frontière phylogénétique là, si bien que le problème semble disparaître dans
son immensité...

Trêve d'états d'âme, début 2008 la machine SymbioCode était lancée, la thèse de Patri-
cia Simões avait démarré, et l'heure n'était pas au doute mais au pragmatisme. La thèse porte-
rait à la fois sur des aspects méthodologiques de détection de Wolbachia, sur sa distribution,
et sur la fréquence des évènements de transferts horizontaux, à inférer par des approches de
cophylogénie. Le post-doc de Daphné Reiss, recrutée peu après, porterait lui sur une autre ca-
tégorie d'éléments génétiques égoïstes, qu'elle connaissait elle-même fort bien et qui avait à
mes yeux un parfum frais de nouveauté : les éléments transposables. Nous l'avons fait, nous
avons évité bien des écueils, nous avons perdu des données (dans un vol d'ordinateur et de
disque de sauvegarde, dont le souvenir est encore cuisant), mais en avons sauvé beaucoup
plus : 8 238 spécimens référencés dans la base BOLD (Barcoding Of Life Database), 3 616
barcodes ADN, 4 260 statuts d'infection, 861 souches de Wolbachia nouvellement réperto-
riées. Mais nous n'avons pas « tenu les délais ». Patricia travaillait dur, et a su tiré son épingle
du jeu, notamment dans la mise au point des aspects les plus expérimentaux du projet (Simões
et al., 2011), mais il est apparu assez clairement que l'analyse complète de ce jeu de données
nécessiterait des développements méthodologiques qui dépassaient ses compétences comme
les miennes. Que cela prendrait du temps. Daphné a bien réussi à décrire la diversité molécu-
laire de quatre superfamilles d'éléments transposables, avec une approche qui constituait à
cette époque un tour de force technologique, impliquant notamment un très haut degré de
multiplexage dans une expérience de « séquençage 454 », une technologie obsolète au-
jourd'hui, mais que nous appelions alors « à haut débit ». Mais nous n'avons pas eu le temps,
avant la fin de son post-doc, de valoriser ce travail par une publication qui aurait pu changer la
donne, même si elle ne regrette pas aujourd'hui d'avoir quitté la recherche scientifique pour
devenir psychologue. Et puis il y a eu cette maladie, que je ne peux passer sous silence,
puisqu'elle a bouleversé ma vie personnelle comme professionnelle. Le cancer a encore frappé,
non pas ma fille cette fois, non pas mon père, emporté en 2010, non pas ma mère, qui en a
réchappé, mais moi-même, au printemps 2011.

Cette maladie m'a beaucoup pris, et beaucoup donné. Lutter au côté de ma fille avait
décuplé mes forces et mes ressources ; ma propre maladie les a englouties. Mais en me per-
mettant de « toucher le fond », elle m'a donné, je crois, une grande occasion, une fois le mal
écarté : reconstruire, sur un autre socle, plus solide, débarrassé, ou au moins allégé, de la ty-
rannie de l'égo, et de l'illusion de la toute-puissance, démentie de manière trop évidente par
les faits. Si je le décris ici, c'est que ce processus a eu des répercussions tangibles sur mon
activité scientifique. L'égo avait sans aucun doute joué un rôle important dans mon parcours.
Il m'avait donné la force d'y croire, mais au prix d'une sensation quasi-permanente d'être « en-
dessous », de ne pas être « à la hauteur » (de qui ? de quoi ? ces questions sont intéressantes
mais nous écarteraient trop loin du cadre, même assez souple, de ce document). Restons lu-
cide. Il ne s'agit pas de prétendre que le besoin de reconnaissance a disparu de la liste de mes
motivations premières. Mais il a peut-être pris moins de place, laissant un vide, qui s'est
notamment manifesté par un épisode dépressif, que je considère aujourd'hui comme une étape inévitable dans ce basculement salutaire. Un divorce est venu compléter ce tableau. Bref, cette période n'a pas été des plus sereines sur le plan personnel, ni des plus fertiles sur le plan scientifique.

Et puis, la vague est passée, pour donner place à une période de reconstruction, dont un constat majeur a émergé quant à ma façon de travailler et mes besoins professionnels fondamentaux : je ne cherche bien qu'à plusieurs (n'en déplaise à la grammaire). Le partage d'idée et le débat, la confrontation bienveillante, constituent mes matières premières. L'encadrement offre évidemment un contexte où une telle émulation peut avoir lieu, et c'est alors qu'à mes yeux il prend tout son sens. Mais il ne suffit pas, ou pas toujours, à satisfaire mon besoin de partage. Mon expérience post-doctorale, durant laquelle j'ai pu développer des projets avec une grande indépendance et de grands moyens, puis le financement ATIP reçu lors de mon arrivée au CNRS, m'avaient encouragé à « monter ma propre équipe », à devenir tout naturellement ce que les anglo-saxons appellent un « *Principal Investigator* », c'est-à-dire le seul et unique grain d'organisation de la recherche dans leur pays : le *PI* et son équipe, le « Charlat Lab ». Je me suis détourné sans regrets d'une telle trajectoire. Car l'expérience et les coups durs m'ont démontré que les collaborations au quotidien constituent un élément essentiel, vital, de mes activités. Cette manière-là de travailler implique non seulement des échanges réguliers avec « mes » étudiants et post-doc mais aussi avec mes pairs, mes voisins de palier professionnels. Elle me permet de tenir le cap, de trouver un équilibre entre un certain goût pour le doute, la remise en question, et la nécessité salutaire de faire régulièrement le point, pour que le doute devienne une occasion d'engagement sur de nouvelles pistes, et non simplement d'errances et de tergiversations. La suite n'a fait que renforcer cette conclusion.
## II. Présent

Où commence le présent, si ce n'est à la microseconde qui s'écoule ? Pour lui donner un peu plus de consistance, et parce que j'aime à le considérer sous un jour favorable, je le ferai néan-
moins débuter aux alentours de 2014 (et prendrai même quelques libertés chronologiques pour y intégrer des histoires qui avaient démarré plus tôt<fnref n="14" />) ; et se terminer en 2020, pour que le « futur » se fonde sur un peu plus de matière tangible. Je vois cette période du haut d'une grande pente, remontée tantôt en douceur, tantôt par grands bonds, avec par exemple, sur le plan personnel, une reconstruction familiale, puis la naissance de Mona en 2018, et celle de Pablo en 2020. Sur le plan professionnel, j'ai pu reprendre à bras le corps des analyses laissées pour un temps en chantier, et notamment celle de la dynamique évolutive de *Wolbachia* dans le système SymbioCode, en m'appuyant sur des développements méthodologiques rendus possible par la diversité du LBBE (Bailly-Bechet *et al.*, 2017). En lien assez direct avec cette question et ces données, il y a eu la finalisation des travaux de thèse de Marie Cariou, sur l'évo-
lution du génome mitochondrial, que nous avons cherché à mettre en relation avec les infec-
tions par *Wolbachia*, et à contraster avec celle du génome nucléaire, inférée par la technique de RADseq (Cariou *et al.*, 2013, 2016, 2017, 2020). J'ai pu aborder par ailleurs de nouvelles thématiques : la didactique et l'épistémologie de l'évolution, dans la continuité de la thèse de Fabienne Paulin (Paulin *et al.*, 2018, 2019), et les implications évolutives de l'hérédité non gé-
nétique, dans une collaboration avec Etienne Rajon (Rajon & Charlat, 2019). J'ai eu aussi, plus récemment, le plaisir de concrétiser une collaboration informelle mais de longue date avec l'équipe de Mylène Weill et Mathieu Sicard, sur l'incompatibilité cytoplasmique, dans un article de synthèse (Beckmann *et al.*, 2019a). Il impliquait par ailleurs les découvreurs des gènes iden-
tifiés comme effecteurs majeurs de ce phénomène, de même que mon directeur de thèse et celui qui m'avait précédé comme doctorant à ses côtés, que j'ai eu plaisir à réunir pour cette analyse réactualisée des questions qui nous avaient tous les trois passionnés 15 ans plus tôt (Poinsot *et al.*, 2003). Il y a eu des tentatives, menées encore avec Laurent Duret, et deux étu-
diants de Master, de révéler des conflits génétiques cryptiques, pour en évaluer l'importance évolutive. Il y a eu, enfin, un autre aboutissement significatif du système SymbioCode avec l'analyse des patrons de transferts horizontaux de trois superfamilles d'éléments transposables (Reiss *et al.*, 2019). Je décrirai ci-dessous ces différentes histoires, dont la plupart débordent vers le futur, puisqu'elles ont ouvert des voies que je continuerai à explorer dans les années à venir.

<footnote n="14">¹⁴ Excuse de circonstance : une certaine crise sanitaire est venue retarder ma soutenance d'HDR (et donc la fina-
lisation de ce manuscrit) d'environ 2 ans, rendant plus évidente encore la largesse de ma conception du « pré-
sent »...</footnote>
Dynamique évolutive de *Wolbachia* à l'échelle des communautés

J'ai évoqué plus haut, s'agissant de l'évolution des relations symbiotiques, la « transmission verticale » comme une voie royale vers l'interdépendance et la coopération : un symbiote transmis verticalement bénéficiera indirectement de tout effet positif qu'il aurait envers son hôte. Au contraire, la transmission horizontale, qui découple les valeurs sélectives des deux partenaires, peut mener vers la virulence, la pathogénicité, comme effet secondaire d'une sélection pour une multiplication rapide et une plus grande infectiosité des « symbiotes », que l'on peine alors à nommer ainsi, toute générale que soit notre définition de la symbiose. Les éléments génétiques égoïstes constituent les exceptions qui viennent confirmer cette règle, ou plutôt la préciser : transmis verticalement, ils réduisent pourtant la valeur sélective de leur hôte, c'est-à-dire de l'échelle d'organisation « du dessus ». Ils nous rappellent ce faisant que la « règle de la transmission verticale » devrait être plus précisément celle de la « cotransmission » : la coopération est attendue entre entités cotransmises, génétiquement liées ; dans la mesure où la reproduction sexuée, et plus généralement toute forme de recombinaison, brise la liaison, elle ouvre une porte vers la possible sélection de stratégies égoïstes.

Les effets phénotypiques de *Wolbachia* semblent, à priori, bien expliqués par ce cadre théorique : en tant qu'éléments cytoplasmiques, ces bactéries montrent parfois des effets bénéfiques à l'organisme dans son ensemble, quand elles le protègent par exemple contre des pathogènes tiers, et parfois des effets bénéfiques au seul « compartiment cytoplasmique ». Quand j'ai commencé à étudier *Wolbachia*, je la concevais en ces termes : un symbiote à transmission verticale maternelle, parfois mutualiste, mais plus souvent égoïste. Plusieurs éléments sont venus pourtant perturber cette description, en révéler en tout cas le caractère trop parcellaire. Il y avait tout d'abord les premières analyses phylogénétiques, qui révélaient la présence de souches très étroitement apparentées dans des hôtes très éloignées, ou au contraire de souches très distantes dans des espèces sœurs, deux signatures solides d'évènements de transmission horizontale (O'Neill et al., 1992; Werren et al., 1995; Vavre et al., 1999). Il y avait aussi des arguments théoriques, qui suggéraient une contribution plausible, sinon probable, de la transmission horizontale de *Wolbachia* à l'évolution de ses effets phénotypiques. L'incompatibilité cytoplasmique par exemple : induire ce phénotype offre bien une capacité invasive, mais paradoxalement dans une population panmictique, seule la capacité à restaurer la viabilité des embryons infectés est sous sélection (Prout, 1994; Turelli, 1994). C'est précisément ce paradoxe qui m'avait mené à noter l'importance d'un découplage des fonctions « toxine » et « antidote » pour expliquer l'évolution de l'incompatibilité bidirectionnelle : dans une population panmictique, l'effet de la toxine, puisqu'il s'exprime chez les mâles, ces impasses évolutives, ne sont simplement pas sous sélection. Mais si l'induction de l'incompatibilité cytoplasmique n'est pas sous sélection, comment expliquer alors son émergence et son maintien ? Un autre niveau de sélection était entrevu comme une explication plausible, au travers par exemple de la transmission horizontale, qui donnerait un avantage aux « clades » de *Wolbachia* présentant cette propriété invasive (Hurst & McVean, 1996). Les phénomènes d'induction de parthénogénèse
ou de féminisation soulèvent aussi des questions de cet ordre. Comme évoqué plus haut, une
conséquence vraisemblable de la féminisation est la disparition pure et simple des mâles, c'est-
à-dire l'extinction des populations ou même des espèces hôtes, et avec elle de *Wolbachia*. On
peut envisager une même conséquence ultime dans les espèces devenues parthénogéné-
tiques, puisque ce mode de reproduction mène très vraisemblablement à l'extinction en l'ab-
sence de mécanismes compensatoires de brassage génétique. Et pourtant, *Wolbachia* féminise
et induit de la parthénogénèse, avec une pénétrance très élevée. Ici encore, la dynamique in-
terspécifique, impliquant la colonisation de nouveaux hôtes par transmission horizontale, avant
l'extinction, joue vraisemblablement un rôle critique.

À la lumière de ces éléments, il devient finalement évident qu’un bon modèle explicatif
du « phénomène *Wolbachia* », de sa distribution taxonomique, de ses effets phénotypiques et
de leur évolution, se doit d’incorporer la composante horizontale de sa transmission. Dans
cette perspective, la question de la durée des associations apparaît comme essentielle : se
compte-t-elle en siècles ou en millions d’années ? Les évènements de perte et de transmission
horizontale sont-ils suffisamment fréquents pour constituer des facteurs sélectifs majeurs ?
Dans quelle mesure les propriétés de *Wolbachia* devraient-elles être considérées comme des
traits adaptatifs à cet égard ? Son caractère essentiellement égoïste représente-t-il une consé-
quence du découplage entre sa destinée évolutive et celle de ses hôtes, comme la virulence de
tout bon pathogène à transmission horizontale ? Son génome hautement plastique, et truffé
d’éléments mobiles, pourrait-il refléter à la fois une conséquence des évènements de transferts
horizontaux, qui offrent des occasions de recombinaison entre souches, et une caractéristique
sélectionnée par ces bouleversements environnementaux que constituent les changements
d’hôtes ? À l’issue de la première conférence dédiée à *Wolbachia*, à laquelle j’ai eu la chance
de participer pendant ma thèse, cette perspective métapopulationnelle, où chaque espèce
hôte constituerait un patch temporaire de *Wolbachia*, m’était apparue comme essentielle et
figurait en tant que tel dans un article de synthèse rédigé à cette occasion (Charlat & Merçot,
2000). Elle allait finalement constituer le cœur du projet résumé ici.

Reprendre et finaliser l'analyse du système SymbioCode a d'abord nécessité de clarifier
sa diversité taxonomique, et de la partager en tant que contribution significative à la connais-
sance de la biodiversité de Tahiti et ses îles. Des arachnologues et entomologistes passionnés
m'ont grandement assisté dans cette tâche, en adossant nos données moléculaires à des con-
naissances morphologiques et biogéographiques (Dierkens & Charlat, 2009; Leseigneur et al.,
2010; Ramage et al., 2015, 2017, 2018). L'objectif central du projet, à savoir l'estimation du
taux de renouvellement des infections par *Wolbachia*, a quant à lui constitué un défi à bien des
égards. L'idée initiale était d'utiliser d'une part le « barcoding-ADN » c'est-à-dire le séquençage
d'une partie du gène mitochondrial CO1, pour inférer des phylogénies moléculaires des hôtes,
et d'utiliser d'autre part une approche similaire pour caractériser les infections par *Wolbachia*,
en séquençant également une portion unique du génome bactérien, un gène choisi parmi
d'autres qui constituent ensemble un système de typage multilocus (Baldo et al., 2006). La
comparaison des phylogénies des hôtes et des bactéries devait alors être utilisée pour identifier
des régions « congruentes » entre les deux arbres, qui constitueraient des signatures d'infec-
tion stables sur un temps long, au contraire des régions « incongruentes » qui indiqueraient
des phénomènes de perte et de transferts horizontaux de *Wolbachia*. La technique de barco-
ding elle-même s'est avérée relativement efficace, avec un taux de succès d'environ 75% du
côté hôte, et 66% côté symbiote (la perte étant due ici aux infections multiples, qui rendent
inopérant le séquençage Sanger des produits de PCR). Mais il est apparu rapidement que la
reconstitution d'un scénario vraisemblable de perte et acquisition de *Wolbachia* au cours du
temps, à partir de la comparaison des deux arbres, ne serait pas envisageable avec ces données,
notamment pour des questions d'incertitude phylogénétique. Les séquences mitochondriales
constituent de bons marqueurs pour inférer des histoires évolutives récentes, du fait de leur
taux de mutation élevé, mais pour la même raison, ces marqueurs ne sont pas très informatifs
sur des temps longs : leur signal phylogénétique est saturé du fait des substitutions multiples.
Au contraire, le génome de *Wolbachia* évolue lentement (Richardson et al., 2012), si bien que
les nœuds profonds de la phylogénie peuvent être résolus avec un marqueur unique (en négli-
geant toutefois l'effet potentiellement confondant des recombinaisons entres souches bacté-
riennes) mais pas les nœuds récents. Nous avons donc d'abord opté, notamment dans le cadre
de la thèse de Patricia Simões, pour une analyse centrée sur l'identification de bactéries très
proches (présentant des séquences identiques) dans des hôtes très éloignées (appartenant à
des ordres d'arthropodes différents). Dans le cadre d'une collaboration avec mon collègue
Marc Bailly-Bechet, nous avons affiné cette approche pour estimer de manière globale la fré-
quence des évènements de transferts horizontaux, mais elle nous a finalement semblé trop
rudimentaire au regard de l'information beaucoup plus riche contenue dans les données, et
notamment dans les phylogénies, même partiellement résolues. Au final, des développements
méthodologiques en collaboration avec Gergely Szöllősi, qui terminait alors son post-doc dans
l'équipe de Vincent Daubin, ont rendu envisageable un retour vers une analyse plus ambitieuse,
fondée sur la comparaison d'arbres, mais qui incorporerait, dans la mesure du possible, les
différentes sources d'incertitude phylogénétique, pour produire non pas un scénario vraisem-
blable de pertes et acquisitions de *Wolbachia*, mais plutôt un échantillon de scenarios de forte
vraisemblance, qui pourraient être combinés pour estimer des taux de perte et acquisition,
ainsi que des intervalles de confiance associés à ces estimations (Bailly-Bechet et al., 2017).

Un point crucial, peut-être un peu technique mais essentiel tant il a affecté nos conclu-
sions, a porté sur la distinction entre les événements d'échelles populationnelles et indivi-
duelles. Pour estimer les taux de perte et acquisition de *Wolbachia*, nous avons cherché à ajus-
ter un modèle de Poisson à la présence ou l'absence de la bactérie le long des branches de
l'arbre mitochondrial et constaté que les données rejetaient l'hypothèse d'un processus de
Poisson homogène, qui supposerait un seul taux pour l'ensemble de l'arbre. Au contraire, elles
indiquaient un turnover rapide des infections à la surface de l'arbre et un turnover plus lent
dans ses zones plus profondes. Nous avons interprété ce patron comme révélateur de deux
phénomènes distincts, qui seraient analogues aux « mutations » et aux « substitutions » dans
un contexte de génétique des populations. Une part de la variation, la part de surface, était
selon nous imputable à des variations d'échelle individuelle. Ainsi par exemple, la non-transmission d'une infection entre une mère et son descendant peut se manifester comme un évènement de perte récent : une branche non infectée et très courte dans l'arbre mitochondrial. Au contraire, une autre part de la variation, celle qui nous intéresse ici, concerne l'échelle des populations, voire des espèces, car notre question initiale est bien celle des taux auxquels différentes espèces d'arthropodes acquièrent ou perdent *Wolbachia*. En nous concentrant sur ces « taux lents », nous avons estimé que *Wolbachia* est acquise en moyenne tous les 9 millions d'années par les espèces non infectées, et perdue tous les 7 millions d'années. En supposant que *Wolbachia* a atteint un équilibre épidémiologique global, ces chiffres devraient se traduire par une incidence à l'équilibre d'environ 40%, une valeur très proche de l'incidence effective observée dans nos données. Cette concordance venait conforter notre analyse, et suggérer que *Wolbachia* avait effectivement atteint un équilibre épidémiologique, en accord avec la remarquable constance de son incidence dans différentes régions du globe (Werren & Windsor, 2000).

Des travaux récents, portant sur plusieurs espèces de drosophiles, ont mis en évidence de multiples évènements d'acquisition de *Wolbachia* au cours des quelques derniers milliers d'années (Turelli *et al.*, 2018; Cooper *et al.*, 2019). Ces résultats semblent à première vue en contradiction avec nos estimations qui suggéraient des taux d'acquisition très inférieurs. Plussieurs solutions sont à envisager pour résoudre ce paradoxe. Tout d'abord, ces études ont porté sur des souches de *Wolbachia* connues précisément pour leur occurrence chez de multiples hôtes, reflétant vraisemblablement des capacités de transmission horizontale beaucoup plus élevées que la moyenne. Cette remarque vient appuyer sur un point sensible de notre analyse : nous avons estimé des taux *moyens* de perte et acquisition de *Wolbachia* par millions d'années, sans rien savoir de la distribution sous-jacente... Dans la mesure où cette distribution est peut-être multimodale, avec par exemple des *Wolbachia* très infectieuses et d'autres très stables, la moyenne pourrait en être un résumé trop rudimentaire. Autre élément d'explication envisageable : les évènements d'introgression, c'est-à-dire le passage de *Wolbachia* entre espèces proches par le biais d'hybridations. Notre étude portait sur le découplage entre l'histoire évolutive de *Wolbachia* et celle de la lignée cytoplasmique de ses hôtes, inférée par la phylogénie mitochondriale. En d'autres termes, nos estimations sont celles du taux de transfert horizontal au sens strict, alors que l'introgression relève bien d'une transmission verticale, même s'il s'agit d'un passage entre espèces. Dans les études récentes mentionnées, l'introgression explique une part non négligeable des évènements de « transferts horizontaux » (au sens large cette fois) et pourrait expliquer en partie leur haute fréquence. Autre élément potentiellement important : nous avons négligé les infections multiples (c'est-à-dire les espèces présentant plus d'une souche de *Wolbachia* à la fois) pour la simple raison qu'elles ne pouvaient être caractérisées avec la technique de séquençage utilisée. Si les souches présentes à l'état de multi-infections ont tendance à dévier de la moyenne en termes de stabilité des associations, notre moyenne est effectivement biaisée. Une dernière explication, enfin, celle qui m'inquète le plus, je dois l'avouer, porte sur ce « point technique » évoqué plus haut : nous avons observé une
dynamique très rapide de *Wolbachia* à la surface de l'arbre, et nous l'avons négligée, considérant qu'il s'agissait vraisemblablement de phénomènes relevant d'une échelle individuelle et non populationnelle. Mais nous avons peut-être eu tort : parmi ces évènements récents, certains constituent possiblement des pertes et des acquisitions d'échelle populationnelle... Si nous les avons négligés, ce n'est pas fondamentalement parce que nous étions certains du bien-fondé de ce choix, mais surtout, parce que nous n'en avions pas d'autre : nos données ne permettaient pas de « zoomer » à ce point sur les temps récents. Dans ces différentes sources d'incertitude, je vois le prix à payer pour la gourmandise des projets de « grande dimension ». Dégager des règles générales, des tendances globales, implique nécessairement de négliger les détails, les histoires propres à chaque espèce hôte, à chaque lignée de *Wolbachia* ; des détails où parfois le diable pourrait se cacher.

Alors, au-delà des incertitudes, revenons sur notre terrain, celui des tendances globales. Notre analyse cophylogénétique à grande échelle n'a révélé aucune situation de co-cladogénèse. En d'autres termes, aucun clade n'a été identifié comme strictement dépendant vis-à-vis de *Wolbachia*. De telles interdépendances existent pourtant, dont certaines ont été mentionnées plus haut. Dans de nombreuses espèces d'hyménoptères, où *Wolbachia* a induit le passage d'une parthénogénèse arrhénotoque vers une parthénogénèse thélytoque, la bactérie est devenue essentielle : tout retour vers la reproduction sexuée est impossible puisque les « fonctions sexuelles » ont dégénéré (Stouthamer et al., 2010). Chez le parasitoïde *Asobara tabida*, la reproduction est restée sexuée, mais une souche de *Wolbachia* est devenue essentielle à l'ovogénèse, possiblement suite à l'évolution d'une tolérance envers la bactérie, dans un processus que j'ai mentionné plus haut comme une voie possible vers la dépendance (Dedeine et al., 2001; Kremer et al., 2009). D'autres lignées de *Wolbachia* peuvent aussi jouer les « bons symbiotes primaires » en fournissant à leurs hôtes hématophages des compléments métabo liques essentiels (Hosokawa et al., 2010; Balvín et al., 2018). Pourquoi, alors, n'avons-nous constaté aucune signature cophylogénétique de telles transitions, aucune association verrouillée ? Possiblement, parce que de telles transitions restent exceptionnelles ; mais peut-être, aussi, parce qu'elles pourraient constituer des impasses évolutives, des autoroutes vers l'extinction. Dans le cas de la parthénogénèse, cette hypothèse est déjà bien établie : ce mode de reproduction est une fausse bonne idée évolutif et mène les espèces vers l'extinction à relativement brève échéance. Quant aux autres formes de dépendances mentionnées, elles pourraient aussi présenter une grande part de risques. Pensons par exemple à ces punaises des lits dont l'approvisionnement en vitamine B dépend de *Wolbachia*. Tout essentielle qu'elle soit devenue dans ce système, rien n'empêche *Wolbachia* d'exprimer aussi les phénotypes qui lui sont plus communément associés, comme la féminisation ou la mise à mort des embryons de sexe mâle : même pour un symbiote primaire, un tel effet pourrait constituer un « petit plus », un trait conférant un avantage sélectif à la lignée responsable. On imagine les conséquences d'un tel mélange explosif, dans des systèmes où la bactérie constituerait un élément à la fois essentiel et létal. La rareté des « associations stabilisées » entre *Wolbachia* et ses hôtes,
documentée dans le cadre du projet SymbioCode, pourrait-elle refléter une sélection lente mais efficace contre de telles bombes à retardement ?

## *Wolbachia* et mitochondries

La thèse de Marie Cariou, soutenue en 2015, que j’ai co-encadrée avec Laurent Duret, se plaçait dans une continuité assez directe avec le projet SymbioCode. En bref, il s’agissait d’utiliser ce système pour évaluer les capacités de *Wolbachia* à emporter avec elle des mitochondries au travers des barrières interspécifiques naissantes. Ce projet était motivé par des travaux précédents qui indiquaient de tels évènements d’introgression mitochondriale dans plusieurs espèces (Rousset & Solignac, 1995; Jiggins, 2003; Narita et al., 2006; Raychoudhury et al., 2009), y compris chez le papillon *Hypolimnas bolina* (Charlat et al., 2009). La dimension du système SymbioCode offrait une opportunité de déterminer si ces études de cas représentaient des anecdotes ou étaient au contraire indicatives d’un phénomène de grande ampleur. Pour aborder cette question, nous envisagions de comparer les histoires évolutives mitochondriales à celles des génomes nucléaires, qui seraient inférées par la technique de RADseq, fondée sur le séquençage à haut débit des régions génomiques adjacentes à des sites de restriction. Cette thèse aussi a nécessité des développements méthodologiques conséquents, dont Marie a su s’emparer pleinement. Sur le plan expérimental, et notamment grâce à la contribution précieuse d’Hélène Henri, nous avons mis au point des techniques permettant d’envisager la production de données RADseq à grande échelle (Henri et al., 2015). Par des approches de simulation, nous avons également précisé les limites et le potentiel des données RADseq aussi bien pour des inférences phylogénétiques que populationnelles (Cariou et al., 2013, 2016). Les analyses phylogénétiques à partir de données RADseq sont essentiellement contraintes par la perte de sites de restriction homologues à mesure que les espèces divergent, qui réduit la part informative des données dans les régions les plus profondes de l’arbre. Dans le genre *Drosophila* par exemple, le nombre de sites partagés est de 1500 entre *D. melanogaster* et son espèce sœur *D. simulans*, qui divergent depuis environ 5 millions d’années, mais seulement d’une centaine entre *D. melanogaster* et *D. virilis*, qui divergent depuis environ 60 millions d’années (Cariou et al., 2013). Lorsqu’il s’agit de comparer des individus beaucoup plus proches, notamment au sein d’une espèce, pour estimer par exemple le degré de polymorphisme neutre au sein des populations, les données RADseq fournissent de nombreux sites informatifs, mais tendant à sous-estimer le polymorphisme du fait des allèles nuls. Par des approches de simulation, Marie a pu préciser les causes et l’amplitude de ce biais (Cariou et al., 2016). Ses analyses ont montré que la sélection à des sites adjacents tend à l’exacerber, en augmentant l’hétérogénéité du polymorphisme le long du génome, ce qui tend à sur-représenter les régions les moins polymorphes dans les données. Au contraire, la structuration spatiale tend à diminuer le biais, puisqu’elle réduit l’hétérogénéité des temps de coalescence le long du génome. À l’extrême, la
divergence RAD constitue un estimateur non biaisé de la divergence génomique entre deux populations strictement isolées.

À partir des données générées précédemment dans la cadre du projet SymbioCode, Marie a pu explorer aussi l'hypothèse d'une réduction de l'effectif efficace du génome mitochondrial associé à la présence de *Wolbachia*, conséquence attendue des balayages sélectifs liés notamment aux évènements d'invasion des populations par une nouvelle infection (Cariou *et al.*, 2017). Sous cette hypothèse, deux prédictions pouvaient être formulées : une réduction du polymorphisme neutre d'une part, et d'autre part une accélération de l'évolution non neutre, qui résulterait d'une plus grande probabilité de fixation des mutations faiblement délétères. Nos premières analyses, fondées sur des comparaisons globales, ne semblaient pas indiquer de tels

effets : en moyenne, les espèces infectées par *Wolbachia* ne montraient pas un polymorphisme mitochondrial plus élevé, pas plus qu'en moyenne, les branches de l'arbre inférées comme infectées ne montraient une accélération de l'évolution mitochondriale non synonyme. Mais des analyses appariées, plus sensibles car robustes aux autre causes de variations, ont finalement révélé les effets attendus, et même des effets assez intenses : comme illustré ci-dessus, en scindant l'arbre global en de multiples petits clades, et en utilisant chacun de ces clades comme un point de comparaison d'une analyse appariée, il s'avère que les espèces infectées sont en moyenne deux fois moins polymorphes que leurs espèces sœurs non infectées, et que les branches infectées montrent une augmentation de 13% du taux d'évolution non synonyme.

Qu'en est-il finalement, de l'introgression mitochondriale, dont nous souhaitions évaluer l'incidence globale en comparant les divergences mitochondriales aux divergences nucléaires inférées par RADseq ? L'analyse finale de nos données, en vue de répondre à cette question, n'a pas eu la puissance que nous espérions initialement. L'expérience impliquait au départ 261 « OTU », c'est-à-dire 261 unités taxonomiques assimilables à des espèces en termes de diversité mitochondriale, chacune incluant deux spécimens. Et la question était la suivante : dans quelle proportion des cas cette proximité moléculaire au niveau mitochondrial serait-elle contredite par une grande divergence des génomes nucléaires ? En d'autres termes, quelle

<figure><img src="image_22.png" /></figure>

Cette figure (issue de Cariou et al. 2017) est une représentation de l'analyse appariée de l'effet de *Wolbachia* sur le polymorphisme mitochondrial synonyme ($\pi_s$). Chaque point correspond à un clade n'incluant que des espèces proches dans la phylogénie, appartenant à divers ordres d'arthropodes comme indiqué par la couleur des points. Pour la grande majorité des clades où le degré de polymorphisme est suffisamment élevé pour être informatif, le point est en dessous de la bissectrice. En d'autres termes, le polymorphisme est plus faible, de moitié environ, chez les espèces infectées.
proportion de ces cas représentait des évènements d'introgression, où deux spécimens appartenant clairement à des espèces différentes partageraient néanmoins les mêmes mitochondries. À l'arrivée, il n'est resté « que » 92 paires de spécimens effectivement comparables, c'est-à-dire partageant au moins 20 loci homologues, car les données RADseq nous avaient donné du fil à retordre. Il demeure difficile, nous pouvons en témoigner, de générer ce type de données dans de nombreuses espèces différentes, c'est-à-dire sans aucune mise au point préalable pour tenir compte, par exemple, de la taille des génomes ou de leur contenu en GC, qui affectent de manière assez radicale la densité et le nombre total de sites de restriction. Sur ces 92 paires de spécimens, nous avons été surpris, et un brin déçus, de constater une absence totale de discordance entre les données RADseq et les regroupements en OTUs fondés sur les mitochondries (Cariou et al., 2020) : aucune paire ne montre une divergence médiane des loci RADseq indiquant un isolement clair des compartiments nucléaires. Ce résultat suggère que contrairement à nos attentes initiales, les introgressions mitochondriales se produisent essentiellement entre populations proches au niveau du génome nucléaire, et plus précisément, plus proches que les « 2% de divergence synonyme », évalués par d'autres comme une limite au-delà de laquelle les introgressions nucléaires sont elles-mêmes très rares ou inexistantes (Roux et al., 2016). Ainsi, sans indiquer que les introgressions mitochondriales sont rares, nos résultats suggèrent plutôt que le compartiment cytoplasmique ne fait pas figure d'exception, vis-à-vis du reste du génome, en termes de flux génique entre espèces naissantes.

## Didactique et épistémologie de l'évolution

Dans un tout autre domaine, j'ai co-encadré avec Daniel Guinet, physicien à l'université Lyon 1, et Eric Triquet, didacticien à l'université d'Avignon, la thèse de Fabienne Paulin, également soutenue en 2015. Ce co-encadrement a pris beaucoup moins de place dans mon emploi du temps que le précédent, mais a néanmoins constitué une première étape marquante d'une inflexion de mes centres d'intérêt vers l'épistémologie. Fabienne, didacticienne (actuellement PRAG à l'université Lyon 1, rattachée au laboratoire S2HEP, Sciences, Société, Historicité, Éducation et Pratiques ; et à l'époque enseignante en sciences de la vie et de la terre, à mi-temps pendant sa thèse), s'est intéressée aux difficultés inhérentes à l'enseignement de la biologie évolutive. À travers l'analyse des programmes, des contenus des cours, mais également d'interviews de chercheurs et chercheuses en biologie évolutive, elle a notamment pointé du doigt le carcan trop étroit de la « démarche d'investigation » imposée aux enseignants. La biologie évolutive, portant à la fois sur des objet actuels et potentiellement soumis à l'expérience (tels que l'ADN ou la mutation) et sur des objets et évènements passés (tels que des crises d'extinction), constitue à la fois une science « fonctionnaliste », une science des phénomènes et de leurs mécanismes intemporels, et une science « historique », une science des évènements passés, uniques, et par définition non reproductibles. Fabienne a montré à quel point la dimension historique de la biologie évolutive est négligée, ou en tout cas non explicitée, à la fois dans les
instructions données aux enseignants par le biais des programmes (Paulin et al., 2018) et au
final dans les cours eux-mêmes (Paulin et al., 2019). Cette lacune, cet « impensé épistémolo-
gique » peut mener l'enseignant dans certaines ornières pédagogiques, certains contresens,
par exemple lorsqu'il propose une « expérimentation » qui viserait à placer des espèces sur un
arbre phylogénétique pour prouver leur ascendance commune (Paulin et al., 2019). En passant
sous silence le caractère nécessairement unique et non reproductible de l'histoire du vivant,
l'enseignement des sciences de la vie (et de la terre, puisque la géologie est également concer-
née) se retrouve amputé d'une part importante de son épistémologie. Pourquoi une telle dis-
torsion entre la biologie évolutive « qui se fait » dans les laboratoires, et celle qui s'enseigne ?
Nous émettons l'hypothèse que cette situation reflète un problème que j'ai évoqué plus haut,
plus général, plus profond et plus important, qui touche l'enseignement à tous les niveaux, et
la recherche elle-même (Charlat & Paulin, 2019; Paulin & Charlat, 2020) : un rapport tendu,
crispé, vis-à-vis de l'incertitude en science. Plus encore que les sciences fonctionnalistes et leur
approche typiquement expérimentale et hypothético-déductive, les sciences historiques don-
nent à voir cette incertitude de manière tangible et évidente. Est-on certain que les dinosaures
ont disparu (ou presque) à cause d'une météorite ? Non évidemment, puisque nous n'y étions
pas. Reconnaître ce caractère d'incertitude ouvrirait selon nous une boîte de Pandore, où se
révèlerait plus généralement la délimitation franche, que j'ai cherchée à préciser plus haut,
entre science d'une part, et vérité d'autre part.

Je vois cette partie-là de mon travail comme un peu à part ; peut-être comme l'occasion
que j'attendais d'un certain « engagement sociétal », pour une cause moins secondaire qu'il
n'y paraît : la cause de l'épistémologie. Comment préciser, pour nous-mêmes, pour nos étu-
diants et pour le grand public, le rapport entre science et incertitude ? Quelle posture adopter,
dans un monde submergé de post-vérités, qui réveillent nos plus bas instincts positivistes, mais
où la science, quand elle se prend pour la vérité, en classe ou dans les médias, perd de son éclat
et de sa légitimité ? J'entends bien le discours selon lequel la modestie scientifique serait une
fâcheuse tendance à la mode (Klein, 2020) et comme déjà mentionné à plusieurs reprises, je
me sens très éloigné d'un relativisme radical selon lequel la science produirait un récit sans
valeur particulière. Je reconnais évidemment la pertinence des analyses rationnelles et des
données quantitatives, notamment pour guider le bateau dans le genre de tourmentes que
nous venons de traverser. La science, les scientifiques, peuvent et doivent se faire entendre
haut et clair. Mais pour qu'ils soient bien entendus, ils devraient se départir une fois pour toute
de toute arrogance et tout simplisme. En reconnaissant et en rappelant très tôt, à l'école, puis
plus tard à chaque occasion, que le savoir scientifique est une construction théorique. Qu'il est
aussi un processus sociologique où les luttes d'influence et le pouvoir de l'argent peuvent peser
lourd. Que l'incertitude en est le paysage permanent. Une incertitude que Fabienne et moi
déclinons sous deux formes principales (Paulin & Charlat, 2020) : l'incertitude « quantitative »,
celle que nous aurions bien voulue réduire pour prédire au mieux les dates et l'amplitude des
2ème, 3ème, nième vagues de Covid 19 ; et une incertitude « ontologique », plus irréductible et
fondamentale, puisqu'attribuable au langage, à nos sens, à la distinction inévitable entre « le
monde » et « la description du monde » aussi détaillée et cohérente soit-elle. Dans un futur proche, je commencerai par transmettre quelques fondamentaux d'épistémologie à des étudiants matures, à travers un enseignement d'une dizaine d'heures que Fabienne et moi mettons actuellement en place dans le cadre du Master BEE de Lyon (Biodiversité, Écologie, Évolution). C'est un début, qui sera une occasion de rassembler les idées essentielles, pour peut-être parvenir à les intégrer ensuite dans des formations plus initiales. Le chemin jusqu'à l'école maternelle est encore long... Il faudra, pourquoi pas, commencer à interagir avec le monde de l'éducation nationale, des inspections académiques, et peut-être des programmes... Je me sens disposé à faire avancer cette cause-là.

## Hérédité non génétique et évolution

Dans une volonté de laisser émerger de nouvelles thématiques et de nouvelles collaborations internes, des groupes de réflexion ont été mis en place ces dernières années au sein du LBBE. L'un d'eux, le « groupe génotype - phénotype » porte, comme son nom l'indique, sur un vaste programme, et met l'accent sur les nécessaires échanges entre ceux d'entre nous qui travaillent plutôt à l'échelle des génomes où plutôt à l'échelle des traits phénotypiques. La question de la contribution de l'hérédité non génétique à l'évolution s'est rapidement imposée comme un thème à la fois central et en plein essor, notamment en raison des défis conceptuels qu'il soulève. Comme évoqué plus haut, le concept d'hérédité, depuis la découverte de l'ADN, s'est étrangement vu résumé à quatre lettres, alors que les données ont toujours été là pour nous dire que la ressemblance entre parents et descendants peut aussi être médiée par d'autres « supports d'information ». Sans être de ceux qui voient là une crise profonde de la théorie de l'évolution, qui imposerait des changements urgents et radicaux (Laland et al., 2014) Etienne Rajon et moi-même nous interrogeons néanmoins sur les implications évolutives de l'hérédité non génétique; implications peut-être sous-estimées puisque la génétique des populations s'est essentiellement développée depuis 70 ans dans le cadre de l'hypothèse restrictive du « tout ADN ».

Mais par quel bout attaquer ce problème ? Il y a, évidemment, un besoin de plus de données empiriques. L'étude, par exemple, de la part des variations phénotypiques héritables dues aux méthylations de l'ADN en est encore à ses balbutiements : elle peut être générée expérimentalement (Quadrana & Colot, 2016), mais quelle est sa place dans la nature ? Au-delà du manque de données, nous rencontrons aussi des difficultés purement conceptuelles : au contraire de la génétique, rendue intelligible par un siècle de formalisation, et un ancrage moléculaire solide, l'hérédité non génétique est une catégorie multiple et insaisissable, définie seulement par l'exclusion d'une autre. « L'épigénétique » n'est pas ici d'un grand secours, tant ce terme est polysémique. Pour certains, il désigne des mécanismes moléculaires précis, mais non nécessairement héritables. Pour d'autres, l'épigénétique pourra contenir toute l'hérédité non génétique, ou presque, sans référence aux mécanismes. Je penche vers la 2ème définition,
qui offre au moins un mot unique pour désigner « ce qui est héritable mais non génétique ». Mais je tends à me méfier de ce terme, dont le succès repose, au moins en partie, sur un glissement souvent implicite entre ces deux acceptations.

Comment avancer donc, dans la jungle conceptuelle de l'hérédité non génétique ? Etienne et moi avons porté notre attention sur un paramètre qui nous a semblé essentiel, et susceptible de préciser le « champ des possibles » en la matière : le degré d'instabilité des traits hérités, c'est-à-dire l'analogue du « taux de mutation » des généticiens. Nous avons souhaité notamment questionner une idée exprimée de manière plus ou moins explicite dans la littérature : l'hérédité non génétique étant plus instable que l'hérédité génétique (pour faire court, les « epimutations » étant plus fréquentes que les mutations), elle devrait, selon certains, fournir plus rapidement de nouveaux variants adaptatifs et donc contribuer en premier lieu à l'adaptation des populations (Klironomos et al., 2013). Cette proposition se fonde sur un pré supposé implicite que nous avons souhaité examiner de plus près : les epimutations, aussi fréquentes soient-elles, pourraient avoir les mêmes effets phénotypiques (et donc le même potentiel adaptatif) que les mutations ?

Pour aborder cette question, nous avons établi un modèle assez simple, décrit dans le diagramme ci-dessous : un trait phénotypique sous sélection, contrôlé par deux déterminants ; l'un génétique, mutant rarement entre deux états, 0 et 1, et l'autre non-génétique, mutant plus souvent. Leurs poids relatifs sont contrôlés de manière épistatique par un autre locus, génétique en ce sens qu'il mute rarement. Cet autre locus détermine la valeur du paramètre α : une valeur élevée de α (c'est-à-dire proche de 1) donne plus de poids au déterminant génétique, alors qu'une valeur faible (proche de 0) donne plus de poids au déterminant non génétique. Nous fixons les taux de mutation et d'épimutations, que nous considérerons comme des contraintes de départ, imposées par la nature chimique des deux supports d'hérédité, et nous suivons par simulation l'évolution du paramètre α sous les effets combinés de la dérive et de la sélection. Nous pouvons ainsi estimer, dans des environnements stables ou au contraire fluctuants aléatoirement entre deux états, si la sélection a prise sur la valeur du paramètre α, et si oui dans quel sens elle agit : vers une contribution phénotypique plus faible ou au contraire plus forte du support non génétique.
<figure><img src="image_23.png" /></figure>

Un résultat essentiel de notre étude porte sur le caractère non neutre des variations du paramètre α : pour peu que la population soit de taille suffisante, la sélection a bien prise sur son évolution (Rajon & Charlat, 2019). Qui plus est, et contrairement à notre intuition initiale, l'efficacité de cette sélection est dans une large mesure insensible au degré de liaison génétique entre le locus déterminant la valeur du trait et le locus épistatique qui détermine la valeur du paramètre α. En ce sens, la sélection agissant sur α est « de premier ordre » : les mutations du paramètre α modifient immédiatement la fitness de leurs porteurs. Cette sélection est donc d'une nature bien distincte de celle agissant sur les taux de mutation, dite « de second ordre » puisqu'elle dépend des effets des allèles dans les générations futures.

Qu'en est-il de la direction de cette sélection ? Notre intuition de départ était qu'elle devrait tendre à diminuer la contribution du support non génétique, sujet à de trop fréquentes mutations. Nos résultats indiquent que c'est bien le cas dans un environnement stable, où la nouveauté est systématiquement délétère. Mais au contraire, dans un environnement flucuant, les épimutations peuvent conserver des effets forts, et fournir finalement le matériau principal de l'adaptation. Est-ce à dire que l'hérédité non génétique devrait « peser lourd » sur la part du phénotype relative à des composantes instables de l'environnement ? Par exemple la résistance à des pathogènes, ou l'adaptation à des paramètres environnementaux flucuant ? C'est possible. Mais nos conclusions doivent être nuancées en notant la nature assez particulière des variations environnementales modélisées : des changements entre deux états, 0 et 1, qui correspondent aux deux valeurs possibles des déterminants génétique et non génétique. L'évolution adaptative ne se résume évidemment pas à une telle course derrière un environnement fluctuant entre deux états. C'est une des perspectives dans lesquelles nous poursuivons actuellement notre exploration des implications évolutives de l'hérédité non génétique, en nous interrogeant notamment sur la contribution des mutations et des épimutations à un autre type d'évènements adaptatifs : la découverte de nouvelles niches, les « innovations évolutives ». Je décrirai ces nouvelles directions quand nous en arriverons au « futur ».
## Génétique et évolution de l'incompatibilité cytoplasmique

Depuis ma thèse, depuis mon DEA même, je n'ai jamais cessé de travailler, au moins sur un coin de table, sur l'architecture génétique de l'incompatibilité cytoplasmique, et son évolution. Comme je l'ai résumé plus haut, j'avais d'abord cherché à comprendre comment, en théorie, une *Wolbachia* A pouvait devenir une *Wolbachia* B, incompatible avec son ancêtre. J'ai évoqué le paradoxe que constituait une telle transition, et sa possible solution, reposant sur le modèle toxine / antidote, qui offrait la possibilité d'une évolution par étape, beaucoup plus vraisemblable d'un point de vue sélectif qu'une transition « en un seul coup » (Charlat et al., 2001b, 2005a). Hervé Merçot, Denis Poinsot et moi-même avions réuni, à la fin de ma thèse, nos réflexions sur ce sujet, dans un article de synthèse (Poinsot et al., 2003). Nous avions alors passé en revue toutes les données disponibles, de la diversité génétique de *Wolbachia* à celle, phénotypique, de ses différents « types de compatibilité », en passant par les données cytogénétiques, et conclu de manière assez tranchée que le modèle toxine / antidote représentait le meilleur candidat pour expliquer à la fois l'expression de l'incompatibilité cytoplasmique et son évolution. Mes travaux empiriques sur la question avaient permis de montrer que parfois, deux *Wolbachia* étroitement apparentées peuvent en effet s'avérer incompatibles (Charlat et al., 2004b), mais pas toujours (Charlat et al., 2002) ce qui, de manière un peu frustrante, n'aidait ni à infirmer ni à confirmer les modèles théoriques.

C'est finalement un peu plus tard, après ma thèse, que s'est présentée une nouvelle occasion de relier la théorie aux données empiriques, grâce notamment aux travaux de l'équipe de Mylène Weil sur le moustique *Culex pipiens*. En bon « drosophiliste », je m'étais plutôt tenu à l'écart de ce système d'étude, qui avait la réputation d'être « trop compliqué ». Rappelons que *Culex pipiens* n'est autre que l'espèce où la bactérie *Wolbachia* fut décrite pour la première fois (Hertig & Wolbach, 1924), l'espèce qui lui a donné son nom de « *Wolbachia pipientis* » (Hertig, 1936), l'espèce où fut également décrit pour la première fois le phénomène d'incompatibilité cytoplasmique (Laven, 1951; Ghelelovitch, 1952), l'espèce où le lien entre la présence de *Wolbachia* et ce phénomène fut pour la première fois établi (Yen & Barr, 1971), et enfin, plus récemment, l'espèce dont sont issus les gènes récemment identifiés comme les effecteurs de ce phénomène (Beckmann & Fallon, 2013; Beckmann et al., 2017; Bonneau et al., 2018). Mais au début des années 2000, de mon point de vue en tout cas, les drosophiles nous offraient une image beaucoup plus intelligible. La dynamique invasive de l'incompatibilité cytoplasmique avaient été à la fois modélisée dans le détail et suivie de près dans des populations naturelles de *Drosophila simulans* (Turelli & Hoffmann, 1995), et cette espèce offrait un panel à la fois large et compréhensible des différents phénotypes possibles : des *Wolbachia* mutuellement incompatibles, d'autres qui n'induisaient pas d'incompatibilité cytoplasmique, d'autres encore qui sans induire d'incompatibilité cytoplasmique pouvaient néanmoins rétablir la viabilité des embryons fécondés par des mâles infectés (Merçot & Charlat, 2004). Tous ces patrons s'expliquaient très bien dans le cadre du modèle toxine / antidote, et plus précisément, en supposant l'existence d'un seul gène pour la toxine, et un seule gène pour l'antidote, qui pourraient
chacun montrer plusieurs formes alléliques actives, ou encore des pertes de fonction. La situation chez *Culex pipiens* était tout autre. Les premières expériences de croisements avaient déjà révélé une situation très complexe (Laven, 1951) que je vais essayer d'exposer par étape. Prenez deux lignées de moustiques, disons « les lignées 1 et 2 », toutes deux infectées par *Wolbachia* et même, d'après les marqueurs moléculaires dont vous disposez, par des *Wolbachia* très similaires sinon identiques. Croisez les mâles et les femelles de ces deux lignées, et chez *Culex pipiens*, vous observerez vraisemblablement une forte mortalité embryonnaire. Première couche de complexité donc : des lignées très proches, sinon identiques, peuvent êtres incompatible. Prenez maintenant une 3e lignée. Vous observez que les mâles et les femelles des lignées 1 et 3 sont compatibles. En bon drosophiliste, vous avez alors une prédiction claire : les lignées 2 et 3 devraient être incompatible, puisque vous avez l'habitude d'observer des relations de compatibilités transitives. Mais non, chez *Culex*, les lignées 2 et 3 peuvent très bien être compatibles, et même parfois dans un seul sens de croisement, ce qui finit de jeter de la confusion. À l'époque de ma thèse, je concluais, comme d'autres, qu'il devait « y avoir là-dessous » quelques interactions nucléo-cytoplasmiques : nous pensions à une co évolution entre *Wolbachia* et le génome nucléaire, qui aurait pu produire un peu tout et n'importe quoi (Guillemaud et al., 1997). Mais les travaux de l'équipe de Mylène sont venus tirer les choses plus au clair, tout en faisant naître, bien sûr, de nouvelles questions. La thèse d'Olivier Duron notamment, a d'abord permis de démontrer que les *Wolbachia* de *Culex pipiens* n'étaient pas si clonales que ça : tout en étant très proches, elles présentaient bien des différences génétiques, qu'on pouvait révéler par exemple en suivant les patrons de présence / absence d'éléments mobiles dans leurs génomes (Duron et al., 2005), une conclusion renforcée par des travaux qui ont suivi dans la même équipe (Atyame et al., 2011a, 2014; Dumas et al., 2016). Un autre résultat important était l'infirmation formelle de l'hypothèse des interactions nucléocytoplasmiques : même dans un fond génétique identique, les relations complexes d'incompatibilité, telles que décrites plus haut, peuvent être observées dans ce système (Duron et al., 2006; Atyame et al., 2011a; Sicard et al., 2021).

Je me souviens d'une discussion de comptoir avec Olivier, lors d'une « conférence *Wolbachia* » à Puerto Rico (dans un détestable hôtel-bunker quatre étoiles) qui a marqué le début de notre collaboration sur le sujet. J'avais enfin réalisé que le système *Culex* représentait un véritable défi au modèle toxine / antidote, et qu'il constituait en ce sens une occasion de le tester et éventuellement de le préciser. Car l'analyse de ces données, et en particulier des relations non transitives décrites plus haut, mène rapidement à la conclusion qu'elles ne peuvent être expliquées qu'en supposant l'existence, dans un même génome de *Wolbachia*, de plus d'une paire toxine / antidote. Mais combien ? Là était la nouvelle question... Il va sans dire que la complexité du problème grandit très vite à mesure que de nouvelles lignées de moustiques sont considérées. Les données disponibles à l'époque correspondaient à un tableau de croisement quasiment complet entre 19 souches, et le problème nous est rapidement apparu comme insoluble, même après l'avoir formalisé mathématiquement avec l'aide de Jan Engelstadter et Max Reuter, que j'avais rencontrés durant la période Londonienne de mon post-doc.
Mais c'était sans compter sur la force de l'interdisciplinarité, qui est une des marques de fabrique du LBBE, une des raisons pour lesquelles je m'y sens bien. Comme évoqué plus haut, je me suis à nouveau penché sur ce problème dans le cadre du post-doc d'Igor Norencadré avec Marie-France Sagot, qui dirige au LBBE une équipe d'algorithmique. Igor a tout de suite apprécié la complexité du problème. Il a d'abord eu plaisir à prouver qu'il était pour ainsi dire « insoluble » (ou « NP-complet ») pour finalement sortir du chapeau des solutions élégantes à ce « cas particulier », empruntées à la théorie des graphes (Nor et al., 2012). Et nous avons pu proposer une explication génétique formelle à la diversité des types de compatibilité chez Culex pipiens (Nor et al., 2013), qui impliquait en effet des modifications substantielles du modèle toxine / antidote. Tout d'abord, il fallait, comme anticipé, supposer l'existence de multiples paires de gènes. Nous avons également noté qu'en supposant un effet « quantitatif », c'est-à-dire une variation des quantités des différentes toxines et des différents antidotes entre lignées, la solution pouvait être simplifiée, puisque le nombre de paires de gènes nécessaires passait alors de 8 à 5. Enfin, nous avons constaté qu'une part au moins de la variation entre lignées pouvait s'expliquer par l'existence de paires incomplètes : le modèle prédit la présence d'au moins 5 gènes « antidotes », mais de seulement 2 gènes « toxines ».

J'ai eu plaisir, ces dernières années, à suivre les multiples rebondissements de cette belle histoire que constitue la recherche du déterminisme génétique de l'incompatibilité cytoplasmique, et celle d'une explication à l'impressionnant polymorphisme observé chez Culex pipiens à cet égard. J'ai suivi de près les avancées pointant du doigt, dans les génomes des Wolbachia de Culex pipiens et de Drosophila melanogaster, une paire de gènes présentant toutes les caractéristiques d'un opéron « toxine / antidote » (Beckmann & Fallon, 2013) comme il en existe tant chez les bactéries (Yamaguchi et al., 2011), et permettant de mimer l'incompatibilité cytoplasmique en l'absence de Wolbachia (Beckmann et al., 2017; LePage et al., 2017; Shropshire & Bordenstein, 2019). J'ai pu suivre aussi les développements portant plus précisément sur le polymorphisme des types de compatibilité chez Culex, notamment en participant au comités de thèse de Manon Bonneau, puis plus récemment encore d'Alice Namias. Ces travaux montrent à quel point le polymorphisme de ces potentiels effecteurs de l'incompatibilité cytoplasmique explique effectivement, dans une très large mesure au moins, les profils de compatibilité entre les différentes souches analysées (Bonneau et al., 2018). Ils viennent apporter une confirmation solide au modèle toxine / antidote dans sa forme étendue autorisant de multiples paires de gènes. Ce foisonnement de nouveaux éléments m'a encouragé à solliciter les différentes équipes impliquées, pour une analyse collective qui combinerait les résultats empiriques et expérimentaux disponibles, afin de préciser l'architecture génétique de l'incompatibilité cytoplasmique et son évolution (Beckmann et al., 2019a). Notons qu'il règne, autour de ce sujet, une certaine ambiance de « compétition » entre les deux équipes ayant publié simultanément des résultats pointant l'importance des mêmes gènes homologues, chez le moustique et la drosophile (Beckmann et al., 2017; LePage et al., 2017). C'est donc sans grande surprise que nous avons reçu des commentaires assez critiques d'une partie de la communauté (Shropshire et al., 2019) et c'est dans le calme que nous avons tâché d'y répondre (Beckmann et al., 2019b).
Je ne me sens pas à proprement parler partie prenante dans ce débat, et je constate qu'il porte plus sur la paternité de la découverte (cristallisée autour de bêtes questions de nomenclature) que sur le fond. Ainsi, nos détracteurs s'opposent en apparence au « modèle toxine / antidote » mais ils proposent à sa place, non pas un modèle alternatif, mais ce qui m'apparaît plutôt comme une proposition floue, sous le nom de « two-by-one model ». Dans cette proposition, les deux gènes identifiés constitueraient des toxines, mais l'un deux seulement agirait aussi comme un antidote. Un débat connexe porte sur le mécanisme de « rescue », le sauvetage des embryons : implique-t-il une interaction physique et directe entre ces deux composantes (comme proposé dans le modèle toxine / antidote, qui pourrait à ce titre être nommé plus explicitement « modèle clef-serrure »), ou au contraire une « réversion » par l'antidote des effets de la toxine, comme proposé dans le « host modification model » (Shropshire et al., 2020). Ces propositions (« two-by-one », « host modification »), qui se recoupent partiellement, sont à mon sens de nature à engendrer plus de confusion que d'avancées constructives puisqu'elles tendent à changer de forme en fonction des contextes, dans des contorsions qui révèlent, en-core une fois, des enjeux non strictement scientifiques. Au contraire, le modèle toxine / anti-dote continue à offrir une explication parcimonieuse à une grande diversité de résultats (Beckmann et al., 2019a) et notamment l'existence de multiple « types de compatibilités » (Namias et al., 2022). On pourrait, à juste titre, arguer que ce modèle a dû lui aussi subir des modifica-tions substantielles pour rendre compte des nouvelles données : premièrement, l'existence de plusieurs paires de gènes, là où le modèle initial en supposait une seule ; deuxièmement, l'ex-pression de l'antidote d'origine paternelle, pendant la spermatogénèse, et non seulement de l'antidote maternel, dans les embryons ; troisièmement, la possibilité de compatibilité par-tielles entre la toxine et l'antidote, là où le modèle initial supposait des relations de type « tout ou rien ». Mais malgré ces petits arrangements, le modèle reste compatible avec le principe fondamental de deux effets opposés, et d'une nécessaire inhibition directe de la toxine par l'antidote.

De cette analyse collective (Beckmann et al., 2019a) est aussi ressortie une autre pers-pective, portant non pas sur « l'évolution de l'incompatibilité cytoplasmique » dans le sens de « diversification des types », discutée ci-dessus, mais sur l'origine même du phénomène : com-ment *Wolbachia* en est-elle arrivée à induire un phénotype aussi alambiqué, où les mâles in-fectés sont finalement utilisés comme des agents stérilisants des femelles non infectées...? Franchement, il fallait y penser ; ou peut-être, comme souvent en biologie évolutive, fallait-il commencer par tout autre chose... ? C'est l'hypothèse que nous avons formulée, en notant que les effecteurs de l'incompatibilité cytoplasmique se trouvent, au sein des génomes de *Wolba-chia*, localisés de manière quasi-systématique dans des éléments mobiles... Il se trouve que les systèmes toxine / antidote, fréquemment observés chez les bactéries libres comme je l'ai déjà évoqué, peuvent être conçus comme des éléments génétiques égoïstes, ou plus précisément comme une propriété qui permet à des éléments égoïstes d'envahir les populations (Kobayashi, 2001). Imaginons un élément transposable bactérien. La dynamique évolutive de cet élément dépend à la fois de sa capacité à être transmis de manière infectieuse entre différents génomes,
par la recombinaison, et de l'efficacité de sa transmission verticale, c'est-à-dire de son maintien
à long terme dans les génomes où il est déjà présent. Si cet élément se trouve être porteur d'un
système toxine / antidote, il sera en mesure d'éliminer tout descendant qui aurait eu la mau-
vaise idée de le perdre (car, rappelons-le, dans ces systèmes, la toxine est plus stable que l'an-
tidote, si bien que la perte des deux gènes mène à une issue fatale) Ainsi, ce système permet à
l'élément mobile de s'assurer une transmission verticale parfaite. En combinaison avec de la
transmission horizontale, même rare, un tel système devient redoutablement invasif : il fait un
bon élément génétique égoïste (Rankin et al., 2012). Muni de ce raisonnement, le lecteur com-
mence peut-être à entrevoir notre proposition : l'incompatibilité cytoplasmique pourrait résul-
ter du recrutement secondaire, par la bactérie, d'un système sélectionné à une autre échelle,
celle de ses propres éléments mobiles. Cette proposition ressemble d'assez près à celle de De-
nis Poinsot, formulée 20 ans plus tôt dans la discussion de sa thèse, mais qui nous avait paru
alors trop spéculative pour être mentionnée dans notre publication commune (Poinsot et al.,
2003). Denis avait aussi noté qu'il serait finalement assez simple d'envisager une transition
évolutive d'un tel système vers l'incompatibilité cytoplasmique à proprement parler : Wolba-
chia étant éliminée des spermatozoïdes en cours de maturation, ces derniers peuvent tout na-
turellement être sujets à l'effet de la toxine. De même, le retour à la normale pour le génome
paternel pourrait être tout naturellement induit après la fécondation, par l'antidote exprimé
dans l'œuf. Il reste à ce scénario évolutif un caractère spéculatif non négligeable. Mais je vois
là une possible nouvelle manifestation de l'imbrication des niveaux de sélections, des indivi-
dualités empilées, où le caractère égoïste d'une échelle peut se voir dissimulé, ou être vérita-
blement perdu, dès lors qu'il est recruté comme fonctionnel à une échelle supérieure.

À la recherche des conflits génétiques cryptiques

Le projet CrypDrive (pour « Cryptic Meiotic Drive ») est né autour d'un verre, lors de la soirée de clôture du congrès « Evolution 2018 » qui réunissait à Montpellier les sociétés de biologie évolutive d'Europe et des États Unis. J'avais assisté à un symposium portant sur les éléments génétiques égoïstes, et je disais à mon ami Fabrice Vavre : « Quand même, tu imagines tous ces distorteurs méiotiques qui se fixent peut-être en toute discrétion ? Qui imposent peut-être une course invisible au reste du génome, pour s'adapter à tel ou tel nouvel allèle, fixé et pourtant délétère à l'échelle du dessus ? Si ça se trouve, l'évolution adaptative, c'est ça : une sélection pour des mutations compensatrices, qui viennent, toujours avec un métro de retard, résoudre les problèmes causés par des distorteurs cryptiques... ». Et Fabrice, qui aime traduire les hypothèses en expériences, me répond : « pour savoir si c'est le cas, il suffirait de croiser des populations légèrement divergentes ». Il faisait référence au raisonnement suivant, qui avait notamment mené à la mise en évidence de distorteurs méiotiques chez *Drosophila simulans* (Atlan et al., 1997) : si un distorteur est fixé dans une population (et donc inactif et
invisible) mais pas dans l'autre, il sera de nouveau actif (et donc détectable) dans la lignée germinale des hybrides.

Pour préciser cette idée, quelques mots sur les distorteurs méiotiques, que je n'ai pas encore vraiment présentés. Ce terme désigne des éléments génétiques qui, chez les individus hétérozygotes, biaisent la méiose (ou la survie post-méiotique) en faveur de leur propre transmission, et ce faisant peuvent envahir les populations, même s'ils induisent un certain « coût » à l'échelle du dessus, celle de « l'organisme » (Sandler & Novitski, 1957; Burt & Trivers, 2006; Lindholm et al., 2016). Ce phénomène peut se produire dans la lignée germinale des femelles quand certains allèles sont plus souvent transmis à l'ovocyte qu'aux trois autres produits méiotiques, les globules polaires, qui constituent des impasses. Mais quelque chose de ressemblant existe chez les mâles, où le biais de transmission repose sur l'élimination par les allèles distorteurs des spermatozoïdes qui n'ont pas eu la chance (sur deux) de les recevoir.

Suite à cette discussion apéritive, la bibliographie a confirmé que la suggestion expérimentale de Fabrice était une bonne piste, explicitement formulée par d'autres (Lindholm et al., 2016) : produire des hybrides entre populations divergentes d'une même espèce, ou entre sous espèces interfertiles, pour révéler des distorteurs méiotiques cryptiques. Elle avait d'ailleurs été employée auparavant (cf. par exemple Reed et al., 2005) mais voici encore un domaine où l'avènement des méthodes de séquençage à haut débit permet d'aborder d'anciennes questions avec des méthodes plus puissantes et plus générales : dans le passé, ces investigations devaient se limiter à des distorteurs montrant des effets phénotypiques (par exemple des distorteurs de sex-ratio) alors qu'il est maintenant possible de détecter par séquençage des biais de transmission, même assez faibles, à n'importe quel locus. La manière la plus directe de poser cette question est de séquencer le pool des gamètes issus des individus hybrides, et d'y chercher les loci hétérozygotes montrant une fréquence significativement différente de 50%. Une autre option consiste à séquencer la descendance, mais avec le risque que des effets des allèles sur la survie des zygotes (et non des gamètes) viennent confondre l'analyse.

C'est globalement cette dernière approche que nous avons suivie avec Laurent Duret lors du stage de M2 de Jeff Rouïl, que je vais résumer brièvement. Nous avons croisé deux lignées de *Drosophila melanogaster*, collectées respectivement en France et au Brésil, et dont les génomes venaient d'être séquencés au LBBE par l'équipe de Cristina Vieira, dans le cadre du doctorat de Vincent Merel. Nous avons obtenu des F1 et nous sommes concentrés sur la possibilité de distorsion méiotique chez les femelles (puisque l'absence de recombinaison chez les Drosophiles mâles aurait empêcher la localisation génomique des distorteurs affectant les spermatozoïdes). Nous avons utilisé une petite astuce pour éviter cet éventuel effet confondant de la survie des zygotes, en croisant les femelles F1 avec des mâles porteurs de la mutation K81, qui empêche la division du génome paternel, si bien que le pool d'embryons que nous avons séquencé constituait une simple amplification génomique des gamètes femelles. En bref, Jeff n'a pas trouvé de disteur par cette approche. Plus précisément, les premières analyses ont suggéré que certaines régions génomiques déviaient significativement de la fréquence 0.5,
mais des simulations ont montré que des écarts similaires pouvaient être obtenus sous l'hypo-
thèse nulle d'une absence de distorteurs, du fait notamment de la non-indépendance des ob-
servations à des loci adjacents (liée au nombre trop limité de zygotes dans le pool séquencé).
De ce projet, nous pouvons donc extraire deux enseignements. L'un est méthodologique et
général : il est essentiel de bien faire parler son hypothèse nulle ; sans des simulations fidèles
à notre plan expérimental, nous aurions pu conclure de façon hâtive à l'existence de distorteurs
dans ce système. La seconde porte sur la question initiale, sans pourtant y répondre : aucun
distorteur ne s'est fixé depuis la séparation (peut-être trop récente puisque *D. melanogaster*
est présente en Amérique depuis seulement quelques siècles) entre les deux populations étu-
diées ; en d'autres termes, les distorteurs cryptiques ne se fixent pas tous les quatre matins.
Mais finalement, ce résultat nous renseigne assez peu sur leur contribution générale à l'évolu-
tion adaptative.

Nous avons donc insisté. Pour poser la même question mais à plus grande échelle évo-
lutive, c'est-à-dire, entre des populations plus isolées, nous avons tiré parti d'expériences déjà
réalisées par des collaborateurs de Laurent Duret, dans une étude qui visait à mesurer les taux
de recombinaison le long du génome de la souris domestique, *Mus musculus*. Cette analyse a
fait l'objet de la première partie du stage de Master 1 de Jules Pasquier. Les données à notre
disposition provenaient cette fois du séquençage d'un pool de spermatozoïdes, produits par
des mâles issus d'un croisement entre deux sous espèces, *Mus musculus musculus*, et *Mus
musculus domesticus*. Mais là encore, aucune signature claire de distorsion méiotique n'a été
mise en évidence, confirmant les résultats d'une étude précédente et très similaire (Corbett-
Detig et al., 2015).

La suite du stage de Jules s'est fondée sur un autre jeu de données déjà disponible, qui
portait sur la paramécie, *Paramecium tetraurelia*, et visait également initialement à établir une
carte de recombinaison dans cette espèce. L'expérience avait consisté à croiser deux popula-
tions montrant une divergence moyenne de 0.3% par position génomique, puis à obtenir des
F2 issus d'une fusion entre deux produits méiotiques identiques, et donc comparables à des
gamètes haploïdes en terme de constitution génétique. Les données provenaient du séquen-
cage de 40 colonies F2 indépendantes. Bien que cette analyse porte sur un organisme unicel-
lulaire, où aucun gamète n'est produit, on pourrait envisager l'équivalent d'un distorteur dans
un tel système : par exemple un allèle qui éliminerait les descendants dont il a été exclu, à
l'instar du système Médéa observé chez le coléoptère *Tribolium castaneum* (et reposant sur un
mécanisme de type toxine / antidote, formant une sorte de bombe à retardement) ; ou encore
un allèle transmis plus efficacement à « l'heureux gagnant de la méiose » puisque chez la pa-
ramécie aussi, 3 des 4 produits méiotiques dégénèrent. Mais les analyses de Jeff avaient mon-
tré précédemment que le nombre de gamètes analysés limite la puissance de détection d'éven-
tuels distorteurs : du fait de la liaison génétique, avec seulement 40 F2 (équivalents à 40 ga-
mètes) les mesures des fréquences alléliques à des positions adjacentes sont loin d'être indé-
pendantes. Jules a donc porté son attention sur une question connexe, portant sur un patron
particulier observé dans cette expérience : un fort taux de mortalité des F2, de l'ordre de 80%.
Une des explications possibles, qui a constitué notre hypothèse de départ, supposait l'existence d'incompatibilités génomiques entre des allèles différentiellement fixés dans les deux populations (qui auraient pu, ou non, constituer des éléments génétiques égoïstes cryptiques). Cette question est vaste, puisque potentiellement, des incompatibilités pourraient être observées entre toutes sortes de loci du génome nucléaire ; mais Jules a d'abord concentré son attention sur l'hypothèse d'incompatibilités nucléo-cytoplasmiques : des combinaisons entre allèles mitochondriaux et nucléaires qui réduiraient la viabilité des F2. Du fait de l'absence de recombinaison dans les mitochondries, tester cette hypothèse revient à tester la sur- ou sous-représentation dans les données de toutes les combinaisons entre les deux haplotypes mitochondriaux parentaux d'une part, et d'autre part tous les allèles nucléaires distinguant les deux populations.

Cette analyse nous a mené sur des sentiers où Laurent et ses collègues paraméciologues se sont trouvés beaucoup plus à leur aise que moi, puisqu'ils relevaient dans une large mesure des particularités biologiques (assez fascinantes) de cet organisme. En bref, Jules a montré (en ayant pris soin de bien clarifier son attendu sous l'hypothèse nulle, sur la base de simulations) qu'en effet, en 17 positions indépendantes du génome nucléaire, un des deux allèles parentaux se trouvait significativement associé à un des deux haplotypes mitochondriaux. Mais la bonne explication n'était finalement pas celle d'une incompatibilité nucléo-cytoplasmique. Pour l'exposer, je dois introduire un minimum de paraméciologie. Cet organisme, bien qu'unicellulaire, est polyploïde. Plus précisément, il comprend d'une part un micronoyau, diploïde, mais non transcrit, analogue à une lignée germinale, et d'autre part un macronoyau, analogue au soma, comportant environ 800 copies d'un génome débarrassé de très nombreuses séquences, en particulier de ses parasites génomiques, à l'issue d'un processus drastique d'excisions, suivi d'une amplification génomique sans division cellulaire. Un détail important dans cette histoire est que ce processus d'excision est orchestré par le contenu en ARN du cytoplasme hérité d'un seul des parents à l'issue d'une conjugaison, c'est-à-dire d'une fécondation croisée : les ARN présents dans un cytoplasme, issus des régions présentes dans le macronoyau induisent le maintien de ces mêmes régions dans le macronoyau à la génération suivante. En d'autres termes, la constitution du macronoyau est dans une large mesure héritée de façon épigénétique : deux lignées porteuses du même génome (du même micronoyau) peuvent différer phénotypiquement à travers des patrons d'excisions différents, transmis entre générations à travers le contenu de leur cytoplasme. Nos données de séquences sont issues du macronoyau, et ce que Jules a mis en évidence, c'est une association significative entre la lignée mitochondriale (c'est-à-dire la lignée maternelle, c'est-à-dire le contenu du cytoplasme en ARN) et des régions nucléaires différentiellement excisées entre les deux lignées.

Ce résultat, inattendu par le cheminement que nous avons suivi, mais finalement moins surprenant pour qui connaît bien la biologie des paramécies, ouvre une perspective que nous souhaiterions explorer, celle d'incompatibilités épigénétiques entre lignées : ces différences de constitution du macronoyau, et donc des transcriptomes, pourraient-elles contribuer à la mortalité des hybrides dans ce système, c'est-à-dire, in fine, à l'isolement reproducteur et la
diversification ? Comme je l’annonçais plus haut, nous avons légèrement dérivé avec ce nouvel
objectif, cet éventuel nouveau projet dont je ne serais clairement plus maître d’œuvre. Que
reste-t-il de l’hypothèse de départ, celle d’une contribution majeure des éléments génétiques
égoïstes cryptiques à l’évolution adaptative ? À moins de céder à une crise aiguë de publica-
tionnite, nous ne partagerons pas avec la communauté les analyses déjà effectuées, qui mè-
nent à des résultats non seulement négatifs, mais surtout non concluants, dans la mesure où
l’absence de distorteurs cryptiques dans des cas particuliers n’est ni une preuve de leur inexis-
tence, ni même de leur rareté. Je persiste à penser que cette hypothèse mérite de plus amples
investigations, mais le vent ne semble pas souffler dans cette direction.

Les lépidoptères : point chaud de transferts horizontaux

De toute la ménagerie des éléments génétiques égoïstes, les éléments transposables forment
la classe la plus diversifiée et sans doute la plus importante en termes d'implications évolutives.
C'est donc sans résistance que j'acceptai la proposition de Daphné Reiss, qui a rejoint notre
équipe en 2009 en tant que post-doc, d'étendre à ces éléments le champ d'investigation du
système SymbioCode, limité jusque-là aux bactéries Wolbachia. De par leur localisation intra-
génomique, les éléments transposables illustrent de manière plus vive encore que Wolbachia
le caractère flou des contours de l'individu. Sont-ils des éléments endogènes ayant gagné en
mobilité et en indépendance ? Ou plutôt des virus endogénisés, ayant évolué vers une autono-
mie réduite ? À en juger par leur diversité de structures et de mécanismes moléculaires, les
éléments transposables relèvent vraisemblablement de ces deux trajectoires à la fois.

Daphné proposait de profiter de la diversité taxonomique de notre système pour explo-
rer à grande échelle la question du transfert horizontal, et plus précisément de quantifier la
propension de différents clades d'hôtes à échanger des éléments transposables. Technique-
ment, l'idée était d'amplifier par PCR une grande diversité d'éléments, chez de nombreux indi-
vidus dispersés dans la phylogénie des arthropodes, puis d'analyser ces produits de PCR dans
une seule réaction de séquençage. Cette technique, dite « de multiplexage » impliquait de li-
guer aux produits de PCR des « identifiants moléculaires », c'est-à-dire des oligonucléotides
uniques, et suffisamment différents les uns des autres pour permettre, à l'issue du séquençage,
d'assigner les lectures à leur individu d'origine. Notre expérience s'appuyait sur des dévelop-
pements récents (pour l'époque...) et assez élaborés, qui m'ont donné pour un temps la sensa-
tion d'être un vrai biologiste moléculaire (Meyer et al., 2008). Je cite un détail expérimental
dont l'élégance m'avait marqué : les identifiants moléculaires que nous avons utilisés étaient
palindromiques, c'est-à-dire strictement symétriques, autour d'un site de restriction. Ce der-
nier permettait, après ligation des produits de PCR, de les digérer pour libérer à leur extrémité
un « phosphate libre », essentiel à l'amorçage de la réaction de séquençage, qui permettrait
de ne séquencer que les produits de PCR effectivement ligués à un identifiant. Nous utilisions
alors la technique de séquençage dite « 454 », devenue obsolète aujourd'hui, mais en vertu de
cette « petite astuce », notre banque de 800 identifiants moléculaire s'est trouvée suffisamment versatile pour servir par la suite à d'autre projets de l'équipe, sur d'autres plateformes de séquençage. Autre détail technique notable : les amorces de PCR utilisées pour amplifier ces éléments étaient dessinées, non pas sur la base des alignement nucléiques, mais à partir des régions les plus conservées des alignements protéiques. Ceci nous permettait d'amplifier non seulement la diversité des éléments connus, mais aussi des éléments inconnus, pour peu qu'ils aient conservé ces mêmes régions protéiques.

Sur la base de ce principe, Daphné a pu amplifier quatre superfamilles d'éléments transposables, dont trois ont finalement donné lieu à des résultats probants à l'issue du séquençage : Mariner, Jockey, et Copia. Ces trois superfamilles couvrent une large part de la diversité des mécanismes de transposition (Burt & Trivers, 2006). Mariner est un transposon à ADN, qui se multiplie dans les génomes sans passer par un intermédiaire ARN, en s'excisant de son site d'origine pour s'insérer ailleurs. On parle d'un mécanisme de type « couper-coller » ; mais il s'agit bien au final d'un « copier-coller », qui rend ces éléments invasifs, puisque l'excision a lieu le plus souvent après la réplication, si bien qu'au site d'excision, l'élément d'origine est « recopié » par conversion génique à partir de la chromatide sœur. Jockey est un retroélément de type « LINE » (Long Interspersed Nuclear Elements). Dans cette classe, la transposition implique la production d'un intermédiaire ARN retrotranscrit en ADN et inséré ailleurs dans le génome, par des protéines qui restent physiquement liées à la molécule d'ARN à partir de laquelle elles ont été traduites. Ce détail est important puisqu'il impose à ces éléments de conserver leur autonomie : en principe, seules les copies codant pour des protéines fonctionnelles pourront se multiplier<fnref n="15" />. Enfin, Copia est le représentant d'une classe plus complexe, celle des retrotransposons à « LTR » (Long Terminal Repeats), qui doivent ce nom à des régions dupliquées au moment de la transposition, de part et d'autre de chaque nouvelle insertion. De même que les LINEs, la transposition de ces éléments implique la production d'un intermédiaire ARN et une retrotranscription. Leurs structures suggèrent qu'ils constituent vraisemblablement des chimères issues de fusions partielles entre des éléments des deux autres classes. Ils montrent également des affinités phylogénétiques et structurales avec des rétrovirus libres tels que le HIV. Ils comportent plus de gènes, et transposent via des mécanismes plus « collectifs », dans la mesure où les protéines codées par les uns peuvent permettre la transposition des autres. Un tel mode de transposition peut générer des dynamiques évolutives complexes impliquant des éléments parasites, incapables de coder les protéines nécessaires à leur propre transposition.

L'analyse de ces données de séquençage « à haut débit » a constitué pour moi une occasion d'apprivoiser de manière concrète certains outils bioinformatiques essentiels, avec l'aide précieuse de plusieurs collègues du LBBE : Vincent Miele, Laurent Duret et Damien de Vienne. Elle s'est aussi appuyée sur une collaboration avec Jean Peccoud et Clément Gilbert,

<footnote n="15">¹⁵ Mais notons que cette règle n'est pas absolue, puisque les éléments SINEs transposent de manière non auto-nome, en tant que parasites d'éléments LINEs.</footnote>
coauteurs d'une analyse publiée deux ans avant la nôtre, qui visait à détecter les transferts horizontaux d'éléments transposables à partir des bases de données génomiques (Peccoud et al., 2017). Leur méthode a largement inspiré la nôtre. Elle impliquait essentiellement deux étapes : premièrement, pour chaque paire d'espèces, établir une distribution des distances génétiques sous l'hypothèse nulle d'une transmission strictement verticale, à partir des divergences synonymes de gènes de référence dits « gènes BUSCO » (Benchmarking Universal Single Copy Orthologs) présents en copie unique dans la plupart des génomes, et pour lesquels la possibilité d'une transmission horizontale est à priori exclue ; deuxièmement, comparer à cette distribution les divergences synonymes entre éléments transposables des deux espèces, pour identifier des séquences anormalement similaires. Notre approche n'était pas fondée sur des génomes complets, mais sur le séquençage de superfamilles ciblées, amplifiées par PCR, il nous a fallu adapter ce principe, en construisant une phylogénie comprenant à la fois nos espèces et celles dont les génomes complets étaient présents dans des bases de données. Il devenait alors possible de définir des distributions de référence en comparant, non pas exactement les gènes BUSCO de nos espèces, mais ceux de leurs plus proches parentes dont les génomes complets étaient disponibles.

Au commencement de notre projet, et plus encore au moment de sa finalisation, la capacité des éléments transposables à gagner de nouvelles espèces par transmission horizontale était déjà bien documentée. Depuis les premières études de cas, comme la célèbre invasion de *Drosophila melanogaster* par « l'élément P », issu de sa cousine *Drosophila willistoni* (Daniels et al., 1990), des méta-analyses et des études de grande échelle fondées sur les bases de données génomiques avaient révélé que les transferts horizontaux constituent finalement des évènements fréquents, et vraisemblablement essentiels au maintien à long terme des éléments transposables au sein des génomes (Silva et al., 2004; Schaack et al., 2010; Wallau et al., 2012; Peccoud et al., 2017). Ces travaux révélaient néanmoins une variation importante de la fréquence des transferts horizontaux entre les différentes classes d'éléments décrites plus haut : les transposons à ADN semblent un peu plus sujets à ces évènements que les retrotransposons à LTR, et beaucoup plus que les LINEs. Comme l'indique la figure ci-dessous, nos résultats sont venus confirmer cette tendance. Sur les 332 transferts horizontaux inférés dans nos analyses, 52% impliquent des transposons à ADN (Mariner), 37% concernent des retrotransposons à LTR (Copia), et 10% seulement impliquent des éléments de type LINE (Jockey). Notons que les éléments Jockey sont pourtant de loin les plus diversifiés, puisqu'ils représentent 77% des « familles » identifiées (des groupes d'éléments très similaires) contre seulement 9% et 14% pour Copia et Mariner. Ainsi, rapportés au nombre de familles, les taux de transfert de ces différents types d'éléments sont encore plus contrastés, avec 0.01 évènement par famille pour Jockey, 20 fois plus pour Copia, et 40 fois plus pour Mariner.

Au-delà de cette comparaison entre différentes classes d'éléments, notre étude visait essentiellement à comparer les taux de transfert horizontaux entre clades hôtes. Une difficulté inhérente à ce type d'approche comparative est la possibilité de biais liés à la « structure des données », et en premier lieu à l'abondance des différents taxons, qui influencera évidemment
la distribution observée des évènements de transferts horizontaux. Pour pallier cette difficulté, nous avons pour cette analyse comparé nos observations à 1000 jeux de données simulées sous l'hypothèse nulle d'un taux homogène de transfert horizontal, obtenues en distribuant de manière aléatoire les 332 évènements observés. Cette comparaison révèle des taux de transferts hétérogènes, en particulier du fait d'un taxon montrant un excès marqué de transferts horizontaux, quelle que soit la classe d'éléments considérés : les lépidoptères, les papillons au sens large. Ainsi, dans la superfamille Copia, 219 évènements impliquent des lépidoptères, alors que les simulations en prédisent en moyenne 90 (et entre 75 et 115 dans 95% des simulations). De même, dans la superfamille Jockey, 56 évènements sont observés chez les lépidoptères, contre un attendu aléatoire de 13.7 en moyenne (entre 11.6 et 14.2 dans 95% des simulations), et 188 dans la superfamille Mariner, pour un attendu aléatoire de 131.6 évènements (entre 117.5 et 149.7 dans 95% des simulations).

<figure><img src="image_24.png" /></figure>

Distribution des trois superfamilles d'éléments transposables considérés, et des évènements de transferts horizontaux. En partant du centre, la première couche de données indique la présence et la diversité des différents éléments par clade hôte. La couche externe indique le nombre d'évènements de transferts horizontaux par espèces, révélant un excès marqué chez les lépidoptères.

Pourquoi un tel excès de transferts horizontaux chez les lépidoptères ? Une des explications envisagées repose sur l'hypothèse d'une probabilité de transferts plus élevée entre espèces proches, documenté par des travaux précédents chez les insectes (Peccoud et al., 2017), et bien soutenue chez les bactéries (Popa & Dagan, 2011) : les lépidoptères pourraient être plus souvent sujet aux transferts horizontaux du fait d'une plus grande densité en espèces proches dans ce clade. Nos données ne semblent pas aller dans ce sens, puisque certains clades, les diptères notamment, montrent des densités en espèces proches comparables à celle des lépidoptères et sont pourtant caractérisés par des taux de transferts horizontaux plutôt bas. Des hypothèses physiologiques sont également envisageables. Les lépidoptères pourraient par exemple réprimer moins efficacement que d'autres la transposition de nouveaux éléments, et
donc l'invasion de leur génome, mais les éléments régulateurs considérés comme majeurs (les petits ARN de la voie « PIWI ») sont pourtant bien fonctionnels dans ce groupe (Lewis et al., 2018). Si aucune de ces hypothèses ne peut être formellement écartée, une autre nous semble néanmoins plus vraisemblable à l'heure actuelle, reposant sur une particularité d'ordre plutôt écologique : une plus grande exposition aux vecteurs. Nous avons à l'esprit deux suspects principaux. En premier lieu, les baculovirus, dont les lépidoptères semblent être de loin les hôtes les plus communs (Herniou et al., 2012; Clem & Passarelli, 2013; Rohrmann, 2013). Leur prospension à intégrer des portions génomiques de l'hôte, et en particulier des éléments transposables, est maintenant bien établie (Miller & Miller, 1982; Fraser et al., 1983; Friesen & Nissen, 1990; Jehle et al., 1995; Gilbert et al., 2014, 2016), à tel point que certains avaient prédit sur cette base une haute fréquence de transferts horizontaux chez les lépidoptères (Burt & Trivers, 2006) (page 271). Deuxième suspect envisagé : les parasitoïdes, qui attaquent une grande diversité d'hôtes, mais certains peut-être plus que d'autres. Il n'existe pas à ce jour de données quantitatives sur l'incidence des parasitoïdes dans les différents groupes d'insectes, mais les données du projet Horizon nous indiquent chez les lépidoptères une incidence globale de 30%, qui les place vraisemblablement haut dans le classement. Le mode de vie des parasitoïdes en fait à priori de bons candidats au transfert horizontal, et des échanges génomiques avec les hôtes ont en effet été documentés (Yoshiyama et al., 2001; Schneider & Thomas, 2014; Gasmi et al., 2015). Les virus semblent là encore jouer un rôle clef, mais sous une forme domestiquée, puisque les gènes transférés ont vraisemblablement transité par des polyDNAvirus, ces éléments chimériques mentionnés plus haut : des capsules virales contenant des facteurs de virulence des parasitoïdes sous forme d'acides nucléiques. Les travaux récents de mon collègue Julien Varaldi et de son équipe semblent indiquer que de tels évènements de domestication virale se sont répétés à de multiples reprises chez les hyménoptères parasitoïdes. Le projet Horizon, sujet central de la prochaine section, sera l'occasion d'explorer ces hypothèses.
### III. Futur

Reste le futur. Prédictible dans une certaine mesure, puisqu'ancré bien sûr dans les projets en cours, commencés depuis une ou quelques années. Mais nécessairement aussi incertain. Je rédigeais l'essentiel de ce qui a précédé au début de l'année 2020, quand une certaine crise sanitaire est venue couper mon élan. Deux ans plus tard, l'incertitude est devenue une habitude. Quelques semaines encore et l'épidémie de Covid ne tient plus le haut de l'affiche des actualités inquiétantes. Qui sait quel en sera le contenu quand vous lirez ces lignes... ? Ce petit sentiment de dérisoire, déjà évoqué, est plus menaçant que jamais. Deux voies sont alors envisageables : en prendre toute la mesure et s'engager dans la résistance contre les virus, les armées menaçantes, le cancer, les post-vérités, et les désastres écologiques, politiques, économiques et sociaux à venir ; ou en prendre toute la mesure et lui opposer le besoin légitime et vital de joie quotidienne, à trouver par exemple dans l'émulation intellectuelle collective et dans la dimension poétique et inutilitaire de la science. J'opte, temporairement au moins, pour la seconde.

## 1. Le projet Horizon : « Patrons et processus du transfert horizontal d'ADN : une exploration approfondie de la voie hôtes-parasitoïdes »

### 1.1. Contexte

J'ai déjà évoqué le projet Horizon à plusieurs reprises, et décrit sa genèse. La figure ci-dessous en rappelle les grandes lignes. Je m'attacherai ici à préciser ses objectifs, les approches employées et à présenter nos résultats préliminaires, issus en grande partie du travail de Samuel Barreto. Ce projet vise essentiellement à tester l'hypothèse selon laquelle les parasitoïdes pourraient faciliter le transfert horizontal d'ADN entre insectes. Plusieurs arguments viennent apuyer cette hypothèse. Le premier repose simplement sur la proximité physique et durable qu'implique ce mode de vie : pour la plupart, les parasitoïdes se développent intégralement à l'intérieur de leur hôte, et se trouvent donc potentiellement exposés à son ADN. Dans une moindre mesure, la réciproque vaut également puisque les hôtes peuvent occasionnellement survivre aux parasitoïdes, c'est-à-dire poursuivre leur développement en étant exposés à une source d'ADN exogène. Un autre argument est l'existence d'études de cas qui permettent d'établir la possibilité de tels transferts horizontaux (Gasmi et al., 2015) sans toutefois nous informer quant à leur importance quantitative. Enfin, l'existence d'un phénomène de transgénése naturelle chez de nombreux parasitoïdes offre un mécanisme potentiel. En effet, comme évoqué plus haut, les polyDNAvirus, présents chez hyménoptères Braconidae et Ichneumonidae, sont des entités chimériques, des capsides d'origine virale enfermant des molécules d'ADN circulaires issues du génome du parasitoïde (Herniou et al., 2013). Ces « cercles d'ADN » sont injectés dans l'hôte au moment de l'oviposition, et viennent s'intégrer à son génome puis
s'exprimer pour produire des « facteurs de virulence », c'est-à-dire des protéines inhibitrices du système immunitaire. Les cercles d'ADN sont initialement produits par amplification génomique de portions particulières du génome du parasitoïde, nommées « segments proviraux ». En principe, tout gène présent au sein de ces segments pourrait donc se voir intégré au génome de l'hôte, et donner potentiellement lieu à un transfert horizontal si l'hôte survit au parasitoïde, et si l'intégration a lieu dans la lignée germinale.

<figure><img src="image_25.png" /></figure>

Un aperçu visuel du projet Horizon. Les échantillons proviennent de la réserve naturelle de Guanacaste, au Costa Rica où le réseau des associations entre parasitoïdes et lépidoptères (symbolisé à droite) a été documenté de manière quasi exhaustive. A partir du séquençage des génomes complets de plusieurs centaines d'espèces, le projet vise à documenter les transferts horizontaux dans ces systèmes (illustrés au centre par les flèches rouges) et à tester leur corrélation avec le réseau écologique (illustré par les traits verts).

## 1.2. Échantillonnage

Le large panel d'espèces de lépidoptères et des parasitoïdes associés collectées par Daniel Janzen et ses collaborateurs dans « l'Area de Conservation de Guanacaste » (ACG) (Janzen et al., 2009) nous offrent un bon système pour en savoir plus sur la contribution de ce mode de vie au transfert horizontal. De par sa dimension, il constitue une occasion de déterminer si les cas déjà documentés représentent des exceptions ou au contraire la partie émergée d'un iceberg. Plus précisément, nous pourrions avec un tel système estimer *dans quelle mesure* cette connéxion écologique particulière contribue aux transferts horizontaux, qui pourraient évidemment emprunter également d'autres voies écologiques (comme le partage d'un habitat et donc une exposition commune à d'autres vecteurs tels que des virus libres ; suivez mon regard vers les Baculovirus, déjà évoqués). C'est précisément cette question qui a guidé la logique du choix des espèces à considérer dans le cadre du projet Horizon ; car il a bien fallu choisir : même si la productivité des méthodes de séquençage a très largement augmenté ces dernières décennies, nous ne sommes raisonnablement pas en mesure de séquencer les génomes complets des quelques 5000 espèces répertoriées dans l'ACG. Nous avons estimé nos capacités de séquençage et d'analyse à environ 500 génomes complets. Souhaitant par ailleurs séquencer deux spécimens par espèce, afin de minimiser les risques de confondre contaminations (naturelles
ou expérimentales) et transferts horizontaux, nous devions concentrer notre analyse sur environ 250 espèces.

Avec cet effectif en tête, il s'agissait de sélectionner un sous ensemble d'espèces dans l'objectif de répondre avec la meilleure puissance statistique possible à la question mentionnée plus haut, celle d'un éventuel excès de transfert horizontaux entre espèces hôtes et parasitoïdes connectées. Cette sélection s'est fondée sur une approche « appariée », mentionnée plus haut à propos de la thèse de Marie Cariou (Cariou et al., 2017), qui visaient également à inférer des relations causales entre différents traits / phénomènes dans un large ensemble phylogénétique. Comme exposé par Joseph Felsenstein (1985) ce genre de questions se heurte au problème de l'inertie phylogénétique, ou en d'autres termes, au problème de la non indépendance entre les observations due à leur apparentement, qui peut engendrer des corrélations entre variables pourtant causalement indépendantes, ou masquer au contraire une relation causale du fait de covariations avec d'autres variables non considérées. Une solution à ce problème repose sur la possibilité de multiplier les comparaisons appariées, c'est-à-dire les clades au sein desquels les variables d'intérêt ont changé de valeurs, afin de tester non si les valeurs des variables sont corrélées, mais si les changements de leurs valeurs sont corrélés. Dans notre cas particulier, le problème et sa solution peuvent se résumer ainsi :

- On cherche à déterminer si les transferts horizontaux sont plus fréquents entre des hôtes et leurs parasitoïdes qu'entre des hôtes et des parasitoïdes NON connectés

- Mais une comparaison globale entre ces deux catégories serait fragilisée par deux problèmes : premièrement, le risque de détecter un effet significatif mais non signifiant, car simplement lié à l'inertie phylogénétique des traits considérés ; et deuxièmement, une puissance limitée par le fait que d'autres variables, importantes mais non considérées, pourraient varier dans la phylogénie et masquer l'effet étudié.

- La solution de l'approche appariée (ilustrée dans la figure ci-contre) est la suivante : multiplier les clades comprenant (1) une espèce parasitoïde *P* connue pour attaquer une espèce hôte *H* et (2) une autre espèce parasitoïdes, *P̄* assez proche de *P*, mais connue pour ne pas attaquer l'espèce hôte *H*. Un tel clade offre la possibilité de mesurer si, dans un cas particulier, le nombre de transferts horizontaux est, comme attendu, supérieur entre *P* et *H* qu'entre *P̄* et *H*. Cette observation unique a peu d'intérêt en elle-même, mais la possibilité

<figure><img src="image_26.png" /></figure>

Une illustration de notre approche appariée: un triplet *P̄P̄H* est composé de deux espèces de parasitoïdes assez proches (comme estimé par leur degré de divergence mitochondriale), *P* et *P̄*, mais dont une seule attaque un hôte *H* (lien bleu non barré). La multiplicité de ces triplets, impliquant des couples *P̄P* appartenant à des clades différents, donne à cette approche sa puissance statistique.
de poser cette question à de multiples reprises dans différents clades donne à cette approche une grande puissance statistique. Notons que de manière symétrique, on peut définir des triplets comprenant une espèce *H* attaquée par un parasitoïde *P* et une espèce *H̄*, proche de *H* mais *non* attaquée par *P*.

- Deux petites couches de complexité viennent s'ajouter au problème, liées à notre souhait de tester deux autres hypothèses avec le même jeu de données. La première est celle d'un effet du partage de l'habitat sur le taux de transferts horizontaux. Il se trouve en effet que les plantes hôtes sont connues dans ce système pour de nombreux spécimens de lépidoptères (qui sont, pour rappel, des chenilles, et donc des folivores). Ce partage d'habitat les expose aux mêmes baculovirus, c'est-à-dire aux mêmes vecteurs potentiels. Là encore, des « triplets d'espèces » pourraient permettre d'aborder cette question dans une approche appariée : une espèce $L_1$ (Lépidoptère 1) partageant une plante hôte avec une autre espèce $L_2$ (assez distante), et proche d'une espèce $\bar{L}$ ne partageant pas de plante hôte avec $L_2$ (cf. la figure ci-contre). L'hypothèse prédit plus de transferts entre $L_1$ et $L_2$ qu'entre $\bar{L}$ et $L_2$. Enfin une autre hypothèse est celle d'un effet du degré de spécialisation des parasitoïdes sur leur propension à transmettre ou recevoir de l'ADN : une plus grande diversité d'hôtes pourrait mener à des transferts plus fréquents. Des paires d'espèces proches, $P_g$ et $P_s$, l'une généraliste et l'autre spécialiste, pourraient permettre d'aborder cette question par une approche appariée.

Dans une logique similaire, les triplets $L_1L_2\bar{L}$ permettent de tester l'hypothèse selon laquelle deux espèces de lépidoptères phylogénétiquement proches $L_1$ et $\bar{L}$ auront des propensions différentes à échanger de l'ADN avec une espèce plus distante $L_2$ si seules $L_1$ et $L_2$ partagent la même plante hôte (et sont donc potentiellement exposées aux mêmes baculovirus).

<figure><img src="image_27.png" /></figure>

C'est à l'issue de longues et stimulantes discussions avec Damien de Vienne, puis avec Samuel Barreto, que nous avons pu clarifier la logique résumée ci-dessus, et l'utiliser pour implémenter un échantillonnage qui viserait à maximiser le nombre de « triplets $P\bar{P}H$ et $H\bar{H}P$ », mais également de « triplets $L_1L_2\bar{L}$ » et de « paires $P_gP_s$ ». L'implémentation a par ailleurs bénéficié de la contribution de Laurent Jacob, statisticien au sein de LBBE, qui m'a donné de précieux conseils en matière « d'optimisation ». Car j'ai pu découvrir que la question « quel échantillon de 250 espèces permettrait de maximiser la puissance de ces différents tests ? » est un vrai problème d'optimisation : le nombre de combinaisons est tellement immense qu'on ne peut l'explorer entièrement ; il s'agit donc de l'explorer intelligemment, pour s'approcher d'une solution optimale, sans nécessairement atteindre la solution optimale. Nous avons donc développé
un algorithme « glouton », c'est-à-dire explorant des solutions à partir de « graines » de
quelques espèces (quelques triplets en fait, tels que définis plus haut) choisies aléatoirement
et auxquelles sont ajoutées de nouvelles espèces pour se rapprocher d'une solution optimale.
Si je décris ces détails, c'est à la fois parce qu'ils ont nécessité un investissement important, et
parce qu'ils ont été une nouvelle occasion de constater combien les développements métho-
dologiques peuvent être en eux-mêmes stimulants, surtout s'ils impliquent des échanges, des
partages de compétences. Ce travail d'optimisation s'est révélé véritablement ludique, même
s'il a également comporté ses moments de découragement, quand la solution semblait toute
proche, mais toujours inaccessible pour telle ou telle raison, essentiellement technique. Nous
faisions face alors à un dilemme finalement très fréquent dans nos activités : faut-il passer plus
de temps et d'énergie à améliorer une approche, ou de façon plus pragmatique et légèrement
frustrante, faire « avec ce qu'on a », avancer, passer à l'étape suivante, en gardant en tête l'ob-
jectif initial, qui n'est précisément pas celui d'un développement méthodologique... ? Sans me
sentir excessivement perfectionniste, je reconnais un petit penchant naturel pour la première
option, et je vois là un sujet de vigilance... Mais nous avons su nous arrêter à un certain point,
avec un choix d'espèces se résumant à ces quelques chiffres et figures. Commençons par dé-
crire la diversité de l'échantillon initialement disponible :

- Côté parasitoïde : 46 366 spécimens, dont 76% sont effectivement associés à une espèce hôte, et formant 2 735 espèces ; 2 019 d'entre elles comprennent au moins deux spécimens, réparties taxonomiquement en trois familles : au sein de l'ordre des hyménoptères, 1 137 espèces de la famille des Braconidae, et 609 espèces d'Ichneumonidae ; et au sein de l'ordre des diptères, 989 espèces de la famille des Tachinidae.

- Côté hôtes : 115 591 spécimens d'espèces connues pour être attaquées par au moins une espèce de parasitoïdes ; tous des Lépidoptères, et formant 2 222 espèces, dont 2 133 comprennent au moins deux spécimens. Par ailleurs, la plante hôte (sur laquelle la chenille a été collectée) est connue pour 26 031 spécimens, formant 845 espèces.

En limitant l'analyse aux espèces comprenant au moins deux spécimens, les arbres phylogéné-
tiques des hôtes et des parasitoïdes (rudimentaires, car fondés sur la seule séquence mitochon-
driale CO1) ont été chacun divisés en 100 clades, le plus comparables possibles en termes de
nombre d'espèces (ci-dessous dénommés Clades<sub>100</sub>). Nous obtenons ainsi des clades compre-
nant en moyenne une quinzaine d'espèces. Notre « algorithme glouton » visait à maximiser (1)
le nombre total de « triplets P<sup>PH</sup> et H<sup>HHP</sup> » indépendants (c'est-à-dire appartenant à des
Clades<sub>100</sub> distincts), destinés à tester l'hypothèse centrale du projet, (2) le nombre de triplets
L<sub>1</sub>L<sub>2</sub>L&#773;, destinés à estimer l'effet du partage de la plante hôte et (3) le nombre de paires P<sub>g</sub>P<sub>s</sub>,
comprenant un parasitoïde généraliste et un spécialiste<fnref n="16" />. Les tableaux ci-dessous résument les propriétés de l'échantillon sélectionné, de qualité maximale parmi 1 000 échantillons proposés par l'algorithme.

<table><thead><tr><th>Catégorie</th><th>Hypothèse correspondante</th><th>Effectif</th></tr></thead><tbody><tr><td>Triplets P<span style="text-decoration: overline;">P</span>H</td><td>Effet de la connexion hôte-parasitoïde sur la fréquence des transferts horizontaux</td><td>48</td></tr><tr><td>Triplets H<span style="text-decoration: overline;">H</span>P</td><td></td><td>42</td></tr><tr><td>Triplets L<sub>1</sub>L<sub>2</sub><span style="text-decoration: overline;">L</span></td><td>Effet du partage de la plante hôte sur la fréquence des transferts horizontaux</td><td>35</td></tr><tr><td>Paires P<sub>g</sub>P<sub>s</sub></td><td>Effet du degré de spécialisation des parasitoïdes sur leur contribution aux transferts horizontaux</td><td>19</td></tr></tbody></table>

Effectifs des différentes catégories de « triplets et paires », qui nous permettront de tester les hypothèses centrales du projet.

## Parasitoïdes

(Ordre, familles et sous-familles)

<table><tbody><tr><td><strong>Diptera</strong></td><td><strong>39</strong></td></tr><tr><td><strong>Tachinidae</strong></td><td><strong>39</strong></td></tr><tr><td>Dexiinae</td><td>2</td></tr><tr><td>Exoristinae</td><td>27</td></tr><tr><td>Tachininae</td><td>10</td></tr><tr><td><strong>Hymenoptera</strong></td><td><strong>61</strong></td></tr><tr><td><strong>Baconidae</strong></td><td><strong>44</strong></td></tr><tr><td>Agathidinae</td><td>5</td></tr><tr><td>Euphorinae</td><td>4</td></tr><tr><td>Macrocentrinae</td><td>1</td></tr><tr><td>Microgastrinae</td><td>30</td></tr><tr><td>Orgilinae</td><td>2</td></tr><tr><td>Rogadinae</td><td>2</td></tr><tr><td><strong>Ichneumonidae</strong></td><td><strong>17</strong></td></tr><tr><td>Banchinae</td><td>1</td></tr><tr><td>Campopleginae</td><td>4</td></tr><tr><td>Cremastinae</td><td>2</td></tr><tr><td>Ichneumoninae</td><td>2</td></tr><tr><td>Mesochorinae</td><td>2</td></tr><tr><td>Metopiinae</td><td>3</td></tr><tr><td>NA</td><td>1</td></tr><tr><td>Ophioninae</td><td>2</td></tr></tbody></table>

## Hôtes

(Ordre et familles)

<table><tbody><tr><td><strong>Lepidoptera</strong></td><td><strong>139</strong></td></tr><tr><td>Attevidae</td><td>1</td></tr><tr><td>Choreutidae</td><td>1</td></tr><tr><td>Crambidae</td><td>22</td></tr><tr><td>Depressariidae</td><td>22</td></tr><tr><td>Erebidae</td><td>9</td></tr><tr><td>Gelechiidae</td><td>7</td></tr><tr><td>Geometridae</td><td>1</td></tr><tr><td>Hesperiidae</td><td>33</td></tr><tr><td>Limacodidae</td><td>4</td></tr><tr><td>Megalopygidae</td><td>2</td></tr><tr><td>Mimallonidae</td><td>1</td></tr><tr><td>Noctuidae</td><td>6</td></tr><tr><td>Nymphalidae</td><td>9</td></tr><tr><td>Papilionidae</td><td>1</td></tr><tr><td>Pyralidae</td><td>2</td></tr><tr><td>Riodinidae</td><td>3</td></tr><tr><td>Saturniidae</td><td>4</td></tr><tr><td>Sphingidae</td><td>6</td></tr><tr><td>Tortricidae</td><td>4</td></tr><tr><td>Zygaenidae</td><td>1</td></tr></tbody></table>

Diversité taxonomique des espèces séquencées (en nombre d'espèces par clade)

<footnote n="16">¹⁶ Techniquement, nous avons défini un indice de spécialisation et considéré respectivement comme spécialistes et généralistes des espèces appartenant aux quartiles supérieurs et inférieurs de cet indice. L'indice de spécialisation est défini comme la probabilité qu'un parasitoïde attaque le même hôte lors de deux attaques successives, soit $1 - \sum p_i^2$, où les $p_i$ sont les fréquences d'observation de cette espèce sur ses différents hôtes. Cet indice tient compte à la fois du nombre d'hôtes et de la régularité des probabilités d'attaques. Il n'est mesuré que pour les espèces de parasitoïdes observées sur au moins 10 spécimens hôtes.</footnote>
## 1.3. Séquençage et assemblage

Les génomes de deux représentants de chacune de ces 239 espèces ont été séquencés sur une plateforme Illumina, en « paired-end 2 x 250 paires de bases ». Les tailles des génomes étant initialement inconnues, nous avons procédé en deux étapes pour obtenir au final une profondeur effective de séquençage de l'ordre de $20x^{17}$. Dans un premier temps, nous avons effectué un séquençage à « basse profondeur », de l'ordre de 5x en supposant une taille de génome de 500Mb, c'est-à-dire en visant un total de 2.5Gb par échantillon (5x500Mb). À partir de ces données, Samuel a procédé à un premier assemblage, puis à un mapping des reads sur ces assemblages, afin d'estimer la profondeur effectivement obtenue, en mesurant la profondeur moyenne observée sur des gènes attendus en copie unique dans ces génomes (les gène BUSCO déjà mentionnés). Ayant estimé la profondeur effective, une simple règle de trois devrait alors nous permettre d'estimer le nouvel effort de séquençage à fournir, pour chaque échantillon, pour atteindre une profondeur finale de l'ordre de 20x. Notons un problème possible avec cette approche : une estimation non biaisée de la profondeur devrait tenir compte des gènes BUSCO non séquencés, pour lesquelles la profondeur est de 0 ; en d'autres termes, mesurer la profondeur effective sur les seules régions séquencées devrait mener à une surestimation, et ce d'autant plus que la profondeur est faible (c'est-à-dire, d'autant plus que les régions non séquencées représentent une part importante du génome). Pour évaluer l'importance de ce problème, nous avons comparé par simulation, sur des génomes de référence, la profondeur vraie et la profondeur qui serait estimée en négligeant les régions non séquencées, et constaté que l'erreur est négligeable dès lors que la profondeur dépasse 2x. Notons enfin que cette méthode permet incidemment d'estimer les tailles des génomes, en rapportant la profondeur effective à la quantité totale de données (par exemple, une profondeur effective de 5x obtenue avec 2.5Gb de données indique une taille de génome de 500Mb). Les figures ci-dessous représentent un résumé graphique de l'approche et les tailles des génomes estimées.

<footnote n="17">17 Le terme de « profondeur » est utilisé ici pour désigner le nombre de reads moyen par position génomique. Il est parfois confondu avec celui de « couverture » que je tends plutôt à définir comme la proportion d'un génome effectivement séquencée.</footnote>
<figure><img src="image_28.png" /></figure>

<figure><img src="image_29.png" /></figure>

Un résumé graphique de la méthode que nous avons développée pour estimer la profondeur effective à l'issue d'une première étape de séquençage, et dans le but d'estimer l'effort supplémentaire nécessaire pour atteindre une profondeur moyenne de 20x. Les parties rouges des contigs représentent les régions homologues à des gènes de référence (BUSCO, présents dans la base de donnée USCO), utilisées pour estimer la profondeur effective moyenne. Comme illustré en bas à gauche de la figure, cette méthode permet une bonne estimation dès lors que la profondeur moyenne excède 1x.

<figure><img src="image_30.png" /></figure>

Distribution des tailles des génomes dans les 3 ordres considérés, estimées à partir de la profondeur effective. Malgré quelques points aberrants, imputables sans doute à des contaminations, les résultats correspondent à nos attentes, avec notamment de petites tailles de génomes chez les hyménoptères.

À l'issue du séquençage de plus grande profondeur, Samuel a procédé à l'assemblage des génomes de chaque spécimen, puis évalué la qualité des données obtenues en estimant la proportion des gènes BUSCO séquencés, qui représente une bonne indication de la proportion des
génomes effectivement assemblée. Dans les cas où un spécimen montrait un score anormalement bas (<80% de gènes BUSCO), nous avons procédé au séquençage d'un troisième spécimen, puis conservé les deux meilleurs génomes dans la suite de l'analyse. De manière à maximiser leur qualité, nous avons par la suite combiné les assemblages des deux spécimens de chaque espèce, par des méthodes dites de « réconciliation » d'assemblage. Au moment où je rédige ce manuscrit, cette étape vient d'être achevée. Nous avons donc maintenant à notre disposition un assemblage de référence pour chaque espèce. En mappant à nouveaux les reads de chaque spécimen sur cet assemblage, nous allons pouvoir préciser le degré de confiance associé à chaque position génomique : seules les régions séquencées dans les deux spécimens seront considérées lors de la recherche des évènements de transferts horizontaux. En nous fournissant une mesure de la profondeur de séquençage par position, les résultats de cette étape mapping devraient également nous permettre d'assigner les contigs aux différents compartiments génomiques (génomes nucléaires, mitochondriaux, et autres génomes symbiotiques). Les paragraphes suivants résument les principales questions qui seront abordées à partir de de ces données.

## 1.4. Quelle contribution des associations hôte-parasitoïde au transfert horizontal ?

Deux approches évoquées plus haut seront employées pour détecter des évènements de transfert horizontal : la recherche de distances génétiques anormalement basses, et la reconstruction cophylogénétique. La première est plus simple à mettre en œuvre mais ne permet de détecter que des transferts récents ; ou plus exactement (beaucoup) plus récents que l'âge de la divergence entre les espèces donneuse et receveuse. La seconde est potentiellement plus puisante et plus générale, mais notons que sa sensibilité reste limitée par l'échantillonnage. En effet, les incongruences topologiques entre les phylogénies de gènes et d'espèces (qui constituent le signal à partir duquel ces méthodes infèrent des transferts horizontaux) ne peuvent apparaître que si des branches internes au clade délimité par les espèces donneuse et receveuse sont intégrées à l'analyse. De façon générale, la détection de transferts horizontaux entre espèces proches reste donc évidemment difficile, quelle que soit la méthode envisagée.

Mais cette limitation n'en est pas une pour aborder la « Question N°1 » du projet, puisqu'il s'agit de détecter des transferts horizontaux entre hôtes et parasitoïdes, dont la divergence est de l'ordre de 200 millions d'années, c'est-à-dire suffisamment grande pour que les évènements de transferts récents soient détectés sans ambiguïté. Par ailleurs, le fait que cette question soit abordée spécifiquement au sein de paires d'espèces prédéfinies rend l'analyse assez accessible d'un point de vue computationnel. Notamment, la première étape, qui consiste à rechercher des régions génomiques homologues entre les hôtes et les parasitoïdes, peut être effectuée sur l'ensemble du génome (là où nous devrons vraisemblablement nous limiter aux séquences codantes quand il s'agira de décrire les transferts horizontaux de manière plus exhaustive, c'est-à-dire dans toutes les paires d'espèces possibles).
À ce jour, nous avons pu préciser la méthodologie sur quelques cas particuliers, mais l'analyse n'a pas été menée à grande échelle. En bref, nous recherchons au sein des triplets $P\bar{P}H$ à comptabiliser dans un premier temps les transferts horizontaux entre $P$ et $H$, c'est-à-dire les régions génomiques présentant le patron suivant : une ressemblance très forte (un degré d'identité supérieur à 95% sur un alignement d'au moins 200 nucléotides) entre $P$ et $H$ (témoignant potentiellement d'un transfert horizontal récent), mais ni entre $P$ et $\bar{P}$, ni entre $\bar{P}$ et $H$ (puisque de telles ressemblances témoigneraient d'une grande conservation par transmission verticale depuis l'ancêtre commun de $P$ et $\bar{P}$, ou de transferts récents et non spécifiques au couple $PH$). Un raisonnement similaire peut être tenu pour analyser les triplets $H\bar{H}P$. Selon notre hypothèse, les triplets montrant un excès de transferts récents entre $P$ et $H$ (plutôt qu'entre $\bar{P}$ et $H$ ou entre $P$ et $\bar{H}$) seront majoritaires. Nous avons bon espoir d'obtenir une réponse dans les prochaines semaines...

## 1.5. Transfert horizontal et partage d'habitat

Selon une logique similaire, nous chercherons à déterminer si les lépidoptères qui partagent une même plante hôte ont aussi tendance à partager plus de fragments génomiques par transmission horizontale. Là-encore, il s'agit d'une recherche ciblée, c'est-à-dire limitée à des paires d'espèces prédéfinies (au sein des triplets $L_1L_2\bar{L}$), ce qui nous permettra d'intégrer l'ensemble des régions génomiques. Notons que la détection des transferts horizontaux entre $L_1$ et $L_2$, ou entre $\bar{L}$ et $L_2$ peux être fragilisée par le fait qu'il s'agit d'espèces phylogénétiquement plus proches que dans le cas d'une recherche de transferts entre les parasitoïdes et les hôtes. Mais ce problème reste d'importance limitée, pour deux raisons. Premièrement, le choix des espèces a été tel que l'espèce $L_2$ est extérieure au Clade$_{100}$ comportant $L_1$ et $\bar{L}$, si bien que la distance phylogénétique qui les sépare reste importante (de l'ordre de 15% au moins au niveau mitochondrial). Deuxièmement, il s'agit ici encore de limiter l'analyse aux transferts très récents, puisque nous cherchons à les expliquer en référence à des relations écologiques actuelles (et non des relations écologiques anciennes, que nous ne connaissons pas). Pour ces raisons, nous pouvons espérer que la similitude recherchée (>95% d'identité au niveau nucléique) restera très supérieure à la similitude moyenne le long des génomes des espèces en question.

Si nos données viennent effectivement suggérer une relation entre le partage d'une plante hôte et le taux de partage d'ADN par transmission horizontale, il s'agira de considérer la diversité des explications possibles, au-delà de la seule hypothèse des baculovirus. Pour aller plus loin, nous pourrions envisager des analyses ciblées et in natura de certains systèmes, qui viseraient à capturer la diversité des baculovirus, et possiblement leur contenu en ADN étran ger, à l'instar de cette étude précédemment mentionnée de Gilbert et al. (2014).
## 1.6. Diversité et stabilité évolutive des polyDNAvirus

J'ai surtout évoqué les polyDNAvirus comme possibles vecteurs de transferts horizontaux entre hôtes et parasitoïdes, mais ils constituent en eux-mêmes des éléments chimériques fascinants, que le projet Horizon nous permettra de mieux connaître, notamment à travers la diversité des espèces étudiées. À ce jour, des polyDNAvirus ont été décrits dans deux groupes d'hyménoptères parasitoïdes : les Braconidae (et plus précisément le complexe des Migrogastroïdes) et les Ichneumonidae, hébergeant respectivement les « bracovirus » et les « ichnovirus » (Herniou *et al.*, 2013; Burke, 2019; Gauthier *et al.*, 2021). La figure ci-dessous, modifiée d'après Gilbert & Belliardo (2022) résume leur distribution taxonomique, aux côtés de celles d'autre éléments viraux endogénisés chez les hyménoptères, qui constituent potentiellement d'autres cas de « domestication ». De façon très surprenante, les ressemblances structurales entre bracovirus et ichnovirus, qui justifient leur désignation commune de polyDNAvirus, ne constituent apparemment pas des homologies mais des convergences. En effet, les séquences d'origine virale (qui donnent lieu à la production des protéines de la capside) n'indiquent pas une origine commune, ce qui suggère deux évènements indépendants de domestication.

<figure><img src="image_31.png" /></figure>

Le cas des bracovirus est essentiellement documenté chez deux espèces modèles, *Microplitis demolitor* et *Cotesia congregata*, qui divergent depuis environ 50 millions d'années. L'organisation génomique des bracovirus est remarquablement conservée dans ces deux systèmes. On trouve d'une part les mêmes gènes d'origine virale, qui peuvent se trouver dispersés à de multiples loci, et d'autre part des « segments proviraux », comprenant les gènes d'origine non virale, codant pour des facteurs de virulence, qui se trouveront amplifiés puis empaquetés sous forme de « cercles d'ADN » dans les particules virales. La position de ces segments et leur organisation générale est demeurée quasi inchangée au cours des derniers 50 millions d'années, de même que les motifs répétés (dits « DRJs » pour *Direct Repeat Junctions*) qui flanquent les segments proviraux et permettront leur amplification génomique et leur circularisation. Une
de son analyse actuelle des génomes de Tachinidae, Sara envisage de poursuivre la recherche des bracovirus dans les génomes de Braconidae, dans la continuité du travail de Fabien, mais également de rechercher leurs « analogues », les ichnovirus, dans les génomes des 17 espèces d'Ichneumonidae que nous avons séquencés. À terme, ces travaux permettront de préciser le degré de dépendance et de spécificité associé à ces évènements de domestication, en documentant leur stabilité à travers la phylogénie.

## 1.7. PolyDNAvirus et transfert horizontal

En croisant les inférences de transferts horizontaux avec le positionnement des segments proviraux, nous serons en mesure de préciser le rôle joué par les polyDNAvirus dans les transferts horizontaux, et plus précisément, les transferts des parasitoïdes vers leurs hôtes. Pour aborder cette question, il sera pertinent d'étendre l'analyse au-delà des seuls transferts récents. En effet, il ne s'agira plus alors d'évaluer l'influence des relations écologiques actuelles sur les taux de transferts horizontaux, mais plutôt de documenter ces évènements de la façon la plus exhaustive possible, dans le but de détecter des cas, possiblement rares et anciens, impliquant des loci positionnés sans équivoque au sein de segments proviraux. La recherche d'évènements anciens pourra reposer sur un principe déjà évoqué : la détection de loci montrant une faible distance génétique en comparaison avec des distributions de référence, correspondant à l'hypothèse nulle d'une transmission strictement verticale, et obtenue à partir des gènes BUSCO pour chaque paire d'espèces. Plus précisément, afin de limiter l'effet potentiellement confondant des contraintes sélectives, cette analyse portera sur les divergences synonymes (dS), que nous pourrons estimer par mapping, dans une approche similaire à celle que nous avions utilisée dans le cadre de la thèse de Marie Cariou (Cariou et al., 2017). De façon complémentaire, des méthodes cophylogénétiques seront également employées, notamment le programme ALE déjà mentionné (Szöllősi et al., 2013; Bailly-Bechet et al., 2017) avec l'objectif de préciser la direction des transferts, et leurs positionnements le long des branches des phylogénies d'espèces.

## 1.8. Autres questions et analyses à venir...

D'autres analyses sont envisagées, dont les méthodologies et le degré de priorité restent à préciser, mais que je souhaite au moins évoquer ici comme de possibles pistes.

- **Histoire évolutive des éléments transposables.** Les éléments transposables étant connus pour leur propension au transfert horizontal (Peccoud et al., 2017; Reiss et al., 2019), ils seront vraiment semblablement impliqués dans une grande proportion des cas que nous pourrons documenter. Ces évènements seront intégrés aux questions décrites ci-dessus, dans le sens où les éléments génétiques transmis horizontalement pourront être à posteriori reconnus comme des éléments transposables, et comptabilisés comme tels. Mais le jeu de données permettra une annotation plus exhaustive, et à priori, des éléments transposables dans les génomes étudiés, qui
nous permettra de replacer les transferts horizontaux dans un contexte plus général. Ainsi,
nous pourrons par exemple chercher à préciser si les éléments transposables peuvent être
maintenus à long terme dans les génomes (c'est-à-dire rester actifs au sein d'une même lignée
d'hôtes), ou au contraire si la transmission horizontale est un événement fréquent et essentiel
de leurs histoires évolutives.

Les éléments génétiques égoïstes sont-ils maintenus par transmission horizontale ? La question qui vient d'être évoquée pourrait être généralisée à d'autres catégories d'éléments génétiques égoïstes. En effet, s'ils sont qualifiés « d'egoïstes », c'est bien que ces éléments induisent la sélection d'une résistance de la part du reste du génome ; dès lors, comment expliquer leur maintien à long terme ? Deux réponses sont envisageables : (1) par résurgence de nouveaux éléments égoïstes à partir d'autres éléments du génome ou (2) par l'acquisition horizontale de nouveaux éléments égoïstes. Mais la réponse est peut-être dans un entre-deux, et dépendra sans doute des éléments considérés... Ainsi par exemple, pour revenir au cas des éléments transposables, les LINEs semblent présenter une plus grande diversité génomique globale que les transposons ADN ou les éléments à LTR, malgré un plus faible taux de transfert horizontal (Reiss et al., 2019). Ce patron reflète vraisemblablement un turnover plus ou moins rapide selon les mécanismes de transpositions, impliquant plus ou moins de conflits, et donc de résistance et de transferts horizontaux (Malik et al., 1999; Burt & Trivers, 2006). Si les annotations fonctionnelles le permettent, nous chercherons à identifier, parmi les éléments transférés horizontalement, les différentes classes d'éléments génétiques égoïstes, telles que les homing endonucléases ou les distorteurs méiotiques.

Intégration de gènes mitochondriaux ? Les gènes mitochondriaux sont abondamment
utilisés comme marqueurs taxonomiques ; un des facteurs confondants dans ces approches est
la possibilité d'intégration de gènes mitochondriaux dans les génomes nucléaires ; nos données
pourraient permettre de préciser la fréquence de ces évènements, et donc l'importance de ce
facteur confondant.

Domestication et transmission horizontale de *Wolbachia*. Alors que les extraits d'ADN que nous avons utilisés pour le séquençage proviennent d'un tissu où *Wolbachia* n'est pas nécessairement présente (une patte) les données préliminaires indiquent que des contigs comprenant des gènes de *Wolbachia* sont présents dans de nombreux assemblages. Dans la majorité des cas, ils sont sans doute la signature d'une symbiose actuelle, que nous pourrons documenter et éventuellement analyser à large échelle s'il s'avère que la méthode est suffisamment sensible (en d'autres termes, si *Wolbachia* est suffisamment souvent présente dans les pattes). Nous pourrons alors évaluer la fréquence des transfert horizontaux de *Wolbachia* au sein des couples hôtes parasitoïdes, dont la possibilité est connue de longue date (Vavre *et al.*, 1999). Mais il est également possible que ces contigs reflètent des évènements d'intégration de gènes de *Wolbachia* dans les génomes hôtes, comme documenté dans plusieurs espèces (Kondo *et al.*, 2002; Nikoh *et al.*, 2008; Choi *et al.*, 2015; Leclercq *et al.*, 2016). Nous pourrons rechercher de tels évènements d'intégration et peut-être détecter, par des mesures de dN / dS, des cas de domestication, à l'instar du cas du cloporte *Armadillidium vulgare*, où des gènes de *Wolbachia*