Les sciences de la complexité et le vivant

Angelier Eugène

Description

Un certain nombre de lois régissent les systèmes complexes. Ces lois ne déterminent pas un programme défini et n'ont pas de but prévu à l'avance. Elles apportent à la compréhension du vivant, une logique, en fixant les possibilités et les contraintes des systèmes. Ces lois confortées par les travaux récents des mathématiciens et des physiciens, sont hors du domaine de la biologie moléculaire et de la génétique. Elles marquent la fin du tout-génétique dans la compréhension du vivant et suscitent un intérêt croissant de la part communauté scientifique. Relevant de l'approche systémique, et basées sur des concepts tels que l'émergence, l'auto-organisation, la complexité, la dynamique, la coopération ces nouvelles théories dépassent les modèles darwiniens et expliquent l'auto-organisation et l'adaptabilité du système. L'être vivant se situe alors dans un état d'équilibre entre stabilité et dynamique, entre l'homéostasie et la variabilité, entre l'ordre et chaos. Dans cet ouvrage, Eugène Angelier propose aux biologistes une autre vision de leur discipline que celle du réductionnisme et de la conception causale et mécaniste des processus du vivant. Son mérite est d'avoir su rassembler et synthétiser des différentes facettes de cette nouvelle approche du vivant dispersées dans de nombreuses publications, souvent très spécialisées, tout évitant un langage mathématique trop complexe. Les sciences de la complexité et le vivant bénéficie d'une approche pédagogique qui résulte d'une grande expérience de l'enseignement universitaire. Les biologistes, agronomes, médecins et les étudiants y puiseront des données inédites sur une nouvelle approche de la biologie qui complète et enrichit la compréhension des mécanismes du vivant.
Avant-propos. L'émergence de la complexité : du big-bang aux molécules organiques. Première partie - Les propriétés du vivant. La thermodynamique du vivant. La photosynthèse et le métabolisme. La mémoire et sa réplication. La reproduction, l'adaptation et l'évolution biologique. Deuxième partie - Les systèmes complexes et l'autorégulation. La théorie générale des systèmes et les systèmes complexes. Les systèmes à but et l'autorégulation. La fiabilité de l'information. Organisation hiérarchique et stabilité des systèmes complexes. Troisième partie - L'auto-organisation et la dynamique des systèmes complexes. De l'émergence de l'ordre à l'intelligence collective : l'auto-organisation. Les systèmes dynamiques et l'évolution du vivant. Les changements d'état. La théorie des jeux. Des phénomènes critiques auto-organisés aux paysages adaptatifs. Les fractales. Le chaos déterministe. Le jeu de la vie. Conclusions. Bibliographie. Index.

Sujets

• Emiratos Árabes Unidos
• EAU

Informations

• Publié par: Tec & Doc - Editions Lavoisier
• Date de parution: 25 avril 2008
• Nombre de lectures: 40
• EAN13: 9782743018757
• Licence : Tous droits réservés
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

Les sciences de la complexité et le vivant

Eugène Angelier professeur émérite à l’Université Paul Sabatier, Toulouse

11, rue Lavoisier F-75008 Paris

Chez le même éditeur Les biomarqueurs dans l’évaluation de l’état écologique des milieux aquatiques J.-C. Amiard, Cl. Amiard-Triquet, coord., 2008 Introduction au droit de l’environnement e P. Malingrey, 3 édition, 2007 Introduction à l’écotoxicologie – Fondements et applications F. Ramade, 2007 Gestion des habitats naturels et biodiversité J.-B. Bouzillé, 2007 Biologie cellulaire – Biologie du développement Collection « Rapports sur la science et la technologie », n° 19 Académie des sciences, 2005 Communications et signalisations cellulaires – Hormones, neuromédiateurs, cytokines, facteurs de croissance e Y. Combarnous, 3 édition, 2004 Introduction à l’écologie – Des écosystèmes naturels à l’écosystème humain E. Angelier, 2002 Écologie — Approche scientifique et pratique e C. Faurie, C. Ferra, P. Médori, J. Dévaux, J.-L. Hemptinne, 5 édition, 2002 Écologie des eaux courantes E. Angelier, 2000

DAN GER LE PHOTOCOPILLAGE

TUE LE LIVRE

© LAVOISIER, 2008 ISBN : 978-2-7430-1065-2

Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit, des pages publiées dans le présent ouvrage, faite sans l’autorisation de l'éditeur ou du Centre français d’exploitation du droit de copie (20, rue des-Grands-Augustins - 75006 Paris), est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d’une part, les reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, et, d’autre part, les analyses et courtes citations justifiées par le caractère scientifique ou d’information de l’œuvre er dans laquelle elles sont incorporées (Loi du 1 -juillet 1992 - art. L 122-4 et L 122-5 et Code pénal art. 425).

Bien souvent, dans l’ histoire des sciences, des progrès importants sont dus à des généralisations nouvelles qui permettent d’unifier ce qui, jusque-là, paraissait former des domaines séparés. François Jacob

e La science du x x a progressé siècle en combinant l’un à l’autre le détermi- nisme et l’indétermination, le hasard et la nécessité, l’algorithmique et la stochastique, la théorie des machines et la théorie des jeux. Edgar Morin

Avant-propos

L’origine de cet ouvrage est un cours dispensé par l’auteur à l’Université Paul Sabatier, à Toulouse, au cours des années 1980. Son but était de familiariser les étudiants en écologie avec une autre conception de leur discipline. La percée spectaculaire de la biologie moléculaire avait en effet contribué à promouvoir une vision analytique, réductionniste, du vivant. Cette hégémonie de la méthode analytique a été ébranlée par les travaux de mathématiciens et physiciens modernes. Ils ont montré l’existence de lois universelles régissant le comportement des systèmes complexes, et auxquelles sont assujettis les orga- nismes vivants. Dans un ensemble de lois qui sont les lois de la nature, deux sont fondamen- tales. C’est d’abord l’émergence, propriété d’un système considéré globalement, et non réductible aux propriétés de ses constituants pris isolément ou organisés différemment. L’émergence, qui a un pouvoir créateur, marque les limites de l’approche analytique. La science est passée de l’ère du réductionnisme à l’ère de l’émergence lorsque la recherche des causes ultimes a basculé du comportement des éléments à celui du collectif. L’autre loi fondamentale est l’auto-organisation, qui résulte des propriétés constitutives des composants et de leurs interactions. Elle qualifie un système autonome, qui a ses lois propres, comme le vivant. Émergence et auto-organisa- tion mettent l’accent au niveau du collectif, du macroscopique. Ce sont des appro- ches globales, holistiques, du vivant, complémentaires de l’approche réduction- niste telle que R. Descartes l’avait définie dans le « Discours de la méthode ». Les lois universelles des sciences de la complexité ne sont pas causales ; elles ne déterminent pas un programme tel qu’il apparaît, par exemple, dans le programme génétique. Elles n’ont aucun but défini à l’avance ; elles apportent simplement, dans la compréhension du vivant, une logique, en fixant les possi- bilités et les contraintes des systèmes. Ce sont des lois hors du domaine de la biologie moléculaire et de la génétique. Elles sont foncièrement différentes de celles de la science classique et marquent la fin du « tout génétique » dans la © La c vo o isi m er p – r L é a h ph e o n to s c i o o pi n en d on u au v t i or v is a é n e t e . st un délit

VI

Les sciences de la complexité et le vivant

Face à la méthode analytique, les concepts holistiques des sciences de la complexité s’imposèrent difficilement. La perception des systèmes complexes est malaisée, souvent contre-intuitive. Nombre d’auteurs pionniers ont vu leurs premières publications refusées par les revues scientifiques — Belousov, Lorenz, Feigenbaum, Ruelle… Les travaux de R. May sur le chaos déterministe ne s’im- posèrent pas immédiatement aux écologistes ; ils considéraient plutôt que le chaos était dû à des perturbations environnementales et n’était pas inhérent aux systèmes eux-mêmes. Les travaux de mathématiciens et physiciens modernes se sont finalement imposés aux biologistes (ainsi qu’à d’autres disciplines, comme les sciences e humaines, l’économie…) à la fin du x x siècle. L’École d’Ilya Prigogine (prix Nobel de chimie 1977), à Bruxelles, en a été le moteur avec l’étude des struc- tures dissipatives et la publication, en 1979, de la « Nouvelle alliance ». En France, Edgar Morin et Joël de Rosnay ont contribué à diffuser les concepts des sciences de la complexité. Des ouvrages collectifs de biologistes, comme ceux de E. Bonabeau et G. Théraulaz (1994) et G. Théraulaz et F. Spitz (1997) sont fondés sur l’auto-organisation du vivant. Les sciences de la complexité ont maintenant pignon sur rue, au même titre que la biologie moléculaire et la génétique. Avec les « Sciences de la complexité et le vivant », l’auteur n’apporte aucun concept nouveau. Plus modestement, il a tenté de rassembler et de faire la synthèse des différentes facettes de ces nouvelles disciplines, dispersées dans de nombreuses publications, souvent très spécialisées. Élaboré par des mathématiciens et des physiciens, l’arsenal mathématique peut présenter des difficultés pour un biologiste ou un public non averti. Cet arsenal a été réduit au minimum indispensable et l’accent a été mis sur le concret et l’apport à la biologie. De la même façon que dans son enseignement dispensé au cours des années 1980, l’auteur a voulu montrer aux biologistes une autre vision de leur disci- pline que celle du réductionnisme et de la conception causale et mécaniste des processus du vivant. Le but de cet ouvrage sera atteint s’il permet aux étudiants, chercheurs et à toute personne désirant compléter sa culture, de connaître et comprendre une autre conception de la biologie.

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Table des matières

Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .V

Chapitre I L’émergence de la complexité : du big-bang aux molécules organiques . . . . . . . 1 1. Le big-bang et les débuts de l’univers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2. Formation des premiers noyaux atomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3. Premiers atomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4. Formation des étoiles et des galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5. Synthèse des noyaux dans les étoiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6. Capture des électrons par les noyaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7. Formation des molécules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8. Les types de liaisons chimiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 9. La formation des molécules prébiotiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 10. L’évolution vers la complexité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 10.1. La flèche du temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 10.2. L’organisation de la matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 10.3. Les lois de la complexité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Première partie Les propriétés du vivant

Chapitre II La thermodynamique du vivant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1. Les structures dissipatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2. Les structures dissipatives en chimie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1. La réaction de Belousov-Zhabotinsky : les réactions oscillantes . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 © La 3 v . oisi L er e – s L s a t p r h u o c to t c u o r p e ie s n d o i n s a s u i to p ri a s t é i e v e e s s t e u t n l d e élit 18vivant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VIII

Les sciences de la complexité et le vivant

Chapitre III La photosynthèse et le métabolisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1. La photosynthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2. Le métabolisme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.1. Catabolisme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2. Utilisation de l’énergie par les êtres vivants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3. Conclusions : photosynthèse, métabolisme et structures dissipatives. . . . . . . . . . . . . . . 26 4. L’écosystème, utilisation en cascade du flux matière-énergie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Chapitre IV La mémoire et sa réplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1. L’information et sa mémoire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2. Nombre et organisation des gènes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3. La réplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Chapitre V La reproduction, l’adaptation et l’évolution biologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1. Les potentialités du génome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2. Les « à peu près » de la réplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3. Les gènes et l’environnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.1. Mutagenèse accélérée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.2. Température et développement embryonnaire de la drosophile . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.3. Conclusions : la cellule, unité fonctionnelle du vivant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.- La sélection naturelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4. L’évolution biologique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 5.1. Micro- et macro-évolution : les théories de l’évolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 5.2. De l’inerte au vivant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5.3. L’événementiel et le contingent. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5.4. Les catastrophes écologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 5.5. La recolonisation des espaces vides et la sélection naturelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 6. Conclusions : les propriétés fondamentales du vivant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Deuxième partie Les systèmes complexes et l’autorégulation

Chapitre VI La théorie générale des systèmes et les systèmes complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 1. Histoire de la systémique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2 Description d’un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.1. Aspect structurel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.2. Aspect fonctionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3. Systèmes à états . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

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