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Colloque Origines de la vie : auto-organisation et/ou évolution biologique ?

Organisé par : Maryvonne Gerin (ENS Paris) et Anne-Marie Lagrange (Grenoble I) et Marie-Christine Maurel (Paris VI) et François Raulin (Paris XII)

L’étude des origines de la vie est l’un des défis scientifiques majeurs qui mobilise plusieurs champs conceptuels et de nombreuses connaissances disciplinaires. Le CNRS a décidé de poursuivre et de renforcer sa politique de prospective et de programmation sur ce thème dans l’interdisciplinarité. Le colloque Origines de la vie : Auto-organisation et/ou Évolution biologique ? est organisé à l’École normale supérieure dans le cadre du programme Origines des planètes et de la vie.
Lors de ce colloque interviendront des spécialistes en biologie, en physique, en chimie, en mathématiques, en astrophysique, en sciences humaines qui aborderont, chacun dans son champ respectif, des concepts liés à l’auto-organisation et à l’évolution. La confrontation des différentes approches disciplinaires doit permettre de délimiter la pertinence de ces concepts.

Ressources en ligne

  • Accueil et présentation du colloque Origines de la vie (le 3 octobre 2008) — Marie-Christine Maurel
    Introduction et présentation du programme interdisciplinaire Origine des planètes et de la vie (OPV) du CNRS par Marie-Christine Maurel (Institut Jacques-Monod, université Pierre-et-Marie-Curie).
    Accueil et présentation du colloque Origines de la vie : Auto-organisation et/ou Évolution biologique ?.
  • Les premiers âges de la Terre et l’environnement de l’origine de la vie (le 3 octobre 2008) — Francis Albarède
    L’enfer sous les pieds, l’enfer sur la tête. La formation de notre planète et l’origine de la vie n’ont certainement pas bénéficié de conditions clémentes : le manteau terrestre transformé en une masse de magma sur une profondeur de plusieurs centaines de kilomètres, la fournaise de l’atmosphère trouée d’impacts incessants de météorites dont certaines faisaient des dizaines de kilomètres, rien ne laissait présager que notre planète serait le seul berceau que la vie trouverait dans le Système Solaire. La raison en est probablement que l’eau ne lui fut délivrée que tardivement, grâce à l’influence des planètes géantes sur les débris glacés qui peuplaient les orbites lointaines de notre nébuleuse. Jupiter, en jetant de l’eau sur le feu intérieur de la Terre, a permis la stabilisation d’une croûte légère flottant sur l’océan de magma et des dégagements massifs d’hydrogène, de méthane et d’ammoniaque, les composants de la soupe primordiale de Miller et de Urey. L’avenir de ces composants prébiotiques aurait probablement été aussi sombre que sur les planètes voisines, Vénus et Jupiter, si l’arrivée de ces masses d’eau n’avait également permis l’installation d’un régime géodynamique unique à l’intérieur de la Terre, la tectonique des plaques, et son corollaire, la formation des continents qui aujourd’hui s’avèrent essentiels au renouvellement des substances nutritives de l’océan et donc à la stabilité de la production biologique primaire.
  • Complexity, self-organization, and the origin of live: The happy liaison? (le 3 octobre 2008) — Antonio Lazcano
    The origin of life was marked by the transition from purely chemical reactions to autonomous, self-replicating molecular entities capable of evolving by natural selection. This requires some form of inheritance, and our understanding of biological systems strongly suggests that the most likely candidates are genetic polymers. Some attempts to explain the basic nature of life and its emergence have been developed that are based on ideas of self-organization and complex systems. These proposals are, in fact, part of the deeply rooted tradition in physical sciences that searches for all-encompassing views, including catastrophe theory, chaos, fractals, and now complexity theory. While it is evident that self-organization of prebiotic components must have played an important role in setting the stage for the emergence of life, as of today these principles have remained undiscovered. To understand the nature and origins of life, we must recognize both the limits imposed by the laws of physics and chemistry, as well as history’s contingency.
  • From chemical simplicity to biological complexity: A subjective reading framework and research program (le 3 octobre 2008) — Ludovic Jullien
    Chemists already analyzed the structure and reproduced the function of many biological molecules and supramolecular assemblies. However, they are still unable to establish a link between these structures and metabolism to account for the complex phenomena which are constitutive of living matter. In our view, even simple systems can generate complex phenomena, provided that: (i) their reactivity obeys specific mechanisms with values-of-rate constants located in narrow ranges; (ii) they are submitted to appropriate constraints of out-of-equilibrium. This lecture will attempt to point to difficulties but also opportunities provided to chemists tempted to rationally bridge the gap from the inert to the living word.
  • Auto-organisation de molécules amphiphiles (le 3 octobre 2008) — Dominique Langevin
    De nombreuses molécules s’auto-organisent dans les organismes vivants : actine et tubuline en filaments, lipides et protéines en membranes. Les filaments et les membranes s’organisent en cellules, qui s’organisent elles-mêmes en tissus, puis en organes pour constituer finalement l’organisme entier. Les assemblages moléculaires sont liés par des énergies faibles, comparables à l’énergie thermique, ce qui les rend très sensibles au milieu extérieur et facilement adaptables. Cette auto-organisation n’est pas propre aux systèmes vivants, on la retrouve dans beaucoup de systèmes physico-chimiques constitués par exemple de molécules dites amphiphiles (à la fois hydrophiles et hydrophobes). Nous donnerons quelques exemples de ces systèmes et montrerons comment les rendre "intelligents", voire capable de s’auto-reproduire.
  • Phénomènes d’auto-organisation dans les systèmes chimiques hors d’équilibre (le 3 octobre 2008) — Jacques Boissonade
    En raison du caractère non linéaire de la cinétique chimique, lorsqu’un système réactionnel est maintenu loin de l’équilibre par un apport permanent de réactifs, les états qui épousent la symétrie du système ne sont pas nécessairement stables. L’évolution peut alors conduire à des structures dissipatives temporelles ou spatiales. La présence d’étapes auto-catalytiques (rétroaction positive) peut conduire à une telle déstabilisation. On donnera quelques exemples fondamentaux qui ont fait l’objet à la fois d’études théoriques approfondies et de réalisations expérimentales : les réactions oscillantes en milieu homogène, les ondes d’excitation et les structures stationnaires de Turing dans les systèmes de réaction-diffusion. On soulignera le rôle des non-linéarités et du transport dans l’auto-organisation de systèmes chimiques élémentaires et la généralisation des concepts à des phénomènes autres que la diffusion.
  • Morphogenèse : de l’inerte au vivant (le 3 octobre 2008) — Martine Ben Amar
    La morphogenèse tente d’expliquer les formes et la dynamique de croissance d’objets macroscopiques à partir de lois physiques relativement simples. Ces lois, supposées bien comprises à l’échelle microscopique, sont très symétriques et, agissant dans un espace homogène, ne permettent pas de comprendre aisément les formes obtenues aux grandes échelles, qui sont souvent complexes et très ramifiées. Une autre caractéristique de ces formes est qu’elles diffèrent étonnamment des formes d’équilibre, même à des vitesses très faibles.
    La croissance des tissus vivants se différencie de la croissance des objets inertes car elle met en jeu à la fois l’élasticité particulière de ces tissus et un apport de masse. Comme ce sont des milieux très déformables, les formes résultent d’une optimisation des contraintes élastiques engendrées par la croissance elle-même.
  • Existe-t-il un intérêt "évolutif" à l’auto-organisation ? (Comprendre le déploiement de la vie) (le 3 octobre 2008) — Stéphane Douady
    Définir le vivant est difficile : chaque définition "objective" amène à des exemples purement chimiques, comme les réactions de Turing, ou physiques, comme les dunes, que personne n’oserait pourtant dire "vivantes". Quelle est la différence ? On peut s’intéresser à l’apparition de formes dans les systèmes physiques, ou vivant (en s’appliquant à l’observer de manière physique). On constate alors toute une logique de maintien spontané de formes complexes. En biologie, on expliquera l’observation de ces formes par un "intérêt évolutif". Mais l’auto-organisation des systèmes physico-chimiques n’est-elle pas aussi le signe d’un "intérêt" de ces structures ? Comment pourrait-on le définir, et quel peut être le lien avec "l’évolution" ?
  • Evolution and self-organization in mathematical models (le 3 octobre 2008) — Michèle Thieullen
    Through some classical examples we shall wonder what the mathematical counterpart of biological questions such as self-organization and evolution may be. Mathematics tends to establish broad classes of problems bearing the same properties. Thus, mathematically speaking, the study of a model for morphogenesis may have analogies with one of neuronal activity. We shall stress a important common feature of the models considered: first the identification of relevant parameters, and then the existence of values of these parameters for which particular situations (pattern or oscillation for instance) can take place. We shall also discuss the use of stochastic rather than deterministic models.
  • The origin of order in systems of cellular fibers (le 3 octobre 2008) — François Nedelec
    Living cells have a system of fibers and associated proteins, called the cytoskeleton, which provides the mechanical support necessary for migration, polarization, division, etc. The fibers of the cytoskeleton can form spontaneously by self-assembly of the monomers. Moreover, multiple fibers can self-organize into higher-order structures such as the mitotic spindle. The cytoskeleton thus illustrates the way an initially uniform set of proteins can collectively generate order. We were able to reproduce some of these properties in vitro, using a limited set of components compared to the living cell. We have also developed a numerical code in which the self-organization of fibers can be recapitulated. In the presentation, we shall discuss some examples of self-organization with microtubules. We shall use simulations to see whether the combinations of properties capable of producing order could have been found by chance during evolution.
  • L’information et la vie (le 3 octobre 2008) — Pierre-Henri Gouyon
    L’apparition de la vie sur la Terre a sans doute été le fait d’un bricolage très complexe. il semble improbable que les premières formes "vivantes" aient été directement simples et optimales. Une deuxième phase a sans doute consisté à simplifier l’édifice en gagnant de l’efficacité, ce qui a conduit au fameux LUCA (Last Universal Common Ancester). La diversification et la complexification suivantes ne peuvent se comprendre sans un système de codage de l’information permettant de spécifier un nombre quasiment illimité de formes. Ce codage, réalisé sur les acides nucléiques, a donné naissance au premier langage terrestre : celui de l’ADN. Une fois l’information codée, dégagée de beaucoup de contraintes grâce à une séparation des fonctions de stockage, de réplication et de lecture, l’évolution a pu commencer. Comment cette information a-t-elle engendré les êtres actuels ?
  • L’auto-organisation chez les insectes sociaux (le 3 octobre 2008) — Guy Theraulaz
    L’auto-organisation constitue un concept clé pour comprendre les phénomènes collectifs observés chez les insectes sociaux. Elle caractérise des processus au cours desquels des structures spatiales, comme les nids et les réseaux de pistes, ou des décisions collectives, comme le choix d’une source de nourriture ou le choix d’un chemin pour accéder à cette source, émergent au niveau collectif à partir de la multitude d’interactions entre individus. Aucune règle de comportement ne dépend d’une information globale. Les règles qui spécifient les interactions entre individus sont exécutées sur la base d’une information purement locale. Grâce aux processus d’auto-organisation, les insectes sociaux ont développé au cours de l’évolution une forme d’intelligence collective construite à partir de comportements individuels très simples déjà présents pour certains chez des espèces d’insectes solitaires. La complexité des structures et des comportements collectifs réalisés par une société d’insectes n’implique donc pas nécessairement l’existence de procédures comportementales et cognitives complexes au niveau individuel. Nous examinerons les principales propriétés de ces processus d’auto-organisation et les conditions sous lesquelles ces processus ont pu se mettre en place au cours de l’évolution.
  • Élaboration du documentaire O comme Origines… de C. Sardet, G. Macagno et Y. Mahé (le 3 octobre 2008) — Christian Sardet
    Présentation de l’élaboration du documentaire animé O comme Origines... réalisé avec le soutien du programme interdisciplinaire Origines des planètes et de la vie.
  • Discussion et synthèse du colloque Origines de la vie (le 3 octobre 2008) — Bernard Walliser
    Discussion, synthèse et conclusions du colloque Origines de la vie : auto-organisation et/ou évolution biologique : les phénomènes émergents.

Organisateurs

Photo non disponible

Maryvonne Gerin (ENS Paris)

Maryvonne Gerin appartient au Laboratoire de radioastronomie de l’École normale supérieure.

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Anne-Marie Lagrange (Grenoble I)

Anne-Marie Lagrange appartient au Laboratoire d’astrophysique de l’observatoire de Grenoble, associé à l’université Grenoble I-Joseph Fourier.

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Marie-Christine Maurel (Paris VI)

Marie-Christine Maurel appartient à l’Institut Jacques-Monod de l’université Pierre-et-Marie-Curie (Paris VI).

Photo non disponible

François Raulin (Paris XII)

François Raulin appartient au Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques, associé à l’université Paris XII-Val de Marne.

En savoir plus sur le cycle...


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Bergson et Jaurès : Métaphysique, politique et histoire

Bergson professeur

Catastrophe et Récit

CAVOUR L’EUROPEEN et la "révolution diplomatique"

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Colloque Évaluer, dévaluer, réévaluer l’évaluation

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Colloque "Vous avez dit Hopper ?"

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