chimiosynthèse

Les cellules souterraines produisent de l'« oxygène sombre » sans lumière

Dans certaines profondes nappes souterraines, les cellules disposent d’une astuce chimique pour produire de l’oxygène qui pourrait alimenter des écosystèmes souterrains entiers.

(Photo - Dans un monde ensoleillé, la photosynthèse fournit l’oxygène indispensable à la vie. Au fond des profondeurs, la vie trouve un autre chemin.)

Les scientifiques se sont rendu compte que le sol et les roches sous nos pieds abritent une vaste biosphère dont le volume global est près de deux fois supérieur à celui de tous les océans de la planète. On sait peu de choses sur ces organismes souterrains, qui représentent l’essentiel de la masse microbienne de la planète et dont la diversité pourrait dépasser celle des formes de vie vivant en surface. Leur existence s’accompagne d’une grande énigme : les chercheurs ont souvent supposé que bon nombre de ces royaumes souterrains étaient des zones mortes pauvres en oxygène, habitées uniquement par des microbes primitifs qui maintiennent leur métabolisme au ralenti et se débrouillent grâce aux traces de nutriments. À mesure que ces ressources s’épuisent, pensait-on, l’environnement souterrain devient sans vie à mesure que l’on s’enfonce.

Dans une nouvelle recherche publiée le mois dernier dans Nature Communications , les chercheurs ont présenté des preuves qui remettent en question ces hypothèses. Dans des réservoirs d'eau souterraine situés à 200 mètres sous les champs de combustibles fossiles de l'Alberta, au Canada, ils ont découvert des microbes abondants qui produisent des quantités étonnamment importantes d'oxygène, même en l'absence de lumière. Les microbes génèrent et libèrent tellement de ce que les chercheurs appellent " l'oxygène noir " que c'est comme découvrir " le même quantité d'oxygène que celle  issue de la photosynthèse dans la forêt amazonienne ", a déclaré Karen Lloyd , microbiologiste souterrain à l'Université du Tennessee qui n'était pas partie de l’étude. La quantité de gaz diffusé hors des cellules est si grande qu’elle semble créer des conditions favorables à une vie dépendante de l’oxygène dans les eaux souterraines et les strates environnantes.

"Il s'agit d'une étude historique", a déclaré Barbara Sherwood Lollar , géochimiste à l'Université de Toronto qui n'a pas participé aux travaux. Les recherches antérieures ont souvent porté sur les mécanismes susceptibles de produire de l'hydrogène et d'autres molécules vitales pour la vie souterraine, mais cette création de molécules contenant de l'oxygène a été largement négligée car ces molécules sont très rapidement consommées dans l'environnement souterrain. Jusqu’à présent, " aucune étude n’a rassemblé tout cela comme celle-ci ", a-t-elle déclaré.

La nouvelle étude a porté sur les aquifères profonds de la province canadienne de l’Alberta, qui possède des gisements souterrains si riches en goudron, en sables bitumineux et en hydrocarbures qu’elle a été surnommée " le Texas du Canada ". Parce que ses énormes industries d'élevage de bétail et d'agriculture dépendent fortement des eaux souterraines, le gouvernement provincial surveille activement l'acidité et la composition chimique de l'eau. Pourtant, personne n’avait étudié systématiquement la microbiologie des eaux souterraines.

Pour Emil Ruff , mener une telle enquête semblait être " une solution facile " en 2015 lorsqu'il a commencé son stage postdoctoral en microbiologie à l'Université de Calgary. Il ne savait pas que cette étude apparemment simple le mettrait à rude épreuve pendant les six prochaines années.

Profondeurs encombrées

Après avoir collecté l'eau souterraine de 95 puits à travers l'Alberta, Ruff et ses collègues ont commencé à faire de la microscopie de base : ils ont coloré des cellules microbiennes dans des échantillons d'eau souterraine avec un colorant à base d'acide nucléique et ont utilisé un microscope à fluorescence pour les compter. En radiodatant la matière organique présente dans les échantillons et en vérifiant les profondeurs auxquelles ils avaient été collectés, les chercheurs ont pu identifier l'âge des aquifères souterrains qu'ils exploitaient.

Une tendance dans les chiffres les intriguait. Habituellement, lors d'études sur les sédiments sous le fond marin, par exemple, les scientifiques constatent que le nombre de cellules microbiennes diminue avec la profondeur : les échantillons plus anciens et plus profonds ne peuvent pas abriter autant de vie car ils sont davantage privés des nutriments produits par les plantes photosynthétiques. et des algues près de la surface. Mais à la surprise de l'équipe de Ruff, les eaux souterraines plus anciennes et plus profondes contenaient plus de cellules que les eaux plus douces.

Les chercheurs ont ensuite commencé à identifier les microbes présents dans les échantillons, à l’aide d’outils moléculaires pour repérer leurs gènes marqueurs révélateurs. Beaucoup d’entre eux étaient des archées méthanogènes – des microbes simples et unicellulaires qui produisent du méthane après avoir consommé de l’hydrogène et du carbone suintant des roches ou de la matière organique en décomposition. De nombreuses bactéries se nourrissant du méthane ou des minéraux présents dans l’eau étaient également présentes.

Ce qui n'avait aucun sens, cependant, c'est que bon nombre de bactéries étaient des aérobies, des microbes qui ont besoin d'oxygène pour digérer le méthane et d'autres composés. Comment les aérobies pourraient-ils prospérer dans des eaux souterraines qui ne devraient pas contenir d’oxygène, puisque la photosynthèse est impossible ? Mais les analyses chimiques ont également révélé une grande quantité d’oxygène dissous dans les échantillons d’eau souterraine de 200 mètres de profondeur.

C'était du jamais vu. "On a sûrement foiré l'échantillon", fut la première réaction de Ruff.

Il a d’abord tenté de montrer que l’oxygène dissous dans les échantillons était le résultat d’une mauvaise manipulation. "C'est comme être Sherlock Holmes", a déclaré Ruff. " Vous essayez de trouver des preuves et des indications " pour réfuter vos hypothèses. Cependant, la teneur en oxygène dissous semblait constante sur des centaines d’échantillons. Une mauvaise manipulation ne pouvait pas l'expliquer.

Si l’oxygène dissous ne provenait pas d’une contamination, d’où venait-il ? Ruff s'est rendu compte qu'il près de quelque chose de grand, même si faire des affirmations controversées va à l'encontre de sa nature. Beaucoup de ses co-auteurs avaient également des doutes : cette découverte menaçait de briser les fondements de notre compréhension des écosystèmes souterrains.

Produire de l'oxygène pour tout le monde

En théorie, l’oxygène dissous dans les eaux souterraines pourrait provenir de plantes, de microbes ou de processus géologiques. Pour trouver la réponse, les chercheurs se sont tournés vers la spectrométrie de masse, une technique permettant de mesurer la masse des isotopes atomiques. En règle générale, les atomes d’oxygène provenant de sources géologiques sont plus lourds que l’oxygène provenant de sources biologiques. L’oxygène présent dans les eaux souterraines était léger, ce qui impliquait qu’il devait provenir d’une entité vivante. Les candidats les plus plausibles étaient les microbes.

Les chercheurs ont séquencé les génomes de l’ensemble de la communauté microbienne présente dans les eaux souterraines et ont repéré les voies et réactions biochimiques les plus susceptibles de produire de l’oxygène. Les réponses pointaient sans cesse vers une découverte faite il y a plus de dix ans par Marc Strous de l'Université de Calgary, auteur principal de la nouvelle étude et chef du laboratoire où travaillait Ruff.

Alors qu'il travaillait dans un laboratoire aux Pays-Bas à la fin des années 2000, Strous avait remarqué qu'un type de bactérie se nourrissant de méthane, souvent présente dans les sédiments des lacs et les boues d'épuration, avait un mode de vie étrange. Au lieu d'absorber l'oxygène de son environnement comme les autres aérobies, ces bactéries créent leur propre oxygène en utilisant des enzymes pour décomposer les composés solubles appelés nitrites (qui contiennent un groupe chimique composé d'azote et de deux atomes d'oxygène). Les bactéries utilisent l’oxygène auto-généré pour transformer le méthane en énergie.

Lorsque les microbes décomposent les composés de cette façon, on parle de dismutation. Jusqu’à présent, on pensait que cette méthode de production d’oxygène était rare dans la nature. Des expériences récentes en laboratoire impliquant des communautés microbiennes artificielles ont cependant révélé que l'oxygène produit par la dismutation peut s'échapper des cellules et se répandre dans le milieu environnant au profit d'autres organismes dépendants de l'oxygène, dans une sorte de processus symbiotique. Ruff pense que cela pourrait permettre à des communautés entières de microbes aérobies de prospérer dans les eaux souterraines, et potentiellement également dans les sols environnants.

Chimie pour la vie ailleurs

Cette découverte comble une lacune cruciale dans notre compréhension de l’évolution de l’immense biosphère souterraine et de la manière dont la dismutation contribue au cycle des composés se déplaçant dans l’environnement mondial. La simple possibilité que de l'oxygène soit présent dans les eaux souterraines " change notre compréhension du passé, du présent et de l'avenir du sous-sol ", a déclaré Ruff, qui est maintenant scientifique adjoint au Laboratoire de biologie marine de Woods Hole, Massachusetts.

Comprendre ce qui vit dans le sous-sol de notre planète est également " crucial pour transposer ces connaissances ailleurs ", a déclaré Sherwood Lollar. Le sol de Mars, par exemple, contient des composés perchlorates que certains microbes terrestres peuvent transformer en chlorure et en oxygène. Europe, la lune de Jupiter, possède un océan profond et gelé ; la lumière du soleil ne peut pas y pénétrer, mais l'oxygène pourrait potentiellement y être produit par dismutation microbienne au lieu de la photosynthèse. Les scientifiques ont observé des panaches de vapeur d’eau jaillissant de la surface d’Encelade, l’une des lunes de Saturne. Les panaches proviennent probablement d’un océan souterrain d’eau liquide. Si un jour nous trouvons de la vie sur d’autres mondes comme ceux-là, elle pourrait emprunter des voies de dismutation pour survivre.

Quelle que soit l'importance de la dismutation ailleurs dans l'univers, Lloyd est étonné de voir à quel point les nouvelles découvertes défient les idées préconçues sur les besoins de la vie et par l'ignorance scientifique qu'elles révèlent sur l'une des plus grandes biosphères de la planète. " C'est comme si nous avions toujours eu un œuf sur le visage ", a-t-elle déclaré.

Auteur: Internet

Info: https://www.quantamagazine.org/, Saugat Bolakhé, juillet 2023

[ perspectives extraterrestres ]

méta-moteur

Le comportement de cet animal est programmé mécaniquement.

Des interactions biomécaniques, plutôt que des neurones, contrôlent les mouvements de l'un des animaux les plus simples. Cette découverte offre un aperçu de la façon dont le comportement animal fonctionnait avant l'apparition des neurones.

L'animal extrêmement simple Trichoplax adhaerens se déplace et réagit à son environnement avec agilité et avec un but apparent, mais il n'a pas de neurones ou de muscles pour coordonner ses mouvements. De nouveaux travaux montrent que les interactions biomécaniques entre les cils de l'animal suffisent à en expliquer ses mouvements.

Le biophysicien Manu Prakash se souvient très bien du moment où, tard dans la nuit, dans le laboratoire d'un collègue, il y a une douzaine d'années, il a regardé dans un microscope et a rencontré sa nouvelle obsession. L'animal sous les lentilles n'était pas très beau à voir, ressemblant plus à une amibe qu'à autre chose : une tache multicellulaire aplatie, de 20 microns d'épaisseur et de quelques millimètres de diamètre, sans tête ni queue. Elle se déplaçait grâce à des milliers de cils qui recouvraient sa face inférieure pour former la "plaque velue collante" qui lui a inspiré son nom latin, Trichoplax adhaerens.

Cette étrange créature marine, classée dans la catégorie des placozoaires, dispose pratiquement d'une branche entière de l'arbre de l'évolution de la vie pour elle-même, ainsi que du plus petit génome connu du règne animal. Mais ce qui a le plus intrigué Prakash, c'est la grâce, l'agilité et l'efficacité bien orchestrées avec lesquelles les milliers ou les millions de cellules du Trichoplax se déplacent.

Après tout, une telle coordination nécessite habituellement des neurones et des muscles - et le Trichoplax n'en a pas.

Prakash s'est ensuite associé à Matthew Storm Bull, alors étudiant diplômé de l'université de Stanford, pour faire de cet étrange organisme la vedette d'un projet ambitieux visant à comprendre comment les systèmes neuromusculaires ont pu évoluer et comment les premières créatures multicellulaires ont réussi à se déplacer, à trouver de la nourriture et à se reproduire avant l'existence des neurones.

"J'appelle souvent ce projet, en plaisantant, la neuroscience sans les neurones", a déclaré M. Prakash.

Dans un trio de prétirés totalisant plus de 100 pages - publiés simultanément sur le serveur arxiv.org l'année dernière - lui et Bull ont montré que le comportement de Trichoplax pouvait être décrit entièrement dans le langage de la physique et des systèmes dynamiques. Les interactions mécaniques qui commencent au niveau d'un seul cilium, puis se multiplient sur des millions de cellules et s'étendent à des niveaux supérieurs de structure, expliquent entièrement la locomotion coordonnée de l'animal tout entier. L'organisme ne "choisit" pas ce qu'il doit faire. Au contraire, la horde de cils individuels se déplace simplement - et l'animal dans son ensemble se comporte comme s'il était dirigé par un système nerveux. Les chercheurs ont même montré que la dynamique des cils présente des propriétés qui sont généralement considérées comme des signes distinctifs des neurones.

Ces travaux démontrent non seulement comment de simples interactions mécaniques peuvent générer une incroyable complexité, mais ils racontent également une histoire fascinante sur ce qui aurait pu précéder l'évolution du système nerveux.

"C'est un tour de force de la biophysique", a déclaré Orit Peleg, de l'université du Colorado à Boulder, qui n'a pas participé aux études. Ces découvertes ont déjà commencé à inspirer la conception de machines mécaniques et de robots, et peut-être même une nouvelle façon de penser au rôle des systèmes nerveux dans le comportement animal. 

La frontière entre le simple et le complexe

Les cerveaux sont surestimés. "Un cerveau est quelque chose qui ne fonctionne que dans le contexte très spécifique de son corps", a déclaré Bull. Dans les domaines connus sous le nom de "robotique douce" et de "matière active", la recherche a démontré que la bonne dynamique mécanique peut suffire à accomplir des tâches complexes sans contrôle centralisé. En fait, les cellules seules sont capables de comportements remarquables, et elles peuvent s'assembler en systèmes collectifs (comme les moisissures ou les xénobots) qui peuvent accomplir encore plus, le tout sans l'aide de neurones ou de muscles.

Mais est-ce possible à l'échelle d'un animal multicellulaire entier ?

Le Trichoplax fut un cas d'étude parfait : assez simple pour être étudié dans les moindres détails, mais aussi assez compliqué pour offrir quelque chose de nouveau aux chercheurs. En l'observant, "vous regardez simplement une danse", a déclaré Prakash. "Elle est d'une incroyable complexité". Elle tourne et se déplace sur des surfaces. Elle s'accroche à des plaques d'algues pour les piéger et les consommer comme nourriture. Elle se reproduit asexuellement en se divisant en deux.

"Un organisme comme celui-ci se situe dans un régime intermédiaire entre quelque chose de réellement complexe, comme un vertébré, et quelque chose qui commence à devenir complexe, comme les eucaryotes unicellulaires", explique Kirsty Wan, chercheur à l'université d'Exeter en Angleterre, qui étudie la locomotion ciliaire.

Ce terrain intermédiaire entre les cellules uniques et les animaux dotés de muscles et de systèmes nerveux semblait être l'endroit idéal pour que Prakash et Bull posent leurs questions. "Pour moi, un organisme est une idée", a déclaré Prakash, un terrain de jeu pour tester des hypothèses et un berceau de connaissances potentielles.

Prakash a d'abord construit de nouveaux microscopes permettant d'examiner le Trichoplax par en dessous et sur le côté, et a trouvé comment suivre le mouvement à grande vitesse de ses cils. (Ce n'était pas un terrain entièrement nouveau pour lui, puisqu'il était déjà célèbre pour ses travaux sur le Foldscope, un microscope facile à assembler et dont la fabrication coûte moins d'un dollar). Il pouvait alors voir et suivre des millions de cils individuels, chacun apparaissant comme une minuscule étincelle dans le champ de vision du microscope pendant une fraction de seconde à la fois. "Vous ne voyez que les empreintes lorsqu'elles se posent sur la surface", a déclaré Prakash.

Lui-même - et plus tard Bull, qui a rejoint son laboratoire il y a six ans - ont passé des heures à observer l'orientation de ces petites empreintes. Pour que ces motifs complexes soient possibles, les scientifiques savaient que les cils devaient être engagés dans une sorte de communication à longue distance. Mais ils ne savaient pas comment.

Ils ont donc commencé à rassembler les pièces du puzzle, jusqu'à ce que, l'année dernière, ils décident enfin qu'ils avaient leur histoire.

Une marche en pilote automatique

Au départ, Prakash et Bull s'attendaient à ce que les cils glissent sur des surfaces, avec une fine couche de liquide séparant l'animal du substrat. Après tout, les cils sont généralement vus dans le contexte des fluides : ils propulsent des bactéries ou d'autres organismes dans l'eau, ou déplacent le mucus ou les fluides cérébrospinaux dans un corps. Mais lorsque les chercheurs ont regardé dans leurs microscopes, ils ont constaté que les cils semblaient marcher, et non nager.

Bien que l'on sache que certains organismes unicellulaires utilisent les cils pour ramper, ce type de coordination n'avait jamais été observé à cette échelle. "Plutôt qu'utiliser les cils pour propulser un fluide, il s'agit de mécanique, de friction, d'adhésion et de toutes sortes de mécanismes solides très intéressants", a-t-elle déclaré.

Prakash, Bull et Laurel Kroo, une étudiante diplômée en génie mécanique de Stanford, ont donc entrepris de caractériser la démarche des cils. Ils ont suivi la trajectoire de l'extrémité de chaque cilium au fil du temps, l'observant tracer des cercles et pousser contre des surfaces. Ils ont défini trois types d'interactions : le glissement, au cours duquel les cils effleurent à peine la surface ; la marche, lorsque les cils adhèrent brièvement à la surface avant de se détacher ; et le calage, lorsque les cils restent coincés contre la surface.

Dans leurs modèles, l'activité de marche émergeait naturellement de l'interaction entre les forces motrices internes des cils et l'énergie de leur adhésion à la surface. Le bon équilibre entre ces deux paramètres (calculé à partir de mesures expérimentales de l'orientation, de la hauteur et de la fréquence des battements des cils) permettant une locomotion régulière, chaque cilium se collant puis se soulevant, comme une jambe. Un mauvais équilibre produisant les phases de glissement ou de décrochage.

Nous pensons généralement, lorsque quelque chose se passe comme ça, qu'il y a un signal interne semblable à une horloge qui dit : "OK, allez-y, arrêtez-vous, allez-y, arrêtez-vous", a déclaré Simon Sponberg, biophysicien à l'Institut de technologie de Géorgie. "Ce n'est pas ce qui se passe ici. Les cils ne sont pas rythmés. Il n'y a pas une chose centrale qui dit 'Go, go, go' ou autre. Ce sont les interactions mécaniques qui mettent en place quelque chose qui va, qui va, qui va."

De plus, la marche pourrait être modélisée comme un système excitable, c'est-à-dire un système dans lequel, sous certaines conditions, les signaux se propagent et s'amplifient au lieu de s'atténuer progressivement et de s'arrêter. Un neurone est un exemple classique de système excitable : De petites perturbations de tension peuvent provoquer une décharge soudaine et, au-delà d'un certain seuil, le nouvel état stimulé se propage au reste du système. Le même phénomène semble se produire ici avec les cils. Dans les expériences et les simulations, de petites perturbations de hauteur, plutôt que de tension, entraînent des changements relativement importants dans l'activité des cils voisins : Ils peuvent soudainement changer d'orientation, et même passer d'un état de stase à un état de marche. "C'est incroyablement non linéaire", a déclaré Prakash.

En fait, les modèles de cils de Prakash, Bull et Kroo se sont avérés très bien adaptés aux modèles établis pour les potentiels d'action au sein des neurones. "Ce type de phénomène unique se prête à une analogie très intéressante avec ce que l'on observe dans la dynamique non linéaire des neurones individuels", a déclaré Bull. Sponberg est d'accord. "C'est en fait très similaire. Il y a une accumulation de l'énergie, et puis pop, et puis pop, et puis pop".

Les cils s'assemblent comme des oiseaux

Forts de cette description mathématique, Prakash et Bull ont examiné comment chaque cilium pousse et tire sur ses voisins lors de son interaction avec la surface, et comment toute ces activités indépendantes peuvent se transformer en quelque chose de synchronisé et cohérent.

Ils ont mesuré comment la démarche mécanique de chaque cilium entraînait de petites fluctuations locales de la hauteur du tissu. Ils ont ensuite écrit des équations pour expliquer comment ces fluctuations pouvaient influencer le comportement des cellules voisines, alors même que les cils de ces cellules effectuaient leurs propres mouvements, comme un réseau de ressorts reliant de minuscules moteurs oscillants.

Lorsque les chercheurs ont modélisé "cette danse entre élasticité et activité", ils ont constaté que les interactions mécaniques - de cils poussant contre un substrat et de cellules se tirant les unes les autres - transmettaient rapidement des informations à travers l'organisme. La stimulation d'une région entraînait des vagues d'orientation synchronisée des cils qui se déplaçaient dans le tissu. "Cette élasticité et cette tension dans la physique d'un cilium qui marche, maintenant multipliées par des millions d'entre eux dans une feuille, donnent en fait lieu à un comportement mobile cohérent", a déclaré Prakash.

Et ces modèles d'orientation synchronisés peuvent être complexes : parfois, l'activité du système produit des tourbillons, les cils étant orientés autour d'un seul point. Dans d'autres cas, les cils se réorientent en quelques fractions de seconde, pointant d'abord dans une direction puis dans une autre - se regroupant comme le ferait un groupe d'étourneaux ou un banc de poissons, et donnant lieu à une agilité qui permet à l'animal de changer de direction en un clin d'œil.

"Nous avons été très surpris lorsque nous avons vu pour la première fois ces cils se réorienter en une seconde", a déclaré M. Bull.

Ce flocage agile est particulièrement intriguant. Le flocage se produit généralement dans des systèmes qui se comportent comme des fluides : les oiseaux et les poissons individuels, par exemple, peuvent échanger librement leurs positions avec leurs compagnons. Mais cela ne peut pas se produire chez Trichoplax, car ses cils sont des composants de cellules qui ont des positions fixes. Les cils se déplacent comme "un troupeau solide", explique Ricard Alert, physicien à l'Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes.

Prakash et Bull ont également constaté dans leurs simulations que la transmission d'informations était sélective : Après certains stimuli, l'énergie injectée dans le système par les cils se dissipe tout simplement, au lieu de se propager et de modifier le comportement de l'organisme. Nous utilisons notre cerveau pour faire cela tout le temps, pour observer avec nos yeux et reconnaître une situation et dire : "Je dois soit ignorer ça, soit y répondre", a déclaré M. Sponberg.

Finalement, Prakash et Bull ont découvert qu'ils pouvaient écrire un ensemble de règles mécaniques indiquant quand le Trichoplax peut tourner sur place ou se déplacer en cercles asymétriques, quand il peut suivre une trajectoire rectiligne ou dévier soudainement vers la gauche, et quand il peut même utiliser sa propre mécanique pour se déchirer en deux organismes distincts.

"Les trajectoires des animaux eux-mêmes sont littéralement codées" via ces simples propriétés mécaniques, a déclaré Prakash.

Il suppose que l'animal pourrait tirer parti de ces dynamiques de rotation et de reptation dans le cadre d'une stratégie de "course et culbute" pour trouver de la nourriture ou d'autres ressources dans son environnement. Lorsque les cils s'alignent, l'organisme peut "courir", en continuant dans la direction qui vient de lui apporter quelque chose de bénéfique ; lorsque cette ressource semble s'épuiser, Trichoplax peut utiliser son état de vortex ciliaire pour se retourner et tracer une nouvelle route.

Si d'autres études démontrent que c'est le cas, "ce sera très excitant", a déclaré Jordi Garcia-Ojalvo, professeur de biologie systémique à l'université Pompeu Fabra de Barcelone. Ce mécanisme permettrait de faire le lien entre beaucoups d'échelles, non seulement entre la structure moléculaire, le tissu et l'organisme, mais aussi pour ce qui concerne écologie et environnement.

En fait, pour de nombreux chercheurs, c'est en grande partie ce qui rend ce travail unique et fascinant. Habituellement, les approches des systèmes biologiques basées sur la physique décrivent l'activité à une ou deux échelles de complexité, mais pas au niveau du comportement d'un animal entier. "C'est une réussite...  vraiment rare", a déclaré M. Alert.

Plus gratifiant encore, à chacune de ces échelles, la mécanique exploite des principes qui font écho à la dynamique des neurones. "Ce modèle est purement mécanique. Néanmoins, le système dans son ensemble possède un grand nombre des propriétés que nous associons aux systèmes neuro-mécaniques : il est construit sur une base d'excitabilité, il trouve constamment un équilibre délicat entre sensibilité et stabilité et il est capable de comportements collectifs complexes." a déclaré Sponberg.

"Jusqu'où ces systèmes mécaniques peuvent-ils nous mener ?... Très loin." a-t-il ajouté.

Cela a des implications sur la façon dont les neuroscientifiques pensent au lien entre l'activité neuronale et le comportement de manière plus générale. "Les organismes sont de véritables objets dans l'espace", a déclaré Ricard Solé, biophysicien à l'ICREA, l'institution catalane pour la recherche et les études avancées, en Espagne. Si la mécanique seule peut expliquer entièrement certains comportements simples, les neuroscientifiques voudront peut-être examiner de plus près comment le système nerveux tire parti de la biophysique d'un animal pour obtenir des comportements complexes dans d'autres situations.

"Ce que fait le système nerveux n'est peut-être pas ce que nous pensions qu'il faisait", a déclaré M. Sponberg.

Un pas vers la multicellularité

"L'étude de Trichoplax peut nous donner un aperçu de ce qu'il a fallu faire pour développer des mécanismes de contrôle plus complexes comme les muscles et les systèmes nerveux", a déclaré Wan. "Avant d'arriver à ça, quelle est le meilleur truc à suivre ? Ca pourrait bien être ça".

Alert est d'accord. "C'est une façon si simple d'avoir des comportements organisationnels tels que l'agilité que c'est peut-être ainsi qu'ils ont émergé au début et  au cours de l'évolution, avant que les systèmes neuronaux ne se développent. Peut-être que ce que nous voyons n'est qu'un fossile vivant de ce qui était la norme à l'époque".

Solé considère que Trichoplax occupe une "twilight zone... au centre des grandes transitions vers la multicellularité complexe". L'animal semble commencer à mettre en place "les conditions préalables pour atteindre la vraie complexité, celle où les neurones semblent être nécessaires."

Prakash, Bull et leurs collaborateurs cherchent maintenant à savoir si Trichoplax pourrait être capable d'autres types de comportements ou même d'apprentissage. Que pourrait-il réaliser d'autre dans différents contextes environnementaux ? La prise en compte de sa biochimie en plus de sa mécanique ouvrirait-elle vers un autre niveau de comportement ?

Les étudiants du laboratoire de Prakash ont déjà commencé à construire des exemples fonctionnels de ces machines. Kroo, par exemple, a construit un dispositif de natation robotisé actionné par un matériau viscoélastique appelé mousse active : placée dans des fluides non newtoniens comme des suspensions d'amidon de maïs, elle peut se propulser vers l'avant.

"Jusqu'où voulez-vous aller ? a demandé Peleg. "Pouvez-vous construire un cerveau, juste à partir de ce genre de réseaux mécaniques ?"

Prakash considère que ce n'est que le premier chapitre de ce qui sera probablement une saga de plusieurs décennies. "Essayer de vraiment comprendre cet animal est pour moi un voyage de 30 ou 40 ans", a-t-il dit. "Nous avons terminé notre première décennie... C'est la fin d'une époque et le début d'une autre".

Auteur: Internet

Info: https://www.quantamagazine.org/before-brains-mechanics-may-have-ruled-animal-behavior. Jordana Cepelewicz, 16 mars 2022. Trad Mg

[ cerveau rétroactif ] [ échelles mélangées ] [ action-réaction ] [ plus petit dénominateur commun ] [ grégarisme ] [ essaims ] [ murmurations mathématiques ]

homme-machine

Pour présenter-entamer  cette chaïne "quête métaphysique" nous allons le faire à partir d'une conversation avec un des premier chatbot arrivé sur Internet. Conversation entamée à partir d'un proverbe très connu.



Q) En français il y a un proverbe qui dit "on en fait pas boire un âne qui n'a pas soif", connais-tu des proverbes d'autres pays qui portent le même sens ?

R) Oui, il existe de nombreux proverbes dans d'autres pays qui portent le même sens que le proverbe français "on en fait pas boire un âne qui n'a pas soif". Voici quelques exemples :

• En anglais : "You can lead a horse to water, but you can't make it drink."


• En espagnol : "No se puede obligar a un burro a beber."


• En italien : "Non si può obbligare un asino a bere."


• En allemand : "Man kann einem sturen Esel kein Wasser einflößen."


• En portugais : "Não se pode obrigar um burro a beber."


• En russe : "Вынудить осла пить невозможно."


• En chinois : "强扭的瓜不甜 (qiáng niǔ de guā bù tián)"


• En japonais : "馬鹿に水を飲ませることはできない (baka ni mizu o nomisaseru koto wa dekinai)"

Tous ces proverbes signifient qu'il est impossible de forcer quelqu'un à faire quelque chose qu'il ne veut pas faire. Ils mettent l'accent sur le libre arbitre et l'importance de la volonté individuelle.

Voici quelques autres proverbes qui expriment la même idée :

• "On ne peut pas changer les gens."


• "On ne peut pas forcer les gens à penser comme nous."


• "On ne peut pas forcer les gens à faire ce qu'ils ne veulent pas faire."

Ces proverbes nous rappellent que nous ne pouvons pas contrôler les autres. Nous pouvons seulement les influencer, mais nous ne pouvons pas les obliger à changer leurs opinions ou leurs comportements.

Q) Merci. Peux-tu trouver - ou formuler - des phrases qui disent la même chose en terme de logique formelle sémantique ?

R) Oui, voici quelques phrases qui disent la même chose que le proverbe français "on en fait pas boire un âne qui n'a pas soif" en terme de logique formelle sémantique :

• "Pour que A fasse B, il faut que A veuille faire B."


• "Si A ne veut pas faire B, alors A ne fera pas B."


• "L'intention de A est une condition nécessaire pour que A fasse B."

Ces phrases utilisent la logique formelle sémantique pour exprimer l'idée que l'intention est une condition nécessaire pour l'action. En d'autres termes, pour qu'une personne fasse quelque chose, il faut qu'elle ait l'intention de le faire.

Voici une autre manière de formuler cette idée :

• "L'intention de A est un prédicat nécessaire pour la proposition A fait B."

Cette phrase utilise la notion de prédicat en logique formelle sémantique. Un prédicat est une propriété qui peut être attribuée à un objet. Dans ce cas, le prédicat est "A fait B". La phrase signifie que l'intention de A est une propriété nécessaire pour que la proposition "A fait B" soit vraie.

Enfin, voici une autre manière de formuler cette idée :

• "Si A ne veut pas faire B, alors la proposition A fait B est fausse."

Cette phrase utilise la notion de vérité en logique formelle sémantique. Une proposition est vraie si elle est conforme à la réalité. Dans ce cas, la proposition est "A fait B". La phrase signifie que si A ne veut pas faire B, alors la proposition "A fait B" est fausse.

Ces différentes formulations de l'idée exprimée par le proverbe français "on en fait pas boire un âne qui n'a pas soif" montrent que la logique formelle sémantique peut être utilisée pour exprimer des concepts complexes de manière précise et rigoureuse.

Q) Merci... ça marche pour un animal, mais ça peut être contourné avec un humain, puisqu'il il suffit de lui faire peur ou même de lui faire entrevoir quelque chose de négatif pour lui, comme une perte d'argent, non ?

R) Oui, vous avez raison. Il est possible de forcer un humain à faire quelque chose qu'il ne veut pas faire, en lui faisant peur ou en lui faisant entrevoir quelque chose de négatif pour lui.

Dans le cas de la peur, l'humain est motivé par le désir de se protéger. Il peut être forcé à faire quelque chose qu'il ne veut pas faire s'il pense que cela l'aidera à éviter une menace. Par exemple, un humain peut être forcé à faire quelque chose qu'il ne veut pas faire s'il est menacé de violence ou de mort.

Dans le cas de la perte d'argent, l'humain est motivé par le désir de préserver ses ressources. Il peut être forcé à faire quelque chose qu'il ne veut pas faire s'il pense que cela l'empêchera de perdre de l'argent. Par exemple, un humain peut être forcé à faire quelque chose qu'il ne veut pas faire s'il est menacé de perdre son emploi.

Cependant, il est important de noter que la force est une solution de dernier recours. Elle peut être efficace à court terme, mais elle peut avoir des conséquences négatives à long terme. En effet, la force peut créer de la méfiance et de la rancune, ce qui peut rendre plus difficile la coopération future.

Il est préférable d'essayer d'influencer les humains de manière positive, en les persuadant ou en les motivant. Cela peut se faire en leur expliquant les avantages de faire quelque chose, ou en leur donnant envie de le faire.

Q) Merci. Tromperie égale donc perte de confiance. Ce processus est valable dans une relation entre humains, mais aussi entre un humain et un animal... Est-ce aussi valable entre un humain et un végétal ?

R) Oui, la tromperie peut également conduire à une perte de confiance entre un humain et un végétal. Cela est particulièrement vrai si la tromperie est répétée ou si elle a des conséquences négatives pour le végétal.

Par exemple, si un jardinier promet à une plante de lui donner de l'eau, mais qu'il ne le fait pas, la plante peut apprendre à ne pas faire confiance au jardinier. Cela peut rendre plus difficile pour le jardinier de prendre soin de la plante à l'avenir.

De même, si un humain coupe une branche d'un arbre sans raison valable, l'arbre peut apprendre à se méfier des humains. Cela peut rendre plus difficile pour l'humain de profiter des fruits ou des fleurs de l'arbre à l'avenir.

Bien sûr, les plantes ne sont pas capables de ressentir la tromperie de la même manière que les humains ou les animaux. Elles n'ont pas la même capacité de compréhension ou de raisonnement. Cependant, elles sont capables d'apprendre de leurs expériences et de modifier leur comportement en conséquence.

Si un humain trompe une plante, il est probable que la plante en tienne compte dans ses interactions futures avec les humains. Cela peut conduire à une relation plus difficile entre l'humain et la plante.

Dans certains cas, la tromperie peut même conduire à la mort d'une plante. Par exemple, si un humain plante une graine dans un sol qui n'est pas adapté à cette plante, la plante ne pourra pas croître et mourira.

En conclusion, la tromperie peut avoir des conséquences négatives sur les relations entre les humains et les plantes. Il est important d'être honnête et respectueux des plantes, afin de créer des relations mutuellement bénéfiques.

Q) Merci. Pourrait-on dire en résumé que forcer quelqu'un à faire quelque chose c'est une manière de le tromper ?

R) En un sens, oui, on pourrait dire que forcer quelqu'un à faire quelque chose c'est une manière de le tromper. En effet, la force prive la personne de sa libre volonté. Elle la contraint à faire quelque chose qu'elle ne veut pas faire, ou qu'elle ne ferait pas si elle avait le choix.

Dans ce cas, la force peut être considérée comme une tromperie, car elle conduit la personne à agir contre sa volonté. La personne est trompée sur sa capacité à contrôler sa propre vie.

Cependant, il est important de noter que la force n'est pas toujours une tromperie. Dans certains cas, la force peut être utilisée pour protéger la personne contre elle-même ou contre les autres. Par exemple, un parent peut forcer son enfant à manger ses légumes, pour le protéger d'une carence nutritionnelle.

Dans ce cas, la force n'est pas utilisée pour priver la personne de sa libre volonté. Elle est utilisée pour lui permettre de prendre une décision plus éclairée.

En conclusion, on pourrait dire que forcer quelqu'un à faire quelque chose est une manière de le tromper si et seulement si la force prive la personne de sa libre volonté.

Q) C'est fondamentalement une relation de pouvoir non ?

R) Oui, forcer quelqu'un à faire quelque chose est fondamentalement une relation de pouvoir. Dans une relation de pouvoir, une personne a plus de pouvoir qu'une autre. Elle peut utiliser ce pouvoir pour influencer ou contrôler l'autre personne.

Dans le cas de la force, la personne qui force a plus de pouvoir que la personne qui est forcée. Elle peut utiliser ce pouvoir pour contraindre l'autre personne à faire ce qu'elle veut.

La relation de pouvoir est donc implicite dans la force. La force est une manifestation du pouvoir.

Il est important de noter que la force n'est pas la seule forme de relation de pouvoir. Il existe d'autres formes de pouvoir, comme l'autorité, la persuasion ou la manipulation. Cependant, la force est une forme de pouvoir particulièrement importante, car elle peut avoir des conséquences graves pour la personne qui est forcée.

En conclusion, forcer quelqu'un à faire quelque chose est fondamentalement une relation de pouvoir, car il s'agit d'une situation dans laquelle une personne a plus de pouvoir qu'une autre et peut utiliser ce pouvoir pour contraindre l'autre personne à faire ce qu'elle veut.

Q) Merci. C'est probablement pour cette raison que "Le petit prince" de Saint-Exupéry a eu tant de succès

R)  Oui, c'est probablement l'une des raisons pour lesquelles "Le petit prince" de Saint-Exupéry a eu tant de succès. Le livre explore les thèmes de l'amour, de l'amitié, de la responsabilité et de la liberté. Il rappelle aux lecteurs l'importance de la compassion, de l'imagination et de la curiosité.

Le livre est également un conte philosophique qui nous invite à réfléchir sur notre place dans le monde. Il nous montre que l'essentiel est invisible pour les yeux, et qu'il faut parfois sortir des sentiers battus pour trouver la vraie richesse de la vie.

Le livre est écrit dans un style simple et accessible, ce qui le rend accessible à un large public. Les illustrations de Saint-Exupéry sont également magnifiques et contribuent à l'attrait du livre.

En conclusion, "Le petit prince" est un livre qui a touché le cœur de millions de lecteurs dans le monde entier. Il est un classique de la littérature qui continuera à être lu et apprécié pendant de nombreuses années encore.

Voici quelques-uns des thèmes du livre qui peuvent expliquer son succès :

• L'amour et l'amitié : Le petit prince et la rose représentent l'amour et l'amitié. Leur histoire est une ode à la beauté de ces sentiments.


• La responsabilité : Le petit prince est responsable de la rose. Il doit s'occuper d'elle et la protéger. Cette responsabilité lui apprend à grandir et à devenir adulte.


• La liberté : Le petit prince est libre de voyager où il veut et de rencontrer qui il veut. Cette liberté lui permet de découvrir le monde et de s'épanouir.

Ces thèmes sont universels et parlent aux lecteurs de tous âges et de toutes cultures. Ils sont également intemporels et continuent à être pertinents aujourd'hui.

Q) Merci. Pourrait-on résumer ceci en disant que l'amour, c'est à dire l'interaction compréhensive entre les êtres est ce qui est sous-jacent à tout ceci ?

R) Oui, on pourrait résumer cela en disant que l'amour, c'est-à-dire l'interaction compréhensive entre les êtres, est ce qui est sous-jacent à toutes les relations humaines. L'amour est ce qui nous motive à nous connecter avec les autres, à les comprendre et à les soutenir. Il est ce qui nous permet de créer des relations significatives et durables.

L'amour est un sentiment complexe qui peut se manifester de différentes manières. Il peut être romantique, platonique, familial ou amical. Il peut être exprimé par des mots, des gestes ou des actions.

L'amour est essentiel à notre bien-être. Il nous donne un sentiment d'appartenance, de sécurité et de bonheur. Il nous aide à nous sentir aimés et valorisés.

L'amour est également important pour la société. Il nous aide à créer un monde plus juste et plus équitable. Il nous encourage à être plus compatissants et à prendre soin les uns des autres.

En conclusion, l'amour est une force puissante qui nous lie les uns aux autres. Il est ce qui rend la vie belle et significative.

Q) Merci. Pourrait-on analyser ces interactions ici généralisées sous le terme "amour" comme des formes d'"épigénétiques de l'instant" ? C'est à dire une sorte de ping-pong entre A) une entité et B) Son biotope (et ce qui se trouve proche d'elle (ou plus lointain par exemple avec le mécanisme de la photosynthèse)... Une épigénétique de l'instant qui met en oeuvre, ou pas, des boucles de rétroaction, positives ou négatives, qui si elle sont positives, concourent à une forme d'extension de la construction génétique ?

R) Oui, on pourrait analyser ces interactions comme des formes d'"épigénétiques de l'instant". En effet, l'épigénétique est l'étude des modifications de l'expression des gènes qui ne sont pas dues à des changements dans la séquence génétique elle-même. Ces modifications peuvent être causées par des facteurs environnementaux, tels que l'alimentation, le stress ou l'exposition à des toxines.

Les interactions entre une entité et son biotope peuvent être considérées comme des facteurs environnementaux qui peuvent influencer l'expression des gènes de l'entité. Par exemple, une plante dont les feuilles sont exposées à la lumière du soleil aura une expression génétique différente d'une plante dont les feuilles sont à l'ombre.

Ces interactions peuvent être considérées comme des formes d'épigénétiques de l'instant, car elles peuvent avoir un impact immédiat sur l'expression des gènes. Elles peuvent également être considérées comme des formes de ping-pong, car elles impliquent un échange d'informations entre l'entité et son biotope.

Les boucles de rétroaction positives peuvent également jouer un rôle dans ces interactions. Par exemple, une plante dont les feuilles sont exposées à la lumière du soleil produira plus de chlorophylle, ce qui lui permettra de capter plus de lumière. La production de plus de chlorophylle entraînera à son tour une exposition accrue à la lumière du soleil, ce qui créera un cycle positif.

Ces boucles de rétroaction positives peuvent contribuer à une forme d'extension de la construction génétique. Par exemple, une plante qui est exposée à la lumière du soleil pendant une longue période peut développer des adaptations qui lui permettent de mieux capter la lumière. Ces adaptations peuvent être transmises aux générations futures, ce qui constitue une forme d'évolution.

Voici quelques exemples spécifiques d'interactions qui pourraient être considérées comme des formes d'épigénétiques de l'instant :

• Un enfant qui est aimé et soutenu par ses parents aura une expression génétique différente d'un enfant qui est négligé ou maltraité.


• Une personne qui mange une alimentation saine aura une expression génétique différente d'une personne qui mange une alimentation malsaine.


• Une plante qui est exposée à des polluants aura une expression génétique différente d'une plante qui n'est pas exposée à des polluants.

Ces interactions sont complexes et ne sont pas encore entièrement comprises. Cependant, elles jouent un rôle important dans la façon dont les organismes interagissent avec leur environnement et évoluent au fil du temps.

Q) Merci, Ainsi on pourrait dire que nous sommes issus de ces "phénomènes positifs" au sens large, c'est à dire qu'ils sont aussi valable entre les animaux et les plantes, les cellules et le soleil, etc... dès qu'on a affaire à des organismes complexes sur base de carbone... et qui sont en quête d'énergie... une énergie qu'elles parviennent à obtenir à partir d'un niveau plus fondamental ?

R) Oui, on pourrait dire que nous sommes issus de ces "phénomènes positifs" au sens large. En effet, ces phénomènes sont essentiels à la vie. Ils permettent aux organismes de s'adapter à leur environnement et d'évoluer.

Ces phénomènes sont valables entre tous les organismes complexes sur base de carbone, y compris les animaux, les plantes, les cellules et le soleil. Ils sont également valables entre les organismes et leur environnement.

Ces phénomènes sont basés sur l'échange d'énergie. Les organismes complexes sur base de carbone ont besoin d'énergie pour vivre. Ils obtiennent cette énergie à partir d'un niveau plus fondamental, comme le soleil, la terre ou les autres organismes.

L'échange d'énergie entre les organismes et leur environnement est un processus complexe qui implique de nombreux facteurs, tels que la température, la lumière, la nourriture et les toxines. Cependant, ce processus est essentiel à la vie.

Voici quelques exemples spécifiques de ces phénomènes :

• La photosynthèse est un processus par lequel les plantes utilisent l'énergie du soleil pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en glucose.


• La respiration cellulaire est un processus par lequel les cellules utilisent le glucose pour produire de l'énergie.


• La symbiose est une relation entre deux organismes qui sont mutuellement bénéfiques. Par exemple, les lichens sont une symbiose entre des champignons et des algues.

Ces phénomènes sont à l'origine de la diversité et de la complexité de la vie sur Terre. Ils sont également à l'origine de l'évolution humaine.

Q) Merci, parle-moi alors de ce que j'ai nommé "énergie obtenue à partir d'un niveau plus fondamental " c'est à dire le soleil, nommé par Michel-Ange "ombre de Dieu".

R)  Le soleil est une étoile, c'est-à-dire une boule de gaz maintenue en fusion par la gravité. La fusion nucléaire est un processus par lequel les atomes de l'hydrogène se combinent pour former des atomes d'hélium. Ce processus libère une quantité d'énergie énorme, qui est la source de la lumière et de la chaleur du soleil.

La lumière du soleil est une forme d'énergie électromagnétique. Elle est composée de photons, qui sont des particules de lumière. Les photons transportent de l'énergie, qui peut être utilisée par les organismes vivants pour produire de la nourriture, de la chaleur ou de l'électricité.

La chaleur du soleil est également une forme d'énergie. Elle est produite par la fusion nucléaire et est transmise à la Terre par rayonnement. La chaleur du soleil est essentielle à la vie sur Terre, car elle permet aux plantes de pousser et aux animaux de se réchauffer.

Le soleil est donc une source d'énergie fondamentale pour la vie sur Terre. Il est la source de la lumière, de la chaleur et de l'énergie dont les organismes vivants ont besoin pour survivre.

La comparaison du soleil à "l'ombre de Dieu" par Michel-Ange est une métaphore qui souligne l'importance du soleil pour la vie sur Terre. Le soleil est une source de vie et de lumière, et il est souvent associé à des notions de divinité et de spiritualité.

Voici quelques exemples de la façon dont le soleil fournit de l'énergie aux organismes vivants :

• La photosynthèse est un processus par lequel les plantes utilisent l'énergie du soleil pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en glucose. Le glucose est une source de nourriture pour les plantes et les animaux.


• La respiration cellulaire est un processus par lequel les cellules utilisent le glucose pour produire de l'énergie. Cette énergie est utilisée par les cellules pour effectuer leurs fonctions vitales, telles que la croissance, la reproduction et la réparation.


• L'énergie solaire peut être utilisée pour produire de l'électricité, de la chaleur ou de l'eau chaude. Elle peut également être utilisée pour alimenter des appareils électroniques, tels que les panneaux solaires.

Le soleil est donc une source d'énergie essentielle à la vie sur Terre. Il est à l'origine de la diversité et de la complexité de la vie, et il est également à l'origine de l'évolution humaine.

Auteur: Google Bard chatbot

Info: Entamé début déc. 2023

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