mardi 5 novembre 2013

Le big-bang biologique

Ce qui différencie une poule d'une tuile, c'est que la poule se reproduit.
Pour être plus précis: la poule s'auto-reproduit (contrairement à la tuile, artefact que l'homme produit et reproduit).

Si une poule produit une poule, d'où vient la première poule, ou le premier œuf ? Quelle est la cause initiale de la vie ? Et si une poule produit une poule, d'où viennent les autres formes de vie ? Quel est la cause de la variété des êtres vivants ?

Une cellule (l’œuf) se duplique: c'est la reproduction. Elle se reproduit encore et encore, puis l'ensemble des cellules ainsi reproduites se différencient peu à peu pour former des bras, des jambes, etc.
La croissance s'effectue par complexification croissante, c'est à dire par une suite de reproduction-différenciations: c'est l'épigenèse.

Parmi ces cellules qui se reproduisent d'abord à l'identique puis se différencient, certaines ne se différencient pas. Elles restent identiques: ce sont les cellules germinales, c'est à dire les œufs pour la génération suivante.
L'organisme, lui, croît jusqu'à maturité, puis dégénère progressivement, jusqu'à sa mort.
D'une certaine manière, on peut dire qu'alors que les organismes unicellulaires (la cellule) inventent la vie, les organismes multicellulaires, en tant que systèmes, inventent la mort... (1)


En résumé, ce qui se reproduit dans un être vivant, ce n'est pas la poule, ce n'est pas la limace et ce n'est pas moi: ce qui se reproduit dans un être vivant, c'est la cellule (et son ADN).
La cellule, le plus petit être vivant qui soit, se reproduit pour former un être vivant plus complexe, plus grand, plus sophistiqué, plus évolué, plus autonome (plus indépendant des variations du milieu)
Mais la cellule se reproduit également pour persister au fil des générations, à travers la chaîne des êtres vivants, et passe ainsi dans le mécanisme de l'évolution à travers le filtre de la sélection naturelle. (2)

La cellule est à la fois l'atome et le big bang de la biologie:
Elle est à la fois un être vivant, le composant le plus petit des êtres vivants et elle est au commencement de tous les êtres vivants.

Dans son livre, Jacques Monod évacue la question de l'origine de la première cellule (ou du premier ADN):
il s'agirait simplement d'un hasard, d'un événement à très faible probabilité mais qui s'est quand même produit une fois, donc hors du champs de la science. (3)
C'est ce qui l'a conduit à conclure son livre par cette citation: "L'ancienne alliance est rompue ; l'homme sait enfin qu'il est seul dans l'immensité indifférente de l'univers d'où il a émergé par hasard". (4)

Aujourd'hui, à la lumière des dernières découvertes scientifiques, on a du mal à croire à cette explication:
La biologie moléculaire commence à peine à comprendre les mécanismes précis de reproduction d'une cellule (et de son ADN) et on s'aperçoit de toute la complexité inhérente à ce mécanisme.

Une cellule c'est comme une petite usine, un petit bijou de nanotechnologie.
On a du mal à croire qu'un tel bijou ait pu se "monter" par pur hasard:
Imaginons que je mette tous les composants d'un smart phone dans une boite et que je secoue jusqu'à ce que ça produise le smart  phone en question: il y a très peu de chances que cela se produise. 
Si je prends tous les composants d'une cellule dans un tube à essai et que je secoue, quelle chance ai-je de produire une cellule, c'est à dire, par voie de conséquence: toute la variété actuelle de la vie sur terre ?

Références:
(1) Karl Popper - "La connaissance objective"
(2) François Jacob - "La logique du vivant"
(3) Henri Atlan - "Le crystal et la fumée"
(4) Jacques Monod - "Le hasard et la nécessité"

6 commentaires:

  1. Je suis d'accord. J'ai déjà essayé de réparer un réveil en bourrant à l'intérieur tous les petits composants que j'avais pas su remonter avant de refermer la trappe. Même en secouant très fort, ça marche pas !

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    1. Dis, t'as fais gaffe aux nains qui se planquent à l'intérieur du réveil et font tourner les aiguilles ?

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  2. Selon le physicien David Ruelle: le hasard correspond à une information incomplète et n'existe donc qu'à proportion de notre ignorance. Il faut être conscient que souvent des éléments nous échappent et nous poussent à croire au hasard. Dans le cas du réveil de Cécile le hasard n'existe pas puisque malgré tous ses efforts cela ne marche pas!!

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  3. En effet, le hasard est parfois dû à une information incomplète (Voir l'article du chapitre 4 de ce blog: "L'entropie en théorie de l'information", qui se trouve être le seul apport de l'informatique à la recherche fondamentale sur l'entropie, mais qui est tout de même une contribution majeure, il me semble !).

    Et parfois, le hasard, c'est juste le hasard...

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    1. Quelle est la différence entre le hasard et l'entropie? Ils résultent tous 2 d'une perte d'information, mais où est passé le facteur température?

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    2. Dans la théorie de l'information de Shanon, l'entropie est maximale quand un récepteur A ne peut absolument pas prévoir le symbole envoyé par une source d'information B (voir chapitre 4).
      Donc, en effet, une entropie maximale correspond à un manque d'information maximal de A vis à vis de B et peut être perçue comme un hasard total de la part de A.
      Une remarque est toutefois importante: le calcul d'entropie est fait du point de vue du récepteur A (cette remarque sera importante par la suite)

      La relation avec l'entropie thermodynamique et la température est subtile mais les formules mathématiques qui permettent de calculer l'entropie dans les deux cas est identique:
      C'est John Von Neumann qui a découvert le parallèle entre les 2 formules APRES que la formule de Shanon a été découverte et qui a décidé d'utiliser le terme d'"entropie d'information" que la communauté scientifique a accepté.

      Une interprétation possible du parallèle entre les deux concepts pourrait être liée aux phénomènes de dissipation ou de diffusion:
      Lors d'un choc entre 2 corps A et B (A étant initialement statique), une partie de l'énergie cinétique du corps B se transmet au corps A et le reste se diffuse sous forme de chaleur. Cette énergie calorifique pourrait être considérée comme "perdue" alors qu'en fait, elle s'est juste dissipée sous forme de chaleur, c'est à dire qu'on n'est plus en mesure de savoir exactement où elle se trouve ni de la récupérer entièrement (elle s'est dispersée).

      Le choc a accru le chaos moléculaire et donc la température du corps A (et du corps B).
      Pour la récupérer, il faudrait par exemple que tous les atomes du corps A se remettent tous spontanément en mouvement dans la même direction, ce qui est statistiquement impossible.
      C'est pourquoi on dit généralement que l'entropie est une mesure de désordre (moléculaire), mais c'est précisément cette notion d'ordre/désordre qui est discutable.

      Le résultat, c'est qu'après le choc, on n'est plus capable de ne mesurer qu'une variable macroscopique externe du système: la température.

      Le fait qu'il existe de l'information dans un système (comme le corps A) qui nous est cachée (à nous observateur externes) est à l'origine du principe holographique (voir "Trous noirs: la guerre des savants" - Leonard Susskind).
      D'après cette théorie, toute l'information qu'on peut connaître sur un système se trouve nécessairement à sa surface.

      D'ailleurs, à ce sujet, d'après Stephen Hawking et Jacob Bekenstein, les trous noirs ont une entropie donc une température... C'est ce qui a conduit Hawking à affirmer que les trous noirs devaient s'évaporer...
      L'objet du débat guerre entre Hawking et Susskind était liée au fait que d'après Susskind l'information ne pouvait pas disparaître dans un trou noir, sinon l'univers perdrait de l'information.

      La fait qu'un système puisse contenir une information ou un ordre caché a été illustré dans un commentaire précédent de Marc L. avec l'exemple de l'huile et de l'eau. Pourquoi l'huile ne se mélange-t-elle par à l'eau ?
      Parce que les molécules d'eau et d'huile s'ordonnent suivant un ordre microscopique qui leur est propre et qui n'est pas directement perceptible par un observateur externe hormis le fait que les 2 liquides ne sont pas miscibles.

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