Qu'est-ce que la Vie?

     L'apparition de la vie est souvent associée à la naissance des procaryotes (organismes unicellulaires dépourvus de noyau) il y a environ 3,5 milliards d'années. Puis, 3 milliards d'années plus tard, c'est "l'explosion cambrienne" : la vie commence à se multiplier, à se diversifier et à coloniser tous les milieux à une allure vertigineuse.

Cependant, si tout le monde s'accorde sur l'incroyable diversité du vivant,  peu sont d'accord sur une définition générale de la Vie. De plus certains cas se révèlent très ambigus. Par exemple, le fragile foetus humain de trois semaines, complètement dépendant de sa mère, dont le coeur ne bat pas encore, peut-il être considéré comme vivant?

Les virus ne sont dans ce cas pas non plus considérés comme vivants, car même s'ils possèdent un code génétique, ils ne peuvent se reproduire seuls : incapables de la moindre réaction chimique, ils doivent passer par l'intermédiaire d'une cellule hôte et utiliser son métabolisme pour se reproduire. Isolés, ils sont, d'une certaine façon, totalement inertes : ils n'ont pas de métabolisme, et sont incapables de se reproduire.

Cependant, cette conception du vivant est mise à mal par plusieurs découvertes : 

-en 1906, l'américain T.H Ricketts découvre la bactérie responsable du typhus, bactérie ne pouvant se reproduire qu'en parasitant d'autres cellules, un peu à la manière des virus. Baptisées rickettsies, ces bactéries peuvent-elles être considérées comme vivantes selon la définition précédente? Ci-dessous, des rickettsies (bâtonnets bleu foncé) parasitant une cellule :

Selon lui, ce seraient les gènes et non les organismes les contenant qui seraient vivants : l'organisme ne serait qu'un outil, qu'un véhicule du gène lui permettant de se reproduire. Si le gène donne un avantage à l'individu qui le porte, il accroît alors ses chances de se multiplier.

  Cette vision ingénieuse, exclusivement fondée sur les gènes, est cependant assez "dure à accepter" (en gros : "je ne suis pas vivant, ce sont mes gènes qui le sont") puisqu'allant à l'encontre de la vision traditionnelle de la Vie. On peut également noter que du point de vue de Dawkins, les virus (ou plutôt, leurs gènes) sont vivants.

Tout cela rend très compliquée la définition de la Vie : selon certains, les bactéries sont vivantes alors que les virus non, pour d'autres, les deux sont vivants; d'autres encore pensent que certains virus et certaines bactéries ne peuvent être considérés comme vivants...

Enfin, pour vous désorienter complétement, un exemple tout simple : le mulet, fruit de l'union d'un âne et d'une jument, ne peut se reproduire. Faut-il prendre la définition au pied de la lettre, et considérer qu'il n'est pas vivant?

A défaut de pouvoir départager, changeons de point de vue! Par exemple allons voir ce qu'il se passe du côté des physiciens.

Adoptons maintenant un point de vue plus "physicien", en nous intéressant aux paroles d'Erwin Schrödinger (l'un des pères de la physique quantique) tirées de son ouvrage Qu'est-ce-que la vie?, paru en 1944. 

Pour comprendre son raisonnement, il est nécessaire d'aborder la notion d'entropie. L'entropie est une grandeur physique, qui, en gros, représente le désordre d'un système au niveau microscopique. Plus l'entropie et élevée, plus le système est "désordonné". Par exemple, quand on chauffe une casserole remplie d'eau, les molécules s'y entrechoquent de plus en plus (ce qui se traduit par une élévation de la température), elles sont donc de plus en plus "désordonnées" : l'entropie augmente.

Son évolution est régie par le "second principe de la thermodynamique" (discipline scientifique qui s'intéresse, entre autre, aux échanges d'énergie) qui est le suivant:

Finalement, c'est assez intuitif : quand vous cassez une verre, les morceaux vont forcément se disperser et non se "réordonner" d'eux-mêmes pour revenir à leur état d'origine. De nombreux phénomènes irréversibles prouvent cette loi.

Revenons-en à Schrödinger. Il considère l'être vivant comme un système physique assez particulier :

il peut maintenir, agrandir et reproduire sa propre structure en échangeant matière et énergie avec son environnement. En d'autres termes, il peut créer de l'ordre à partir du désordre : il arrive à faire diminuer son entropie! Schrödinger va d'ailleurs renommer l'être vivant "système dissipatif d'entropie". Doit-on comprendre que la Vie est une victoire sur le "deuxième principe de la thermodynamique", l'une des lois fondamentales et inviolables de l'univers? Pas exactement.

Il s'agirait en effet plus d'une victoire "locale". Car l'être vivant, pour maintenir sa structure, conomme de l'énergie et échange de la matière avec son environnement. Un peu comme dans le cas de l'élastique, l'entropie globale du système "être vivant + environnement" augmente : le sacro-saint deuxième principe de la thermodynamique est respecté. L'univers remporte totalement la partie à la mort de l'individu : il n'échange plus de matière ni d'énergie avec son environnement, sa structure se désagrège : il se décompose, littéralement.

Qu'est-ce la vie? a déclenché bien des polémiques, et plus tard d'autres ont proposé des définitions encore plus minimalistes de la vie.

C'est le cas de John Meynard Smith, auteur de The Theory of Evolution (1958) et de The Evolution of Sex (1986) qui considère comme vivant "toute population d'individus qui a la propriété de multiplication, d'hérédité et de variation".

La définition proposée par le biologiste Joël de Rosnay est encore plus concise : autoconservation, autoreproduction et autorégulation. La Nasa en pond une encore plus extrême : 

De plus, de récents travaux laissent entrevoir de nouveaux mécanismes entrant en jeu dans le fonctionnement du Vivant, regroupés sous le nom générique d'auto-oganisation, et qui consistent en l'émergence de comportements ou de structures complexes à partir de lois simples.

L'exemple le plus représentatif : la naissance d'un flocon de neige, dont les branches se forment selon deux règles simples : la diffusion et la minimisation de l'énergie. Pour plus de détails je vos invite à consulter cette page, très complète :

On retrouve cette caractéristique d'auto-organisation au sein du règne animal. Les fourmis sont par exemple capables de trouver une solution au problème du plus court chemin, uniquement grâce au système des phéromones : lorsqu'une fourmi trouve de la nourriture, elle émet des phéromones, que les autres fourmis suivent (et produisent). Plus le chemin qu'elles empruntent est court, plus elles font d'allers-retours entre la nourriture et la fourmilière, et plus la piste olfactive

est forte : un comportement complexe émerge de conditions simples. Cette faculté n'est pas codée dans le code génétique des fourmis, elle "émerge".

De la même façon, les empreintes digitales de jumeaux sont différentes, preuve que l'ADN ne détermine pas tout.

Ces conceptions novatrices du vivant ont le mérite de l'affranchir de son caractère "terrestre" et rendent possible une vie sans aucun support physique (la vie sur nos ordinateurs?), ou encore basée sur une chimie différente.

La Vie, en tout cas la Vie sur Terre, semble indissociable de l'eau et du carbone, éléments entrant en jeu dans quasiment toutes les réactions organiques. Mais pourrait-on envisager une Vie basée sur d'autres éléments et d'autres procédés chimiques? Y-aurait il un élément pouvant jouer le même rôle que le carbone? 

C'est la principale question que se posent les exobiologistes (spécialistes s'intéressant aux conditions géologiques et chimiques pouvant mener à l'apparition de la Vie).

En effet, carbone et eau sont-ils vraiment nécessaires? qu'est-ce qui les rend si indispensables à la Vie?

Tout d'abord, le cas de l'eau. L'eau est le liquide le plus répandu sur Terre. Selon les exobiologistes, un milieu liquide est très propice à l'apparition de la vie car il permet la dissolution et la diffusion d'un grand nombre d'éléments et de molécules pouvant réagir entre eux.

Ensuite, le carbone. Selon André Brack, exobiologiste au CNRS d'Orléans, sa force réside dans sa capacité à "former avec d'autres atomes de carbone des liaisons permettant une fantastique diversité de structures linéaires, ramifiées ou en cage; une condition sine qua non pour l'apparition d'une vie complexe, capable de générer des édifices moléculaires de plus en plus sophistiqués."

Or une molécule semble posséder des caractéristiques similaires à celles du carbone, si bien qu'elle revient régulièrement dans les débats : le silicium. Il peut lui aussi former quatre liaisons et former des structures cycliques ou ramifiées. Cependant, ces liaisons sont plus fragiles que celles du carbone; de plus, le silicium réagit facilement avec l'oxygène pour former du SiO2, du sable, composé solide difficilement recyclable par le Vivant. Mais c'est surtout l'expérience de la Terre qui parle : le silicium représente en effet plus de 25% de la croûte terrestre, alors que le carbone n'en représente à peine qu'un pour cent. Si le silicium était compatible avec la Vie, il aurait dû devenir l'élément roi sur Terre. Finalement, la vie sans carbone ni eau, impossible? Pas si sûr.

Car nous avons pour l'instant considéré des réactions chimiques dans les conditions terrestres. Or, à des pressions et des températures différentes, d'autres éléments peuvent prendre le relais, et des conditions "favorables" à la Vie pourraient se cacher au sein même de notre système solaire! 

Les chercheurs espèrent ainsi beaucoup de Titan, le plus gros satellite de Saturne. La sonde Cassini-Huygens y a en effet photographié en 2006 des taches sombres et lisses de plusieurs dizaines de kilomètres, très probablement des lacs de méthane liquide qui pourraient peut-être, abriter la "Vie". Le problème est qu'à -180 °C (température moyenne de Titan), la plupart des réactions chimiques sont tellement lentes que du vivant comme nous l'entendons sur Terre paraît improbable.

Autre espoir des planétologues, les océans d'eau oxygénée (H2O2) de Vénus peuvent constituer un milieu liquide propice à la Vie, mais c'est sans compter les conditions infernales qui y règnent : 460 °C en moyenne, et une pression atmosphérique 90 supérieur à celle de la Terre.

Cependant, ce n'est pas une hypothèse à écarter directement, quand on sait que certains micro-organismes terrestres peuvent survivre dans des conditions incroyables (ils sont alors dits "extrêmophiles"). 

On a ainsi découvert de nombreux organismes unicellulaires dans la Mer Morte (milieu extrêmement salé) , sous les roches de l'Arctique, dans dans zones fortement exposées à la radioactivité et au rayonnement UV, dans des lacs d'acide ou encore dans des sources hydrothermales...

Certains organismes pluricellulaires présentent eux-aussi des capacités de résistance exceptionnelles : c'est le cas du ver de Pompéi, vivant sur les cheminées hydrothermales sous-marines, capable de survivre dans une eau à 80°C. Le tardigrade, aussi appelé ourson d'eau, résiste quant à lui au vide, aux radiations, aux produits toxiques, et à des températures allant du zéro absolu (-272°C) à 150°C. 

Alors pourquoi pas? Peut-être qu'une autre planète que la Terre abrite une vie basée sur une autre chimie, dans des conditions de pression et de température totalement différentes de celles de la Terre. A noter qu'aucune preuve d'un tel phénomène n'a encore été à ce jour découverte.

Encore mieux, certains chercheurs poussent le concept de Vie dans ses derniers retranchements en envisageant une vie sans support physique, du vivant "informatique". 

Si l'on reprend la définition de De Rosnay (autoconservation, autoreproduction et autorégulation), la Vie peut être facilement considérée comme une information. Les différentes informations s'autorégulent par le simple fait qu'elles existent :les plus vraisemblables survivent alors que les infos contradictoires ou farfelues disparaissent (et encore, cela dépend du milieu dans lequel elles diffusent : ainsi les canulars se portent plutôt bien sur certains sites internet). Ca ressemble quand même beaucoup à la sélection naturelle de ce cher Darwin.

Avec la montée de l'informatique sont ainsi apparus les automates cellulaires, grilles de "cellules" pouvant passer par plusieurs états différents, le tout régi par des lois simples. L'exemple le plus célèbre reste le "jeu de la vie" créé par le mathématicien John Conway en 1970, qui met en jeu des cellules pouvant passer par deux états : "vivantes" (ci dessous en blanc) ou "mortes" (en noir). Le passage de l'un à l'autre est régi par une loi simple, fonction du nombre de cellules adjacentes vivantes.

Au sein de ce système "simple", des structurent émergent et se conservent, voire se répliquent, comme le "planeur" ou le "lance-planeur" :

Encore mieux, la structure mise au point par l'informaticien Christopher Langton, auteur d'Artificial Life : An Overview", présente beaucoup de similarités avec le Vivant tel que nous le connaissons : appelée "boucle de Langton", celle-ci se divise en deux parties principales. La première, le filament, sert à l'autoreproduction de la structure. La seconde, la boucle, "code" la structure elle-même. On voit clairement l'analogie avec l'ADN. Pour cet automate, chaque cellule peut prendre 8 états, régis par 29 règles.

Plus récemment, la naissance de projets informatiques entièrement dédiés à l'étude du Vivant ont permis de mettre en évidence des mécanismes jusque là méconnus, comme l'émergence (ou "la naissance de lois générales à partir d'une population d'individus en interaction "locale" : un peu comme l'exemple des fourmis).

C'est le cas des projets Tierra et Avida, où des programmes pouvant s'automodifier "luttent et évoluent" pour se partager le temps de calcul et les ressources informatiques. Ces programmes concurrents sont appelés "organismes numériques de vie artificielle". Au bout d'un certain temps d'évolution, ces organismes ont développé des techniques très similaires à celles utilisées par le vivant terrestre, comme le parasitisme ou l'hyperparasitisme ("le parasite parasité").

Mieux encore, un domaine en particulier est devenu contre toute attente un bon terrain d'étude du vivant : celui des jeux vidéos, en particulier celui des MMOG ("massive multiplayer online games") où des milliers de joueurs se concurrencent, survivent et croissent (autoconservation, autoreproduction et autorégulation?!).

C'est pourquoi de nombreux chercheurs aujourd'hui s'intéressent au jeu World of Warcraft en tant que laboratoire épidémiologique grandeur nature, suite à l'incident "corrupted blood". Pour plus d'informations, je vous invite à consulter cet article :

Autre exemple : les développeurs du jeu en ligne Second Life cherchent à développer des algorithmes qui feraient pousser et se disséminer des plantes dans les paysages du jeu!

Comme le montrent ces quelqus exemples, le Vivant semble finalement n'être qu'une question d'interprétation : peut-être existe-t-il plusieurs type de Vie, ou encore peut que tout est vivant mais à des degrés différents, ou encore peut-être que le concept de Vie n'existe que pour "rassurer" l'esprit humain : si l'Homme ne croyait pas à l'étincelle de la Vie, à sa magie, l'existence lui paraîtrait sans doute bien fade. Finalement, peut-être que le mieux serait de ne pas trop se poser de questions, et de tout simplement profiter de la vie.

Petit bonus : une vidéo du Jeu de la Vie version 3D: