{"id":20228,"date":"2024-10-02T17:04:18","date_gmt":"2024-10-02T16:04:18","guid":{"rendered":"https:\/\/www.revue3emillenaire.com\/blog\/?p=20228"},"modified":"2024-10-02T17:04:18","modified_gmt":"2024-10-02T16:04:18","slug":"la-vie-est-elle-un-processus-computationnel-complexe-par-david-c-krakauer-chris-kempes","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.revue3emillenaire.com\/blog\/la-vie-est-elle-un-processus-computationnel-complexe-par-david-c-krakauer-chris-kempes\/","title":{"rendered":"La vie est-elle un processus computationnel complexe\u00a0? par David C Krakauer & Chris Kempes"},"content":{"rendered":"

La mati\u00e8re qui r\u00e9sout des probl\u00e8mes\u00a0: R\u00e9cents travaux et cogitations sur l\u2019origine et la fonction de la vie<\/b><\/i><\/span><\/p>\n

La vie semble de moins en moins ressembler \u00e0 un simple r\u00e9sultat de la chimie et de la physique, et davantage \u00e0 un processus computationnel<\/b><\/i><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Qu\u2019est-ce qui rend la computation possible\u00a0? Pour r\u00e9pondre \u00e0 cette question, un ing\u00e9nieur en mat\u00e9riel informatique venu d\u2019une autre plan\u00e8te se rend sur Terre au 21<\/span><\/span><\/span>e\u00a0<\/span><\/span><\/sup><\/span>si\u00e8cle. Apr\u00e8s avoir travers\u00e9 notre atmosph\u00e8re, cet explorateur extraterrestre se rend dans l\u2019un des plus grands centres de donn\u00e9es de notre plan\u00e8te, le China Telecom-Inner Mongolia Information Park, situ\u00e9 \u00e0 470\u00a0kilom\u00e8tres \u00e0 l\u2019ouest de P\u00e9kin. Mais la computation n\u2019est pas facile \u00e0 d\u00e9couvrir dans cette mini-ville tentaculaire de fermes de serveurs. En scrutant les transistors presque innombrables du parc d\u2019information, l\u2019ing\u00e9nieur en visite pourrait \u00eatre excus\u00e9 de penser que la r\u00e9ponse \u00e0 sa question se trouve dans les mat\u00e9riaux principaux qui alimentent les processus computationnels\u00a0: le silicium et les oxydes m\u00e9talliques. Apr\u00e8s tout, depuis les ann\u00e9es\u00a01960, la plupart des dispositifs computationnels reposent sur des transistors et des semi-conducteurs fabriqu\u00e9s \u00e0 partir de ces mat\u00e9riaux m\u00e9tallo\u00efdes.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Si l\u2019ing\u00e9nieur avait visit\u00e9 la Terre quelques d\u00e9cennies plus t\u00f4t, avant l\u2019arriv\u00e9e des transistors \u00e0 oxyde m\u00e9tallique et des semi-conducteurs en silicium, il aurait peut-\u00eatre trouv\u00e9 des r\u00e9ponses totalement diff\u00e9rentes \u00e0 sa question. Dans les ann\u00e9es\u00a01940, avant les semi-conducteurs en silicium, la computation aurait pu appara\u00eetre comme une propri\u00e9t\u00e9 des valves thermioniques fabriqu\u00e9es \u00e0 partir de tungst\u00e8ne, de molybd\u00e8ne, de quartz et de silice \u2014 les mat\u00e9riaux les plus importants utilis\u00e9s dans les ordinateurs \u00e0 tube \u00e0 vide.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

En se rendant un si\u00e8cle plus t\u00f4t, bien avant l\u2019\u00e8re de l\u2019informatique moderne, un observateur \u00e9tranger aurait pu parvenir \u00e0 des conclusions encore plus \u00e9tranges. S\u2019il \u00e9tait arriv\u00e9 en 1804, l\u2019ann\u00e9e o\u00f9 le m\u00e9tier \u00e0 tisser Jacquard a \u00e9t\u00e9 brevet\u00e9, il aurait pu conclure que les premi\u00e8res formes de computation sont n\u00e9es de la mati\u00e8re v\u00e9g\u00e9tale et des excr\u00e9ments d\u2019insectes utilis\u00e9s pour fabriquer les cadres en bois, les cartes perfor\u00e9es et les fils de soie des m\u00e9tiers \u00e0 tisser, les pr\u00e9curseurs analogiques des machines programmables modernes.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Mais si l\u2019ing\u00e9nieur en visite arrivait \u00e0 ces conclusions, il aurait tort. La computation n\u2019\u00e9merge pas du silicium, du tungst\u00e8ne, des excr\u00e9ments d\u2019insectes ou d\u2019autres mat\u00e9riaux. Elle \u00e9merge des proc\u00e9dures de la raison ou de la logique.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Ce r\u00e9cit sp\u00e9culatif n\u2019est pas seulement l\u2019histoire des luttes d\u2019un ing\u00e9nieur extraterrestre. Elle est \u00e9galement une analogie avec les tentatives de l\u2019humanit\u00e9 pour r\u00e9pondre \u00e0 l\u2019un de nos probl\u00e8mes les plus difficiles\u00a0: la vie. En effet, de m\u00eame qu\u2019un ing\u00e9nieur extraterrestre s\u2019efforcerait de comprendre la computation \u00e0 travers les mat\u00e9riaux, il en va de m\u00eame pour les humains qui \u00e9tudient nos origines lointaines.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Aujourd\u2019hui, les doutes sur les explications conventionnelles de la vie augmentent et une vague de nouvelles th\u00e9ories g\u00e9n\u00e9rales est apparue pour mieux d\u00e9finir nos origines. Celles-ci sugg\u00e8rent que la vie ne d\u00e9pend pas seulement des acides amin\u00e9s, de l\u2019ADN, des prot\u00e9ines et d\u2019autres formes de mati\u00e8re. Aujourd\u2019hui, elle peut \u00eatre simul\u00e9e num\u00e9riquement, synth\u00e9tis\u00e9e biologiquement ou fabriqu\u00e9e \u00e0 partir de mat\u00e9riaux enti\u00e8rement diff\u00e9rents de ceux qui ont permis \u00e0 nos anc\u00eatres \u00e9volutifs de prosp\u00e9rer. Ces possibilit\u00e9s et d\u2019autres encore invitent les chercheurs \u00e0 se poser des questions plus fondamentales\u00a0: si les mat\u00e9riaux de la vie peuvent changer radicalement \u2014 comme les mat\u00e9riaux de la computation \u2014, qu\u2019est-ce qui reste inchang\u00e9\u00a0? Existe-t-il des lois ou des principes plus profonds qui rendent la vie possible\u00a0?<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Notre plan\u00e8te semble \u00eatre exceptionnellement rare. Sur les milliers de plan\u00e8tes identifi\u00e9es par les astronomes, une seule a montr\u00e9 des signes de vie. Pour reprendre les termes de <\/span><\/span><\/span>Carl Sagan<\/span><\/span><\/span><\/a><\/u><\/span>, la Terre est un \u00ab\u00a0point solitaire dans la grande obscurit\u00e9 cosmique environnante\u00a0\u00bb. Cette apparente solitude est une \u00e9nigme \u00e0 laquelle sont confront\u00e9s les scientifiques qui \u00e9tudient l\u2019origine et l\u2019\u00e9volution de la vie\u00a0: comment est-il possible qu\u2019une seule plan\u00e8te ait montr\u00e9 des preuves irr\u00e9futables de vie, alors que les lois de la physique sont partag\u00e9es par toutes les plan\u00e8tes connues et que les \u00e9l\u00e9ments du tableau p\u00e9riodique peuvent \u00eatre trouv\u00e9s dans tout l\u2019univers\u00a0?<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

La r\u00e9ponse, pour beaucoup, est d\u2019accepter que la Terre soit vraiment aussi unique qu\u2019elle en a l\u2019air\u00a0: l\u2019absence de vie ailleurs dans l\u2019Univers peut \u00eatre expliqu\u00e9e en acceptant que notre plan\u00e8te est physiquement et chimiquement diff\u00e9rente des nombreuses autres plan\u00e8tes que nous avons formellement identifi\u00e9es. Seule la Terre, dit-on, a produit les conditions mat\u00e9rielles particuli\u00e8res propices \u00e0 notre chimie rare, et ce il y a environ 4\u00a0milliards d\u2019ann\u00e9es, lorsque la vie est apparue pour la premi\u00e8re fois.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

En 1952, Stanley Miller et son superviseur Harold Urey ont apport\u00e9 les premi\u00e8res preuves exp\u00e9rimentales de cette id\u00e9e gr\u00e2ce \u00e0 une s\u00e9rie d\u2019exp\u00e9riences men\u00e9es \u00e0 l\u2019universit\u00e9 de Chicago. L\u2019exp\u00e9rience Miller-Urey, comme on l\u2019a appel\u00e9e, visait \u00e0 recr\u00e9er les conditions atmosph\u00e9riques de la Terre primitive \u00e0 l\u2019aide d\u2019\u00e9quipements de laboratoire et \u00e0 v\u00e9rifier si des compos\u00e9s organiques (acides amin\u00e9s) pouvaient \u00eatre cr\u00e9\u00e9s dans un environnement inorganique reconstitu\u00e9. Lorsque l\u2019exp\u00e9rience a r\u00e9ussi, <\/span><\/span><\/span>l\u2019\u00e9mergence de la vie<\/span><\/span><\/span><\/a><\/u><\/span> est devenue li\u00e9e aux conditions mat\u00e9rielles et chimiques sp\u00e9cifiques de notre plan\u00e8te, il y a des milliards d\u2019ann\u00e9es.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

L\u2019\u00e9volution g\u00e9n\u00e9tique implique \u00e9galement la r\u00e9solution de probl\u00e8mes\u00a0: les ailes des insectes r\u00e9solvent le \u00ab\u00a0probl\u00e8me\u00a0\u00bb du vol.<\/b><\/i><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Cependant, des recherches plus r\u00e9centes sugg\u00e8rent qu\u2019il existe probablement d\u2019innombrables autres possibilit\u00e9s d\u2019apparition de la vie par le biais de combinaisons chimiques potentielles. Comme le chimiste britannique <\/span><\/span><\/span>Lee Cronin<\/span><\/span><\/span><\/a><\/u><\/span>, la physicienne th\u00e9orique am\u00e9ricaine Sara Walker et d\u2019autres l\u2019ont <\/span><\/span><\/span>r\u00e9cemment affirm\u00e9<\/span><\/span><\/span><\/a><\/u><\/span>, la recherche de co\u00efncidences quasi miraculeuses en chimie peut r\u00e9duire notre capacit\u00e9 \u00e0 trouver d\u2019autres processus significatifs pour la vie. En fait, la plupart des r\u00e9actions chimiques, qu\u2019elles aient lieu sur Terre ou ailleurs dans l\u2019univers, ne sont pas li\u00e9es \u00e0 la vie. La chimie seule ne suffit pas \u00e0 d\u00e9terminer si quelque chose est vivant, c\u2019est pourquoi les chercheurs qui s\u2019int\u00e9ressent \u00e0 l\u2019origine de la vie doivent utiliser <\/span><\/span><\/span>d\u2019autres m\u00e9thodes<\/span><\/span><\/span><\/a><\/u><\/span> pour se prononcer avec pr\u00e9cision.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Aujourd\u2019hui, la \u00ab\u00a0fonction adaptative\u00a0\u00bb est le premier crit\u00e8re d\u2019identification des bons types de chimie biotique qui donnent naissance \u00e0 la vie, comme aime \u00e0 le rappeler le biologiste th\u00e9oricien Michael Lachmann (notre coll\u00e8gue de l\u2019Institut Santa Fe). En sciences, la fonction adaptative d\u00e9signe la capacit\u00e9 d\u2019un organisme \u00e0 changer biologiquement, \u00e0 \u00e9voluer ou, en d\u2019autres termes, \u00e0 r\u00e9soudre des probl\u00e8mes. La \u00ab\u00a0r\u00e9solution de probl\u00e8mes\u00a0\u00bb peut sembler plus \u00e9troitement li\u00e9e aux domaines de la soci\u00e9t\u00e9, de la culture et de la technologie qu\u2019au domaine de la biologie. Nous pouvons penser au probl\u00e8me de la migration vers de nouvelles \u00eeles, qui a \u00e9t\u00e9 r\u00e9solu lorsque l\u2019homme a appris \u00e0 naviguer sur les courants oc\u00e9aniques, ou au probl\u00e8me du trac\u00e9 des trajectoires, que notre esp\u00e8ce a r\u00e9solu en apprenant \u00e0 calculer les angles, ou m\u00eame au probl\u00e8me de l\u2019abri, que nous avons r\u00e9solu en construisant des maisons. Mais l\u2019\u00e9volution g\u00e9n\u00e9tique implique \u00e9galement la r\u00e9solution de probl\u00e8mes. Les ailes des insectes r\u00e9solvent le \u00ab\u00a0probl\u00e8me\u00a0\u00bb du vol. Les lentilles optiques qui focalisent la lumi\u00e8re r\u00e9solvent le \u00ab\u00a0probl\u00e8me\u00a0\u00bb de la vision. Et les reins r\u00e9solvent le \u00ab\u00a0probl\u00e8me\u00a0\u00bb du filtrage du sang. Ce type de r\u00e9solution de probl\u00e8mes biologiques \u2014 r\u00e9sultat de la s\u00e9lection naturelle et de la d\u00e9rive g\u00e9n\u00e9tique \u2014 est conventionnellement appel\u00e9 \u00ab\u00a0adaptation\u00a0\u00bb. Bien qu\u2019elle soit essentielle \u00e0 l\u2019\u00e9volution de la vie, de nouvelles recherches sugg\u00e8rent qu\u2019elle pourrait \u00e9galement \u00eatre cruciale pour l\u2019origine de la vie.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Cette perspective de r\u00e9solution de probl\u00e8mes modifie radicalement notre connaissance de l\u2019univers. La vie commence \u00e0 ressembler beaucoup moins \u00e0 un r\u00e9sultat de la chimie et de la physique qu\u2019\u00e0 un processus computationnel.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

L\u2019id\u00e9e que la vie est une sorte de processus computationnel remonte au 4<\/span><\/span><\/span>e\u00a0<\/span><\/span><\/sup><\/span>si\u00e8cle avant notre \u00e8re, lorsqu\u2019Aristote a introduit sa philosophie de l\u2019hyl\u00e9morphisme, dans laquelle les fonctions priment sur les formes. Pour Aristote, des capacit\u00e9s telles que la vision \u00e9taient moins li\u00e9es \u00e0 la forme biologique et \u00e0 la mati\u00e8re des yeux qu\u2019\u00e0 la fonction de la vue. Il a fallu environ 2\u00a0000\u00a0ans pour que son id\u00e9e de fonctions hyl\u00e9omorphes \u00e9volue vers l\u2019id\u00e9e de caract\u00e8res adaptatifs gr\u00e2ce aux travaux de Charles Darwin et d\u2019autres. Au XIX<\/span><\/span><\/span>e<\/span><\/span><\/sup><\/span>\u00a0si\u00e8cle, ces naturalistes ont cess\u00e9 de d\u00e9finir les organismes par leurs composants mat\u00e9riels et leur chimie, et ont commenc\u00e9 \u00e0 d\u00e9finir les caract\u00e8res en se concentrant sur la mani\u00e8re dont les organismes s\u2019adaptaient et \u00e9voluaient \u2014 en d\u2019autres termes, comment ils traitaient et r\u00e9solvaient les probl\u00e8mes. Il faudra ensuite attendre un si\u00e8cle pour que l\u2019id\u00e9e des fonctions hylomorphiques devienne un concept abstrait de computation, gr\u00e2ce aux travaux d\u2019<\/span><\/span><\/span>Alan Turing<\/span><\/span><\/span><\/a><\/u><\/span> et aux id\u00e9es ant\u00e9rieures de Charles Babbage.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Dans les ann\u00e9es\u00a01930, Turing a \u00e9t\u00e9 le premier \u00e0 faire le lien entre l\u2019id\u00e9e grecque classique de fonction et l\u2019id\u00e9e moderne de computation, mais ses id\u00e9es \u00e9taient impossibles sans les travaux de Babbage, un si\u00e8cle plus t\u00f4t. Pour Turing, l\u2019important \u00e9tait la fa\u00e7on dont Babbage avait marqu\u00e9 la diff\u00e9rence entre les appareils de calcul qui suivent des lois de fonctionnement fixes, que Babbage appelait \u00ab\u00a0machines \u00e0 diff\u00e9rences\u00a0\u00bb, et les appareils de calcul qui suivent des lois de fonctionnement programmables, qu\u2019il appelait \u00ab\u00a0machines analytiques\u00a0\u00bb.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

En s\u2019appuyant sur la distinction de Babbage, Turing a d\u00e9velopp\u00e9 le mod\u00e8le de computation le plus g\u00e9n\u00e9ral\u00a0: la machine universelle de Turing. En 1936, il imaginait cette machine comme un magn\u00e9tophone, comprenant une t\u00eate de lecture et d\u2019effacement aliment\u00e9e par une bande d\u2019une longueur infinie. Au fur et \u00e0 mesure que la bande passe dans la machine, des bits d\u2019information (stock\u00e9s momentan\u00e9ment dans la machine) sont lus ou \u00e9crits sur la bande. La machine et la bande d\u00e9terminent ensemble le bit qui sera lu ou \u00e9crit ensuite.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Il peut \u00eatre difficile pour les personnes non-initi\u00e9es de comprendre comment ces id\u00e9es incommensurables sont li\u00e9es les unes aux autres.<\/b><\/i><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Turing n\u2019a d\u00e9crit aucun des mat\u00e9riaux \u00e0 partir desquels une telle machine serait construite. Il ne s\u2019int\u00e9ressait gu\u00e8re \u00e0 la chimie, si ce n\u2019est \u00e0 la n\u00e9cessit\u00e9 physique pour un ordinateur de stocker, de lire et d\u2019\u00e9crire des bits de mani\u00e8re fiable. C\u2019est pourquoi, \u00e9tonnamment, cette machine programmable simple (bien qu\u2019infinie) est un mod\u00e8le abstrait du fonctionnement de nos puissants ordinateurs modernes. Mais la th\u00e9orie de la computation d\u00e9velopp\u00e9e par Turing peut \u00e9galement \u00eatre comprise comme une th\u00e9orie de la vie. La computation et la vie impliquent toutes deux un ensemble minimal d\u2019algorithmes qui soutiennent la fonction adaptative. Ces \u00ab\u00a0algorithmes\u00a0\u00bb aident les mat\u00e9riaux \u00e0 traiter l\u2019information, depuis les produits chimiques rares qui construisent les cellules jusqu\u2019aux semi-conducteurs en silicium des ordinateurs modernes. Ainsi, comme le sugg\u00e8rent certaines recherches, la recherche de la vie et la recherche de la computation ne sont peut-\u00eatre pas si diff\u00e9rentes. Dans les deux cas, nous pouvons nous \u00e9garer si nous nous concentrons sur les mat\u00e9riaux, la chimie, les environnements physiques et les conditions.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

En r\u00e9ponse \u00e0 ces pr\u00e9occupations, un ensemble d\u2019id\u00e9es diverses a \u00e9merg\u00e9 pour expliquer la vie \u00e0 nouveau, par des principes et des processus partag\u00e9s avec la computation, plut\u00f4t que par la chimie rare et les environnements de la Terre primitive simul\u00e9s dans l\u2019exp\u00e9rience de Miller-Urey. Ces id\u00e9es, d\u00e9velopp\u00e9es au cours des 60\u00a0derni\u00e8res ann\u00e9es par des chercheurs travaillant dans des disciplines disparates \u2014 notamment la physique, l\u2019informatique, l\u2019astrobiologie, la biologie synth\u00e9tique, la science de l\u2019\u00e9volution, les neurosciences et la philosophie \u2014 sont motiv\u00e9s par la recherche des principes fondamentaux qui r\u00e9gissent la mati\u00e8re <\/span><\/span><\/span>qui sont<\/span><\/span><\/span> capable<\/span><\/span><\/span>s<\/span><\/span><\/span> de<\/span><\/span><\/span> r\u00e9so<\/span><\/span><\/span>udre<\/span><\/span><\/span> des probl\u00e8mes. Bien que les chercheurs aient travaill\u00e9 dans des domaines d\u00e9connect\u00e9s et que leurs id\u00e9es semblent incommensurables, nous pensons qu\u2019il existe de grandes tendances dans leurs recherches sur les origines de la vie. Cependant, il <\/span><\/span><\/span>est, <\/span><\/span><\/span>peut-\u00eatre, difficile pour les non-initi\u00e9s de comprendre comment ces id\u00e9es apparemment incommensurables sont li\u00e9es les unes aux autres ou pourquoi elles sont importantes. C\u2019est pourquoi nous avons entrepris d\u2019examiner et d\u2019organiser ces nouveaux modes de pens\u00e9e.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Leurs propositions peuvent \u00eatre regroup\u00e9es en trois cat\u00e9gories distinctes, trois hypoth\u00e8ses, que nous avons nomm\u00e9es Tron, Golem et Maupertuis. L\u2019hypoth\u00e8se Tron sugg\u00e8re que la vie peut \u00eatre simul\u00e9e dans un logiciel, sans d\u00e9pendre des conditions mat\u00e9rielles qui ont donn\u00e9 naissance aux \u00eatres vivants de la Terre. L\u2019hypoth\u00e8se Golem sugg\u00e8re que la vie peut \u00eatre synth\u00e9tis\u00e9e en utilisant des mat\u00e9riaux diff\u00e9rents de ceux qui ont d\u00e9clench\u00e9 notre \u00e9volution. Et si ces deux id\u00e9es sont correctes et que la vie n\u2019est pas li\u00e9e \u00e0 la chimie rare de la Terre, nous avons alors l\u2019hypoth\u00e8se Maupertuis, la plus radicale des trois, qui explore les lois fondamentales impliqu\u00e9es dans les origines des syst\u00e8mes computationnels complexes.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Ces hypoth\u00e8ses sugg\u00e8rent que des principes profonds r\u00e9gissent l\u2019\u00e9mergence de la mati\u00e8re capable de r\u00e9soudre <\/span><\/span><\/span>d<\/span><\/span><\/span>es probl\u00e8mes, des principes qui repoussent les limites de notre compr\u00e9hension de la physique et de la chimie modernes. Elles marquent une rupture radicale avec la vie telle que nous l\u2019avons connue.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

En 1982, le film de science-fiction <\/span><\/span><\/span>Tron<\/i><\/span><\/span><\/span> est sorti aux \u00c9tats-Unis. R\u00e9alis\u00e9 par Steven Lisberger, il raconte l\u2019histoire d\u2019\u00eatres biologiques parfaitement et fonctionnellement dupliqu\u00e9s dans un programme informatique. Le h\u00e9ros, Tron, est un algorithme \u00e0 l\u2019apparence humaine subsistant <\/span><\/span><\/span>dans<\/span><\/span><\/span> des circuits, qui capture les caract\u00e9ristiques essentielles de la vie sans d\u00e9pendre de la chimie biotique. Ce que nous avons appel\u00e9 \u00ab\u00a0l\u2019hypoth\u00e8se Tron\u00a0\u00bb est l\u2019id\u00e9e qu\u2019une simulation compl\u00e8te de la vie peut \u00eatre cr\u00e9\u00e9e dans un logiciel, lib\u00e9r\u00e9e de la chimie rare de la Terre. Cette hypoth\u00e8se pose la question de savoir quels pourraient \u00eatre les principes de la vie <\/span><\/span><\/span>en l\u2019absence<\/span><\/span><\/span> d<\/span><\/span><\/span>e traces chimiques sur lesquelles se baser. Les fondements de la vie sont-ils principalement informationnels\u00a0?<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Cinq ans apr\u00e8s la sortie de <\/span><\/span><\/span>Tron<\/i><\/span><\/span><\/span> au cin\u00e9ma, l\u2019informaticien am\u00e9ricain Christopher Langton a pr\u00e9sent\u00e9 au monde un concept qu\u2019il a appel\u00e9 \u00ab\u00a0vie artificielle\u00a0\u00bb ou \u00ab\u00a0ALife\u00a0\u00bb lors d\u2019un atelier qu\u2019il a organis\u00e9 sur la simulation des syst\u00e8mes vivants. Pour Langton, ALife \u00e9tait un moyen de se concentrer sur la synth\u00e8se de la vie plut\u00f4t que sur des descriptions analytiques de la vie \u00e9volu\u00e9e. <\/span><\/span><\/span>Cela<\/span><\/span><\/span> lui offrait un moyen de d\u00e9passer la \u00ab\u00a0vie telle que nous la connaissons\u00a0\u00bb pour aller vers ce qu\u2019il appelait \u00ab\u00a0la vie telle qu\u2019elle pourrait \u00eatre\u00a0\u00bb. L\u2019objectif, selon ses propres termes<\/a>, \u00e9tait de \u00ab\u00a0recr\u00e9er des ph\u00e9nom\u00e8nes biologiques dans des m\u00e9dias alternatifs\u00a0\u00bb, de cr\u00e9er des entit\u00e9s semblables \u00e0 la vie \u00e0 l\u2019aide de logiciels informatiques.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

L\u2019utilisation par Langton des ordinateurs comme outils de laboratoire fait suite aux travaux de deux math\u00e9maticiens\u00a0: Stanis?aw Ulam et John von\u00a0Neumann, qui travaillaient tous deux dans le cadre du projet Manhattan. \u00c0 la fin des ann\u00e9es\u00a01940, Ulam et von\u00a0Neumann ont entrepris une s\u00e9rie d\u2019exp\u00e9riences sur les premiers ordinateurs, qui consistaient \u00e0 simuler la croissance \u00e0 l\u2019aide de r\u00e8gles simples. Ces travaux leur ont permis de d\u00e9couvrir le concept d\u2019automates cellulaires, un mod\u00e8le de computation et de vie biologique. Ulam cherchait un moyen de cr\u00e9er un automate simul\u00e9 capable de se reproduire, comme un organisme biologique, et von\u00a0Neumann a plus tard reli\u00e9 le concept d\u2019automates cellulaires \u00e0 la recherche des origines de la vie. En utilisant ce concept, von\u00a0Neumann a <\/span><\/span><\/span>formul<\/span><\/span><\/span>\u00e9 les origines de la vie comme Turing l\u2019avait fait pr\u00e9c\u00e9demment avec l<\/span><\/span><\/span>a computation<\/span><\/span><\/span>, en recherchant les principes abstraits r\u00e9gissant ce qu\u2019il a appel\u00e9 la \u00ab\u00a0construction\u00a0\u00bb, c\u2019est-\u00e0-dire l\u2019\u00e9volution et le d\u00e9veloppement biologiques. <\/span><\/span><\/span>D<\/span><\/span><\/span>es formes compl<\/span><\/span><\/span>ex<\/span><\/span><\/span>es de construction <\/span><\/span><\/span>prod<\/span><\/span><\/span>uisent des <\/span><\/span><\/span>sch\u00e9mas<\/span><\/span><\/span> que nous associons \u00e0 la vie organi<\/span><\/span><\/span>qu<\/span><\/span><\/span>e, telles que la croissance cellulaire ou la croissance d\u2019individus entiers. Une forme de construction beaucoup plus simple peut \u00eatre r\u00e9alis\u00e9e sur un ordinateur \u00e0 l\u2019aide d\u2019une op\u00e9ration de copier-coller. Au 20<\/span><\/span><\/span>e\u00a0<\/span><\/span><\/sup><\/span>si\u00e8cle, les id\u00e9es de von Neumann sur un automate cellulaire capable de se r\u00e9pliquer lui-m\u00eame, un \u00ab\u00a0constructeur universel\u00a0\u00bb, \u00e9taient consid\u00e9r\u00e9es trop abstraites pour nous aider \u00e0 comprendre les origines chimiques de la vie. Elles semblaient \u00e9galement n\u2019avoir que peu de choses \u00e0 dire sur les processus biologiques telles que l\u2019adaptation et la s\u00e9lection naturelle.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Un programme informatique appel\u00e9 Avida a simul\u00e9 les processus d\u2019\u00e9volution.<\/span><\/b><\/i><\/span><\/span><\/p>\n

Les recherches sur l\u2019ALife qui ont suivi les travaux d\u2019Ulam, de von Neumann et de Langton ont g\u00e9n\u00e9r\u00e9 une s\u00e9rie de questions formelles et philosophiques fascinantes. Mais, comme les travaux de von Neumann, ces questions n\u2019ont eu qu\u2019un impact limit\u00e9 et \u00e9ph\u00e9m\u00e8re sur les chercheurs travaillant activement sur les origines de la vie. \u00c0 la fin du XX<\/span><\/span><\/span>e<\/span><\/span><\/sup><\/span>\u00a0si\u00e8cle, plusieurs pionniers de la vie artificielle <\/span><\/span><\/span>(ALife)<\/span><\/span><\/span>, dont le philosophe am\u00e9ricain Mark Bedau, ont d\u00e9plor\u00e9 l\u2019absence de progr\u00e8s sur ces questions dans un article<\/a> influent intitul\u00e9 \u00ab\u00a0Open Problems in Artificial Life\u00a0\u00bb (Probl\u00e8mes ouverts de la vie artificielle). Les probl\u00e8mes sans r\u00e9ponse identifi\u00e9s par Bedau et ses huit co-auteurs comprenaient la g\u00e9n\u00e9ration d\u2019un \u00ab\u00a0proto-organisme mol\u00e9culaire in vitro\u00a0\u00bb, la r\u00e9alisation de \u00ab\u00a0la transition vers la vie dans une chimie artificielle in silico\u00a0\u00bb, la d\u00e9monstration de \u00ab\u00a0l\u2019\u00e9mergence de l\u2019intelligence et de l\u2019esprit dans un syst\u00e8me vivant artificiel\u00a0\u00bb et, entre autres, l\u2019\u00e9valuation de \u00ab\u00a0l\u2019influence des machines sur la prochaine transition majeure de l\u2019\u00e9volution de la vie\u00a0\u00bb.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Ces probl\u00e8mes ouverts sont rest\u00e9s sans r\u00e9ponse, et ce document <\/span><\/span><\/span>a <\/span><\/span><\/span>co\u00efncid<\/span><\/span><\/span>\u00e9<\/span><\/span><\/span> avec le d\u00e9clin du domaine. Apr\u00e8s sa publication, de nombreux auteurs se sont lanc\u00e9s dans des carri\u00e8res de recherche diff\u00e9rentes, passant de la vie artificielle au domaine voisin de la th\u00e9orie de l\u2019\u00e9volution, ou poursuivant des projets de recherche impliquant la chimie plut\u00f4t que <\/span><\/span><\/span>d<\/span><\/span><\/span>es logiciels et <\/span><\/span><\/span>du<\/span><\/span><\/span> mat\u00e9riel informatique.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

N\u00e9anmoins, ALife a produit des mod\u00e8les et des id\u00e9es tr\u00e8s sophistiqu\u00e9s. L\u2019ann\u00e9e m\u00eame o\u00f9 Bedau et ses coll\u00e8gues ont identifi\u00e9 les probl\u00e8mes, un autre groupe de chercheurs a d\u00e9montr\u00e9 les progr\u00e8s que la vie artificielle avait atteints au tournant du si\u00e8cle. Dans son document de recherche<\/a> intitul\u00e9 \u00ab\u00a0Evolution of Biological Complexity <\/span><\/span><\/span>(L\u2019\u00e9volution de la complexit\u00e9 biologique)<\/span><\/span><\/span>\u00a0\u00bb (2000), ce groupe, dirig\u00e9 par le <\/span><\/span><\/span>physicien <\/span><\/span><\/span>th\u00e9ori<\/span><\/span><\/span>que<\/span><\/span><\/span> Christoph Adami, a pr\u00e9sent\u00e9 un programme informatique appel\u00e9 Avida qui simul<\/span><\/span><\/span>ait<\/span><\/span><\/span> les processus d\u2019\u00e9volution. Le syst\u00e8me Avida, \u00e9criv<\/span><\/span><\/span>ai<\/span><\/span><\/span>ent Adami et ses coauteurs, \u00ab\u00a0h\u00e9berge des populations de programmes informatiques autor\u00e9plicateurs dans un environnement complexe et bruyant, au sein de la m\u00e9moire d\u2019un ordinateur\u00a0\u00bb. Ils ont qualifi\u00e9 ces programmes des \u00ab\u00a0organismes num\u00e9riques\u00a0\u00bb et ont d\u00e9crit comment ils p<\/span><\/span><\/span>o<\/span><\/span><\/span>uv<\/span><\/span><\/span>ai<\/span><\/span><\/span>ent \u00e9voluer (et muter) en quelques secondes gr\u00e2ce \u00e0 des instructions programm\u00e9es. Chaque organisme Avida \u00e9tait un g\u00e9nome simul\u00e9 unique compos\u00e9 d\u2019une \u00ab\u00a0s\u00e9quence d\u2019instructions qui sont trait\u00e9es comme des commandes <\/span><\/span><\/span>pour<\/span><\/span><\/span> l<\/span><\/span><\/span>e processeur<\/span><\/span><\/span> d\u2019un ordinateur virtuel\u00a0\u00bb.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

L\u2019hypoth\u00e8se Tron semblait prometteuse. Mais, en fin de compte, les travaux d\u2019Adami et d\u2019autres ont apport\u00e9 des contributions plus importantes \u00e0 la g\u00e9n\u00e9tique des populations et \u00e0 l\u2019\u00e9cologie th\u00e9orique qu\u2019\u00e0 la recherche sur les origines de la vie. Ces travaux ont permis de jeter un pont entre des th\u00e9or\u00e8mes fondamentaux de l\u2019informatique et des concepts biologiques abstraits, tels que la naissance, la comp\u00e9tition et la mort, mais n\u2019ont pas permis de briser l\u2019emprise de la chimie pr\u00e9biotique sur les conceptions dominantes <\/span><\/span><\/span>sur<\/span><\/span><\/span> la vie.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Ces derni\u00e8res ann\u00e9es, les choses ont commenc\u00e9 \u00e0 changer, car de nouveaux concepts issus de la physique \u00e9largissent l\u2019hypoth\u00e8se standard de Tron. En 2013, le physicien David Deutsch a publi\u00e9 un article<\/a> sur ce qu\u2019il a appel\u00e9 la \u00ab\u00a0th\u00e9orie d<\/span><\/span><\/span>es<\/span><\/span><\/span> constructeur<\/span><\/span><\/span>s<\/span><\/span><\/span>\u00a0\u00bb. Cette th\u00e9orie proposait une nouvelle fa\u00e7on d\u2019aborder la physique, dans laquelle la computation \u00e9tait \u00e0 la base de l\u2019univers, \u00e0 un niveau plus profond que les lois de la physique quantique ou de la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale. Deutsch esp\u00e9rait que cette th\u00e9orie renouvellerait les id\u00e9es dominantes de la physique conventionnelle gr\u00e2ce \u00e0 un cadre plus g\u00e9n\u00e9ral qui \u00e9liminerait de nombreux probl\u00e8mes, en particulier en ce qui concerne la m\u00e9canique quantique et la m\u00e9canique statistique, tout en \u00e9tablissant un statut fondamental pour la computation. Il souhaitait \u00e9galement faire tout cela en fournissant un cadre rigoureux et coh\u00e9rent pour les transformations possibles et impossibles, qui incluent des ph\u00e9nom\u00e8nes tels que le mouvement d\u2019un corps dans l\u2019espace ou le passage d\u2019une plan\u00e8te sans vie \u00e0 une plan\u00e8te vivante. La th\u00e9orie des constructeurs ne fournit pas de mod\u00e8le quantitatif et n\u2019offre pas de pr\u00e9dictions sur la mani\u00e8re dont ces transformations se produiront. <\/span><\/span><\/span>C\u2019est <\/span><\/span><\/span>un cadre qualitatif pour <\/span><\/span><\/span>discut<\/span><\/span><\/span>er de possibilit\u00e9s\u00a0; elle explique ce qui peut ou ne peut pas se produire dans l\u2019univers d\u2019une mani\u00e8re qui va au-del\u00e0 des lois de la physique conventionnelle. La th\u00e9orie de Deutsch est une vision provocatrice, et de nombreuses questions subsistent quant \u00e0 son utilit\u00e9.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

La th\u00e9orie de Deutsch s\u2019appuie sur le mod\u00e8le de construction-r\u00e9plication de von Neumann pour la vie \u2014 l\u2019hypoth\u00e8se Tron originale \u2014 qui, \u00e0 son tour, s\u2019appuie sur le mod\u00e8le de computation de Turing. Gr\u00e2ce \u00e0 la th\u00e9orie de Deutsch, nous commen\u00e7ons \u00e0 nous \u00e9loigner des principes de simulation tels qu\u2019ils sont appliqu\u00e9s dans les organismes Avida et l\u2019\u00e9volution bas\u00e9e sur le silicium, et nous nous dirigeons vers des id\u00e9es conceptuelles<\/a> plus larges sur la fa\u00e7on dont la vie pourrait se former. La th\u00e9orie d<\/span><\/span><\/span>es<\/span><\/span><\/span> constructeur<\/span><\/span><\/span>s<\/span><\/span><\/span> et d\u2019autres id\u00e9es similaires pourraient \u00eatre n\u00e9cessaires pour comprendre les origines profondes de la vie, que la physique et la chimie conventionnelles n\u2019ont pas r\u00e9ussi \u00e0 expliquer de mani\u00e8re ad\u00e9quate.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

C\u2019est une chose de simuler la vie ou d\u2019identifier les principes inh\u00e9rents \u00e0 ces simulations. C\u2019en est une autre de synth\u00e9tiser la vie. Par rapport \u00e0 la vie simul\u00e9e par des logiciels, l\u2019hypoth\u00e8se du Golem affirme qu\u2019une forme de vie synth\u00e9tique peut \u00eatre construite \u00e0 partir de nouveaux constituants chimiques diff\u00e9rents de ceux qui ont donn\u00e9 naissance aux formes de vie complexe sur Terre. Cette hypoth\u00e8se tire son nom d\u2019un \u00eatre mythique du folklore juif qui vit et respire bien qu\u2019il soit enti\u00e8rement constitu\u00e9 de mat\u00e9riaux inanim\u00e9s, typiquement de la boue. Le golem prend vie en inscrivant sur son front un mot magique, tel qu\u2019\u00e9met (\u00ab\u00a0v\u00e9rit\u00e9\u00a0\u00bb en h\u00e9breu). <\/span><\/span><\/span>C\u2019est <\/span><\/span><\/span>une forme de vie artificielle construite \u00e0 partir d\u2019un processus diff\u00e9rent de celui de l\u2019\u00e9volution. Si Tron met l\u2019accent sur l\u2019information, le golem met l\u2019accent sur l\u2019\u00e9nergie \u2014 c\u2019est une fa\u00e7on de lier l\u2019information au m\u00e9tabolisme.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Dans son roman <\/span><\/span><\/span>Le Golem<\/i><\/span><\/span><\/span> (1913-14), Gustav Meyrink \u00e9crit\u00a0: \u00ab\u00a0Il n\u2019y a en effet rien d\u2019\u00e9tonnant \u00e0 cela. Seuls les sortil\u00e8ges, les kichouph, font na\u00eetre la crainte dans le c\u0153ur des hommes\u00a0; la vie gratte et br\u00fble comme une haire\u2026\u00a0\u00bb En ce qui nous concerne, le golem est une analogie de la vie synth\u00e9tique. C\u2019est un \u00eatre vivant fond\u00e9 sur la boue g\u00e9n\u00e9rative et une repr\u00e9sentation abstraite de ce qui est possible avec la biologie synth\u00e9tique et les protocellules.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Au d\u00e9but du 21<\/span><\/span><\/span>e\u00a0<\/span><\/span><\/sup><\/span>si\u00e8cle, l\u2019int\u00e9r\u00eat pour cette \u00ab\u00a0boue\u00a0\u00bb s\u2019est accru, les limites d\u2019ALife ayant suscit\u00e9 un regain d\u2019int\u00e9r\u00eat pour le r\u00f4le de types de mat\u00e9riaux et de m\u00e9tabolismes diff\u00e9rents de ceux de ceux trouv\u00e9s sur la Terre pr\u00e9biotique. En 2005, les chimistes am\u00e9ricains Steven A. Benner et Michael Sismour ont d\u00e9crit<\/a> les deux types de biologistes synth\u00e9tiques qui travaillaient sur les probl\u00e8mes de la vie\u00a0: \u00ab\u00a0L\u2019un utilise des mol\u00e9cules artificielles pour reproduire des comportements \u00e9mergents de la biologie naturelle, dans le but de cr\u00e9er une vie artificielle. L\u2019autre recherche des pi\u00e8ces interchangeables dans la biologie naturelle pour les assembler dans des syst\u00e8mes qui fonctionnent de mani\u00e8re non naturelle\u00a0\u00bb. Si les seconds testent l\u2019hypoth\u00e8se Tron, les premiers testent l\u2019hypoth\u00e8se Golem.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

La th\u00e9orie de l\u2019assemblage nous aide \u00e0 comprendre comment <\/span><\/b><\/i>tous<\/b><\/span> les objets de la chimie et de la biologie sont fabriqu\u00e9s<\/span><\/i><\/span><\/span><\/p>\n

L\u2019un des meilleurs exemples de biologie synth\u00e9tique proche de la vie est la cr\u00e9ation de syst\u00e8mes g\u00e9n\u00e9tiques dans lesquels des alphabets d\u2019ADN synth\u00e9tiques sont soutenus par une expansion artificielle du m\u00e9canisme d\u2019appariement des bases \u00e0 double brin Watson-Crick. Cela n\u2019implique pas la cr\u00e9ation d\u2019une biochimie alternative en laboratoire, mais simplement la synth\u00e8se chimique d\u2019un syst\u00e8me augment\u00e9 et \u00e9volutif. En fait, tous les efforts<\/a> fructueux d\u00e9ploy\u00e9s \u00e0 ce jour dans le domaine de la biologie synth\u00e9tique d\u00e9coulent<\/a> de l\u2019augmentation et non de la cr\u00e9ation.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

L\u2019hypoth\u00e8se du Golem soul\u00e8ve des questions importantes\u00a0: si la vie peut \u00eatre cr\u00e9\u00e9e \u00e0 partir de mat\u00e9riaux diff\u00e9rents de ceux qui ont donn\u00e9 naissance \u00e0 la vie telle que nous la connaissons, quels sont les principes communs qui donnent naissance \u00e0 tous les \u00eatres vivants\u00a0? Quelles sont les propri\u00e9t\u00e9s universelles de la chimie qui permet la vie\u00a0?<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Le d\u00e9veloppement r\u00e9cent de la th\u00e9orie des assemblages nous offre un moyen de commencer \u00e0 r\u00e9pondre \u00e0 ces questions. La th\u00e9orie de l\u2019assemblage nous aide \u00e0 comprendre comment tous les objets de la chimie et de la biologie sont <\/span><\/span><\/span>construit<\/span><\/span><\/span>s. Chaque objet complexe de l\u2019univers, des algues microscopiques aux gratte-ciel, est construit \u00e0 partir de pi\u00e8ces uniques, impliquant des combinaisons de mol\u00e9cules. La th\u00e9orie de l\u2019assemblage nous aide \u00e0 comprendre comment ces pi\u00e8ces et ces objets sont combin\u00e9s et comment chaque g\u00e9n\u00e9ration de complexit\u00e9 repose sur des combinaisons ant\u00e9rieures. Comme cette th\u00e9orie nous permet de mesurer l\u2019\u00ab\u00a0indice d\u2019assemblage\u00a0\u00bb d\u2019un objet \u2014 son degr\u00e9 d\u2019\u00ab\u00a0assemblage\u00a0\u00bb, la complexit\u00e9 de ses parties \u2014, nous pouvons faire des d\u00e9terminations sur l\u2019\u00e9volution qui sont distinctes de celles normalement utilis\u00e9es pour d\u00e9finir la vie.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Dans ce cadre, il est possible d\u2019identifier les objets qui sont le r\u00e9sultat d\u2019un processus \u00e9volutif gr\u00e2ce au nombre d\u2019\u00e9tapes d\u2019assemblage franchies, sans disposer d\u2019un mod\u00e8le pr\u00e9alable ni conna\u00eetre les d\u00e9tails du processus. Les conditions requises sont les suivantes\u00a0: premi\u00e8rement, un objet peut \u00eatre d\u00e9compos\u00e9 en blocs de construction\u00a0; deuxi\u00e8mement, il existe un ensemble minimal de r\u00e8gles pour assembler les blocs\u00a0; et troisi\u00e8mement, il existe des s\u00e9quences qui d\u00e9crivent l\u2019assemblage de ces blocs dans l\u2019objet, o\u00f9 les objets interm\u00e9diaires peuvent \u00eatre r\u00e9utilis\u00e9s comme nouveaux blocs dans le processus de construction. De tr\u00e8s petits indices d\u2019assemblage sont caract\u00e9ristiques de la dynamique physique et chimique pure qui produit des cristaux ou des plan\u00e8tes, mais de<\/span><\/span><\/span>s<\/span><\/span><\/span> indices <\/span><\/span><\/span>\u00e9lev\u00e9s <\/span><\/span><\/span>dans une grande population d\u2019objets sont consid\u00e9r\u00e9s<\/a> comme la preuve d\u2019un processus \u00e9volutif \u2014 et un signe de vie. D\u2019une certaine mani\u00e8re, la th\u00e9orie de l\u2019assemblage est une version de l\u2019hypoth\u00e8se du Golem\u00a0: gr\u00e2ce \u00e0 elle, nous pouvons potentiellement localiser des formes de vie construites \u00e0 partir d\u2019un processus autre que l\u2019\u00e9volution. L\u2019id\u00e9e est qu\u2019une entit\u00e9 complexe, telle qu\u2019un golem, n\u00e9cessite une quantit\u00e9 importante de temps, d\u2019\u00e9nergie et d\u2019informations pour \u00eatre assembl\u00e9e, et que l\u2019indice d\u2019assemblage est une mesure de ces exigences. Cette th\u00e9orie nous permet de cartographier certains concepts informatiques de mani\u00e8re \u00e0 trouver la signature commune d\u2019un processus de r\u00e9solution de probl\u00e8mes.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Le golem nous montre \u00e0 quel point les mat\u00e9riaux vivants sont susceptibles d\u2019\u00eatre vari\u00e9s dans l\u2019univers, et \u00e0 quel point la focalisation sur un ensemble limit\u00e9 de mat\u00e9riaux risque d\u2019\u00eatre trop restricti<\/span><\/span><\/span>ve<\/span><\/span><\/span>. La th\u00e9orie de l\u2019assemblage nous montre comment tout processus historique laissera des empreintes universelles sur les mat\u00e9riaux, quelle que soit leur diversit\u00e9.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Les hypoth\u00e8ses d<\/span><\/span><\/span>e<\/span><\/span><\/span> Tron et d<\/span><\/span><\/span>e<\/span><\/span><\/span> Golem sont stimulantes et audacieuses, mais il existe peut-\u00eatre des id\u00e9es encore plus radicales sur les origines de la vie. Ces id\u00e9es sugg\u00e8rent que l\u2019\u00e9mergence de syst\u00e8mes computationnels complexes (c\u2019est-\u00e0-dire la vie) dans l\u2019univers pourrait \u00eatre r\u00e9gie par des principes plus profonds que ce que nous supposions jusqu\u2019\u00e0 pr\u00e9sent. Les organismes pourraient avoir un objectif plus g\u00e9n\u00e9ral que l\u2019adaptation. Et si les formes de vie n\u2019apparaissaient pas \u00e0 la suite d\u2019une s\u00e9rie d\u2019accidents adaptatifs, tels que la mutation et la s\u00e9lection, mais plut\u00f4t en tentant de r\u00e9soudre un probl\u00e8me\u00a0? C\u2019est ce que nous appelons l\u2019hypoth\u00e8se Maupertuis. Elle s\u2019interroge comment la vie pourrait prolif\u00e9rer dans l\u2019univers, m\u00eame en l\u2019absence des conditions sp\u00e9cifiques que l\u2019on trouve sur Terre. Quel est donc ce probl\u00e8me commun\u00a0? L\u2019hypoth\u00e8se Maupertuis sugg\u00e8re que, sur la base de la deuxi\u00e8me loi de la thermodynamique, la vie pourrait \u00eatre le moyen pour l\u2019Univers d\u2019atteindre plus rapidement l\u2019\u00e9quilibre thermodynamique. C\u2019est peut-\u00eatre la fa\u00e7on dont l\u2019Univers \u00ab\u00a0r\u00e9sout\u00a0\u00bb le probl\u00e8me du traitement de l\u2019\u00e9nergie de mani\u00e8re plus efficace.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Math\u00e9maticien et philosophe fran\u00e7ais du XVIII<\/span><\/span><\/span>e<\/span><\/span><\/sup><\/span>\u00a0si\u00e8cle, Pierre-Louis Moreau de Maupertuis a formul\u00e9 le \u00ab\u00a0principe de moindre action\u00a0\u00bb, qui explique les trajectoires simples de la lumi\u00e8re et des objets physiques dans l\u2019espace et le temps. Dans les deux cas, la nature r\u00e9v\u00e8le une \u00e9conomie de moyens\u00a0: la lumi\u00e8re suit le chemin le plus rapide entre deux points\u00a0; les objets physiques se d\u00e9placent de mani\u00e8re \u00e0 <\/span><\/span><\/span>d\u00e9pens<\/span><\/span><\/span>er le moins d\u2019\u00e9nergie possible. Ainsi, selon ce que nous appelons l\u2019hypoth\u00e8se Maupertuis, la vie peut \u00e9galement \u00eatre comprise de mani\u00e8re similaire, comme la minimisation ou la maximisation de certaines quantit\u00e9s. La recherche des origines de la vie peut \u00eatre consid\u00e9r\u00e9e comme une recherche de ces quantit\u00e9s.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Par exemple, l\u2019\u00e9volution par s\u00e9lection naturelle est un processus dans lequel des cycles r\u00e9p\u00e9t\u00e9s de survie am\u00e8nent<\/a> les g\u00e9notypes dominants \u00e0 coder de plus en plus d\u2019informations sur leur environnement. Cela cr\u00e9e des organismes qui semblent maximiser l\u2019information adaptative tout en conservant l\u2019\u00e9nergie m\u00e9tabolique. Ce faisant, ces organismes acc\u00e9l\u00e8rent la production d\u2019entropie dans l\u2019univers. Il est possible d\u2019abstraire cette dynamique en termes de statistiques bay\u00e9siennes. De ce point de vue, une population d\u2019organismes en \u00e9volution se comporte comme un processus d\u2019\u00e9chantillonnage, chaque g\u00e9n\u00e9ration choisissant parmi la gamme possible de variantes g\u00e9n\u00e9tiques. Sur de nombreuses g\u00e9n\u00e9rations, la population peut mettre \u00e0 jour sa \u00ab\u00a0connaissance\u00a0\u00bb collective du monde gr\u00e2ce \u00e0 des cycles r\u00e9p\u00e9t\u00e9s de survie diff\u00e9rentielle (ou \u00ab\u00a0s\u00e9lection naturelle\u00a0\u00bb).<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

L\u2019\u00ab\u00a0\u00e9nergie libre\u00a0\u00bb est une sorte de mesure de l\u2019incertitude\u00a0: la diff\u00e9rence entre une pr\u00e9diction et un r\u00e9sultat.<\/span><\/b><\/i><\/span><\/span><\/p>\n

Ce raisonnement bay\u00e9sien a conduit au principe de l\u2019\u00e9nergie libre, propos\u00e9<\/a> par le neuroscientifique Karl Friston<\/a> en 2005. Ce principe est devenu le fondement de ce que nous appelons l\u2019hypoth\u00e8se de Maupertuis. Comme la th\u00e9orie d<\/span><\/span><\/span>es<\/span><\/span><\/span> constructeur<\/span><\/span><\/span>s<\/span><\/span><\/span>, le principe de l\u2019\u00e9nergie libre cherche \u00e0 fournir un cadre unificateur pour tous les syst\u00e8mes vivants. Le principe de Friston \u00e9tend les id\u00e9es des statistiques bay\u00e9siennes (estimation des param\u00e8tres) et de la m\u00e9canique statistique (minimisation des fonctions de co\u00fbt) pour d\u00e9crire<\/a> tout processus d\u2019apprentissage ou d\u2019adaptation, que ce soit chez l\u2019homme, dans les organismes ou dans d\u2019autres syst\u00e8mes vivants.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Son cadre cherche \u00e0 expliquer comment ces syst\u00e8mes vivants sont amen\u00e9s \u00e0 minimiser l\u2019incertitude face \u00e0 leur environnement en apprenant \u00e0 faire de meilleures pr\u00e9dictions. Pour Friston, l\u2019\u00ab\u00a0\u00e9nergie libre\u00a0\u00bb est une sorte de mesure de l\u2019incertitude\u00a0: la diff\u00e9rence entre une pr\u00e9diction et un r\u00e9sultat. Plus la diff\u00e9rence est grande, plus l\u2019\u00e9nergie libre est \u00e9lev\u00e9e. Dans le cadre de Friston, un syst\u00e8me vivant est simplement un syst\u00e8me dynamique dont on peut d\u00e9montrer qu\u2019il minimise l\u2019\u00e9nergie libre, c\u2019est-\u00e0-dire qu\u2019il minimise l\u2019incertitude. Un rocher qui d\u00e9vale une colline minimise l\u2019\u00e9nergie potentielle, mais certainement pas l\u2019\u00e9nergie libre fristonienne \u2014 les rochers n\u2019apprennent pas \u00e0 faire de meilleures pr\u00e9dictions sur leur environnement. En revanche, une bact\u00e9rie qui nage le long d\u2019un gradient de nutriments minimise l\u2019\u00e9nergie libre, car elle extrait des informations de son environnement pour enregistrer la position de sa nourriture. Une bact\u00e9rie est comme une <\/span><\/span><\/span>roche<\/span><\/span><\/span> qui <\/span><\/span><\/span>inf\u00e8re<\/span><\/span><\/span>.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Si l\u2019on est pr\u00eat \u00e0 accepter l\u2019id\u00e9e que la mod\u00e9lisation du monde \u2014 en extrayant des informations et en faisant des d\u00e9ductions sur l\u2019environnement \u2014 est constitutive de la vie, alors la vie devrait appara\u00eetre partout et plut\u00f4t sans effort. \u00c0 l\u2019instar du principe de moindre action, qui sous-tend toutes les th\u00e9ories de la physique, l\u2019id\u00e9e de Friston sugg\u00e8re que la minimisation de l\u2019\u00e9nergie libre est l\u2019action qui sous-tend toute forme de vie potentielle. Et cela inclut les organismes biologiques, les soci\u00e9t\u00e9s et les technologies. De ce point de vue, m\u00eame les mod\u00e8les d\u2019apprentissage automatique tels que ChatGPT sont des formes de vie potentielles, car ils peuvent agir dans le monde (le remplir de leurs textes), percevoir ces changements au cours de la formation et apprendre de nouveaux \u00e9tats internes pour minimiser l\u2019\u00e9nergie libre.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Selon l\u2019hypoth\u00e8se de Maupertuis, les \u00eatres vivants ne se limitent pas \u00e0 des entit\u00e9s biologiques, mais sont, dans un sens plus g\u00e9n\u00e9ral, des machines capables de transmettre des solutions adaptatives aux g\u00e9n\u00e9rations successives par la minimisation de l\u2019\u00e9nergie libre. En d\u2019autres termes, les \u00eatres vivants sont capables de transmettre l\u2019information de leur pass\u00e9 \u00e0 leur <\/span><\/span><\/span>futur<\/span><\/span><\/span>. Si tel est le cas, comment d\u00e9finir les fronti\u00e8res du vivant\u00a0? Qu\u2019est-ce qu\u2019un individu\u00a0?<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

La th\u00e9orie de l\u2019information de l\u2019individualit\u00e9, d\u00e9velopp\u00e9e<\/a> par David Krakauer<\/a> et ses coll\u00e8gues de l\u2019Institut Santa Fe au Nouveau-Mexique et des collaborateurs de l\u2019Institut Max Planck de Leipzig en 2020, r\u00e9pond \u00e0 cette question. En r\u00e9ponse \u00e0 des id\u00e9es telles que le principe de l\u2019\u00e9nergie libre de Friston, nous avons propos\u00e9 qu\u2019il existe des \u00ab\u00a0individus\u00a0\u00bb plus fondamentaux que les formes de vie apparemment dis<\/span><\/span><\/span>tinctes<\/span><\/span><\/span> qui nous entourent. Ces individus se d\u00e9finissent par leur capacit\u00e9 \u00e0 transmettre des informations adaptatives \u00e0 travers le temps. Nous les appelons \u00ab\u00a0particules de Maupertuis\u00a0\u00bb, car elles jouent un r\u00f4le comparable \u00e0 celui des particules qui se d\u00e9placent dans <\/span><\/span><\/span>d<\/span><\/span><\/span>es champs <\/span><\/span><\/span>en<\/span><\/span><\/span> physique, comme une masse qui se d\u00e9place dans un champ gravitationnel. Ces individus n\u2019ont pas besoin d\u2019\u00eatre biologiques. Il leur suffit de transmettre des solutions adaptatives aux g\u00e9n\u00e9rations successives.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Les individus sont des processus dynamiques qui encodent des informations adaptatives.<\/span><\/b><\/i><\/span><\/span><\/p>\n

La vie repose sur la <\/span><\/span><\/span>cr\u00e9a<\/span><\/span><\/span>tion de copies, qui s\u2019adaptent progressivement \u00e0 leur environnement \u00e0 chaque nouvelle g\u00e9n\u00e9ration. Dans les approches traditionnelles de l\u2019origine de la vie, les m\u00e9canismes de r\u00e9plication sont particuli\u00e8rement importants, comme la copie d\u2019un g\u00e8ne dans une cellule. Cependant, la r\u00e9plication peut prendre de nombreuses autres formes. La copie d\u2019un g\u00e8ne au sein d\u2019une cellule n\u2019est qu\u2019une approximation chimique <\/span><\/span><\/span>de<\/span><\/span><\/span> la fonction informationnelle plus large des particules de Maupertuis. M\u00eame en biologie, il existe de nombreux types d\u2019individus\u00a0: les virus qui externalisent la majeure partie de leurs m\u00e9canismes de r\u00e9plication dans les g\u00e9nomes de leurs h\u00f4tes, les tapis microbiens dans lesquels le transfert horizontal de g\u00e8nes \u00e9rode la fronti\u00e8re informationnelle de la cellule, et les insectes eusociaux o\u00f9 les <\/span><\/span><\/span>ouvrier<\/span><\/span><\/span>s st\u00e9riles soutiennent une reine fertile qui produit les futurs descendants. Selon la th\u00e9orie de l\u2019information de l\u2019individualit\u00e9, les individus peuvent \u00eatre construits \u00e0 partir de bases chimiques diff\u00e9rentes. Ce qui importe, c\u2019est que la vie soit d\u00e9finie par une information adaptative. L\u2019hypoth\u00e8se de Maupertuis offre de nouvelles possibilit\u00e9s pour ce qui constitue un \u00eatre vivant\u00a0: de nouvelles formes et de nouveaux degr\u00e9s d\u2019individualit\u00e9.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Comment trouver ces individus\u00a0? Selon la th\u00e9orie de l\u2019information de l\u2019individualit\u00e9, les individus sont des processus dynamiques qui encodent des informations adaptatives. Pour comprendre comment ils pourraient \u00eatre d\u00e9couverts, il suffit de consid\u00e9rer la fa\u00e7on dont diff\u00e9rents objets de notre univers sont d\u00e9tect\u00e9s \u00e0 diff\u00e9rentes longueurs d\u2019onde de lumi\u00e8re. De nombreuses caract\u00e9ristiques de la vie, telles que les signatures thermiques de l\u2019activit\u00e9 m\u00e9tabolique, ne sont visibles qu\u2019\u00e0 des longueurs d\u2019onde plus \u00e9lev\u00e9es. D\u2019autres, comme le flux de carbone, sont visibles \u00e0 des longueurs d\u2019onde plus faibles. De la m\u00eame mani\u00e8re, les individus sont d\u00e9tect\u00e9s par diff\u00e9rentes \u00ab\u00a0fr\u00e9quences informationnelles\u00a0\u00bb. Chaque forme de vie poss\u00e8de un spectre de fr\u00e9quences diff\u00e9rent, chaque type formant des corr\u00e9lations de plus en plus fortes dans l\u2019espace (adaptations de plus en plus grandes) et dans le temps (h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 de plus en plus longue). M\u00eame au sein d\u2019un m\u00eame processus chimique, on peut trouver de multiples individus diff\u00e9rents en fonction du choix du filtre informationnel utilis\u00e9. Prenons l\u2019exemple d\u2019un organisme multicellulaire \u2014 un \u00eatre humain. Vu de loin (en utilisant une sorte de filtre \u00e0 grains <\/span><\/span><\/span>grossier<\/span><\/span><\/span>), il s\u2019agit d\u2019une seule entit\u00e9 coordonn\u00e9e. Cependant, vue de pr\u00e8s (<\/span><\/span><\/span>avec <\/span><\/span><\/span>un filtre \u00e0 grain fin), cette entit\u00e9 unique regorge de tissus, de cellules et de prot\u00e9ines quelque peu ind\u00e9pendants. Il existe <\/span><\/span><\/span>donc <\/span><\/span><\/span>plusieurs \u00e9chelles d\u2019individualit\u00e9.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Quel est donc l\u2019objectif commun de ces individus prolif\u00e9rants\u00a0? En d\u00e9pensant chacun de l\u2019\u00e9nergie m\u00e9tabolique pour assurer une propagation fiable de l\u2019information, ils acc\u00e9l\u00e8rent la production d\u2019entropie environnementale. Ainsi, en partageant des informations adaptatives, chaque individu acc\u00e9l\u00e8re indirectement la mort thermique de l\u2019univers. En r\u00e9solvant de petits probl\u00e8mes au niveau local, la vie cr\u00e9e de grands probl\u00e8mes au niveau mondial.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

La vie r\u00e9sout-elle des probl\u00e8mes de mati\u00e8re\u00a0? Lorsque l\u2019on r\u00e9fl\u00e9chit \u00e0 nos origines biotiques, il est important de se rappeler que la plupart des r\u00e9actions chimiques ne sont pas li\u00e9es \u00e0 la vie, qu\u2019elles aient lieu ici ou ailleurs dans l\u2019Univers. La chimie seule ne suffit pas \u00e0 identifier la vie. Les chercheurs utilisent plut\u00f4t la fonction adaptative \u2014 une capacit\u00e9 \u00e0 r\u00e9soudre des probl\u00e8mes \u2014 comme preuve principale et comme filtre pour identifier les bons types de chimie biotique. Si la vie est une mati\u00e8re qui r\u00e9sout des probl\u00e8mes, nos origines ne sont pas un \u00e9v\u00e9nement miraculeux ou rare r\u00e9gi par des contraintes chimiques, mais plut\u00f4t le r\u00e9sultat de principes d\u2019information et de computation beaucoup plus universels. Et si la vie est comprise \u00e0 travers ces principes, alors elle est peut-\u00eatre apparue plus souvent que nous ne le pensions auparavant, pouss\u00e9e par des probl\u00e8mes aussi importants que le <\/span><\/span><\/span>Big <\/span><\/span><\/span>Bang qui a d\u00e9clench\u00e9 notre univers abiotique il y a 13,8\u00a0milliards d\u2019ann\u00e9es.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Le r\u00e9cit physique de l\u2019origine et de l\u2019\u00e9volution de l\u2019Univers est une affaire purement m\u00e9canique, expliqu\u00e9e par des \u00e9v\u00e9nements tels que le Big Bang, la formation d\u2019\u00e9l\u00e9ments l\u00e9gers, la condensation d\u2019\u00e9toiles et de galaxies, et la formation d\u2019\u00e9l\u00e9ments lourds. Ce r\u00e9cit n\u2019implique pas d\u2019objectifs, de buts ou de probl\u00e8mes. Mais la physique et la chimie qui ont donn\u00e9 naissance \u00e0 la vie semblent avoir fait plus que simplement ob\u00e9ir aux lois fondamentales. \u00c0 un moment donn\u00e9 de l\u2019histoire de l\u2019Univers, la mati\u00e8re est devenue intentionnelle. Elle s\u2019est organis\u00e9e<\/a> de mani\u00e8re \u00e0 s\u2019adapter \u00e0 son environnement imm\u00e9diat. Elle est pass\u00e9e d\u2019une <\/span><\/span><\/span>sorte de <\/span><\/span><\/span>m<\/span><\/span><\/span>achine<\/span><\/span><\/span> \u00e0 diff\u00e9rences de type Babbage \u00e0 un<\/span><\/span><\/span>e<\/span><\/span><\/span> m<\/span><\/span><\/span>achine <\/span><\/span><\/span>analytique de type Turing. C\u2019est le seuil de l\u2019origine de la vie.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Dans l\u2019univers abiotique, les lois physiques, telles que la loi de la gravitation, sont comme des \u00ab\u00a0computations\u00a0\u00bb qui peuvent \u00eatre effectu\u00e9es partout dans l\u2019espace et le temps gr\u00e2ce aux m\u00eames op\u00e9rations de base d\u2019entr\u00e9e-sortie. Pour les organismes vivants, cependant, les r\u00e8gles de <\/span><\/span><\/span>la <\/span><\/span><\/span>vie peuvent \u00eatre modifi\u00e9es ou \u00ab\u00a0programm\u00e9es\u00a0\u00bb pour r\u00e9soudre des probl\u00e8mes biologiques uniques \u2014 ces organismes peuvent s\u2019adapter et adapter leur environnement. C\u2019est pourquoi, si l\u2019univers abiotique est un moteur diff\u00e9rentiel, la vie est un moteur analytique. Ce passage de l\u2019un \u00e0 l\u2019autre marque le moment o\u00f9 la mati\u00e8re s\u2019est d\u00e9finie par la computation et la r\u00e9solution de probl\u00e8mes. Certes, une chimie sp\u00e9cialis\u00e9e a \u00e9t\u00e9 n\u00e9cessaire \u00e0 cette transition, mais la r\u00e9volution fondamentale n\u2019a pas eu lieu dans la mati\u00e8re, mais dans la logique.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

\u00c0 ce moment-l\u00e0, pour la premi\u00e8re fois dans l\u2019histoire de l\u2019univers, est apparu un probl\u00e8me de taille capable de rivaliser avec le Big Bang. Pour r\u00e9soudre ce grand probl\u00e8me \u2014 comprendre comment la mati\u00e8re a pu s\u2019adapter \u00e0 une gamme apparemment infinie d\u2019environnements \u2014, de nombreuses th\u00e9ories et abstractions nouvelles pour mesurer, d\u00e9couvrir, d\u00e9finir et synth\u00e9tiser la vie ont vu le jour au cours du si\u00e8cle dernier. Certains chercheurs ont synth\u00e9tis\u00e9 la vie in silico. D\u2019autres ont exp\u00e9riment\u00e9 de nouvelles formes de mati\u00e8re. D\u2019autres encore ont d\u00e9couvert de nouvelles lois qui pourraient rendre la vie aussi incontournable que la physique.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Reste \u00e0 savoir laquelle nous permettra de transcender l\u2019histoire de notre plan\u00e8te.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Pour plus d\u2019informations sur les id\u00e9es contenues dans cet essai, voir le document de recherche de Chris Kempes et David Krakauer intitul\u00e9 \u00ab\u00a0<\/span><\/span><\/span>The Multiple Paths to Multiple Life<\/i><\/span><\/span><\/span><\/a>\u00a0\u00bb (2021), et le livre de Sara Imari Walker intitul\u00e9 <\/span><\/span><\/span>Life as No One Knows It\u00a0: The Physics of Life\u2019s Emergence<\/i><\/span><\/span><\/span><\/a> (2024).<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

David C. Krakauer<\/b><\/span><\/span><\/span> est pr\u00e9sident et titulaire de la chaire William H. Miller en syst\u00e8mes complexes \u00e0 l\u2019Institut de Santa Fe, au Nouveau-Mexique. Il travaille sur l\u2019\u00e9volution de l\u2019intelligence et de la stupidit\u00e9 sur Terre. Alors que la premi\u00e8re est admir\u00e9e, mais rare, la seconde est redout\u00e9e, mais commune. Il est le fondateur du projet InterPlanetary au SFI (Institut de Santa Fe) et l\u2019\u00e9diteur\/r\u00e9dacteur en chef de la SFI Press.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

\"\"<\/a><\/b><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Chris Kempesis<\/b><\/span><\/span><\/span> est professeur \u00e0 l\u2019Institut de Santa Fe et travaille \u00e0 l\u2019intersection de la physique, de la biologie et des sciences de la terre.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

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