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De nouvelles méthodes en biologie

par Jean-Paul Baquiast et Christophe Jacquemin
(17/01/05)

Dans notre numéro précédent, nous avions présenté (Un nouveau paradigme en biologie, l'auto-évolution http://www.admiroutes.asso.fr/larevue/2004/60/autoevolution.htm) quelques-unes des hypothèses actuelles visant à relativiser le concept néo-darwinien d'évolution. Celle-ci ne résulterait pas seulement de mutations au hasard se produisant au niveau des portions codantes du génome (les gènes) mais pourrait provenir aussi d'autres facteurs agissant tout au long de la vie des individus, sur l'ensemble de l'ADN et sur divers autres processus de la physiologie cellulaire. On pourrait alors parler d'une auto-évolution, le terme signifiant que les individus peuvent s'adapter en continu aux variations de leur environnement et par conséquent transmettre de différentes façons à leurs descendants ce que l'on désignerait dans le vocabulaire Lamarckien par des caractères acquis. Nous avions conclu cet article en rappelant l'urgente nécessité de proposer, comme le fait le physiologiste et mathématicien Gilbert Chauvet(1) de nouveaux modèles permettant de simuler le fonctionnement du vivant.

Ce besoin est ressenti de toutes parts aujourd'hui, comme le montre un dossier publié dans le même temps par Science et Vie (n° 1047 de décembre 2004, p. 52) sous la direction de Hervé Poirier, et dont nous venons de prendre connaissance. Les rédacteurs rappellent que le modèle simpliste sur le développement, proposé par la biologie moléculaire il y a bientôt 50 ans : un gène > un ARN > une protéine > une fonction n'a plus cours. Certains biologistes et surtout des chercheurs issus d'autres disciplines proposent maintenant de nombreuses hypothèses originales permettant de commencer à éclairer les processus de l'embryogenèse et de la phylogenèse, dont la complexité continue à défier l'analyse.

Le dossier donne quelques exemples de ces nouvelles directions de recherche. Résumons celles-ci rapidement, en fournissant quelques références complémentaires, pour ceux de nos lecteurs qui ne se seraient pas procuré le numéro précité de Science et Vie :

* Construire les réseaux schématisant les relations croisées s'établissant entre les protéines produites par les gènes
On peut représenter par des graphes l'action d'une molécule donnée sur une ou plusieurs cibles. Les réseaux construits en rassemblant de cette façon les données expérimentales déjà disponibles présentent une topologie comparable à celles de nombreux autres réseaux complexes, par exemple Internet ou les réseaux de relations dans les sociétés animales ou humaines. On obtient de « petits mondes » (small worlds) très comparables, avec généralement trois degrés seulement de séparation entre nœuds (deux molécules choisies au hasard dans ce réseau ont de fortes chances d'être reliées par un chemin de moins de trois réactions). Cette ressemblance entre les réseaux non-biologiques et les réseaux d'interactions entre gènes et protéines permet d'appliquer à l'étude de ces derniers les enseignements obtenus par les ingénieurs dans la gestion des réseaux physiques (optimisation des modalités de modularité et de stabilisation structurelle, par exemple)(2).

Sources citées
François Képès, Génopole d'Evry Page personnelle http://stat.genopole.cnrs.fr/~kepes/ François Képès est, avec Frédéric Dardel, l'auteur d'un ouvrage de référence: Bioinformatique, génomique et post génomique, Editions de l'Ecole Polytechnique, 2002.
Albert-Lazlo Barabasi Université Notre Dame dans l'Indiana http://www.nd.edu/. Il est notamment l'auteur de l'ouvrage Linked: How Everything Is Connected to Everything Else and What It Means", Plume; Reissue edition (April 29, 2003) [édition hardcover le sous titre "The New Science of Networks"
Uri Alon, Institut Weismann Israël Home page http://www.weizmann.ac.il/mcb/UriAlon/
Vincent Hakim http://www.lps.ens.fr/~hakim/ et Paul François, Laboratoire de physique statistique de l'ENS.

** Faire appel aux « algèbres de processus »
Il s'agit de langages informatiques permettant à des ordinateurs distribués de coopérer dans la résolution de gros calculs ou de recherche documentaire sur le web. Il s'agirait d'analyser avec de telles algèbres les modèles et hypothèses formulés par des biologistes pour formaliser les interactions entre entités distribuées, agissant sans coordination centrale, telles qu'ils peuvent les identifier dans les réseaux d'interaction entre protéines. On pourrait alors faire apparaître des fonctions encore non détectées.

Sources citées
Aviv Reges, Institut Weismann, Israël. Voir le The BioSPI Project Home Page http://www.wisdom.weizmann.ac.il/~biospi/
Vincent Danos et al. , Laboratoire Preuves, Programmes et Systèmes , Université de Jussieu, Paris. Voir http://www.logique.jussieu.fr/www.danos/

*** Faire appel à la dynamique plutôt qu'à la structure pour expliquer le développement des systèmes vivants
La dynamique introduit le temps et aussi le hasard. La thermodynamique permet de retrouver des processus d'économie d'énergie en œuvre de façon identique dans la genèse des systèmes physiques et dans celles des systèmes vivants. Plus généralement une morphogenèse de type constructale (c'est nous qui ajoutons cette observation) pourrait être développée au profit à la fois de la vie biologique et de la vie artificielle.

Sources citées
James Ferrell, Stanford. Voir notamment ses travaux sur la maturation des oeufs de grenouille. Home page http://www.stanford.edu/group/ferrelllab/
Bertrand Laforge, physicien des particules. Université Pierre et Marie Curie. Site http://www.criticalsecret.com/laforge/
Michaël Deem, Université Rice, auteur de travaux sur le vaccin contre la grippe. Groupe de recherches http://www.mwdeem.rice.edu/


Notes

(1) Auteur de plusieurs ouvrages, dont "La vie dans la matière - Le rôle de l'espace en biologie" (voir notre article, ainsi que notre interview), Gilbert Chauvet publiera courant 2005 l'ouvrage "Un principe général d'organisation du vivant - L'évolution vers la conscience" aux éditions Vuibert (Collection Automates Intelligents)
(2) Nous avions signalé dans une brève de la rubrique Actualité de notre numéro précédent, que cette même méthode venait d'être appliquée pour mieux comprendre les interactions entre neurones dans le cerveau vivant, telles que mises en évidence par l'imagerie fonctionnelle (voir Etonnante convergence interne entre le cerveau humain et le réseau Internet, http://www.automatesintelligents.com/actu/050131_actu.html#actu3).

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