Dans l’article précédent, on a fait la connaissance avec Steven Benner, qui travaille depuis longtemps sur les formes artificielles d’ADN. Dans le Journal of Design and Science du MIT, il a participé à un long entretien avec l’historien des sciences Luis Campos, sur la nature de l’astrobiologie et sur les formes alternatives que peut prendre le vivant.

Pour Benner, une vraie réflexion sur la vie extraterrestre doit commencer par un travail sur la chimie. Il souligne que dans cette science, il existe deux procédés fondamentaux. L’analyse et la synthèse. L’analyse consiste à comprendre les constituants d’un produit déjà existant. La synthèse au contraire, vise à construire un nouveau composé, une nouvelle molécule à partir d’éléments de base. On considère en général la synthèse sous l’angle technologique, mais on oublie de préciser, nous dit Benner, qu’il s’agit avant tout d’un instrument pour la recherche. En effectuant la synthèse d’un produit, on peut vérifier la validité une théorie sur la composition des éléments et leurs interactions.
Si la synthèse est un succès alors c’est que la théorie est correcte.

Ce n’est pas un procédé disponible dans toutes les sciences. « Les astronomes, par exemple, ne peuvent pas synthétiser une nouvelle étoile pour tester une théorie sur les étoiles. Jusqu’aux 30 dernières années, les biologistes ne pouvaient pas synthétiser de nouvelles formes de vie pour tester leur compréhension de la vie. L’une des raisons pour lesquelles la chimie a progressé si rapidement est sa capacité à créer de nouvelles matières chimiques. »

Lorsqu’on s’intéresse aux formes de vie alternatives, la synthèse peut être un outil fondamental. Mais, précise Benner le but n’est pas simplement de reproduire la structure exacte d’un être vivant très compliqué. Le but d’un tel travail est de voir s’il existe des nouvelles structures chimiques capables de posséder les caractéristiques propres au darwinisme. Benner appelle cela le « darwinisme minimal » : « une faculté de réplication produisant des erreurs et où ces erreurs sont elles-mêmes réplicables« .

Se pose naturellement la question de structures chimiques différentes de celle que nous connaissons, basée sur le carbone. Lorsqu’on a affaire à des formes de vie macroscopiques, pas de problème pour les reconnaître facilement. Benner rappelle que Carl Sagan insistait pour placer des caméras sur les sondes exploratrices, parce que si une girafe basée sur le silicium et non sur le carbone passe devant l’objectif, on n’aura pas besoin de connaître sa structure chimique pour être certain qu’on a affaire à une forme de vie ! Mais, pour repérer de microbes, c’est une autre paire de manches !

On a coutume de dire qu’une forme de vie basée sur le silicium est peu vraisemblable, parce que le silicium, contrairement au carbone, a du mal à s’associer avec d’autres éléments chimiques. Mais pour Benner, ce genre de raisonnement reste limité. Tout d’abord que signifie « être basé sur le carbone » ? Les choses sont plus compliquées que cela, rappelle-t-il. « Dans quel sens êtes-vous une forme de vie basée sur le carbone ? Oui, vous avez beaucoup de carbone en vous, mais ce sont les autres atomes, l’oxygène et le phosphore, l’azote et le soufre qui donnent au carbone sa précieuse réactivité. Il en irait de même pour toute forme de vie à base de silicium : d’autres atomes seraient impliqués, notamment le carbone, l’oxygène et l’azote. »

Du coup la recherche systématique de certains facteurs, comme la présence d’eau liquide, pourrait s’avérer bien trop limitative. C’est vrai que la vie a probablement besoin d’un solvant, mais il n’est pas indispensable que ce soit de l’eau.

Lorsqu’on aborde la question de l’astrobiologie, on se pose nécessairement la question de la contingence. On a déjà expliqué dans l’article précédent que selon Benner, le triomphe de l’ADN, malgré sa profonde imperfection chimique, est du probablement à cette contingence. Ce fut la première molécule capable de réplication, et par conséquent c’est elle qui s’est imposée comme unique source de la vie sur terre. Cette question de la contingence est naturellement très présente en astrobiologie. A quoi pourrait ressembler une vie extraterrestre, si jamais nous la rencontrons ? Se pourrait-il que l’évolution ne propose qu’un éventail de formes limitées ? Pour reprendre l’exemple de Carl Sagan, une girafe reste une girafe, même si elle n’est pas basée sur du carbone. Et si l’évolution suit un schéma universel, alors il ne faudra pas s’étonner si des êtres intelligents se révèlent plus ou moins proches des êtres humains – même si c’est en un peu plus vert.

Cette question de la contingence a été soulevée par de nombreux chercheurs, mais sa formulation la plus connue est sans doute celle de Stephen Jay Gould : « rembobinez le film de la vie jusqu’à l’apparition des animaux multicellulaires modernes, puis repassez le film et l’évolution repeuplera la Terre de créatures radicalement différentes. La probabilité de voir apparaître une créature ressemblant, même de loin, à un être humain est effectivement nulle. »

Pourtant, des animaux issus de lignées différentes peuvent développer des organes et des formes très similaires. L’aile de la chauve-souris, par exemple ne « descend » pas de celle des oiseaux. Les ancêtres des dauphins ont développé une forme proche du poisson, parce qu’il s’agit de la manière la plus efficace pour se déplacer dans l’eau. C’est ce qu’on appelle l’évolution convergente.

La question du rôle du hasard, de la contingence n’est donc pas encore complètement tranchée. Un biologiste, Zachary Blount – en compagnie de Jonathan Losos (@JLosos) et Richard Lensky – s’est attaqué à clarifier la question (à défaut de lui trouver une réponse), nous explique Astrobiology Magazine.

En fait il y a une grande confusion derrière le concept de « contingence » : « Gould a souvent confondu deux significations communes de «contingence» : en tant que dépendance à autre chose et en tant qu’événement fortuit. » Selon Jonathan Losos : « Il existe de nombreuses littératures différentes sur l’idée de Gould, et ces littératures ne se parlent pas ». « Il y a des études sur l’évolution microbienne. Il y a toutes celles sur l’évolution convergente, ou le manque d’évolution convergente. Et il y a aussi une littérature philosophique sur ce que Gould voulait dire quand il disait : « rejouez le film ». Plus généralement, quand vous parlez du rôle de la contingence – le terme utilisé par Gould – qu’est-ce que cela signifie réellement ? »

Le travail effectué par Zachary Blount(.pdf), publié dans American Scientist a consisté essentiellement à réunir des disciplines qui ne se parlent pas qui ont mis en parallèle trois types d’études effectuées séparément, toutes impliquant une certaine manière de « rejouer le film de la vie ». Il a ainsi examiné les recherches en laboratoire sur les populations microbiennes, les expériences effectuées en pleine nature et enfin les études portant sur le comportement de différentes lignées dans un environnement analogue.

Les résultats sont mitigés. Dans certains cas, la contingence n’est pas de mise. Comme l’explique l’article d’American Scientist : une des leçons est que l’idée de Gould selon laquelle l’évolution est complètement irremplaçable est incorrecte. À travers les Grandes Antilles, les espèces d’anolis ont évolué de manière prévisible, avec des modifications de traits similaires correspondant à des habitats comparables. La sélection naturelle entraîne des résultats similaires en cas de conditions analogues, montrant que l’évolution peut se répéter et se répète effectivement.

Mais ce qui est vrai pour ces lézards ne l’est pas forcément toujours dans tous les cas. Pour preuve ce travail de longue haleine initié par Lenski sur des souches d’E Coli, suivant leurs mutations au cours des différentes générations. Il a ainsi suivi 12 lignées différentes en parallèle. Dans ce cas, la situation n’était pas la même qu’aux Caraïbes. L’environnement était stable et les différentes lignées ne subissaient aucune pression évolutive particulière. Donc, l’évolution ne pouvait se produire qu’en fonction de mutations aléatoires.

Ces populations, nous dit l’article, ont souvent évolué de la même manière. Le niveau d’adaptation était grosso modo similaire. « Toutes les variétés se sont mises à se développer plus vite en absorbant du glucose. Beaucoup ont perdu la capacité de se nourrir de certaines substances qu’elles ne rencontraient plus ».

Certes, il y eut aussi des divergences, mais globalement, on peut dire que leur évolution a suivi un déroulement assez proche. Sauf – et c’est important – dans un cas. Une variété particulière a adopté un chemin très particulier, apprenant à se nourrir de citrate. Blount, après avoir essayé de « rejouer le film » en repartant de la souche de base, a pu établir que cette nouvelle bactérie n’avait pu développer cette capacité qu’en suivant un parcours de mutations très particulier au cours de 20 000 générations. Dans ce cas précis, cette mutation très importante pouvait être considérée comme hautement « contingente ».

Pour Blount, on ne peut pas régler facilement le problème de la contingence. Et cette tâche doit être multidisciplinaire, impliquant des biologistes spécialisés dans différents domaines, mais concerne également des philosophes, car une telle notion mérite de bénéficier d’une grande rigueur conceptuelle et doit reposer sur des définitions précises.

Toutes ces questions nous montrent le besoin de développer une biologie théorique générale, indépendante de l’unique implémentation du vivant que nous connaissons sur Terre. Mais quels outils pour cette science ? Utilisera-t-on des mathématiques traditionnelles ? Ou recourra-t-on plutôt aux machines ?

Rémi Sussan

Le dossier, « la vie, telle qu’elle pourrait être » :

• 1e partie : De nouvelles lettres pour l’alphabet du vivant
• 2e partie : Quelle vie, ailleurs ?
• 3e partie : Simulation ou vie artificielle ?