Qu'est-ce que la vie ? Actes Présents – Mars 2009 C. Lémery Qu'est-ce qui fait la différence entre matière vivante  et non...
Qu’est-ce que la vie ? « Capacité d’un organisme à se reproduire, à respirer et à se nourrir »  Définition classique « La ...
Une définition de la vie basée sur l'ADN Est vivant ce qui peut dupliquer son ADN 1 Go ADN humain Information nécessaire  ...
Une définition de la vie basée sur l'ADN ADN = code Fonctionnement organisme  = lecture du code Qui est le concepteur du p...
Le point de vue de la physique <ul><li>La vie ?
Une aberration ! </li></ul>Car la nature aime l'équilibre : ? 100 °C 20 °C 30 °C 30 °C
D'où provient cette tendance à l'uniformisation ? Le vivant semble défier la physique ! Le désordre croît Une loi du monde...
Vitalistes contre Matérialistes Vitalisme :  Matière + élan vital = vie Matérialisme : La vie est une dynamique de la mati...
On connait des structures qui se maintiennent
Les êtres vivants se maintiennent hors équilibre Un organisme vivant Système ouvert Qui fait croître son organisation inte...
Un être vivant est un système «ouvert» <ul><li>Paroi intestin : 5 jours
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Qu'est-ce que la vie ?

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Conférence proposée par Cédric Lémery.
Plus d'info sur http://cedric.lemery.free.fr

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  • Distinguer être vivant et non-vivant est si facile qu&apos;un enfant de 5 ans est capable de le faire. Pourtant il est difficile de définir simplement ce qui caractérise un être vivant. Le point de vue développé ici est celui d&apos;un physicien : qu&apos;est-ce qui fait qu&apos;on dit de la matière qu&apos;elle est constitutive d&apos;un organisme vivant ? Pourquoi dit-on d&apos;une plante qu&apos;elle est vivante alors que l&apos;on ne peut pas en dire autant d&apos;une table ?
  • Si l&apos;on recherche une définition de la vie, voilà le genre de chose que l&apos;on va trouver. La 1ère définition exclue les bactéries anaérobies (qui ne respirent pas), les mules (qui ne se reproduisent pas) mais inclue un robot un peu sophistiqué qui marcherait avec une pile à combustible (respire du dioxygène, se nourrit de dihydrogène) et qui serait capable de construire un robot analogue. La 2de est assez juste, simple dans son expression mais dure à comprendre La 3ème résume assez bien les choses mais elle est basée sur une tautologie : est vivant ce qui n&apos;est pas mort. Elle montre que la vie est difficile à définir. Pourtant, on sait que la vie existe et fonctionne assez bien. La preuve, nous sommes là ce soir pour en parler.
  • Dans certains livres, on trouve des définitions basées sur l&apos;ADN qui résume la vie à partir de la brique élémentaire ADN: est vivant tout ce qui est capable de répliquer son AND. Hormis le fait que cette définition est un peu simpliste (un organisme vivant ne contient pas qu&apos;1 seul ADN mais plusieurs ADN en symbiose), elle me parait basée sur un terrain assez glissant. Essayons de comprendre pourquoi. L&apos;ADN est une sorte de code d&apos;information qui contient 1 Goctet de données. Un corps humain est un assemblage de matière tel que si on voulait le construire atome par atome, il faudrait 10^21 Goctet d&apos;information.
  • Comment expliquer qu&apos;1 Go de donnée façonne 10^21 Go de données ? Cel fonctionne un peu comme un programme informatique. De la même manière qu&apos;un fichier jpeg de 1 Mo code 10 Mo. L&apos;ADN est un code que l&apos;organisme passe son temps à décoder pour mettre en oeuvre le code. Un peu comme un programme informatique décode un fichier jpeg pour l&apos;afficher à l&apos;écran. Mais cela pose la question du concepteur du programme. Qui a conçu le programme de lecture du code ADN ? Il me semble que ce genre de définition de la vie ouvre la brèche à des controverses stériles du type évolutionniste/créationniste car elles occultent des questions fondamentales.
  • Prenons maintenant le point de vue de la physique : Pour le physicien la vie est une abérration. En effet, la nature «aime» l&apos;équilibre. C&apos;est à dire que dans la nature les choses on tendance à tendre vers des états d&apos;équilibre où l&apos;uniformité domine. Ainsi, l&apos;on attend un peu, une hétérogénéité de température aura tendance à s&apos;uniformiser. De la même façon, une goutte de colorant dans un verre d&apos;eau a tendance à s&apos;uniformiser. Pour la vie il en va tout autrement : des poissons dans un bocal n&apos;ont pas tendance à se diluer dans l&apos;eau !
  • D&apos;où provient cette tendance à l&apos;uniformisation ? Tout simplement de la tendance des choses à se dégrader. On dit en physique que le désordre croît : les assiettes ont tendance à se briser, les maisons à se délabrer, les photos à pâlir, les CD-rom à s&apos;effacer. Plus précisément, on dit que l&apos;énergie macroscopique a tendance à «fuir» dans le microscopique et que cette tendance la perd irrémédiablement pour le monde macroscopique. L&apos;essentiel de l&apos;énergie consommée par une voiture part en frottement, en réchauffement, il n&apos;y en a qu&apos;une partie infime qui sert au déplacement de la voiture. Cette loi est très bien vérifié pour l&apos;ensemble de la matière mais le vivant semble la défier : à partir de są naissance, un organisme vivant tend à augmenter son organisation. Notons que le vivant défie cette loi de manière locale dans le temps : à terme, nous retournerons pouissière et tous les orgasnismes vivant finissent par expérimenter la croissance du désordre. Mais quand même, le vivant défie cette loi.
  • Cette singularité du vivant est la base de l&apos;opposition entre vitaliste et matérialiste. Il y avait des gens au XIXème siècle qui affirmait que cette «désobéissance» du vivant aux lois de la matière est la preuve que le vivant ça n&apos;est pas que de la matière : c&apos;est de la matière + autre chose qu&apos;ils appelaient «élan vital». La recherche de cet élan vital a beaucoup occupé les vitalistes du XIXème qui s&apos;opposaient aux matérialistes pour qui la vie n&apos;est qu&apos;une dynamique particulière de la matière. Bien entendu l&apos;histoire à travers la découverte des mécanismes de la biochimie a donné raison aux matérialistes et la science a abandonné cette hypothèse de l&apos;élan vital, suivant un de ses principes fondateurs : «abandonnons les hypothèses que nous ne pouvons pas vérifier». Notons qu&apos;une petite recherche sur google vous démontrera que l&apos;élan des vitalistes n&apos;est pas complétement mort : il y a toujours des gens qui vous vendent des stages de rééquilibrage de votre élan vitale. Note : attention à la posture philosophique du vitalisme qui est irréfutable en soi : la vie a bien quelque chose de plus que la matière inerte. Sinon l&apos;on ne peut distinguer vivant de non-vivant. Ce qui est discuté ici est la pertinence de s&apos;appuyer sur la notion d&apos;élan vital pour expliquer «scientifiquement» le processus de la vie.
  • Cependant, à bien y regarder, il n&apos;y a pas que la vie qui semble aller à l&apos;encontre de la loi de croissance du désordre. Les taches de Jupiter perdurent depuis plusieurs siècles et elles ne sont pas vivantes. On connait en physique aussi des sytèmes qui sont capables de se maintenir semblant transgresser la loi implacable de la dégénerescence. Ces systèmes qui savent «perdurer» ont un certains nombre de caractéristiques qui nous offrent un canevas «physique» de description de la vie.
  • Un organisme vivant est un système qui se maintient hors de son équilibre. Par équilibre, on entend la tendance des choses à tendre vers l&apos;uniformité. Comment un org. Vivant se maintient-il hos équilibre ? En consommant en permanence de l&apos;énergie «riche» et en recrachant de l&apos;énergie «pauvre». Se faisant, l&apos;organisme augmente son organisation interne en appauvrissant son envirronnement par un flux permanent d&apos;énergie. Un organisme vivant est donc un système ouvert qui diminue l&apos;organisation de son envirronement. Il ne peut donc pas se penser indépendamment de son envirronement puisque są survie dépend de la richesse de son envirronement, et de są capacité à se renouveler. Nous verrons qu&apos;en réalité, tous les organismes vivants forment un réseau d&apos;interdépendance. Chacun survit grâce aux propriétés de l&apos;ensemble (l&apos;environnement), lui même fruit de de la dynamique de chacun.
  • Le temps de renouvellement de nos différents organes nous offre une belle illustrationdu fait qu&apos;un organisme vivant est un système ouvert
  • Essayons maintenant de comprendre quelle est la dynamique d&apos;organisation qui préside à la vie.
  • Une petite question : Combien y-a-til de bactéries dans un organisme vivant ? Autant que de cellules ! Ca veut dire que ce que j&apos;appelle «mon corps» est autant fait de cellule de «moi» que de «non-moi» ! En réalité, pour comprendre la dynamique d&apos;organisation du vivant, il faut sortir de cette vision du soi et du non-soi pour entrer dans une perspective «éco-systémique» dans laquelle un organisme vivant est perçu comme un éco-système.
  • Qu&apos;est-ce qui fait la caractéristique d&apos;un éco-système ? Le fait que tous ses composants soit en relation les uns avec les autres. Prenons l&apos;exempl d&apos;un des plus simple des écosystème connu : il s&apos;agit de l&apos;écosphère. C&apos;est un petit aquarium fermé qui n&apos;échange aucune matière avec l&apos;extérieur. La seule interaction avec l&apos;extérieur est l&apos;apport d&apos;énergie lumineuse et de chaleur. Cet écosystème est constitué d&apos;algues, de crevettes (2 ou 3), d&apos;un ensemble de bactéries et d&apos;algues. L&apos;ensemble est en relation comme le montre ce schéma issu de la notice. Remarquons que cet écosystème n&apos;est pas complétement indépendant : il ne sait pas réguler są température. C&apos;est l&apos;une des choses auxquelles il faut faire le plus attention pour la survie de l&apos;écosphère : la maintenir à la bonne température sans quoi c&apos;est la mort assurée en quelques jours.
  • Ce réseau de relation permet une auto-régulation de certaines paramètres. Ceci est une carctéristique des réseaux. Comment est-ce possible ? Prenons un exemple très simple : Un apport de lumière favorise la prolifération des algues. Une plus grande quantité d&apos;algues favorise une augmentation de l&apos;activité des crevettes qui va permettre de réguler l&apos;excès d&apos;algues. Cette exemple à la limite du simpliste (en réalité les réseaux jouent sur des facteurs pphysico-chimiques dont la compréhension est un peu trop compliquée pour être expliquée ici) montre que les réseaux sont le siège de ce qu&apos;on appelle des boucles de rétro-action. Lorsqu&apos;un paramètre change dans un réseau, cela induit tout une série de modification qui peuvent aboutir soit à l&apos;amplification du changement soit à une régulation du paramètre. Lorsque la conséquence est une amplification du changement on dit que le système est instable (une petite perturbation induit de profond changement), Lorsque la conséquence est une régulation de la perturbation, on dit que le système est stable : la boucle de rétro-action a régulé la perturbation. Généralement, les écosystèmes ont cette capacité de réguler les eprturbations et de se maintenir sur un équilibre stable.
  • Ce processus de régulation est à l&apos;oeuvre dans ce qu&apos;on appelle un écossytème (une forêt, la terre de votre jardin, les fonds marins, etc.) mais également dans tout organisme vivant. Cette capacité à se maintenir dans un état propice à son bon fonctionnement est ce qu&apos;on appelle l&apos;équilibre homéostatique. Les nombreuses boucles de rétroaction qui ont lieu dans un organisme vivant favorisent les bonnes conditions physico-chimiques qui permettent l&apos;activité biologique qui stabilise les propriétés physico-chimiques qui... La boucle est bouclée. Cette dynamique est à l&apos;oeuvre aussi bien au niveau microscopique, au sein des bactéries, qu&apos;au niveau des organismes pluricellulaires, comme nous, qu&apos;au niveau des écosystèmes et même au niveau du macroécosystème terre.
  • On peut donc considérer qu&apos;un organisme vivant est un réseau de réseau, assurant są survie (son équilibre homéostatique) par le jeu des nombreuses boucles de rétroaction qui caractérise tous les réseaux dont il est le siège. Illustration de la dynamique au niveau organelles et biomoléculaire : vidéo «innerlife of a cell» Cela fournit les bases d&apos;une nouvelle définition de la vie en forme de poupée russe : un organisme vivant est un organisme qui maintient son équilibre homéostatique par le jeu des relations entre les réseau qui le constitue. Le vivant ne se définie pas tant par une propriété caractéristique (ça respire, ça se reproduit, etc.) que par une dynamique à l&apos;oeuvre.
  • Une nouvelle définition de la vie
  • Cette définition nous permet de dépasser le problème du concepteur posé par l&apos;approche purement mécaniste de la vie sans pour autant tomber dans le vitalisme. En effet, d&apos;un certain point de vue l&apos;approche mécaniste implique l&apos;existence d&apos;un constructeur-concepteur de l&apos;organisation mécanique (ceci était parfaitement acceptable au XVIème siècle mais n&apos;est pas envisageable actuellement).
  • En effet, dans cette approche émergentiste de la vie, on explique la complexité «mécanique» d&apos;un organisme non pas du fait d&apos;un concepteur mais comme une propriété émergente des interactions entre les réseaux interne à l&apos;organisme. Des interactions entre réseaux nait de nouvelles propriétés qui ne sont pas contenu dans les niveaux inférieurs. La complexité émerge naturellement. La régulation de la température, l&apos;élaboration du système immunitaire et même la conscience et la cognition en sont une bonne illustration.
  • Un exemple d&apos;auto-organisation : l&apos;émergence du système immunitaire.
  • Jusqu&apos;où peut-on aller dans cette description en terme de réseau de réseau ? Le plus haut niveau envisageable est celui de la terre elle-même, ou plutôt son écosphère. Peut-on dire que la biosphère est vivante ? On sait que la vie y existe depuis plus de 3 Ma, dans un envirronement qui lui est propice : température de surface entre 10 et 20°C, O2, NaCl, etc. Peut-on pour autant dire que ces conditions sont le fruit des réseaux qui l&apos;habitent ? Où s&apos;agit-il simplement d&apos;un hasard ?
  • Certains se sont risqué à faire l&apos;hypothèse que la vie avait façonné le monde tel qu&apos;on le connait actuellement, ils ont ainsi mis à jour l&apos;influence de la vie sur - la régulation de la température (cf modèle floréal) - la régulation de la composition de l&apos;atmosphère (cf composition «étrange» de l&apos;atmosphère, à la fois réductrice et oxydante, cf «pollution primitive» de l&apos;atmosphère en O2) - la formation des nuages (les phytoplancton qui dégagent des molécules autour desquels se condensent les nuages) - le cycle du carbone et du souffre dont l&apos;étude des isotopes nous permet de déterminer la présence de la vie. Peut-on pour autant affirmer que la biosphère est un organisme vivant ? Si l&apos;on prend pour définition de la vie celle que je développe ici (un ensemble de réseau imbriqué qui permettent de maintenir un éq. Homéostatique), oui.
  • Mais même si l&apos;on prend pour définition de la vie une définition qui fait plus consensus (celle de la NASA par exemple), on se rend compte que la biosphère vérifie quasiment tous les critères.
  • Cette définition de la vie montre que tous les organismes vivants sont en relation d&apos;interdépendance
  • Qu'est-ce que la vie ?

    1. 1. Qu'est-ce que la vie ? Actes Présents – Mars 2009 C. Lémery Qu'est-ce qui fait la différence entre matière vivante et non vivante ?
    2. 2. Qu’est-ce que la vie ? « Capacité d’un organisme à se reproduire, à respirer et à se nourrir » Définition classique « La vie est un état organisé et homéostatique de la matière » Wikipedia « La vie est le nom donné à un phénomène empirique particulièrement important pour les humains mais qui ne se laisse pas facilement définir. Ce phénomène s'oppose à la notion de matière inerte, et s'articule avec la notion de mort » Wikipédia Mais on sait que la vie existe... ...et ce depuis assez longtemps ???
    3. 3. Une définition de la vie basée sur l'ADN Est vivant ce qui peut dupliquer son ADN 1 Go ADN humain Information nécessaire pour assembler un humain : ~ 10 21 Go
    4. 4. Une définition de la vie basée sur l'ADN ADN = code Fonctionnement organisme = lecture du code Qui est le concepteur du programme de lecture du code ? Controverse évolutionniste/créationniste Comme un fichier jpeg de 1 Mo qui contient une image de 10 Mo Est vivant ce qui peut reproduire son ADN
    5. 5. Le point de vue de la physique <ul><li>La vie ?
    6. 6. Une aberration ! </li></ul>Car la nature aime l'équilibre : ? 100 °C 20 °C 30 °C 30 °C
    7. 7. D'où provient cette tendance à l'uniformisation ? Le vivant semble défier la physique ! Le désordre croît Une loi du monde : les choses se dégradent Energie macroscopique accessible Energie microscopique inaccessible NRJ chimique NRJ potentielle Chaleur
    8. 8. Vitalistes contre Matérialistes Vitalisme : Matière + élan vital = vie Matérialisme : La vie est une dynamique de la matière
    9. 9. On connait des structures qui se maintiennent
    10. 10. Les êtres vivants se maintiennent hors équilibre Un organisme vivant Système ouvert Qui fait croître son organisation interne Un être vivant est un système «ouvert» Un organisme vivant diminue l’organisation de son environnement Il ne peut être pensé indépendamment de son environnement Tous les êtres vivants forment un réseau interdépendant Energie « riche » Système hors équilibre Energie « pauvre »
    11. 11. Un être vivant est un système «ouvert» <ul><li>Paroi intestin : 5 jours
    12. 12. La peau : 2 semaines
    13. 13. Les globules rouges : 4 mois
    14. 14. Le foie : 300-400 jours
    15. 15. Squelette – muscle : 15 ans
    16. 16. Moëlle épinière : l'age de la personne </li></ul>
    17. 17. Quelle dynamique d'organisation conduit à la vie ?
    18. 18. Combien de bactéries dans un organisme humain ? Autant que de cellules ! Perspective systémique : Notre organisme est un éco-système, un réseau de systèmes
    19. 19. Qu'est-ce qui caractérise un écosystème ? Exemple sur l'écosphère
    20. 20. Réseau = facteur de régulation <ul><li>Boucle de rétroaction </li></ul>Environnement chaud Augmentation quantité d’algues Augmentation activité des crevettes Régulation quantité d’algues
    21. 21. L’équilibre homéostatique Bonnes conditions physico-chimiques Activité bio-chimique Conséquence des nombreuses boucles de rétroaction Conditions physico-chimiques propices à sa survie Milieu extérieur P salinité T pH
    22. 22. La vie comme réseau de réseaux Réseau biochimique Noeud du réseau : molécules Cellule Noeud du réseau : organelles Organe Noeuds : cellules Organisme Noeuds : les organes Ecosystème Noeuds du réseau : les organismes vivants
    23. 23. La vie n'est pas une propriété intrinsèque <ul><li>Qu'est-ce que la vie ? </li></ul><ul><li>Un processus, des relations à l’œuvre
    24. 24. Des réseaux imbriqués desquels émergent les propriétés du vivant </li></ul>On ne peut attribuer la propriété « vie » simplement à un organisme Un organisme « vit » car il est dans le bon environnement Une cellule «vit» parce qu'elle est dans le bon environnement
    25. 25. Approche mécaniste de la vie Organisation mécanique Quel constructeur ? Au-delà de l'approche mécaniste de la vie
    26. 26. Approche émergentiste de la vie La vie est à tous les niveaux d'organisation : du plus petit au plus grand Certaines propriétés émergent à certains niveaux de complexité Équilibre homéostatique / régulation de la température / conscience - cognition
    27. 27. Un exemple d’auto-organisation Comment fonctionne le système immunitaire ? autre Soi ? Comment des cellules initialement autonomes ont acquis un fonctionnement collectif aussi poussé ? Qui met la frontière du soi et du non-soi ? C’est nous, pas la cellule ! Pour la cellule nous sommes l’environnement Lymphocytes Maladies auto-immunes ? Foetus ?
    28. 28. Le système immunitaire : propriété émergente à notre échelle Les lymphocytes mangent toutes les cellules. Si les intrus se reproduisent plus vite qu’ils ne sont consommés Autre équilibre se reproduisent plus vite qu’elles ne sont consommées sont consommés plus vite qu’ils ne se reproduisent Equilibre sain Maladie
    29. 29. Peut-on dire que la biosphère est vivante ? La vie existe depuis au moins 3 milliards d’années… … la vie y serait-elle pour quelque chose ? … dans un environnement qui lui est propice… Teneur en oxygène (depuis ~ 2 Ma) 20 % en O 2 Température de surface 10-20 °C Salinité des océans 3-4 % de sel
    30. 30. <ul><li>Régulation de la température </li></ul><ul><li>Régulation de la composition de l’atmosphère </li></ul><ul><li>Influence de la biosphère sur les reliefs de la terre </li></ul><ul><li>Rôle des algues dans la formation des nuages </li></ul><ul><li>Cycle du carbone et du soufre dans la nature </li></ul>La vie régule la biosphère Peut-on pour autant dire que «la biosphère est un organisme vivant ?»
    31. 31. Définition de la vie par la NASA : <ul><li>est vivant tout système </li></ul><ul><li>délimité sur le plan spatial par une membrane semi-perméable de sa propre fabrication
    32. 32. et capable de s'auto-entretenir,
    33. 33. ainsi que de se reproduire en fabriquant ses propres constituants à partir d'énergie et/ou à partir d'éléments extérieurs </li></ul>biosphère La vie existe sur terre depuis plus de 3 milliards d'années Terraforming ?
    34. 34. L’interdépendance des organismes vivants Chaque organisme est un sous-ensemble de son environnement duquel il puise les ressources pour maintenir son éq. homéostatique participe à l'équilibre homéostatique de son environnement
    35. 35. … nous en faisons partie Nous ne vivons pas sur la terre…

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