Qu'est-ce que la vie ?

         En évoquant la révolution copernicienne, on a montré qu'une meilleure compréhension n'est pas toujours obtenue par un surcroît de savoir ou une plus grande complexité du raisonnement, mais parfois par la seule refonte des présupposés inconscients sur lesquels on base notre réflexion. Quand ces bases sont changées, ce qui apparaissait très complexe, devient soudain d'une grande simplicité.
         Cet ouvrage voudrait montrer qu'un tel changement des présupposés est nécessaire aujourd'hui, et qu'en l'opérant une même simplicité nous est donnée.
         Quel présupposé inconscient faut-il donc changer ? Celui qui concerne la notion de dimension. Pour être moins abstrait, disons que cela concerne la façon dont nous pensons par automatisme le haut, le bas et le lointain.

         Pour illustrer cette nécessité, on présente maintenant l'exemple d'un fonctionnement apparemment très complexe de l'univers, et l'on en proposera une explication inhabituelle qui le transforme en phénomène très simple. Nous verrons que cette simplification nous est interdite si l'on ne change pas d'abord notre définition des dimensions.
 
 
 
 
         Chacun a déjà vu des aimants se repousser violemment quand on les approche : les deux pôles nord ou les deux pôles sud s'écartent, et s'ils le peuvent les pôles de noms opposés viennent se coller l'un à l'autre.
         On est bien d'accord que ce mouvement se fait "tout seul". Les aimants n'ont pas de petites pattes ou de petites ailes pour le réaliser. Ils ne contiennent pas de cellules avec des gènes pour les programmer à faire ceci ou cela. On dit qu'il s'agit de matière inerte qui se déplace sous l'effet des forces qui s'exercent sur elles. Pas plus de vie dans le mouvement de deux aimants qui s'écartent, que dans un cailloux qui tombe sous l'effet de la pesanteur.
         Les choses sont bien divisées dans notre esprit :
         - d'un côté, il y a la matière inerte (les cailloux, les métaux, etc.) qui s'agitent sous l'effet des forces (la gravité, l'électromagnétisme, etc.),
         - et, de l'autre côté, il y la matière vivante. Là, c'est tout autre chose : la moindre paramécie, la moindre créature unicellulaire en fait partie et s'agite sous l'effet de la vie qu'elle porte en elle. Si d'accident elle perd cette vie, on dit qu'elle meurt. Elle cesse aussitôt de s'agiter. On n'envisage pas qu'un cailloux meurt en perdant sa force de gravité.
         Il y a dans la moindre cellule vivante, une étincelle de quelque chose que l'on appelle la vie, et l'on cherche comment cette étincelle de vie a pu s'allumer à un moment particulier du développement de l'univers.

         Revenons à nos aimants. 
         On apprend dans les écoles que l'on peut faire un aimant avec un simple fil électrique : on l'entortille en forme d'hélice, et l'on y fait passer un courant. On appelle cela un "solénoïde". On peut s'en servir de boussole, il s'oriente tout seul comme un aimant dans le champ magnétique terrestre.

Les deux faces d'un solénoïde parcouru par un courant se comportent comme les deux pôles d'un aimant [figure extraite d'une ouvrage scolaire Hachette]

 
 
          On apprend aussi que l'on peut faire à l'inverse de l'électricité à l'aide de magnétisme : il suffit de plonger notre solénoïde dans un champ magnétique que l'on fait varier, et le courant électrique se met à passer dans le fil. Cela marche tellement bien que toutes nos turbines électriques fonctionnent de cette façon.
 
          Petit exercice d'imagination maintenant :   vous mettez deux hélices de solénoïdes encastrées l'une dans l'autre, juste en les tournant un peu selon leur axe pour qu'elles ne se superposent pas, et vous faites passer le courant.
         Que va-t-il se passer ?
         Sans peine on comprend que chaque hélice va se transformer en aimant, et si le courant passe dans le même sens, on va se retrouver avec deux aimants imbriqués l'un dans l'autre, leurs pôles nord confondus et leurs pôles sud confondus. Et là pas d'histoire, les pôles de même nom se repoussent, donc les deux hélices s'écartent violemment l'une de l'autre.
         Pas de mystère : des forces agissent sur la matière inerte et l'obligent à se déplacer.
 
         Compliquons un tout petit peu :   au lieu de faire passer le courant d'un bout à l'autre de l'hélice, vous le faites arriver par le milieu et repartir par chaque bout.
         Chaque hélice devient donc comme deux aimants bouts à bouts attachés par deux pôles de même signe. Cela ne change rien au résultat lorsque l'on emboîte à nouveau deux hélices et qu'on les attache à cet endroit précis où pénètre le courant. On obtient deux fois deux aimants de même signe enlacés l'un dans l'autre: ils s'écartent tant qu'ils peuvent, et si l'attache du milieu n'est pas trop solide, ils finissent par la casser et se séparent complètement.
 
         Au lieu de prendre juste deux hélices, on peut maintenant en prendre tout un paquet emboîtées toujours deux à deux, en rassemblant tous les couples par un même lien à l'endroit central où arrive le courant.
         Cela fait une drôle de pagaille quand on allume le courant, mais, si l'on est un petit peu bricoleur, on peut munir chaque hélice de sa petite pile électrique (cela évitera que les fils électriques qui amènent le courant s'entortillent), et on peut se débrouiller pour que les aimants ne puissent pas se diriger n'importe où, mais seulement le long de tiges auxquelles on les aura attachés par leur centre d'arrivée du courant électrique.
         Bref, avec un peu d'habileté, vous pouvez réaliser un montage tel que lorsque vous télécommandez le déclenchement du courant électrique dans vos piles, les hélices initialement ligotées ensemble  se mettent à se fuir mutuellement sous l'effet de la force magnétique, et s'organisent en deux paquets qui s'éloignent l'un de l'autre en deux pôles opposés.
 
 
 
 
         Ce bricolage ne vous dit vraiment rien ?

         Notre corps est composé de milliards de cellules, et chacune d'elle comporte un noyau dans lequel est enfermé un paquet de chromosomes. Crick et Watson ont montré, en 1953, que chaque chromosome était fait d'un assemblage de deux hélices identiques lovées l'une dans l'autre. Ce très long double-filament enroulé en hélice, on l'appelle ADN.

la molécule d'ADN vue dans l'espace   [reproduction d'un dessin de "l'Origine de la Vie" par F. Leroy aux éditions Biocosmos Centre]

         Pour former chacun de ces deux  filaments, des molécules s'assemblent par 3 (un acide, un sucre et une base), et ces triplets s'assemblent en hélice l'un derrière l'autre. Chaque filament large donc de trois molécules, atteint une longueur prodigieuse de 2 m.
         Après Crick et Watson, on s'est aperçu que cette double hélice était en permanence elle- même enroulée en hélice. C'est dans cet état de double hélice enroulée en hélice qu'on la trouve dans le noyau de chaque cellule. Le ruban ainsi formé semble déroulé en désordre, de façon tout à fait quelconque. Sous cette forme déroulée dans le noyau, on dit que les chromosomes sont sous forme de chromatides.

 
 
 
schéma de la duplication à l'identique de l'ADN
[illustration tirée d'un ouvrage scolaire Bordas]
 
 

         En fait, la double hélice n'est jamais unifiée dans la chromatide, car elle passe son temps à se reproduire.
         La double hélice s'ouvre comme une fermeture-éclair en plusieurs endroits, et chaque hélice se met en devoir de se re-fabriquer une deuxième hélice jumelle.
         Devant chaque base d'une hélice, se met en place une base complémentaire, et la première hélice construit ainsi progressivement son double sous forme d'une deuxième hélice qui lui reste enlacée. La deuxième est vraiment une réplique conforme à la première, car les bases ne sont que quatre, et s'assemblent toujours 2 par 2 (une pour chaque hélice) de la même façon.
         Pour simplifier on les nomme A, T, G et C. "A" ne se groupe qu'avec "T" et "G" qu'avec "C". Si bien que si la première hélice comprend par exemple une séquence G-A-C-C, la deuxième se construira en formant une séquence complémentaire C-T-G-G.
 
         On dit que la suite de séquences ainsi formée, constitue le code génétique.
         Chaque hélice porte une partie de notre code génétique, et ce code est donc dupliqué à l'identique sur la deuxième hélice qui se construit.
 
 
 
         Dans nos cellules, l'ADN passe la plupart de son temps à se reproduire.
         Parfois il se reproduit par petits bouts, chaque petit bout servant à former une des protéines dont notre organisme a besoin.
         Parfois il se reproduit en entier.
 

a : oeil de réplication  b : le chromosome  c : chromatides

 
         Quand il a fini de se reproduire en entier, le chromosome change aussitôt d'allure. On dit qu'il se "condense" pour former un bâtonnet très compact, connaissant un étranglement que l'on appelle le centromère.
         C'est sous cette forme de bâtonnet qu'on le représente le plus souvent, mais il ne possède en réalité cette forme que très peu de temps : juste le temps qu'il faut pour que la cellule entière se reproduise et se sépare en deux cellules jumelles identiques.
 

un chromosome représenté schématiquement, tel qu'il est pendant la duplication de la cellule

 
         Comment le chromosome parvient-il à s'enrouler pour passer de l'état de chromatide "informe" à l'état de bâtonnet bien organisé et compact ?
         À la vérité, on n'en sait rien, mais il est très probable que ce compactage ne peut s'obtenir que si la chromatide s'enroule bien régulièrement, et comme elle est déjà faite d'une hélice enroulée en hélice, tout porte à croire que cet enroulement est également réalisé par un troisième niveau au moins d'enroulement en hélice.
         C'est en tout cas ce que l'on va supposer ici. Mais peu importe pour le moment.
 
 
 
         Pour le moment, on a une double hélice mère qui se duplique, et quand les deux doubles hélices filles sont terminées mais toujours attachées l'une à l'autre, tout aussitôt branle-bas de combat dans la cellule : tous les chromosomes se rassemblent soudain sous forme de bâtonnets, s'alignent au centre de la cellule, se séparent de leurs doubles, et migrent en deux paquets distincts vers ce qu'on appelle alors les pôles de la cellule. Puis ces pôles s'écartent tellement l'un de l'autre que cela finit par déchirer la cellule. Elle s'est maintenant transformée en deux cellules identiques qui possède chacune la réplique des chromosomes de la cellule initiale.
         On appelle cela la division cellulaire.
         Et l'on dit que c'est l'expression même de la vie d'un organisme vivant : la capacité à se reproduire et à transmettre à sa descendance son patrimoine génétique.
 
 
 

1 - les chromosomes mélangés se condensent sous forme de bâtonnets
2 - puis ils se rassemblent par paires autour du plan médian de la cellule en division
3 - puis, après que leur attache ait lâché, ils sont poussés aux deux pôles de la cellule, en deux paquets séparés qui deviendront chacun le noyau d'une nouvelle cellule

         Mais si l'on refuse l'interprétation purement magnétique de la division cellulaire, voici l'un des mystères que l'on doit résoudre :
         Dans l'interprétation actuelle, on met le code génétique au centre de toute expression de la vie : tout ce que fait le vivant, c'est "dans les gènes". On considère que la séquence des bases le long du chromosome est un code semblable au code binaire de nos ordinateurs, et que les molécules des cellules vivantes savent lire et interpréter ce code. Elle passent leur temps à lire les instructions qu'il leur donne, et agissent en conséquence.
         Tout cela est beau et le fonctionnement de la vie apparaît ainsi étonnamment merveilleux, mais est-il réellement possible que les choses se passent ainsi ?
 
         Ces dernières années, on vient de "cartographier le génome humain", c'est-à-dire que l'on a déchiffré une bonne partie des séquences de code génétique qu'il contient, et on en  fait un catalogue. On y a mis une armée d'ordinateurs les plus puissants, et il a fallu des années pour y parvenir. Et l'on ne sait toujours pas s'en servir.
         Comment peut-on penser qu'une simple molécule qui n'a aucune mémoire pour stocker l'information puisse s'y retrouver dans ce code en une fraction de seconde, et savoir en déduire sur le champ sa conduite à tenir ?
         Est-ce vraiment crédible ?
 
 
 
         Alors direz-vous, si la division des chromosomes peut s'expliquer simplement par un effet de répulsion magnétique, pourquoi ne l'a-t-on pas dit plus tôt ?
 
         Parce qu'il y a de bonnes raisons pour écarter cette hypothèse.
         Tous les chimistes et biologistes savent qu'entre les molécules il se passe des choses liées à l'électricité, puisque le principe même des liaisons chimiques entre molécules est considéré comme un effet d'origine électrique. De plus, tout cela est plongé en permanence dans le champ magnétique terrestre. Alors, pour faire jouer des effets d'électricité et de magnétisme, les cellules ont donc tout ce qu'il faut à disposition.
         Mais pour qu'une hélice de chromosome soit envisagée de façon crédible comme un fil électrique qui transporte du courant électrique et se transforme en aimant, encore faut-il que le chromosome soit conducteur de l'électricité.
         Or au contraire, l'ADN est un matériau isolant, qui s'oppose donc au passage du courant électrique.
         C'est pour cette raison qu'habituellement on n'envisage pas le ballet des chromosomes comme résultant simplement d'un mouvement magnétique.
 
         Pourtant, il se pourrait que le caractère isolant des chromosomes ne soit pas finalement un obstacle à leur magnétisme. Cela pour deux raisons.
         Première raison : on s'est aperçu que l'on pouvait analyser l'ADN avec des "microscopes à effet tunnel", dont le principe consiste à analyser le passage d'électrons entre la sonde du microscope et une surface conductrice ou semi-conductrice. Or cela marche aussi avec l'ADN réputé isolant, sans que l'on comprenne comment.
         Deuxième raison, plus importante encore : il existe un phénomène que l'on appelle la supraconduction. Il concerne certains matériaux dits supraconducteurs où l'électricité peut circuler éternellement car elle ne rencontre aucune résistance. Dans un fil conducteur ordinaire au contraire, la résistance électrique, même si elle est très faible, transforme une partie de l'énergie électrique en chaleur.
         Il y a quelques années, on pensait que seuls des matériaux habituellement conducteurs du courant électrique mais plongés à des températures très basses, pouvaient être des supraconducteurs. Mais tout récemment grosse surprise : on n'arrête pas de trouver des matériaux supraconducteurs à des températures de plus en plus proches de nos températures usuelles, et ce sont précisément des matériaux réputés isolants tels que les céramiques qui présentent ces propriétés. Dans le chapitre qui sera consacré à ce problème, nous montrerons pourquoi la forme d'hélice en hélice en hélice donne à l'ADN les propriétés géométriques qui sont précisément utiles pour qu'il soit un matériau supraconducteur.

[note de janvier 1999
Il existe maintenant une troisième raison : une étude conduite conjointement par l'Institut Gustave-Roussy de Villejuif et le centre de recherche Rhone-Poulenc de Vitry-sur-Seine a montré que des impulsions électriques augmentent de 100 fois l'efficacité du transport de gènes à l'intérieur d'une cellule. Selon la Revue Sciences et Avenir qui relate ces résultats dans son numéro de décembre 1998, Luis Mir, l'un des auteurs de l'étude indique que le courant ne permet pas seulement de rendre la paroi des cellules musculaires plus poreuse, mais qu'il semble aussi "tirer" l'ADN plasmadique vers l'intérieur]

lévitation magnétique  d'une céramique supraconductrice  sur un aimant baignant  dans de l'azote liquide  [d'après une photo CEA]

[note de janvier 2001 : le lien entre superconductivité et l'ADN commence effectivement à être relevé. Dans son numéro 291:280 la revue Science vient de faire paraître un article de Alik Kasumov et de ses collègues du Laboratoire de Physique des Solides d'Orsay, qui ont mis en évidence le caractère superconducteur d'un morceau d'ADN à la température inférieure à 1 degré Kelvin]