Entropie et Néguentropie de la Matière Vivante : L' Auto-organisation

[Geb]

Bonsoir,

Par mon intervention dans cette discussion sur le forum de Physique (très loin de ma zone de confort), je voulais insister sur le fait que ce qu'Ilya Prigogine a pu écrire par lui-même sur l'application de ses travaux en biologie, à la fois quant au maintien de l'organisation au sein des organismes modernes, mais aussi quant à la question des origines de la vie, tout cela était finalement assez pauvre ; juste quelques commentaires assez laconiques (que j'ai voulu illustrer par le passage cité, dans l'article de 1972, qui ne dit justement pas grand-chose).

Heureusement, grâce au développement extraordinaire des outils attachés à la microscopie en fluorescence, qui ont permis d'étudier de plus en plus finement le fonctionnement cellulaire in vivo, on a aujourd'hui des exemples précis d'auto-organisation que l'on peut étudier dans le détail. C'est la raison pour laquelle j'ai cité quelqu'un comme Dean Astumian, qui a travaillé sur le mouvement sur les filaments d'actine. Ses contributions furent décisives pour choisir le modèle dit du "cliquet brownien" ("brownian ratchet" ; un "frein pour avancer" pour reprendre l'expression utilisée dans son article) en lieu et place du modèle précédent dit de la "décharge d'énergie" ("power stroke"). Il est aussi intéressant de noter que ces deux modèles concurrents de l'interprétation des données expérimentales sont apparus dans les années 1950, mais c'est vraiment l'amélioration des outils d'analyse in vivo qui ont permis de favoriser l'hypothèse du cliquet brownien. J'ai cité d'autres chercheurs qui ont travaillé sur d'autres sujets touchant à l'auto-organisation permise par les flux continus de matière et d'énergie au sein de la cellule vivante.

Mon ambition était peut-être de nous permettre d'utiliser ces quelques exemples d'auto-organisation qui sont étudiés de près à l'heure actuelle dans les laboratoires, pour essayer de répondre à ta question de départ, même si j'ai bien compris qu'on était dans le forum Physique et que, par conséquent, ta préférence était peut-être aux lois générales, et non pas à l'illustration par des exemples précis. J'ai la naïveté de croire que parfois, le passage par un ou des exemples particuliers peuvent être utiles pour ne pas "parler dans le vide", outre mon intérêt intrinsèque pour le travail fascinant des chercheurs dans ce domaine. Accessoirement, ça nous évite de verser un peu trop dans la théorie personnelle qui, comme chacun sait, est proscrite sur les forums de FS.

toutes les expériences qui ont été faites pour recréer ce passage du non-vivant vers vivant -ou ce changement total de paradigme nommé allopoïèse vers autopoïèse pour reprendre les termes de Varela- n'ont donné aucun résultat.

Je ne peux résolument pas être d'accord avec toi lorsque tu dis que "toutes les expériences [...] n'ont donné aucun résultat". Cela fait une dizaine d'années que, bon an mal an, je m'intéresse de près au sujet. Pour commencer, aucune des expériences que je connais n'a eu pour ambition de "recréer ce passage du non-vivant vers [le] vivant". On en connaît trop peu pour avoir cette ambition aujourd'hui. Ensuite, bien que je souffre d'une obsession en ce qui concerne la question, je ne prétends pas connaître "toutes les expériences qui ont été faites". Chaque année, il y a probablement plus de mille nouvelles publications qui touchent de près ou de loin la question.

Sur un autre sujet plus anecdotique, j'ai toujours eu un peu de mal avec la notion d'autopoïèse, telle qu'elle fut présentée à l'origine par Varela & Maturana (1972). Elle suppose ne serait-ce qu'implicitement la notion d'individu. Or, en chimie prébiotique, il n'y a que des espèces chimiques où la thermodynamique hors d'équilibre, la catalyse et la cinétique des réactions jouent déjà un très grand rôle, avant l'apparition d'organismes "individuelles". Cela dit, je veux bien reconnaître que dans le domaine des sciences cognitives (qui était quand même la spécialité de Varela), la notion d'autopoïèse a rencontré un succès mérité, dont l'on observe toujours l'influence aujourd'hui, même dans les modèles les plus récents de la conscience dans le cerveau humain (comme la "thèse de la plasticité radicale" d'Axel Cleeremans). Quant à l'étude des origines de la vie, plutôt que l'autopoïèse, je préfère le concept un peu plus ancien (et plus neutre) de biopoïèse, introduit par Norman Pirie en 1953 et repris (et popularisé) par John Bernal à partir de 1957.

On a essayé de recréer en laboratoire -sans doute imparfaitement?- les conditions de la Terre primitive où la vie est apparue mais ces expériences n'ont rien donné de probant.
Donc on reste dans l'attente en se disant que les structures dissipatrices restent un élément fort sans doute déterminant pour expliquer l'apparition de la vie.

Là aussi, je te trouve très dur lorsque tu estimes que les expériences "n'ont rien donné de probant". Déclarer cela, c'est ignorer complètement l'ampleur de la tâche. Je rétorquerais qu'avec les efforts relativement modestes qui sont aujourd'hui les nôtres, on en a appris énormément sur les mécanismes physico-chimiques qui auraient pu favoriser l'apparition de la vie sur la Terre. J'ai déjà tenté d'illustrer succinctement certaines des difficultés ailleurs (voir par exemple dans cette discussion).

Quoi qu'il en soit, le jour où nous serons "prêts" (peut-être dans un siècle ?), je suis d'avis qu'il nous faudra probablement un investissement humain et financier comparable à l'ère Apollo pour réussir à "recréer" pour la première fois l'apparition de la vie en laboratoire : un budget équivalent à plusieurs centaines de milliards d'euros d'aujourd'hui, des centaines de milliers de techniciens, d'ingénieurs et de chercheurs, qui travaillent ensemble sur une même "expérience" pendant près d'une décennie. En terme d'ampleur de la tâche, j'estime que l'on peut comparer ça au "Graal" que représenterait la réalisation d'une première centrale à fusion nucléaire productrice nette d'énergie.

Il n'y a pas que l'apparition de la vie mais tout ce qui suit après: donc on ne peut omettre l'Évolution qui aboutit à un système complexe avec des organes , un système nerveux, des poumons, un cœur, un cerveau et tout le reste.
Et là on n'est plus dans les structures dissipatives, plus du tout même mais bien dans le paradigme d'une force auto-organisationnelle, celle que Schrödinger a dénommé la néguentropie.
La nécessité si on veut...

Il y a eu quelques travaux au Santa Fe Institute visant à reformuler l'évolution biologique avec le concept d'auto-organisation (Hoelzer et al., 2006). J'ignore à quel point c'est "solide" et où ce genre de réflexion en est aujourd'hui.

Cela étant dit, je ne vois pas le rapport avec Schrödinger. L'une des célèbres citations de sa conférence de 1943, c'est bien le rapport au flux d'énergie et de matière, pas à l'évolution biologique. Pour paraphraser Schrödinger : Le "don étonnant" d'un organisme, c'est sa capacité à concentrer un flux d'ordre sur lui-même, par là même échappant au retour à l'équilibre thermodynamique, au délabrement jusqu'au "chaos atomique". En d'autres termes, c'est d'être capable d' "absorber de l'ordre" tiré d'un "environnement adéquat".

It is by avoiding the rapid decay into the inert state of 'equilibrium', that an organism appears so enigmatic; so much so, that from the earliest times of human thought some special non-physical or supernatural force (vis viva, entelechy) was claimed to be operative in the organism, and in some quarters is still claimed. How does the living organism avoid decay? The obvious answer is: By eating, drinking, breathing and (in the case of plants) assimilating. The technical term is called metabolism. [...] An organism's astonishing gift of concentrating a 'stream of order' on itself and thus escaping the decay into atomic chaos — of 'drinking orderliness' from a suitable environment — [...]

Comme je l'ai dit par ailleurs, dans le cadre des réflexions sur les origines de la vie sur la Terre, on serait en droit de se demander ce que pourrait être un "environnement adéquat" (voir cette discussion) ?

Les scientifiques sont forts réticents à rajouter une cinquième force quelle qu'elle soit au moment du Big Bang.

Le sens de ta remarque m'échappe complètement. J'ai du mal à comprendre ce que tu veux dire par là. Y a-t-il un rapport avec ce qui est dit dans le reste de ton message ou tiens-tu juste à exprimer une conviction personnelle qui n'a rien de commun avec le sujet ?

Cordialement.
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[RaviShankar]

Oualos:

À part votre ironie portant sur le fait qu'on ne peut produire de la néguentropie dont vous donnez des références, je comprends pas ce que vous voulez dire par la suite. Vous insinuez quoi au juste ?
Ça nous éclairerait que vous soyez clair. La critique est où ?

Lorsque j'admire une ou plusieurs connaissances, il n'y a pas d'ironie ! (si c'est à moi que votre message s'adresse). Au contraire, il y a comme une vision sur les possibilités futures qui s'annoncent.
Les structures dissipatives concernent le plus souvent les liquides et ces mêmes liquides "transportent" très exactement leurs propres informations; et cela sur tout ce qui les concernent. De façon critique donc, (seule la critique est constructive?) peut-être les théoriciens s'éloignent trop du terrain, tout au moins pour l'instant.
Qui dit information dit "formes", et qui dit formes dit "vides".
En étudiant les grandes structures climatiques et même cataclysmiques, on peut observer des anomalies organisationnelles liées à ces 2 aspects, ces 2 concepts (concept est-il un mot reconnu en épistémologie ?).

Merci à GTS2 pour son message.

[oualos]

Le "don étonnant" d'un organisme, c'est sa capacité à concentrer un flux d'ordre sur lui-même, par là même échappant au retour à l'équilibre thermodynamique, au délabrement jusqu'au "chaos atomique". En d'autres termes, c'est d'être capable d' "absorber de l'ordre" tiré d'un "environnement adéquat".

... et d'évacuer les flux de désordre parallèlement ce qui va augmenter l'entropie du monde extérieur. L'organisme va devenir à son tour une source d'ordre autonome qui va tenter de mettre de l'ordre et bien plus tard d'organiser le monde extérieur au moyen de la famille, des tribus puis sociétés cultures et civilisations.
Pour revenir à l'autopoïèse, la substance produit sa propre substance dans laquelle l'ordre est un point sinon LE point central et moteur. Qui définit et va fixer ses propres lois pour participer à sa propre construction par une mise en place de ses échanges externes et internes: garantir sa stabilité et surtout permettre sa reproduction -sa perpétuation- en tant qu'organisme faisant partie d'un règne, ou autrement dit en entité autonome ayant ses propres lois à l'intérieur d'un règne... Encore une question de plus, lesquelles sont fort nombreuses dans ce domaine et cela engage nécessairement des voies de recherche fort pointues avec des logistiques compliquées.
Comme Aristote qui parlait du Moteur Immobile... analogie lointaine bien sûr et éloignée du sujet.
Tout ces termes sont à prendre avec des pincettes dont "l'ordre" bien sûr principalement car comme tu le mentionnes il y a des difficultés -pas insurmontables mais nécessitant une infrastructure et une logistique très compliquée et par là couteuse- pour comprendre ce que l'on appelle aussi le phylum. Un ordre qui se fixe de façon permanente dans les règnes, le règne minéral étant le premier of course et dont le mystère de la création remonte à fort longtemps: l'origine de la matière avec la disparition d'anti-matière etc.
L'auto-organisation ne se limite pas à l'organisme mais l'auto-organisation concerne aussi forcément ce qui engendre la succession des règnes vers plus de perfection et les fixe chacun dans une classification donnée pour arriver à celui où nous sommes, le règne animal. Le plus élaboré jusqu'à présent...
Y a-t-il quelque chose de l'ordre d'un attracteur lié à une structure dissipative propre aux règnes pour cela ? Mystère et cela engendre nécessairement des expériences qui aboutiront à de nouvelles découvertes etc.
Un grand merci pour votre message très intéressant d'autant que je ne suis pas vraiment au courant des différentes recherches dans le monde sur ce sujet...

Lorsque j'admire une ou plusieurs connaissances, il n'y a pas d'ironie !

Merci de rectifier ma pensée un peu "désorganisée" par moments et trop généraliste.
Quand on voit les connaissances qu'ont certains sur ce sujet on se dit que ses propres affirmations sont forcément incomplètes voire naïves.
Et peuvent faire l'objet d'ironie: il y a dans ce domaine -en sciences de façon générale!- toujours des choses qu'on ignore.

[oualos]

Juste une idée qui m'a traversé l'esprit.
Heisenberg disait qu'à partir du moment où il y a une barrière entre le soi et le non-soi on peut parler de conscience.
Et il s'est mis à dos les philosophes évidemment.
Mais cela pose des questions évidemment, une foule de questions même...
Car quid de la mise en abime de cette barrière dans le corps des animaux ?
Le système immunitaire est un exemple de barrière mais interne cette fois qui se met en place et permet de reconnaître les agents pathogènes extérieurs tels que microbes, virus etc.
Il est clair que du point de vue éthique on exclut l'idée de finalité en sciences, encore plus de finalisme: cela rappelle trop le dogme de l'Église affirmant que l'homme était une finalité de l'Univers. Dans cette logique la vie n'est pas plus une finalité de l'Univers qu'un trou noir ou une étoile à neutrons.
Alors cette fameuse barrière de Heisenberg résulterait d'un apprentissage cognitif où le corps au travers de l'Évolution se met à évoluer en "s'éduquant" de façon interne à reconnaître ce qui lui appartient en propre et fait la part du reste en l'excluant par des anticorps qui le combat.
Voilà: si ça donne des idées à certains...

[oualos]

Une machinerie correspondant à ce qui tend à persévérer dans son être, comme on dit en philo...