Olivier Hamant: LA RÉSILIENCE DU VIVANT, OU COMMENT CONSTRUIRE SUR SES FAIBLESSES POUR CO-EXISTER DANS L'ANTHROPOCÈNE. La redondance, la lenteur, l’aléatoire… Autant de notions perçues négativement dans une société qui privilégie la performance, le contrôle et la vitesse à tous les niveaux et dans tous les secteurs. Pourtant, nous avons bien le sentiment confus d’une inadéquation contre-nature de ce dogme de l’optimum. Que nous apprennent les sciences de la vie ? S’il existe bien des mécanismes biologiques d’une efficacité redoutable, des progrès récents mettent surtout en avant le rôle fondamental des erreurs, des hétérogénéités, des lenteurs dans la construction et la résilience des organismes vivants. Notre vraie nature serait-elle dès lors sous-optimale ? En quoi une sous-optimalité d’inspiration biologique peut-elle constituer un contre-modèle au credo de la performance et du contrôle dans l’anthropocène ?

1. La résilience du vivant
ou
Comment coexister dans l'anthropocène
Olivier Hamant
RDP lab, Inrae, ENS Lyon
1

2. Une course à l’optimisation
Smart Data for Lead 2

3. Un monde limité
3

4. L’ère des contradictions
Big Bang Theory
4

5. L’ère de la contre-productivité
Ivan Illich, penseur de l’écologie politique
Performance
Robustesse
5

6. L’ère de la contre-productivité
Vidal, 2020 Guardian 6

7. Nous sommes des extra-terrestres sur Terre
7

8. L’économie circulaire pour se reconnecter au monde
8

9. Un tropisme pour la performance
maintenu dans la bio-économie
=
200 kg grain de maïs = 80 litres d’éthanol = 1 année d’aliments pour 1 humain
Engineering.com resourcemedia 9

10. Nous n’avons pas une pensée systémique
Exemple: le point de bascule
10

11. Définition d’un système complexe: un ensemble
d’entités qui interagissent selon des règles simples
Fourmilière 11

12. Hétérogénéité et formation des organes
Scénario déterministe
(optimal)
Scénario probabiliste
(sous-optimal)
Hong et al., 2016 Dev Cell 12

13. La sous-optimalité construit l’autonomie,
L’autonomie permet la résilience
Var. temporelle Var. spatiale
13

14. Trajectoires en partie aléatoires en biologie
Lippincott-Schwartz lab, westburg.eu/single-particle-tracking
Protéine Atlastin1 (fibroblaste)
14

15. Causes de la stochasticité
Loi des grands nombres: le comportement d’un petit échantillon
de la population ne correspond pas forcément au comportement
de la population totale.
15

16. Redondance et robustesse des réseaux génétiques
16

17. La sous-optimalité construit l’autonomie,
L’autonomie permet la résilience
Aléatoire Redondance
Var. temporelle Var. spatiale
17

18. Des structures pré-stressées chez les animaux
Savin et al., 2011 Nature
18

19. Les plantes vues comme des ballons
Vanessa McKeown
19

20. La sous-optimalité construit l’autonomie,
L’autonomie permet la résilience
Aléatoire Redondance
Tension Compression
Var. temporelle Var. spatiale
20

21. Une autre bio-inspiration
Aléatoire Redondance
Tension Compression
Var. temporelle Var. spatiale
Sous-optimal Optimal
Performance Résilience/autonomie
21

22. Cours #4
Sous-optimalité biologique
22

23. Un apparent gaspillage?
Aléatoire Redondance
Tension Compression
Var. temporelle Var. spatiale
23

24. Une abondance énergétique
NASA
24

25. Une abondance énergétique
Soleil:
340 W/m2
InfraRouge
1 m
1 m 25

26. Les plantes n’absorbent pas toute l’énergie solaire
26

27. NASA's Goddard Space Flight Center
Les plantes n’absorbent pas toute l’énergie solaire
27

28. Les plantes n’absorbent pas toute l’énergie solaire
Earth Observing System 28

29. Le flux d’énergie entretient les cycles de la matière
Soleil:
340 W/m2
InfraRouge
Photosynthèse
29

30. La photosynthèse: un gaspillage d’énergie solaire
Al-saif 2011 Afr. J. Agr. Res.
Jamalac
30

31. Les excédents entretiennent des cycles secondaires
Soleil:
340 W/m2
InfraRouge
Photosynthèse
eau
animaux
31

32. Un gaspillage local,
mais un recyclage global
Getty images
32

33. Exemple: les chaînes alimentaires
Dessin Danièle Jourdrand - Archives Larousse 33

34. Exemple: le cycle de l’eau
Centre d’information sur l’eau.
34

35. Note: Les plantes ont amené les nuages,
et donc l’eau, sur les continents
Sans plante terrestre, les nuages s’arrêteraient à 500 km des côtes 35

36. L’absence de recyclage dans la technosphère
Michael Madsen, 2011
36

37. L’absence de recyclage dans la technosphère
Entrée et site d’Onkalo,
Finlande
37

38. L’oxygène, un très ancien déchet non recyclé
La grande oxydation
38

39. La respiration, comme réponse
Mitochondrie
O2
CO2 + énergie
39

40. La part maudite
« Ce n’est pas la nécessité mais son contraire, le
« luxe » qui pose à la matière vivante et à l’homme
leurs problèmes fondamentaux (…). L’organisme
vivant reçoit (…) plus d’énergie (…) qu’il n’est
nécessaire au maintien de la vie (…). Un excédent
doit être dissipé par le moyen d’opérations
déficitaires (…). Pour la matière vivante en général,
l’énergie est toujours en excès, la question est
toujours posée en terme de luxe, le choix est limité
au mode de dilapidation des richesses »
Bataille, 1949 La part maudite
40

41. Conclusion: une dissipation généralisée
Aléatoire Redondance
Tension Compression
Var. temporelle Var. spatiale
41

42. Un équilibre passif ou actif?
Aléatoire Redondance
Tension Compression
Var. temporelle Var. spatiale
42

43. Un équilibre passif ou actif?
Var. temporelle Var. spatiale
43

44. La variabilité,
un caractère sélectionné au cours de l’évolution
Le nécessaire caractère
éphémère du bonheur
Harari, 2017 Sapiens
Photo: Dick Van Duijn 44

45. La variabilité, un facteur essentiel de la co-évolution
Michigan Orchids. Photos: Katie Grzesiak
45

46. La variabilité, un facteur essentiel de la co-évolution
Photos: Robert Clark 46

47. La variabilité, un facteur essentiel de la co-évolution
Xanthopan morganii praedicta
Angraecum sesquipedale
Encyclopedia Britannica 47

48. La variabilité, un facteur essentiel à l’adaptabilité
48

49. La loi de la variété indispensable
« Dans un environnement source d'agressions
diverses et imprévisibles, une variété dans la
structure et les fonctions du système est un
facteur indispensable d'autonomie. ».
Atlan, 1972
Est-ce que cette variété est activement promue?
49

50. La formation des organes chez les plantes
Uyttewaal et al., 2012 Cell
=
50

51. La formation des organes chez les plantes
Uyttewaal et al., 2012 Cell
Le méristème
51

52. La formation des organes chez les plantes
Uyttewaal et al., 2012 Cell
Assouplissement
local
52

53. La formation des organes chez les plantes
Uyttewaal et al., 2012 Cell
Assouplissement
local
Renforcement
local
53

54. Une hétérogénéité de croissance dans le méristème
Uyttewaal et al., 2012 Cell 54

55. Les cellules sont capables de résister
à la croissance de leurs voisines
Hamant et al., 2008 Science 55

56. Les cellules sont capables de résister
à la croissance de leurs voisines
Hervieux et al., 2017 Curr. Biol. 56

57. Une hétérogénéité de croissance
activement réduite ou activement entretenue?
Uyttewaal et al., 2012 Cell
Prédiction informatique: hétérogénéité activement entretenue
57

58. Validation expérimentale:
l’hétérogénéité de croissance est activement entretenue
Uyttewaal et al., 2012 Cell
Heterogeneous growth Homogeneous growth
58

59. Les fluctuations permettent la proprioception
WT
nek6
0 h
12 h
20 h 24 h
0 h
12 h
20 h
24 h
5 mm
59
Takatani et al., 2020 Curr. Biol.

60. Les fluctuations permettent la proprioception
WT nek6-1
Réponse à la gravité
60
Takatani et al., 2020 Curr. Biol.

61. Les fluctuations permettent la proprioception
Muylbridge 61

62. Les fluctuations permettent la proprioception
Edgar Degas 62

63. Var. temporelle Var. spatiale
Conclusion: un équilibre actif
63

64. Aléatoire Redondance
Tension Compression
Var. temporelle Var. spatiale
Conclusion: un équilibre actif
64

65. Des systèmes incohérents?
Aléatoire Redondance
Tension Compression
Var. temporelle Var. spatiale
65

66. Le cas des boucles de rétroaction incohérentes
« Incoherent feedforward loop »
A B C
66

67. Exemple: la croissance racinaire
Tian et al., 2014 TiPS 67

68. Exemple: la croissance racinaire
Sans traitement + Nitrate
Tian et al., 2014 TiPS 68

69. Exemple: la croissance racinaire
+ Nitrate
Vidal et al., 2010 PNAS 69

70. Exemple: la croissance racinaire
+ Nitrate
Vidal et al., 2010 PNAS 70

71. Exemple: Signalisation paradoxale dans l’immunité
Hart et al., 2014 Cell
Un lymphocyte T peut proliférer ou mourir
en fonction des signaux qu’il reçoit
71

72. Exemple: Signalisation paradoxale dans l’immunité
Hart et al., 2014 Cell
Si les signaux de prolifération et de mort sont portés par 2
molécules différentes (C1 et C2), le système n’est pas robuste:
Toutes les cellules prolifèrent ou meurent
72

73. Exemple: Signalisation paradoxale dans l’immunité
Hart et al., 2014 Cell
Si les signaux de prolifération et de mort sont portés par la
même molécule (C) mais à des doses différentes,
le système devient robuste 73

74. Conclusion: des systèmes incohérents
Aléatoire Redondance
Tension Compression
Var. temporelle Var. spatiale
74

75. Conclusion: la sous-optimalité du vivant
• Hétérogénéités
• Variabilités opposées
• Aléatoire
• Redondance
• Forces opposées
• Gaspillage
• Délais
• Incohérences
• Inachèvement
Résilience
75

76. Conseils de lectures
76

77. Conseils de lectures
« Pas foutue de convenir
à ce point-là. Mais je
viens du punk-rock, et je
suis fière de ne pas très
bien y arriver »
77

78. 1. Halte à la performance (30 jan.)
2. Contre-productivités (5 fév.)
3. Une bio-inspiration élargie (12 fév.)
4. Sous-optimalité biologique (1 avr.)
5. Sous-optimalité culturelle (8 avr.)
6. Le futur mou (15 avr.)
Cours de l’EUL
Suites
Lecture
78

79. 79