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Vie artificielle, est-ce possible ?

par Bernard Miltenberger

 

La vie ne serait-elle qu’un phénomène physico-chimique banal, gérée par les lois physiques connues à ce jour, et donc modifiable par quelques boutons de réglage pertinents, voire même « fabricable » en laboratoire comme n’importe quelle matière plastique ou plus noblement n’importe quelle molécule pharmaceutique ?

De tout temps, l’origine de la vie a suscité des interrogations, restées sans réponse. Différentes théories visant à comprendre l’apparition de la vie se sont succédées depuis l’Antiquité jusqu’à nos jours.

Il faudra attendre le milieu des années 1950 pour que ces théories conduisent à des expérimentations visant à apporter des réponses « définitives ». Ainsi, au milieu du siècle dernier, un jeune doctorant, Stanley Miller, qui effectuait ses recherches à l’Université de Chicago dans le laboratoire de Harold Urey, Prix Nobel de Chimie en 1934, se lance dans une aventure des plus périlleuses, à savoir, tenter de reconstituer en laboratoire les conditions supposées pour la synthèse des premières molécules de la vie .

Il conçoit un montage où le réacteur est un système fermé, parfaitement stérile, dans lequel on peut faire le vide. Dans un ballon rempli d’eau, il introduit les gaz, méthane, ammoniac et vie image1hydrogène réputés représenter l’atmosphère terrestre initiale. Sous l’effet de la chaleur d’une flamme, l’eau se vaporise. Il apparaît donc un mélange gazeux constitué de vapeur d’eau, de méthane, d’ammoniaque et d’hydrogène : c’est une simulation de l’atmosphère primitive. Plus loin dans le réacteur, des étincelles sont produites entre deux électrodes pour simuler les éclairs, c’est la source d’énergie. Selon la théorie, c’est à cet endroit que devraient se former des molécules organiques. Un réfrigérant provoque ensuite la condensation de la vapeur d’eau, qui entraîne avec elle les molécules nouvellement formées, c’est la pluie. Le tout s’accumule à la base du montage, ce sont les océans primitifs.

Après plusieurs jours, Miller constate qu’un matériau sombre et peu engageant s’est déposé à la base de son montage. L’analyse du dépôt montre que celui-ci contient de nombreux composés organiques, en particulier du formaldéhyde et de l’acide cyanhydrique, deux molécules qui jouent des rôles-clés dans la synthèse de molécules organiques plus complexes, ainsi qu’une petite quantité d’acides aminés, essentiellement de la glycine, le plus simple des acides aminés.

vie image2Les bases d’une discipline scientifique nouvelle viennent d’être jetées : la chimie prébiotique, c’est-à-dire la chimie des molécules qui précède l’apparition de la vie. Rien de vivant toutefois dans cette soupe, et à ce jour aucune des nombreuses tentatives similaires n’a su créer un complexe chimique capable de se répliquer.

Penseurs, philosophes, prophètes et religieux ont apporté leurs visions, et la science actuelle continue à vouloir dépasser son humanité en cherchant à élucider les mécanismes de la création de la vie et même le moyen de parvenir à créer de la vie, de façon artificielle.

Plusieurs laboratoires de notre CNRS sont dédiés à cette recherche et la tenue du Colloque « Environnements Planétaires et Origines de la Vie » (EPOV, 29/30 novembre 2012 à Paris) démontre la vivacité de ces travaux.

Aujourd'hui nous arrivons à une étape clef de cette recherche. Nos moyens techniques, informatiques, ainsi que nos connaissances sur la biologie, nous permettent d'envisager avec beaucoup plus de réalisme l'apparition d’une vie artificielle créée par l'homme, ou au moins l’élaboration en laboratoire des pièces nécessaires à sa mécanique, le « hardware » en quelque sorte.

Ainsi on a considéré comme historique ce jour de mai 2010 où le biologiste américain John Craig Venter, entouré de son équipe de 24 chercheurs (dont une jeune doctorante bordelaise) est venu annoncer la création de la première cellule vivante « dotée d’un génome synthétique ». Ce génome a été créé en écrivant un code génétique sur un ordinateur, puis en combinant un assemblage d’éléments chimiques, afin de fabriquer un chromosome totalement artificiel.

Ce génome « fabriqué » par le biologiste américain était la copie d’un génome existant, celui de la bactérie mycoplasme mycoïde, mais avec des séquences d’ADN supplémentaires pour l’en distinguer. Les chercheurs ont transplanté ce génome synthétique dans une autre bactérie, la microplasme capricolum, réussissant à activer ses cellules, qui se sont dupliquées et reproduites avec ce nouveau code.

C’était la naissance d’une nouvelle espèce vivante synthétique ! « Il s’agit de la création de la première cellule vivante synthétique au sens où celle-ci est entièrement dérivée d’un chromosome synthétique », explique Venter. « Ce chromosome a été produit à partir de quatre flacons de substances chimiques et d’un synthétiseur, le tout ayant commencé avec des informations dans un ordinateur. »

S’il est vrai qu’il est étonnant, voire extraordinaire, d’imaginer que la chimie soit capable de réaliser l’assemblage moléculaire d’un génome en laboratoire, et qu’un tel produit artificiel «vie image3Michel-Ange – La Création d’Adam fonctionne » une fois introduit dans une cellule vivante, nous n’assistons toutefois pas ici à la « création de la vie ». Il a fallu « le souffle du vivant » pour faire « démarrer » le produit artificiel. Les docteurs Frankenstein modernes ont encore du chemin à faire…

À côté de ces « expérimentateurs », les mathématiciens, modélisateurs et autres informaticiens n’ont pas attendu, eux non plus, pour se mêler du sujet et apporter leurs contributions au débat, comme dans toute bonne approche scientifique.

Les premiers travaux cherchant à étudier le vivant à travers des modèles informatiques sont ceux de Jon Von Neumann (1903-1957). Celui-ci travaillait dans les laboratoires de Los Alamos à de nombreux projets, parmi lesquels la bombe atomique. Déjà pris par le démon de la « simulation » il entreprit de créer des êtres informatiques reproduisant des « comportements vivants » à partir de règles algorithmiques simples.

vie image4En 1970, John Horton Conway imagina le Jeu de la vie, qui fit fureur aux États-Unis au point qu'on l'interdit dans certaines universités sous prétexte que les chercheurs passaient trop de temps à l'observer. Il s'agissait d'une grille dans laquelle évoluent des cellules dotées de deux états possibles seulement : noire = vivante ou blanche = morte, et soumises à quelques règles simples :

    - à chaque étape, l’évolution d’une cellule est entièrement déterminée par l’état de ses huit voisines de la façon suivante

    - une cellule morte possédant exactement trois voisines vivantes devient vivante (elle naît)

    - une cellule vivante possédant deux ou trois voisines vivantes le reste, sinon elle meurt.vie image5Vie végétale : résultat d’un algorithme cellulaire

Au bout de quelques itérations les simulations donnent des résultats surprenants, des groupes de cellules en "symbiose" se créent, se déplacent, se dispersent,..., alors que rien au départ ne prévoit dans les règles qu'il puisse se former de tels groupes. Au bout de quelques heures les situations créées sont surprenantes et l’histoire des sociétés cellulaires ainsi codifiée devient passionnante, comme une vraie vie.

Ces travaux ont apporté un éclairage enrichissant sur les questions posées sur la capacité pour des systèmes simples à évoluer vers des entités complexes et capables de comportements communautaires et interactifs.

Une véritable science théorique voit le jour actuellement, baptisée depuis « vie artificielle ». Ainsi, à côté des briques du hardware mises au point par les chimistes, se développent les programmes permettant le fonctionnement des briques, le « software » en quelque sorte.

Saviez-vous que l’Université Bordeaux Segalen en collaboration avec Bordeaux 1 dispose ainsi d’un Laboratoire de Bio-Informatique ?

Toutefois ces avancées théoriques ne permettent toujours pas au physicien ni au chimiste de franchir le pas. Tout au plus indiquent-elles que notre chimie ou notre physique doivent être ici complétées par d’autres « règles du jeu » pour pouvoir passer de l’inerte au vivant. Ces règles ne sont pas les lois classiques de notre physique ou de notre chimie, sauf à y intégrer ce qu’il manque pour introduire le software dans le hardware, c'est-à-dire une action extérieure, un plan préconçu…

Arrivés à ce stade, nous quittons la science, il est temps de s’arrêter …