By: Astrobiology Magazine staff
Is it alive?
A crystal can grow, reach equilibrium, and even move in response to stimuli, but lacks what commonly would be thought of as a biological nervous system.
Image Credit: National Ignition Facility Programs
How to define « life » is a sweeping question that affects whole branches of biology, biochemistry, genetics, and ultimately the search for life elsewhere in the universe.
Comparant la tâche sémantique à l’ancienne histoire hindoue consistant à identifier un éléphant en demandant à chacun des six aveugles de ne toucher que la queue, la trompe ou la patte, la réponse que pourrait donner un biologiste peut différer radicalement de celle d’un physicien théorique.
Cependant, un accord initial est possible. Les êtres vivants ont tendance à être complexes et hautement organisés. Ils ont la capacité d’absorber l’énergie de l’environnement et de la transformer pour la croissance et la reproduction. Les organismes tendent vers l’homéostasie : un équilibre des paramètres qui définissent leur environnement interne. Les créatures vivantes réagissent et leur stimulation entraîne une réaction – mouvement, recul et, dans les formes avancées, apprentissage. La vie est reproductive, car une certaine forme de copie est nécessaire pour que l’évolution s’installe par le biais de la mutation et de la sélection naturelle d’une population. Pour croître et se développer, les créatures vivantes ont avant tout besoin d’être des consommateurs, puisque la croissance comprend le changement de biomasse, la création de nouveaux individus et le rejet de déchets.
Pour être qualifiée d’être vivante, une créature doit répondre à une certaine variation pour tous ces critères. Par exemple, un cristal peut croître, atteindre l’équilibre et même se déplacer en réponse à des stimuli, mais il n’a pas ce que l’on considérerait communément comme un système nerveux biologique.
Bien qu’une définition » ligne claire » soit nécessaire, les cas limites donnent à la définition de la vie une qualité nettement grise et floue. Dans l’espoir de restreindre la définition de travail au moins terrestre, tous les organismes connus semblent partager une chimie à base de carbone, dépendent de l’eau et laissent derrière eux des fossiles avec des isotopes de carbone ou de soufre qui indiquent un métabolisme présent ou passé.
Si ces tendances constituent un riche ensemble de caractéristiques, elles ont été critiquées comme ignorant l’histoire de la vie elle-même. Sur terre, la vie est classée en quatre familles biologiques : les archées, les bactéries, les eucaryotes et les virus. Les archées sont la branche récemment définie qui survit souvent dans des environnements extrêmes sous forme de cellules uniques, et elles partagent des traits avec les bactéries et les eucaryotes. Les bactéries, souvent appelées procaryotes, sont généralement dépourvues de chlorophylle (à l’exception des cyanobactéries) et d’un noyau cellulaire, et elles fermentent et respirent pour produire de l’énergie. Les eucaryotes comprennent tous les organismes dont les cellules ont un noyau – les humains et tous les autres animaux sont donc des eucaryotes, tout comme les plantes, les protistes et les champignons. Le dernier groupe comprend les virus, qui n’ont pas de cellules du tout, mais des fragments d’ADN et d’ARN qui se reproduisent de manière parasitaire lorsqu’ils infectent une cellule hôte compatible. Ces classifications clarifient le grand puzzle de la vie existante, mais ne permettent guère d’en donner une définition définitive.
La définition de la vie prend un caractère plus envoûtant lorsqu’elle est étendue au-delà de la biosphère terrestre. L’ajout récent des extrêmophiles (archées) à l’arbre de la vie souligne l’idée que la vie est définie par ce que nous connaissons, ce que nous avons déjà vu et souvent ce que nous avons réussi à domestiquer dans une boîte de Pétri de laboratoire.
Astrobiology Magazine a demandé l’avis d’un expert sur cette question importante, le Dr Carol Cleland, qui enseigne la philosophie à l’Université du Colorado à Boulder et est membre de l’Institut d’astrobiologie de la NASA. En congé sabbatique à Madrid, en Espagne, au Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA), elle a partagé ses réflexions sur le pouvoir des définitions pour façonner la science et la philosophie.
Interview de Carol Cleland
« Je m’intéresse à la formulation d’une stratégie de recherche de la vie extraterrestre qui permette de repousser les limites de nos concepts de vie centrés sur la Terre. » -Carol Cleland
Crédit image : Université du Colorado
Q : Quelle est votre opinion sur les tentatives de définition de la « vie. »
Dans un article récent paru dans Origins of Life and Evolution of the Biosphere, Christopher Chyba et moi-même soutenons que c’est une erreur d’essayer de définir la » vie « . De tels efforts reflètent des malentendus fondamentaux sur la nature et le pouvoir des définitions.
Les définitions nous renseignent sur le sens des mots dans notre langue, par opposition à nous renseigner sur la nature du monde. Dans le cas de la vie, les scientifiques s’intéressent à la nature de la vie ; ils ne s’intéressent pas à ce que le mot « vie » se trouve signifier dans notre langue. Ce sur quoi nous devons vraiment nous concentrer, c’est l’élaboration d’une théorie générale adéquate des systèmes vivants, par opposition à une définition de la « vie ».
Mais pour formuler une théorie générale des systèmes vivants, il faut plus qu’un seul exemple de vie. Comme le révèlent ses remarquables similitudes biochimiques et microbiologiques, la vie sur Terre a une origine commune. Malgré son étonnante diversité morphologique, la vie terrestre ne représente qu’un seul cas. La clé pour formuler une théorie générale des systèmes vivants est d’explorer d’autres possibilités de vie. Je m’intéresse à la formulation d’une stratégie de recherche de la vie extraterrestre qui permette de repousser les limites de nos concepts de vie centrés sur la Terre.
Q : Dans la catégorie de ce qui est » vivant « , excluriez-vous ce que vous appelez les cas » limites » – les virus, les protéines auto-réplicatives, ou même les objets non traditionnels qui ont un certain contenu informationnel, se reproduisent, se consomment et meurent (comme les programmes informatiques, les feux de forêt, etc.) ?
C’est une question complexe. Le langage est vague, et tous les termes sont confrontés à des cas limites. Un garçon de douze ans non marié est-il un « célibataire » ? Et un jeune de dix-huit ans ? Combien de cheveux faut-il pour transformer un homme « chauve » en un homme « non chauve » ? 20, 100 ou 1 000 cheveux ? Le fait qu’il y ait des cas limites – qu’on ne puisse pas trouver un seuil précis – ne signifie pas qu’il n’y a pas de différence entre un célibataire et un homme marié, ou un homme chauve et un homme qui ne l’est pas. Ces difficultés ne représentent pas des difficultés profondes ; elles représentent simplement le fait que le langage a un certain degré de flexibilité. Je ne pense donc pas que des entités comme les virus constituent des défis très intéressants pour les définitions de la « vie ». »
D’un autre côté, je ne pense pas que définir la « vie » soit une activité très utile pour les scientifiques, car cela ne va pas nous dire ce que nous voulons vraiment savoir, à savoir « qu’est-ce que la vie ? ». Une théorie scientifique de la vie (qui n’est pas la même chose qu’une définition de la vie) serait capable de répondre à ces questions de manière satisfaisante.
Par analogie, les alchimistes médiévaux ont classé de nombreux types de substances différentes comme de l’eau, y compris l’acide nitrique (qui était appelé « aqua fortis »). Ils ont fait cela parce que l’acide nitrique présentait de nombreuses propriétés sensibles de l’eau, et peut-être plus important encore, c’était un bon solvant. Ce n’est qu’avec l’avènement de la théorie moléculaire que les scientifiques ont pu comprendre pourquoi l’acide nitrique, qui possède de nombreuses propriétés de l’eau, n’est pourtant pas de l’eau. La théorie moléculaire explique de manière claire et convaincante pourquoi c’est le cas : l’eau est H2O – deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène. L’acide nitrique a une composition moléculaire différente.
Une bonne théorie de la vie ferait de même pour les cas que vous mentionnez, comme les programmes informatiques. Se contenter de définir la » vie » de telle sorte qu’elle incorpore son entité » vivante » non traditionnelle préférée ne fait pas du tout avancer ce projet.
Q : Quelle est votre théorie préférée sur la façon dont la vie a pu apparaître sur Terre – cristaux d’argile, monde d’ARN, membranes, ou une autre option ?
Freeman Dyson, fondateur de la « théorie de la double origine ».
Crédit image : Trustees of Dartmouth College
Il me semble que toutes les théories de l’origine de la vie sont confrontées à deux obstacles majeurs. Le plus grand est d’expliquer l’origine du schéma coopératif complexe élaboré entre les protéines et les acides nucléiques — la production contrôlée de systèmes catalytiques auto-réplicatifs de biomolécules. Tous les récits populaires sur l’origine de la vie me semblent éluder cette question. Ils se concentrent plutôt sur l’autre obstacle : la production d’acides aminés et de nucléotides, et leur polymérisation en protéines et en acides nucléiques (généralement, l’ARN). Mais il me semble qu’aucun d’entre eux ne nous a fourni une histoire très satisfaisante sur la façon dont cela s’est produit.
Tous les scénarios qui ont été proposés pour produire de l’ARN dans des conditions naturelles plausibles manquent de démonstration expérimentale, et cela inclut le monde de l’ARN, les cristaux d’argile et les récits de vésicules. Personne n’a été capable de synthétiser de l’ARN sans l’aide de catalyseurs protéiques ou de modèles d’acides nucléiques, et en plus de ce problème, il faut compter avec la fragilité de la molécule d’ARN.
Mais je continue de penser que le problème le plus sérieux est l’étape suivante du processus, la coordination des protéines et de l’ARN par le biais d’un code génétique en un système catalytique auto-réplicatif de molécules. La probabilité que cela se produise par hasard (étant donné un mélange aléatoire de protéines et d’ARN) semble astronomiquement faible. Pourtant, la plupart des chercheurs semblent supposer que s’ils parviennent à donner un sens à la production indépendante de protéines et d’ARN dans des conditions naturelles primordiales, la coordination se fera d’elle-même d’une manière ou d’une autre.
Je suppose que si je devais choisir une théorie favorite, ce serait la théorie de la double origine de Freeman Dyson, qui postule un monde protéique initial qui a finalement produit un monde ARN comme sous-produit d’un métabolisme de plus en plus sophistiqué. Le monde de l’ARN, qui commence comme un parasite obligatoire du monde des protéines, finit par produire le schéma coopératif, et donc la vie telle que nous la connaissons aujourd’hui. J’aime le fait que ce récit tente de traiter de l’origine du schéma coopératif.
Q : Pensez-vous qu’il aurait pu y avoir des origines multiples de la vie, ou que la vie aurait pu venir sur Terre d’ailleurs ?
La vie survenant plus d’une fois à partir de matériaux non vivants pourrait se produire ailleurs que sur Terre, mais elle pourrait aussi s’être produite sur Terre. Il est possible que la vie extraterrestre existe et que toute vie ait néanmoins un ancêtre commun. Les scientifiques pensent aujourd’hui que des microbes peuvent survivre à des voyages interplanétaires en se logeant dans des météores produits par des impacts d’astéroïdes sur des corps planétaires contenant de la vie. En d’autres termes, nous pourrions tous être les descendants de Martiens – ou les Martiens, s’ils existent, pourraient avoir un ancêtre commun avec nous ! En bref, la simple découverte de vie extraterrestre ne garantit pas que la vie ait eu plus d’une origine.
Q : Comme l’un des grands mystères et défis de la science, pensez-vous que nous pouvons déterminer l’origine de la vie par l’expérimentation ?
J’espère que oui ! Mais tant que nous n’aurons pas une théorie adéquate de la vie pour conduire la formulation des bonnes expériences, il sera difficile de le dire. Je suppose qu’il est toujours possible que la vie ne soit pas une catégorie naturelle, et donc qu’aucune théorie universelle de la vie ne puisse être formulée. Mais j’en doute.
Il est également possible que la vie sur Terre soit le produit d’un processus historique très complexe qui implique trop de contingences pour être facilement accessible à des investigations expérimentales définitives. Une théorie suffisamment générale de la vie rendrait cela clair, cependant. En outre, la recherche historique est tout à fait capable d’obtenir des preuves empiriques qui peuvent résoudre des questions historiques de ce genre – des preuves tout aussi convaincantes que celles fournies par la recherche expérimentale classique ! Ainsi, même si nous ne pouvons pas produire la vie en laboratoire à partir de matériaux non vivants, il ne s’ensuit pas que nous ne saurons jamais comment la vie est apparue sur Terre.
Quoi de neuf ?
L’Agence spatiale européenne lancera une mission sur Mars au début de l’été 2003. Il est actuellement prévu que son atterrisseur, Beagle 2, réalise des expériences biologiques destinées à rechercher des preuves de vie sur Mars. Pour illustrer comment la définition de la vie peut influencer directement la science exploratoire, la charge utile scientifique de Beagle 2 étudiera les caractéristiques communes que l’on pense être des signes de vie. Par exemple, Beagle 2 recherchera la présence d’eau, l’existence de minéraux carbonatés, la présence de résidus organiques et tout fractionnement isotopique entre les phases organiques et inorganiques. Chacun de ces éléments fournira des indices sur la probabilité d’une vie sur Mars lorsqu’il sera confronté aux conditions environnementales dominantes, telles que la température, la pression, la vitesse du vent, le flux d’UV, le potentiel d’oxydation et l’environnement de poussière.
Abstrait de Cleland, Chyba (2002) : « Il n’existe pas de définition largement acceptée de la « vie ». Les définitions suggérées se heurtent à des problèmes, souvent sous la forme de contre-exemples robustes. Dans cet article, nous utilisons des idées issues de recherches philosophiques sur le langage pour soutenir que la définition de la ‘vie’ pose actuellement un dilemme analogue à celui rencontré par ceux qui espéraient définir l »eau’ avant l’existence de la théorie moléculaire. En l’absence d’une théorie analogue de la nature des systèmes vivants, une controverse interminable sur la définition de la vie est inéluctable. »
Cleland, Carol E. ; Chyba, Christopher F., Origines de la vie et évolution de la biosphère, v. 32, numéro 4, p. 387-393 (2002).