Qu'est ce que l'auto-organisation en biologie ?

[invite217f3aaa]

Bonjour,

Le concept d'auto-organisation se retrouve de plus en plus en biologie et à tout les niveaux d'organisations ( des molécules à l'écosystème ). Il offre une nouvelle grille de lecture qui parait très intéressante.
Mais voila que je n'en saisi pas vraiment la définition...
Il est souvent donné l'exemple des termites où aucune n'a conscience de ce qu'elle réalise. Aucune ne reçois ses instructions d'un oéprateur centralisé. Il n'y a pas d'architecte ou de plan pré-écrit ( pas de programme ). Et pourtant elles construisent des architecture complexes qu'on retrouve partout ( les termitières).
Mais ce concept est aussi présenté comme une alternative à la notion de programme génétique. Programme qui se voit alors ne représenter qu'une partie de l'information génétique. L'information se trouverait dans les inter-actions...

Bref c'est très floue et un peu déconnecté de ce que je connais en biologie.
Beaucoup de sites très bien en parle mais ça reste toujours aussi floue.
Avez vous un éclairage sur le sujet ?
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[invite986312212]

bonjour,

je crois que c'est l'idée qu'une structure spatiale "grande" et plus ou mons complexe peut résulter d'intéractions très locales.

Un exemple que j'avais lu: un troupeau de plusieurs milliers de gnous (gnus?) en migration présente un "front" dentelé, avec des dents de scie de longueur d'onde correspondant à quelques dizaine d'animaux. C'est difficile d'imaginer que les gnous se sont mis d'accord pour respecter cette géométrie. Mais un modèle très simple, où chaque animal règle sa course en fonction de celles son voisin de droite et de son voisin de gauche permet de reproduire cette forme. Il n'y a que la simulation informatique qui permette de traiter ce genre de modèles.

Ce qui m'avait paru faible dans cette approche, c'est qu'on n'a pas vraiment idée de la diversité des modèles qui permettent de reproduire une forme naturelle. J'ai l'impression que les chercheurs se contentent d'exhiber un modèle plus ou moins plausible et ne vont pas plus loin. Mais je n'ai fait que survoler la question.

[invite01e752d8]

Bonsoir,




Un exemple d'auto-organisation (de base en biologie): l'ontogénèse.

La notion de programme génétique (par comparaison à un programme informatique) est critiqué par certains biologistes (Henri Atlan par exemple). L'information contenu dans les gènes humains ne contient, par exemple, pas excplicitement ("expressivement" devrait-on peut-être dire) le plan d'organisation cellulaire ou organique. Et il n'y a pas non plus d'information extra-génique qui pourrait organiser l'expression génétique dans l'espace et dans le temps.
L'information génique (codant pour des protéines, des ARNr ou des ARNt) ne donne d'information que sur les molécules à fabriquer, mais ne donne absolument aucune information structurelle ou temporelle. Les propriétés structurelles et temporelles d'auto-organisation cellulaires sont des propriétés émergentes (non contenues, ni même codées dans l'ADN).
La somme d'expressions géniques donne des propriétés que les protéines à elles seules ne peuvent expliquer. La transcription et la traduction vont donner des propriétés aux cellules qui vont (via d'autres transcriptions et traductions) pouvoir s'organiser structurellement, spatialement et temporellement.
L'information pour créer un organisme n'est pas contenu "textuellement" dans notre ADN, mais elle est en puissance.

Bon, là je dois y aller. J'ai fait un peu vite (et donc sûrement un peu maladroitement! ). J'expliciterai plus tard...

Apus.

[invite217f3aaa]

Salutations, juste une remarque ( ou deux )en passant

Et il n'y a pas non plus d'information extra-génique qui pourrait organiser l'expression génétique dans l'espace et dans le temps.

Enfin on peut dire quelque part que l'environnement, de part les inter-actions qu'il a avec les objets biologiques, est porteur d'infos.Je crois bien que les lois physiques sont des informations extra-géniques que l'auto-organisation essaie de prendre en compte. Arrête moi si je dérape ( ce qui est fort possible ) c'est en cela que l'auto-organisatio permettrai de raccorder la biologie à la physique. On arrêterai enfin de dire que la bio est une "science molle".
Une chose que je ne comprend pas bien est que les tenants de cette auto-organisation critiquent la notion de programme génétique qui selon eux ne contient pas l'information nécessaire et suffisante pour permettre l'apparition ces propriétés émergentes. Mais si l'ADN n'est pas suffisant cela veut dire qu'autre chose est transmis lors de la fécondation... je ne vois pas trop ce qu'ils veulent dire par là.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite01e752d8]

Bonsoir,

Enfin on peut dire quelque part que l'environnement, de part les inter-actions qu'il a avec les objets biologiques, est porteur d'infos.

Effectivement l'environnement interagit avec l'expression génique et c'est là un point crucial: l'environnement n'est pas contenu dans le génome (et quand j'écrivais "info extra-génique", je pensais tout de même information potentielle contenue dans le génome, mais autre que les gènes - ce que je n'avais pas précisé...).

Je crois bien que les lois physiques sont des informations extra-géniques que l'auto-organisation essaie de prendre en compte. Arrête moi si je dérape ( ce qui est fort possible ) c'est en cela que l'auto-organisatio permettrai de raccorder la biologie à la physique.

D'après ce que j'en comprends (je dois avouer que je n'y connais absolument rien en théorie de l'information! ), je crois que c'est ça. Le cadre physique est le milieu dans lequel va s'exprimer un génome et ce cadre est porteur d'informations (et ce sont bien les lois physiques qui expliquent ces conditions physiques).

Une chose que je ne comprend pas bien est que les tenants de cette auto-organisation critiquent la notion de programme génétique [...]si l'ADN n'est pas suffisant cela veut dire qu'autre chose est transmis lors de la fécondation... je ne vois pas trop ce qu'ils veulent dire par là.

Là, j'ai du rejeté un coup d'oeil au bouquin d'Henri Atlan, "La fin du tout génétique" (je l'avais lu il y a pas mal de temps et je l'avais lu "un peu" vite... en travers en fait-> j'en avais pas retenu grand chose, d'ailleurs! ).
Apparemment, c'est Ernst Mayr (l'un des pères de la théorie synthétiques de l'évolution) qui, dans son article de 1961 "Cause and effects in biology", aurait mis en avant l'idée de "programme génétique". D'après Atlan, il serait passé un peu vite de la notion de code génétique à celle de programme génétique.

Au sujet du développement embryonnaire, Mayr y voit, pour s'opposer à une vision finaliste, un phénomène purement mécanique qui n'est non pas finaliste, mais finalisé. Et ce phénomène est finalisé (bien évidemment! ) grâce à son histoire évolutive. Et c'est là que Mayr met en exergue le vocable "téléonomie" (inventé par Colin Pittendrigh -> terme dont j'avais entre temps imputé l'origine à Jacques Monod, à cause de la page wikipédia! )...
Bon, je vous passe les détails sur l'hypothèse de considérer la séquence nucléotidique comme une donnée et la machinerie cellulaire comme le programme ou vice versa... la conclusion d'Atlan est que l'on se trouve dans une situation consensuelle (et non pas extrêmiste). Autrement dit, toujours selon Atlan, la notion de programme génétique ne considérant l'ADN qu'uniquement comme le programme, la machinerie cellulaire ne serait alors considérée que comme un ensemble de données (j'espère que je comprends et résume à peu près bien sa pensée...); ce qui finalement ne donnerait pas une idée juste de la réalité.

Pour répondre au sujet de la non-suffisance de l'ADN pour créer un organisme, revenons sur le cadre physique non inclus dans la séquence nucléotidique.
Atlan prend d'ailleurs pour exemple la mouche dont on connait très bien son développement embryonnaire (le nématode Caenorhabditis elegans étant, me semble-t-il, de peu le modèle que l'on connait le mieux à ce sujet). Les différents gradients de concentration de protéines (la bicoïde ou la caudale par exemple), n'est pas pas le résultats d'un déterminisme génétique. Un gradient de concentration se met en place par un simple phénomène physico-chimique de diffusion. De plus l'ARNm de ces protéines est cytoplasmique (enfin... sous-membranaire), d'origine maternel et activé (transcrit) que par l'entrée du spermatozoïde (ce n'est a priori pas un déterminisme génétique qui est à l'origine de cette transcription).
Et c'est justement ces gradients de concentration qui vont permettre un dévelopement différentiel via les actions et rétroactions des gènes du développement (qui ne sont donc pas les premiers "chefs d'orchestres").


Si des spécialistes en biologie du développement passent dans le coin, j'espère qu'ils me corrigeront (...et qu'ils ne m'en voudront pas trop si j'ai écrit des âneries-> j'ai toujours été une bille dans cette matière...).


Enfin voilà, là comme ça, en gros l'idée...

Bon, entre nous, pour aborder la notion d'auto-organisation en biologie, l'exemple des termites me convient très bien.


Apus.

[invite217f3aaa]

Merci Apus de ce petit résumé de tes lectures. Je savais pas que E.Mayr avait repris cette idée de téléonomie.

"téléonomie" (inventé par Colin Pittendrigh -> terme dont j'avais entre temps imputé l'origine à Jacques Monod, à cause de la page wikipédia!

Et moi je l'attribuais à Lucien Cuénot...

En fouillant sur le net j'ai dégoté ce qui est à mon sens une perle : une thèse où dans le jury on ne trouve rien d'autre que J.C Ameisen, J.Gayon, J.J.Kupiec, C.Sonnschein, A.Paldi bref que du beau monde :
Approche endodarwinienne de la variabilioté intercellulaire de l'expression génétique
Et c'est même pas lourd à lire. Avis aux amateurs.

[inviteaefe4c90]

Bonjour,

Je me pose en fait les mêmes questions, en fait, la biologie est très vaste pour moi lorsqu`on parle d`auto organisation. L`aspect le plus impressionnant pour moi est la morphogénèse et la différenciation, l`auto organisation spatio-temporelle des cellules à partir de une cellule. Mais vous m`avez fait remarquez de beaux exemples d`auto-organisation interindividuel au niveau de la collectivité comme celle des gnous cité plus haut, merci pour l`exemple.

[invite01e752d8]

Bonsoir,

Et c'est là que Mayr met en exergue le vocable "téléonomie" (inventé par Colin Pittendrigh -> terme dont j'avais entre temps imputé l'origine à Jacques Monod, à cause de la page wikipédia! )...

Euh... en fait, la page anglaise au sujet de la notion de "téléonomie" ("teleonomy" donc) donne un historique plus complet. Apparemment le terme aurait était inventé en 1943 par un cybernéticien puis repris en biologie, en premier par Pittendrigh en 1957-58, puis (toujours dans le cadre de la biologie) en second par Mayr en 1961* et par Monod en 1970. Voyez-là.


*l'article anglais wikipédia se trompe néanmoins, me semble-t-il sur la date de l'article de Mayr. Ils le datent de 1965, mais je pense qu'il date bien de 1961...

[invite0336eb6e]

J'ai le sentiment que la position d'Atlan relève de la sodomie de diptères.
Il est évident qu'un "programme" ne peut s'exécuter que dans un environnement donné et adapté à ce programme. Essayez d'exécuter un programme windows sur linux ! Le code machine qui fait s'exécuter Internet explorer sur la machine que vous utilisez ne donnera qu'un infâme plantage sur un autre processeur ou système d'exploitation. Personne ne conteste pourtant que ce code contient bien la description du programme qu'il va exécuter.
Le développement des cellules vivantes s'est toujours inscrit dans le cadre d'un milieu physico-chimique soumis aux lois de la physique. Il serait miraculeux que ces cellules aient un système de reproduction qui s’abstiendrait de toute interaction avec l’environnement. Bien au contraire, ce que l’on sait (ou constate) sur la biologie de l’évolution, avec la production de plein de variants et la sélection des plus adaptés (au milieu) tends à favoriser l’optimisation et l’économie.
La reproduction des animaux complexes est un système complexe qui ne peut se réduire au code génétique de l’œuf fécondé, mais doit intégrer l’organisme de la mère, l’environnement,…. Pour des animaux plus simples, l’œuf fécondé et l’environnement physico-chimique peuvent suffire. Mais dans tout les cas, sans l’information génétique (et épigénétique, mais la différence est conventionnelle) on n’obtiendra sûrement pas un être vivant fonctionnel reproduisant l’organisme de son ou ses parents.
AMHA, bien sûr,

Bruno

[invite01e752d8]

Bonsoir,

J'ai le sentiment que la position d'Atlan relève de la sodomie de diptères.

C'est sans doute, que j'ai très mal résumé sa pensée (et/ou l'ai peut-être mal comprise)!
Atlan ne rejette pas entièrement la notion de programme génétique, mais la discute. Déjà, ce qu'il entend par "programme génétique" ne prend en compte comme substrat que la séquence nucléotidique: ce qu'on appellerait la composante génétique. Et en complément à la génétique, il souligne effectivement le rôle déterminant de l'épigénétique (d'où une certaine distance par rapport à la notion de programme génétique). Ensuite avec sa discussion pour établir si "l'ADN est le programme/la machinerie cellulaire la donnée" ou si c'était le contraire, la conclusion qu'il avancait avant le développement même (dans "La fin du tout génétique", paragraphe "L'ADN: programme ou donnée") était:

Disons-le tout de suite: la conclusion sera que la réalité se trouve entre ces deux énoncés: il ne s'agit pas de remplacer la métaphore du programme génétique par celle des données génétiques, qui serait prise à son tour au pied de la lettre!

La notion de "programme" tout court maintenant. Pourquoi ai-je mentionné le début de discussion avec les références à l'article de Mayr? La notion de programme fait généralement implicitement référence à une finalité: un programme informatique est crée pour une fonctionnalité bien précise et de façon extérieure au système qui l'applique. Le terme "programme" en lui-même peut éventuellement être porteur de confusion, ce n'est pas qu'une simple question de syntaxe: on sait trop combien ce genre de terme peut être détourné (cf. les créationnistes, qui en sont des experts ). La chose est plus ou moins résolue si on explicite les termes, d'où justement l'intérêt particulier de Mayr à rependre le terme de "teleonomy" pour expliquer la "finalité" apparente des fonctions biologiques.

La reproduction des animaux complexes est un système complexe qui ne peut se réduire au code génétique de l’œuf fécondé, mais doit intégrer l’organisme de la mère, l’environnement,…. Pour des animaux plus simples, l’œuf fécondé et l’environnement physico-chimique peuvent suffire. Mais dans tout les cas, sans l’information génétique (et épigénétique, mais la différence est conventionnelle) on n’obtiendra sûrement pas un être vivant fonctionnel reproduisant l’organisme de son ou ses parents.

Je crois que vous êtes donc d'accord avec Atlan! (mais lisez-le de vous-même si vous voulez le critiquer, ne me faîtes pas confiance!)


Cordialement,


Apus.