Le vivant, comme maître de vie

Une note de lecture de Jean-Paul Gachet, chercheur retraité de l’INRA- SAD, à propos du « Vivant comme modèle » de Gauthier Chapelle, agronome, préface de Nicolas Hulot (Ed. Albin Michel, octobre 2015, 352 p.).
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Quand on émerge de la lecture de ce passionnant essai, on est comme « transporté ». Et on se demande comment il est encore possible d’ignorer que la nature qui, depuis plus de trois milliards d’années, a surmonté bien des crises et n’a cessé d’expérimenter, d’innover, en occupant les milieux les plus extrêmes, dans une débauche stupéfiante de fantaisie, de délire même, d’économie de matériaux, d’énergie et sans compromettre en rien sa reproduction, inlassablement continue.

Oui, comment avons-nous pu rester, et continuons-nous à rester, dans une telle cécité avec application et suffisance ? Comment tant d’institutions éminentes de recherche – dont la nôtre – qui se targuent d’être à la pointe de la recherche en matière de biologie soient aussi aveugles, et n’aient pas mis depuis longtemps les « Principes du vivant » au cœur de leurs travaux, de leurs pratiques et, même, de leur cœur, de leur âme ? Il faudra bien s’interroger un jour sur les raisons intellectuelles, philosophiques et spirituelles d’une telle carence.

Mais pour l’heure, ce n’est pas mon propos qui est de rendre compte de l’ouvrage de Gauthier Chapelle, agronome belge, passionné d’ornithologie, ayant roulé sa bosse des régions antarctiques jusqu’aux zones tropicales.

Pour l’auteur, « Les Principes du Vivant sont à la fois un code de conduite des êtres vivants, un outil de diagnostic puissant par rapport à la durabilité de toute innovation et une inépuisable source de créativité. Ces principes ont donné lieu à de multiples listes hiérarchisées ou non. »

Gauthier Chapelle a été inspiré dans l’élaboration de son livre par les travaux d’auteurs américains : d’abord ceux de Janine Benyus – qui étaient très orientés vers les biomiméticiens- mais surtout par ceux d’Hoagland et Dodson qui, eux, voulaient fournir un guide pratique pour les enseignants en biologie. Et de leur proposer un outil très opérationnel pour décrire le fonctionnement du vivant à toutes les échelles.

Les principes du vivant à partir d’Hoagland et Dodson

Je reprendrai maintenant, méthodiquement, les seize principes tels que présentés par l’auteur.

1 – De bas en haut
Par essence, le vivant se construit du petit vers le grand. Les premières cellules, nos chères bactéries omniprésentes, sont issues d’un assemblage de molécules, elles-mêmes produites par un assemblage d’atomes. Un principe qui s’applique aussi aux matériaux produits par le vivant qui, contrairement aux nôtres, sont le plus souvent sécrétés par auto-assemblage de petites unités. C’est le cas de la coquille des mollusques qui, en agrégeant leurs cristaux de calcite, s’épargnent l’énergie nécessaire à couper, poncer ou ajuster un bloc de matière initiale jusqu’à la forme appropriée, comme nous avons l’habitude de le faire.

2 – Un assemblage en chaînes
A l’échelle moléculaire, la chaîne est le motif le plus caractéristique du vivant. La plus emblématique est celle qui constitue notre ADN, l’acide désoxyribonucléique, soit toute l’information dont aura besoin la cellule initiale pour pouvoir construire son organisme dans toute sa complexité. En se basant sur seulement quatre molécules différentes – l’équivalent des « lettres » – elles-mêmes assemblées en « mots » de trois lettres, l’ADN va permettre de véhiculer une information précise et de construire d’autres chaînes que sont les protéines. Une partie de ces dernières assure un rôle de structures (ongle, fibres musculaires, etc.), une autre rassemble les milliers d’enzymes responsables de l’assemblage de toutes les molécules du vivant. Pour constituer ces protéines en chaînes, savamment enroulées en structures tridimensionnelles, il suffit d’un alphabet de base de vingt-trois acides aminés. Cette danse d’informations entre deux types de chaînes – ADN et protéines – est à la base de la construction de tous les êtres vivants, depuis les bactéries jusqu’aux baleines.

3 –Un dedans et un dehors
Pour le maintien de tout processus vivant, il est indispensable de délimiter et de protéger un espace intérieur par rapport au monde extérieur. Une exigence plus ou moins stricte depuis la cellule définie par sa membrane jusqu’à l’écorce de l’arbre (protection physique), en passant par le système immunitaire des insectes ou des mammifères (barrière informationnelle) ou les fourmis-soldats à l’entrée des fourmilières (délimitation des communautés).

4 –Peu de thèmes pour de multiples variations
Comme le disent Hoagland et Dodson, « à partir de quelques notes, la nature crée de nombreuses symphonies ». En témoigne la fabuleuse diversité née de la simple division cellulaire : cercles concentriques (troncs d’arbres), spirales (pommes de pin), ramifications (vaisseaux sanguins), symétrie radiale (roses) ou bilatérale (visages). A partir d’un nombre de schémas et de règles restreints, toutes les formes du vivant sont générées – proches les unes des autres, comme chez les 300 000 espèces décrites de scarabées, ou aussi divergentes que celles d’une méduse géante et d’un éléphant.

5 – S’organiser grâce à l’information
L’information est la clé pour maintenir le vivant… en vie. L’équivalent des quinze encyclopédies codées par l’ADN de chaque cellule représente essentiellement le plan d’assemblage des milliers de protéines différentes qui, à leur tour, maîtrisent aussi bien le maintien d’une température optimale que la capacité à utiliser la nourriture ou à se défendre contre les agresseurs. Mais c’est aussi par la densité en information dans les matériaux, que les ormeaux parviennent à synthétiser dans l’eau une coquille aussi solide que nos meilleures céramiques ou que les oiseaux produisent des plumes, modèles de résistance et de légèreté pour leur propulsion, en ayant recours à considérablement moins d’énergie que celle nécessaire à une pale d’hélicoptère en fibre de carbone.

6 –Encourager la diversité en redistribuant l’information
Depuis son émergence, la vie a mis au point de puissants systèmes d’échanges d’information, d’abord par les injections croisées d’ADN entre bactéries, puis par la recombinaison massive des informations contenues dans les gènes des cellules « maternelle » et « paternelle », lors de la reproduction sexuée. Recréer un jeu de 70 000 cartes – l’estimation maximale pour le génome humain – permet de générer potentiellement un nombre astronomique de possibilités. Un crabe qui pond deux millions d’œufs, tous différents, c’est la contribution de la génétique à la biodiversité.

7 – Créer à partir d’erreurs
Lorsqu’il y a erreur de copie et remplacement d’une lettre par une autre lors de la réplication de l’ADN, les protéines qui en sont issues sont elles-mêmes porteuses d’anomalies. Si la plupart du temps, ce dysfonctionnement est délétère, il arrive aussi que cette mutation favorise son propriétaire et soit ensuite transmise à sa descendance. C’est le cas du pelage blanc de l’ours polaire, acquis par la mutation du gène codant par défaut pour les pigments bruns, ce qui lui donne un avantage évident pour se camoufler. Ces erreurs permettent à la nature d’introduire du hasard créatif – une stratégie d’ailleurs utilisée par certaines bactéries dont le taux de mutation augmente spectaculairement en cas de stress – et ouvre ainsi davantage de possibilités pour s’adapter au nouvel environnement.

8 – Naître dans l’eau
L’ubiquité de l’eau est d’abord une condition de la vie, une donnée majeure de l’environnement dont le vivant a dû s’accommoder. L’eau possède toutes sortes de propriétés idéales pour assurer la plasticité des processus dont les organismes vivants tirent leur adaptabilité. Non seulement elle offre forme et flexibilité aux cellules, mais elle est aussi une substance idéale pour toutes sortes de réactions chimiques (elle fournit notamment une infinie quantité d’ions d’hydrogène nécessaires à la conversion de l’énergie solaire en énergie chimique lors de la photosynthèse). La capacité de ses molécules à former entre elles des liens labiles crée des « maillages dynamiques et éphémères », qui lui permettent de rester liquide (alors que la plupart des substances composées de molécules de taille similaire demeurent à l’état de gaz) et de dissoudre la plupart des molécules organiques (pas toutes ! Certaines se dissolvent plutôt dans les graisses, et notamment celles des membranes). Ce qui les rend à leur tour aisément disponibles pour les milliers de réactions biochimiques nécessaires au maintien en vie d’un organisme.

9 – Se nourrir de sucre
Le rôle de la photosynthèse est double : elle permet « d’enfermer » l’énergie solaire dans les liaisons entre atomes de carbone, et elle constitue la voie royale vers la création de matière dans les écosystèmes. Les molécules de base ainsi formées sont des sucres, le plus abondant d’entre eux est le glucose. Ces sucres s’assemblent ensuite pour former la base des autres molécules simples du vivant, comme les acides aminés et les nucléotides, eux-mêmes à la base de toutes les molécules complexes qui nous composent. Du point de vue énergétique, ces sucres servent également de combustible pour la respiration de la plupart des espèces vivantes, plantes comprises, et permettent de libérer l’énergie nécessaire localement, à n‘importe quel endroit de l’organisme, grâce aux mitochondries présentes dans toutes les cellules. N’oublions pas que les combustibles fossiles sont eux-mêmes issus de la photosynthèse, étant au départ un assemblage de cellulose et autres sucres. Les moteurs de notre civilisation restent donc alimentés par des sucres transformés. Le message sous-jacent est clair : le vivant est branché directement sur l’énergie du Soleil et les écosystèmes dans leur totalité se contentent de ce flux annuel pour prospérer.

10 – Un fonctionnement par cycles
Presque tous les processus biologiques, y compris les plus complexes, fonctionnent en boucles. La circulation du sang, les rétroactions du système nerveux, les menstruations, la production et la consommation d’énergie, les migrations, les cycles des saisons ou de vie et de mort sont des phénomènes qui reprennent là où ils finissent. Cette circularité leur permet de s’autoréguler et d’apprivoiser l’imprévu (« l’information circule en boucles et opère les ajustements nécessaires tout au long des processus »). En se combinant, ces systèmes moléculaires cycliques ont pu créer des boucles multiniveaux de contrôle et de création, qui ont permis l’émergence des organismes complexes, puis des écosystèmes.

11 – Recycler tout ce qui est utilisé
Un principe lié au précédent, également basé sur la versatilité de la chimie du vivant. Il peut se résumer par la faculté de la biodiversité à trouver tôt ou tard une solution – une opportunité – pour transformer le déchet produit par un organisme en matière première pour un autre. Une option que nous avons presque totalement oubliée depuis notre entrée dans l’ère industrielle basée sur les combustibles fossiles. Partout dans la nature, ce qui est absorbé équivaut à ce qui est rejeté.
Par ailleurs, lorsque nous regardons ce qu’il se passe au niveau des écosystèmes et de la biosphère dans son ensemble, « ces échanges interviennent d’une manière si fluide que la distinction entre produire et consommer, déchet et nourriture, finit par disparaître ».

12 – Indispensables rotations de matière
Les liens qui unissent les molécules du vivant sont labiles et donc rarement très durables. Pour éviter l’effondrement de ces structures éphémères, les organismes démantèlent en permanence les molécules qui les composent pour les remonter ensuite : « Chaque jour, 7% de nos propres molécules sont recyclées, donc en moyenne 100% en deux semaines. Ce qui fait qu’aucune molécule de non systèmes n’y demeure assez pour disparaître inopinément. »
Ce principe s’applique surtout aux matériaux « vivants » des organismes eux-mêmes. C’est plus rarement le cas au sein des « objets » fabriqués par les animaux, même si les fourmis rouges, les araignées ou les blaireaux renouvellent régulièrement les aiguilles de pin, la soie de leurs toiles et la litière végétale de leurs terriers.

13 – Optimiser plutôt que maximiser
A l’échelle d’un organe, l’optimisation est souvent liée à la multifonctionnalité : si une feuille transforme une part moindre de la lumière qu’elle intercepte qu’un de nos panneaux solaires photovoltaïques, c’est parce que dans le même temps, elle investit aussi de l’énergie dans la régulation de son humidité, ou dans des mécanismes de défense face aux brouteurs. Au niveau des écosystèmes, si toutes les graines essayaient de maximiser leur croissance en germant le plus tôt possible, l’espèce concernée aurait bien du mal à supporter les variations interannuelles du climat. La présence des exemplaires moins productifs mas plus tardifs permet d’optimiser la survie de l’espèce tout en nourrissant la résilience de la population concernée.

14 – Opportunisme
Après la découverte d’un cerf mort, un naturaliste s’est intéressé à sa vitesse d’assimilation par l’écosystème environnant. En quatre mois de visites régulières, il a pu noter l’installation successive et le cycle de vie de 130 espèces nécrophages différentes, en majorité des insectes. De même, l’examen de cadavres de baleines sur les fonds océaniques a permis la découverte de nouvelles espèces de vers marins se nourrissant exclusivement de la graisse de leurs os.
C’est probablement cette formidable aptitude de la vie à exploiter chaque opportunité d’habitat ou de ressource qui explique son ubiquité, des glaciers de montagne au désert de Gobi, des nuages aux couches de roche profondes, des sources hydrothermales aux lacs isolés sous quatre kilomètres de glace en Antarctique. Les bactéries représentent toujours le nec plus ultra en la matière, préparant souvent la voie aux multicellulaires. C’est ainsi qu’on a récemment identifié les premières souches capables de métaboliser certains types de plastique du tristement célèbre amas, au centre de l’océan Pacifique (le « Great Pacific Garbage Patch »).

15 – La compétition sur un socle de coopération
Ce principe marie deux stratégies apparemment contradictoires : chaque organisme agirait dans son propre intérêt, mais le monde vivant fonctionnerait grâce à la coopération. Dans les champs de la biologie et de l’écologie, les observations qui vont dans ce sens s’accumulent.
Par exemple, pour défendre son territoire vital, il est moins risqué pour un oiseau de chanter que de voler dans les plumes de son voisin, au risque d’y laisser les siennes. « Les êtres vivants sont centrés sur eux mais pas autodestructeurs. » Par ailleurs, lorsqu’une troupe de lions « prélève » les plus malades d’un troupeau de gnous et favorise ainsi la reproduction des individus les plus sains, il s’agit à la fois de compétition au niveau individuel et d’une forme de coopération au niveau collectif.
Poussée plus loin, une relation proie/prédateur finit souvent par se transformer en symbiose. Ce mécanisme a joué chez les bactéries dès l’apparition de la vie, et a conduit à la multicellularité. Selon le biologiste Lewis Thomas, la leçon à tirer est non pas « les gentils disparaissent en dernier », mais « les gentils durent plus longtemps. »

16 – Interconnectée et interdépendante
Un seizième principe en guise d’apothéose : le négliger, voire l’ignorer comme nous le faisons de plus en plus à l’échelle de notre civilisation est sans doute notre erreur collective la plus risquée pour sa survie à moyen terme.
Toutes les espèces d’un écosystème forment une véritable toile de vie (et de mort) qu’elles soient prédatrices, hôtes ou partenaires. Si l’une de ces espèces acquiert une nouvelle stratégie, et c’est tout l’écosystème qui réagira et s’adaptera. Les biologistes appellent cela la coévolution.
A l’échelle de la biosphère, les écosystèmes sont également connectés entre eux. Les forêts fluviales nourrissent sans cesse les habitants des estuaires, avant que les produits de l’activité biologique qui en résulte n‘approvisionnent les habitants de la « colonne d’eau », puis ceux des fonds abyssaux. Et la prochaine fois que l’un de vos amis s’interroge sur l’importance de la biodiversité pour son entreprise de logiciels ou sa compagnie d’assurances, rappelez-lui qu’il ne pourrait respirer longtemps sur cette planète sans une présence massive de plantes terrestres et de plancton.

Conclusion : Appel à l’humilité, à la contemplation de la nature et à la patience.

Notre orgueil, notre aveuglement, en un mot notre hubris, nous rendent finalement très bêtes et très sauvages, destructeurs. En moins de deux siècles nous avons détruit une grande partie de ce que la nature a édifié avec constance, inventivité, fantaisie durant des centaines de millions de siècles. Mettons-nous sans tarder à l’école de la nature. Apprenons, d’une part, à nous émerveiller de tout ce qu’elle nous offre et, d’autre part, à nous inspirer de sa démarche créatrice toujours en éveil en reconnaissant que, pour l’heure, toutes nos créations, dont nous sommes si fiers, ne sont que de médiocres, dispendieux et dangereux bricolages d’apprentis sorciers.

En fait, si nous observons d’un regard critique les deux siècles qui pour nous illustrent le progrès, c’est-à-dire l’ingéniosité et la créativité humaines à travers la maîtrise du feu, la révolution industrielle et maintenant les révolutions biotechnologiques et numériques, nous n’avons cessé, de manière appliquée et bornée, de prendre méthodiquement le contre-pied du vivant. Et nous ne cessons tous les jours d’en découvrir et d’en mesurer les conséquences désastreuses pour l’ensemble des êtres vivants et les grandes régulations que relient Terre, Ciel et Mer et rendent notre planète habitable. Un seul chiffre : selon une information1 récemment publiée, l’humanité aurait produit depuis 1950, plus de 8 milliards de tonnes de matières plastiques qui finissent leur vie dans les océans où elles polluent toutes les chaînes trophiques.

En guise d’appel à une véritable conversion biomimétique, je vous propose l’exemple de la barge rousse présenté par Gauthier Chapelle. Cet oiseau vit dans les zones arctiques. Chaque année il migre vers la Nouvelle-Zélande. Elle parcourt les 10 000km de cette migration d’une seule traite, en dix jours de vol ininterrompu sans le moindre ravitaillement. Pour accomplir cet exploit, avant son départ au long cours, elle se gave de nourritures dans les vasières des estuaires et accumule des graisses qui représentent jusqu’à 45% de son poids.

Ce qui est remarquable, c’est que ces réserves ne peuvent assurer l’énergie que pour sept jours de vol. Et c’est là que l’ingéniosité sans limite du vivant nous stupéfie. A ce moment crucial de son voyage, la barge rousse a des ailes surdimensionnées par rapport à son poids du moment. Alors… elle se met à consommer les protéines des muscles de ses ailes !

Quel avionneur aurait-il l’idée géniale et saugrenue de concevoir et construire un aéronef dont un ou plusieurs de ces moteurs pourraient être transformés en carburant ?

Le vivant, c’est ça ! Convenons que nous sommes bien courts en créativité et inventivité.

1 Lire « Sur Terre, il y aura bientôt plus d’une tonne de déchets plastiques par habitant », Sciences et Avenir, 20/07/2017