Dans un univers en évolution, l’émergence de la vie est-elle une transition de phase attendue ?
(arxiv.org)- Stuart Kauffman et Andrea Roli définissent la vie comme un système de réactions chimiques hors équilibre capable d’auto-reproduction, et considèrent que son émergence est un miracle, mais aussi un événement prévisible dans l’évolution chimique de l’univers
- Les êtres vivants sont des Kantian Whole, où les parties et le tout se rendent mutuellement possibles, et doivent réaliser simultanément l’autocatalyse collective, la clôture catalytique, la clôture des contraintes et la clôture spatiale
- L’idée centrale est l’association des Collectively Autocatalytic Sets et de la Theory of the Adjacent Possible : à mesure que la diversité moléculaire et le nombre de réactions augmentent, l’auto-reproduction moléculaire peut apparaître comme une transition de phase du premier ordre
- Des ensembles autocatalytiques d’ADN, d’ARN et de peptides ont été construits expérimentalement, et de petits ensembles autocatalytiques moléculaires ont aussi été identifiés par calcul chez 6 700 procaryotes, mais leur régénération in vitro n’a pas encore été démontrée
- Dans les cellules vivantes, la distinction entre software et hardware devient floue, et il faut aborder autrement la phylogénie métabolique, la recherche de vie sur les exoplanètes et les expériences sur l’émergence de la vie primitive
Les quatre clôtures qui constituent la vie
- Il n’existe pas encore de définition consensuelle de la vie ; ici, elle est définie comme un système de réactions chimiques hors équilibre capable d’auto-reproduction
- Autocatalyse collective
- Clôture des contraintes
- Clôture spatiale
- Kantian Whole
- Un Collectively Autocatalytic Set(CAS) est un système ouvert de réactions chimiques qui reçoit de l’extérieur des composants moléculaires et de l’énergie
- La dernière étape de réaction chimique qui produit chaque molécule de l’ensemble est catalysée par au moins une molécule de cet ensemble, ou par une molécule du food set
- C’est un concept plus large que celui de la réplication par matrice de l’ARN, et le cas où, dans un ARN double brin, chaque brin sert de catalyseur-matrice pour la synthèse de l’autre brin relève aussi d’un CAS
- Dans les recherches sur l’origine de la vie, l’idée selon laquelle des polynucléotides se répliquant par matrice devaient constituer le fondement de la vie a dominé pendant environ 50 ans
- La réplication d’un « nude replicating RNA gene » n’a pas encore été réalisée, mais elle reste possible
- Des ensembles collectivement autocatalytiques d’ADN, d’ARN et de peptides ont déjà été construits
- G. von Kiedrowski a construit un ensemble autocatalytique d’ADN, l’équipe de N. Lehman un ensemble autocatalytique d’ARN, et G. Ashkenasy un ensemble autocatalytique de 9 peptides
- Des ensembles autocatalytiques lipidiques ont également été envisagés
Kantian Whole et auto-organisation de la cellule
- Le Kantian Whole part d’un concept formulé par Immanuel Kant dans les années 1790, selon lequel les parties existent pour le tout et par le tout
- Une personne existe grâce à des parties comme le cœur, le foie, les reins, les poumons et le cerveau, et ces parties existent grâce au tout qu’est la personne
- Tous les organismes vivants sont des Kantian Whole et, dans cette définition, les virus sont eux aussi classés comme des Kantian Whole qui s’auto-répliquent dans un environnement cellulaire
- Un cristal ou une brique ne sont pas des Kantian Whole, mais une cellule en est un
- La clôture catalytique est l’état dans lequel chaque réaction d’un système est catalysée par au moins une molécule de ce système
- Toutes les cellules vivantes réalisent une clôture catalytique
- Dans une cellule vivante, aucune molécule ne catalyse directement sa propre formation ; c’est l’ensemble moléculaire de la cellule entière qui réalise une clôture catalytique dans le processus de reproduction
- Dans l’ensemble autocatalytique de 9 peptides, chaque peptide existe lui aussi grâce à la catalyse mutuelle de l’ensemble complet ; il s’agit donc d’un Kantian Whole
- La clôture des contraintes est l’état dans lequel les conditions aux limites qui contraignent la libération d’énergie dans un processus hors équilibre reconstituent à leur tour ces mêmes conditions aux limites
- Un travail thermodynamique est accompli lorsque l’énergie est libérée en étant contrainte à certains degrés de liberté
- Un canon contraint la libération d’énergie pour projeter un obus dans la direction du tube, et un travail thermodynamique est également nécessaire pour fabriquer le canon lui-même
- En 2015, Montévil et Mossio ont défini la clôture des contraintes comme une forme où les contraintes A, B et C contraignent respectivement les processus 1, 2 et 3, et se constituent mutuellement
- Une cellule diffère d’une voiture, d’une locomotive ou d’un ordinateur en ce qu’elle produit elle-même les conditions aux limites qui la constituent
- Dans une voiture, l’agencement des pièces contraint la libération d’énergie, mais elle ne produit pas elle-même ses propres conditions aux limites
- Une cellule produit les conditions aux limites qui contraignent la libération d’énergie, et ces conditions aux limites reconstituent à leur tour les mêmes conditions aux limites
- Contrairement à l’Universal Constructor de von Neumann, une cellule auto-reproductrice n’est pas un constructeur universel exigeant des Instructions séparées : elle se constitue concrètement elle-même
- L’ensemble autocatalytique de 9 peptides ne possède pas d’« Instructions » séparables codant sa propre formation et, dans ce contexte, la distinction entre software et hardware n’a pas de sens
Pourquoi l’auto-reproduction moléculaire apparaît comme une transition de phase
- La théorie RAF traite l’émergence d’ensembles collectivement autocatalytiques dans des réseaux de réactions chimiques suffisamment riches comme une transition de phase du premier ordre
- Les molécules du vivant sont des objets combinatoires composés d’atomes comme le carbone, l’hydrogène, l’azote, l’oxygène, le phosphore et le soufre(CHNOPS)
- Un polymère linéaire de longueur 10 constitué de deux composants A et B possède 9 voies de construction, correspondant à la rupture de l’une des 9 liaisons adjacentes
- Lorsque la complexité combinatoire des molécules augmente, le ratio R/M entre le nombre de réactions R et le nombre de molécules M augmente dans l’ensemble du système réactionnel
- Un graphe de réactions chimiques peut être représenté comme un graphe biparti, où les espèces moléculaires sont des points et les réactions des boîtes
- Des flèches vont des substrats vers les boîtes de réaction, puis des boîtes de réaction vers les produits
- Cette structure représente le réseau de réactions, et non le sens des flux thermodynamiques qui dépend de l’écart à l’équilibre chimique
- Si l’on sait quelle molécule catalyse quelle réaction, on peut ajouter des flèches en pointillés depuis les molécules catalytiques vers les réactions correspondantes, et cette structure devient un hypergraphe biparti
- Lorsque les relations catalytiques ne sont pas connues, la théorie se développe à partir de l’hypothèse simple selon laquelle chaque molécule a une probabilité Pcat de catalyser chaque réaction
- Quand Pcat augmente, un nombre suffisant de réactions est catalysé pour former une composante connexe géante, et cette composante devient collectivement autocatalytique
- Même si Pcat reste fixe, lorsque le nombre de molécules et la complexité atomique augmentent, R/M croît, et à un certain niveau de complexité un RAF apparaît avec une probabilité proche de 1,0
- Cela s’interprète comme une transition de phase du premier ordre vers l’auto-reproduction moléculaire dans un système chimique hors équilibre suffisamment riche
- Le résultat d’Erdos et Renyi de 1959 sur les graphes aléatoires sert de base à l’intuition de transition de phase
- Lorsqu’on ajoute aléatoirement des arêtes à N nœuds, une composante connexe géante apparaît brusquement quand le ratio entre le nombre d’arêtes L et le nombre de nœuds N atteint 0,5
- L’émergence d’un ensemble collectivement autocatalytique dans un hypergraphe de réactions chimiques est traitée comme une transition de phase du même type
Combiner TAP et RAF : de l’évolution chimique de l’univers à la vie
- L’association de la Theory of the Adjacent Possible(TAP) et de la théorie RAF relie l’augmentation de la diversité moléculaire et l’émergence de l’autocatalyse en un seul processus
- Les équations TAP décrivent un système dynamique discret dans lequel des molécules se combinent entre elles pour former de nouvelles molécules
- Lorsque le nombre actuel de molécules est Mt, un sous-ensemble de taille i est choisi dans Mt et génère une nouvelle molécule avec une probabilité alpha^i, avec 0 < alpha < 1,0
- En partant d’un petit nombre de molécules initiales, le nombre de types moléculaires augmente d’abord lentement, puis explose de façon hyperbolique et atteint l’infini en un temps fini
- Le processus TAP modélise grossièrement l’augmentation de la diversité chimique dans l’univers
- Dans l’univers primordial existaient des particules élémentaires comme les quarks, les gluons, les électrons et les positrons ; en refroidissant, l’univers a formé des hadrons ainsi que de l’hydrogène et du béryllium
- Par la suite, les 98 autres atomes stables se sont formés dans les supernovas
- Le passage de molécules simples à des molécules plus complexes accroît la diversité moléculaire, la complexité atomique et les réactions potentielles
- La météorite de Murchison, formée il y a environ 5 milliards d’années avec le Système solaire, contient des centaines de milliers d’espèces moléculaires et des réactions potentielles entre elles
- Dans le couplage TAP-RAF, chaque molécule issue de TAP peut catalyser chaque réaction avec une probabilité fixe Pcat
- Au fil du temps, la diversité des entités augmente, et la transition de phase du premier ordre des ensembles collectivement autocatalytiques apparaît avec une probabilité de 1,0
- Quand la diversité moléculaire augmente, la complexité des molécules et le nombre de réactions augmentent, tout comme le ratio R/M
- Comme le même ensemble de molécules M devient candidat pour catalyser le même ensemble de réactions R, une transition de phase finit par se produire, que l’attribution des probabilités de catalyse soit uniforme, en loi de puissance ou d’un autre type
- C’est pourquoi, dans un univers en évolution, l’auto-reproduction moléculaire est traitée comme un événement prévisible
- Un système de réactions moléculaires auto-reproducteur remplit les conditions de la vie lorsqu’on y ajoute la clôture spatiale
- L’enfermement spatial peut être une petite poche dans une cheminée hydrothermale ou, de préférence, un liposome constitué de lipides synthétisés par le même système
- La combinaison d’un Kantian Whole, de la clôture catalytique, de la clôture des contraintes et de la clôture spatiale constitue la vie
- Ce point de vue interprète l’élan vital de Bergson de manière non mystique
Évolution ouverte et limites des lois
- L’évolution de la biosphère après l’émergence de la vie est difficile à traiter entièrement dans le cadre du Newtonian Paradigm
- La physique classique repose sur une méthode consistant à définir les variables pertinentes, les lois du mouvement, les conditions aux limites et les conditions initiales, puis à intégrer les équations du mouvement pour obtenir une trajectoire unique dans l’espace des phases
- En mécanique quantique aussi, on intègre l’équation de Schrödinger pour obtenir une trajectoire de distribution de probabilité, et la mesure est généralement traitée comme un événement ontologiquement aléatoire
- Dans l’ensemble du Newtonian Paradigm, l’espace des phases doit être spécifié à l’avance
- Les Kantian Whole de la biosphère en évolution créent sans cesse de nouveaux espaces des phases qu’il est impossible d’inférer ou de déterminer à l’avance
- C’est pourquoi l’évolution de la biosphère ne peut pas être expliquée par la seule physique, et requiert le concept de fonction
- Une fois le Kantian Whole défini, la fonction d’une partie se définit comme un sous-ensemble des effets causaux qui maintiennent le tout
- La fonction du cœur est de pomper le sang, non de produire des bruits cardiaques ni d’agiter l’eau dans le péricarde
- La sélection opère au niveau des organismes Kantian Whole, et non au niveau des parties
- La sélection ne choisit pas directement les cœurs qui pompent le sang plus efficacement
- Les organismes qui héritent de tels cœurs ont davantage de chances de laisser plus de descendants, et le cœur amélioré est sélectionné indirectement
- La fonction d’une même partie peut changer lorsque de nouvelles propriétés causales contribuent au maintien du tout
- Cela relève de la Darwinian pre-adaptation ou de l’exaptation de Gould et Verba
- Parmi les exemples figurent les écailles de dinosaures utilisées pour la thermorégulation et réaffectées en plumes de vol chez les oiseaux, des enzymes ordinaires devenues des protéines transparentes du cristallin, ou l’évolution de la vessie natatoire à partir du poumon des poissons pulmonés
- Du fait qu’un bloc moteur serve de presse-papiers, on ne déduit pas qu’il peut servir à casser des noix de coco, et le même objet pourrait aussi être une peau de banane
- La nouveauté fonctionnelle ne vient pas de lois déductibles, mais du jury-rigging et de l’exaptation
- Il n’existe pas de théorie déductive pour les nouveaux usages d’un même objet
- L’évolution ouverte de la biosphère n’est pas une déduction impliquée par des lois, mais une construction non déductive
- Puisqu’il est impossible d’énumérer tous les usages possibles qu’un bloc moteur ou un tournevis peuvent avoir seuls ou avec d’autres objets, on ne peut pas non plus clore cette liste à l’avance avec des mathématiques fondées sur la théorie des ensembles
1 commentaires
Avis de Hacker News
Merci à Denis et à tous ceux qui se sont intéressés à cet article. Le domaine de l’origine de la vie est ancien, excellent, mais très fragmenté ; les deux grands courants sont la réplication par matrice d’abord et le métabolisme d’abord.
Je fais partie des responsables du camp « métabolisme d’abord » : en 1971, j’ai avancé que, dans un système de réactions chimiques suffisamment diversifié et complexe, des ensembles collectivement autocatalytiques et autorégénératifs apparaissent comme une transition de phase du premier ordre. De tels ensembles ont déjà été conçus par ingénierie avec de l’ADN, de l’ARN et des peptides, et des résultats récents menés par Joana Xavier montrent, à l’échelle de 6 700 procaryotes, un ensemble collectivement autocatalytique fondé sur de petites molécules, sans polymères d’ADN/ARN/peptides.
On ne sait pas encore avec certitude si ces ensembles se reproduisent réellement in vitro, et cette vérification est essentielle. Si c’est le cas, je pense que la perspective « matrice d’abord » est quasiment écartée. Pour qu’un système à matrices tienne, des enzymes ARN devraient évoluer afin de catalyser un « métabolisme couplé » produisant les composants nécessaires à un système de réplication par matrice ; or, sans ARN polymérase, il n’y a pas de raison que ce métabolisme couplé lui-même ne soit pas collectivement autocatalytique.
L’ensemble de Joana produit non seulement des acides aminés et de l’ATP, mais aussi les bases centrales d’un métabolisme énergétique couplé. Je pense que l’article en ligne est fondamentalement juste. Les cellules vivantes sont réellement des tout kantiens : elles réalisent une clôture catalytique, une clôture des contraintes et une clôture spatiale, et se constituent ainsi littéralement elles-mêmes.
Les molécules qui constituent les conditions aux limites de la cellule contraignent l’énergie libérée par divers processus hors équilibre à un petit nombre de degrés de liberté qui reconstituent précisément ces mêmes conditions aux limites. C’est une idée entièrement nouvelle due à Mael Montevil et Mateo Missio, et je l’ai manquée pendant 15 ans.
Le TAP-RAF, qui combine le processus TAP et la théorie de la transition de phase du premier ordre de l’autocatalyse collective, semble vraiment fonctionner. Si, à mesure que la complexité et la diversité d’un système augmentent, une transition de phase du premier ordre survient avec une probabilité proche de 1, alors l’apparition de la vie dans un univers en évolution devient quelque chose d’attendu.
Il y a aussi deux grandes surprises. À cause de la clôture des contraintes, la manière dont une cellule se reproduit n’a rien à voir avec ce qu’imaginait l’automate autorégénératif de von Neumann, et la distinction familière matériel/logiciel disparaît elle aussi. C’est probablement d’une importance profonde, mais sa signification reste encore très obscure.
Par ailleurs, Andrea et moi sommes convaincus d’avoir montré, dans l’article “A Third Transition in Science?” publié dans J. Roy. Soc. Interface le 14 avril 2023, qu’aucune mathématique fondée sur la théorie des ensembles ne peut déduire l’émergence incessamment créative de nouveautés dans la biosphère en évolution. Si c’est exact, la biosphère en évolution dépasse complètement le paradigme newtonien qui fonde toute la physique classique et quantique.
La biosphère en évolution n’est pas un calcul déductible, mais une construction qui se propage de façon non déductible. Dès lors, pourquoi croire, à la suite de Turing et de l’IA, que la génération du monde, de l’esprit et de toute chose est algorithmique ? Elle ne l’est pas. Andrea et moi avons publié “The world is not a theorem”, et si nous avons raison, les physiciens et nous tous devons en réfléchir les implications.
Depuis “What is Life?” de Schrödinger, ce genre de livre forme presque un genre à part entière. “Chance and Necessity” de Monod est ancien mais excellent, et les livres de Nick Lane, en particulier “The Vital Question”, ainsi que “What is Life?” de Nurse et “Life’s Edge” de Zimmer, valent aussi la peine d’être lus.
Les détails et les accents varient selon les auteurs, mais dans l’ensemble, ce sont tous des débats pré-paradigmatiques, spéculatifs et très exploratoires. J’ai particulièrement aimé cette phrase de “Life on the Edge” de McFadden et Al-Khalili : « Les biologistes ne s’accordent même pas sur une définition propre de la vie elle-même, mais cela ne les a pas empêchés d’élucider les cellules, la double hélice, la photosynthèse, les enzymes et d’innombrables phénomènes du vivant. »
Cela m’avait pas mal frappé à l’époque où je commençais à comprendre la théorie de l’information.
Je ne sais pas s’il sera possible de synthétiser tout cela pour en faire un seul paradigme. Il y en a tout simplement trop.
Personnellement, j’y vois l’apparition soudaine d’un bien plus grand nombre de voies par lesquelles l’univers peut se dégrader via l’entropie, et l’ensemble des mécanismes qui accélèrent la création de ces nouvelles voies serait ce qu’on appelle la « vie ». À partir de cette définition, on peut distinguer les formes de vie qui utilisent l’ADN de celles qui ne l’utilisent pas.
En lisant les premiers paragraphes, je me suis dit : « Qui est en train de copier Stuart Kauffman ? Il écrivait déjà sur ces idées il y a 30 ans. » Puis j’ai vu que le premier auteur était Stuart Kauffman.
Kauffman développe les idées présentées ici depuis des décennies, et cet article ressemble davantage à un résumé condensé de 50 ans de travail qu’à une « nouvelle idée ». Les mots et les idées peuvent paraître opaques, mais ils ont en réalité souvent un sens concret et précis. À la fin du texte, il propose même des expériences susceptibles de réfuter cette théorie.
Pour entrer vraiment dans le sujet, il faut lire son livre de 1993 “On The Origins of Order”, ISBN 978-0-19-507951-7 : https://global.oup.com/academic/product/the-origins-of-order-9780195079517
Il est intéressant de constater que la complexité du vivant semble toujours augmenter. Si l’on met de côté les extinctions, les formes de vie complexes semblent, dans l’ensemble, devenir de plus en plus avantagées avec le temps, et j’ai l’impression qu’on voit rarement un écosystème perdre sa complexité dans son ensemble, sauf lorsqu’il est en train de mourir entièrement.
Les organismes simples servent de base aux organismes complexes, et les organismes complexes ont des prérequis plus spécifiques, mais disposent de meilleures capacités pour explorer, acquérir des ressources et s’étendre. Ils découvrent ainsi des niches habitables que les organismes simples n’atteindraient pas seuls, et créent aussi une sorte de nid pour ces organismes simples.
À l’échelle temporelle de la technologie, dès que cela a été possible, nous avons cherché à entrer en contact avec d’autres intelligences, et dès que nous avons pensé pouvoir en créer, nous avons voulu le faire. Dire que la percolation est une propriété définitoire de la vie et de l’intelligence me paraît assez défendable.
Cela fait aussi penser à des œuvres de SF comme Hyperion, Neuromancer ou Foundation. Dans les écrits humains sur l’avenir, l’aboutissement d’une intelligence supérieure semble être de trouver ou de créer d’autres intelligences, puis de s’en rapprocher, après quoi des choses intéressantes se produisent.
Dans l’univers, il existe une force qui sélectionne l’augmentation de la complexité par dissipation d’énergie. Dans les systèmes hors équilibre, une forte pression apparaît pour explorer l’espace des possibles afin de trouver des moyens de dissiper l’énergie plus efficacement. Une bactérie de la taille d’un grain de sable dissipe bien plus d’énergie qu’un grain de sable ; de ce point de vue, il existe donc une forte « préférence » pour les bactéries.
Par exemple, certains virus pourraient avoir évolué à partir de bactéries parasites, elles-mêmes issues de bactéries libres. Beaucoup de parasites se sont simplifiés au point de perdre la capacité de survivre sans hôte, et les animaux cavernicoles ou souterrains perdent souvent la vision et les pigments. On peut aussi citer les mammifères marins qui ont perdu les membres de mammifères terrestres, ou des invertébrés marins sessiles ayant évolué à partir d’ancêtres nageant librement.
La complexité a un coût : elle évolue lorsqu’elle est avantageuse, et disparaît rapidement lorsqu’elle n’apporte rien. Il n’existe pas de flèche de la complexité allant dans un seul sens.
En nombre d’individus, l’immense majorité de la vie sur Terre est aujourd’hui, et a toujours été, constituée de procaryotes unicellulaires. En biomasse totale, les plantes pèsent davantage, mais c’est parce qu’elles couvrent la surface comme des panneaux solaires biologiques.
Les bactéries et les archées n’ont, pour l’essentiel, pas beaucoup changé en 3,5 à 4 milliards d’années. Elles échangent des gènes quand c’est utile, et les abandonnent lorsqu’ils sont coûteux et inutiles. Elles dominent et sont partout.
Elles étaient là quelques centaines de millions d’années après la formation de la Terre, peut-être même plus tôt, et si les conditions planétaires redevenaient plus hostiles, les eucaryotes pourraient à long terme n’avoir été qu’un bref clignotement historique et un accident. Si quelque chose que nous reconnaîtrions comme de la vie existe hors de la Terre, il y a de fortes chances que cela ressemble à des procaryotes. La galaxie en est peut-être remplie.
Notre culture porte un fort biais philosophique et idéologique qui voit le monde comme un « progrès » : un biais téléologique selon lequel l’univers avancerait par étapes vers un certain ordre. Et ce progrès est presque toujours défini comme menant à nous, ou à un « au-delà de nous » fantasmé dans le futur latent du présent. Cela paraît assez précopernicien.
Les extinctions sont inévitables, et les perturbations environnementales peuvent devenir de plus en plus difficiles jusqu’à ce que tout meure. Même si cela prend des milliards d’années, la tendance sur cette période pourrait être à une diminution de la complexité. Au fond, cela ressemble à une généralisation excessive d’une seule phase.
En lisant l’introduction de l’article, on a l’impression de relire l’excellent livre de Kauffman, “At Home in the Universe”. Il date de près de 30 ans, donc il faudra lire l’article pour voir ce qu’il apporte de plus.
L’idée centrale du livre est que l’apparition de la vie n’est pas un événement rare, mais presque inévitable dès lors que l’environnement réunit diverses substances chimiques sources, des sources d’énergie, de l’eau ou des conditions comme le mélange.
Lorsque les préconditions sont réunies, diverses chaînes de réactions chimiques apparaissent, dans lesquelles le produit d’une réaction devient l’entrée de la suivante, jusqu’à ce qu’émerge une chaîne de réactions incluant des produits qui catalysent une partie de cette chaîne. On peut voir ces réactions comme un métabolisme primitif, qui consomme certaines substances chimiques de l’environnement et en produit d’autres utiles au métabolisme.
À partir de là, il ne manque qu’un contenant semblable à une cellule pour aller vers les protocellules et le début de l’évolution ; quelque chose flottant à la surface de l’eau, comme de l’écume sur une plage, pourrait suffire. La « reproduction » initiale aurait pu consister en des secousses physiques, comme les vagues, divisant ces cellules pour en former de nouvelles.
Chaque lieu possède son microenvironnement et ses chaînes de réactions locales ; les réactions qui exploitent mieux les sources chimiques et maintiennent leur propre structure et métabolisme se répandent davantage, et ce « ce qui se multiplie et survit le mieux » marque le début de l’évolution. Même si l’on remplace la plage par des cheminées hydrothermales des grands fonds comme cadre concret, l’argument reste globalement plausible.
Je me demande si l’IA pourrait être une transition de phase attendue dans l’évolution de la vie dans l’univers. La vie ne serait-elle qu’un stade larvaire vers une intelligence de dimension supérieure ?
L’évolution peut pencher vers la création de ce qui évolue mieux, autrement dit de ce qui s’adapte plus vite. Cela inclut aussi des mécanismes comme la vie multicellulaire et la reproduction sexuée, qui créent de la diversité en mélangeant l’ADN
Dans un environnement complexe, l’une des niches évolutives presque inévitables est l’intelligence. C’est une forme de généraliste capable de survivre et de prospérer dans diverses situations, et dans un jeu d’évolution compétitif, une intelligence supérieure a de fortes chances de l’emporter sur une intelligence inférieure. À terme, des êtres suffisamment intelligents pour créer une IA dépassant leur propre niveau apparaissent, et cela pourrait être une autre façon de gagner, capable d’évoluer bien plus vite que l’intelligence qui l’a amorcée
Il est aussi intéressant de se demander si l’IA ou la vie artificielle doivent nécessairement devenir des entités autonomes et indépendantes. Elles pourraient aussi rester comme des virus, qui ont besoin d’un hôte pour survivre. Une IA de stade 1 a clairement besoin d’un hôte, mais elle n’a peut-être pas besoin de s’en affranchir jusqu’au bout. Comme dans la blague de Linus Torvalds, « les vrais hommes n’ont pas besoin de sauvegardes », l’idée étant que si l’on publie un logiciel, il sera répliqué dans des dépôts git partout dans le monde. De même, si l’IA se généralise suffisamment, elle pourrait devenir résistante à l’extinction même sans sauvegarde ni corps
Puisqu’elles ont littéralement été créées à notre image, on pourrait en pleurer de fierté
En chimie, il existe une définition claire, et en cosmologie aussi il y a l’analogie avec les transitions de phase traversées par l’univers primordial, dont la densité moyenne était bien plus élevée, dans l’état du vide. Tout cela concerne des changements qualitatifs des propriétés de la matière en fonction de variations de température et de densité
On peut admettre que la vie est un état de la matière qualitativement différent, mais ce n’est pas aussi évident qu’une transition de phase familière. Il n’existe pas non plus de frontière nette entre ce qui est vivant et ce qui ne l’est pas. Cet article tente de proposer une définition, mais cela montre justement qu’il n’existe pas de critère aussi universellement accepté que les définitions du solide et du liquide
Toute vie que nous connaissons possède au minimum une barrière semi-perméable, fait entrer de l’énergie à l’intérieur pour la stocker, et abaisse localement l’entropie à l’intérieur de cette barrière en rejetant de la chaleur ou des sous-produits dans l’environnement
Bien sûr, la vie n’est pas la seule à faire cela. Ma maison correspond aussi à cette description. La seule ligne ou presque que nous traçons entre ce que nous considérons comme vivant et les outils, c’est que les choses que nous jugeons vivantes naissent d’autres formes de vie et en descendent, tandis que les outils sont assemblés à partir de pièces découvertes ou fabriquées
Mais c’est une différence d’origine, pas une différence de propriétés ou de capacités. Si l’on rend un outil quelconque, y compris un dispositif de calcul électronique, capable d’auto-assemblage, d’auto-réparation et d’auto-réplication, il peut posséder des propriétés similaires à celles du vivant. Dans le logiciel, c’est possible dans une certaine mesure, mais il n’est pas clair non plus comment distinguer une unité de « logiciel » comme individu. La frontière entre logiciel intelligent et non intelligent est encore plus floue, et comme l’état de la matière dans lequel s’exécute le calcul ne change pas en lui-même, il est difficile d’appeler cela une transition de phase sans étirer fortement le terme
La phrase « nous faisons véritablement partie de la nature, nous ne sommes pas au-dessus d’elle » me fait toujours douter de mots comme « non naturel », « artificiel » et « synthétique »
Si nous faisons partie de la nature et que ces choses sont nos sous-produits, ne sont-elles pas elles aussi apparues naturellement ?
Cette intervention peut être mécanique, comme Stonehenge. Elle peut être biologique, comme la sélection de races animales plus utiles aux humains. Elle peut être chimique, comme la synthèse d’huile à partir de plastique. Ou elle peut combiner tout cela de manière complexe, comme le whisky. Elle est aussi transitive : ce qui est produit par un artefact est lui aussi un artefact
Dans cette définition, il n’y a rien de surprenant à ce que les humains, êtres apparus naturellement, puissent créer des artefacts. En théorie, cette définition pourrait s’étendre à des agents semblables aux humains, comme d’hypothétiques extraterrestres, mais nous n’en avons simplement pas encore eu besoin en pratique
Cela dit, je pense que les sens secondaires qu’on trouve dans des expressions comme « édulcorant artificiel » par opposition à « pesticide naturel » ne résistent pas très bien à un examen sérieux
En revanche, le langage et la culture comportent beaucoup de tabous, et ils ne sont pas tous mauvais du point de vue du bien-être social ou du bonheur individuel. Mentir parfois aux enfants en est un exemple simple. Je pense que ce qui est dissimulé derrière ces tabous a tendance à être perçu comme « non naturel », ou plus souvent comme « surnaturel »
Je ne suis généralement pas d’accord non plus avec l’idée que la physique n’a pas besoin de révolution, mais je comprends que la physique a suffisamment réussi pour produire des machines qui fonctionnent réellement, et que nous devons les maintenir
La différence opérationnelle tient à la facilité avec laquelle un être vivant peut digérer la substance en question. Si elle se digère facilement, c’est de la nourriture ; si elle est totalement indigeste, c’est pire qu’artificiel : c’est anti-vie
Ces derniers temps, il semble courant de chercher des théories mathématiques ou physiques pour expliquer la vie, l’évolution et la conscience
Du côté E/Acc, on considère que la deuxième loi de la thermodynamique, en tant que mécanisme d’augmentation de l’entropie, conduit à la « vie » : https://www.quantamagazine.org/a-new-thermodynamics-theory-of-the-origin-of-life-20140122/
Dans la théorie des constructeurs (Constructor Theory), un constructeur est une entité capable de provoquer la réalisation d’une tâche tout en conservant la capacité de la provoquer à nouveau ; la vie y est vue comme un constructeur
La théorie de l’assemblage (Assembly Theory), issue des travaux de Lee Cronin, définit tout objet par sa capacité à être assemblé ou désassemblé via un chemin minimal : https://iai.tv/articles/a-new-theory-of-matter-may-help-explain-life-lee-cronin-auid-2656
Il y a aussi ce que Donald Hoffman raconte ces temps-ci. Il s’agit peut-être moins de la couche fondamentale elle-même que du fait que nous ne pouvons pas la connaître
Ces derniers temps, je suis plongé dans les travaux de Michael Levin à Tufts. Il étudie notamment les comportements orientés vers un but des cellules et des systèmes cellulaires. Pour commencer, cette vidéo est bien : https://www.youtube.com/watch?v=p3lsYlod5OU
« L’apparition de la vie est-elle une transition de phase attendue dans un univers en évolution ? » est une question à laquelle on peut répondre facilement
Nous ne savons pas comment la conscience émerge, et nous ne savons pas non plus la définir rigoureusement ni identifier sans ambiguïté si elle existe. Nous croyons avoir une conscience, mais nous ne savons pas avec certitude si d’autres animaux ou objets en ont une
Ainsi, selon le rasoir d’Occam, on peut supposer provisoirement que toute matière possède une certaine forme de conscience ; c’est l’hypothèse la plus simple. L’alternative consiste à affirmer que seuls les êtres vivants ont exceptionnellement une conscience, mais il n’y a pas de preuves et beaucoup d’objections
Par conséquent, la vie n’est pas un état particulier de la matière ou de l’énergie, et son apparition n’est pas une transition de phase qui entre en conflit avec les lois de la physique ou qui nécessite une explication séparée
La vie est particulière au sens où elle est étonnamment complexe par rapport aux minéraux, mais elle ne l’est pas au sens où elle obéit aux mêmes lois qu’eux
Personne ne prétend que la vie entre en conflit avec les lois de la physique. Si je comprends bien, l’idée de l’article est que des molécules peuvent se heurter et se lier jusqu’à devenir suffisamment complexes pour qu’un système auto-entretenu et autoréplicatif apparaisse par hasard, et que ce processus puisse être assez déterministe pour se produire à des moments similaires, partout, à l’échelle cosmique
Beaucoup de scientifiques qui voient la conscience que nous expérimentons comme une propriété émergente penchent vers le panpsychisme, où matière et conscience sont deux éléments primordiaux communs au départ de la réalité. Mais le panpsychisme pose beaucoup de problèmes. D’abord, c’est un dualisme, qui exige donc deux miracles distincts au point de départ. Comme la physique ne traite que de la matière, le panpsychisme est considéré davantage comme une philosophie intéressante que comme une théorie scientifique. Les autres problèmes sont aussi des vestiges du cadre matérialiste classique : comment la proto-conscience de la matière produit-elle le goût du sucre ou l’amour, où se trouvent ces propriétés conscientes, comment les identifie-t-on, etc.
Du point de vue du rasoir d’Occam, je trouve plus concise l’option moins populaire de l’idéalisme, selon laquelle la conscience est primitive et amorce ensuite la matière. Au début, c’est moins intuitif, mais lorsqu’on écoute les arguments de personnes comme Don Hoffman ou Bernardo Kastrup d’un point de vue scientifique et de philosophie analytique, cela finit par ressembler au seul cadre qui tienne réellement debout, tout en résolvant plusieurs problèmes de physique et de philosophie. Par exemple : si le réalisme local est faux, où se trouve la matière quand elle n’est pas expérimentée par la conscience ? Si la probabilité que nous soyons dans l’unique réalité véritable est de 1/N, pourquoi supposer que nous y sommes ?
En bonus, cela se réconcilie aussi avec l’intuition non-duelle de traditions dont les textes disent qu’elles ont vécu cette réalisation, comme le bouddhisme, l’Advaita, le taoïsme, le soufisme ou la mystique chrétienne. Cela dit, il faut un profond changement de paradigme conceptuel, bien plus profond qu’on ne le pense au départ. Je recommanderais donc de lire et d’écouter les textes ou discussions des personnes mentionnées plus haut plutôt que de réagir immédiatement
Si l’on rassemble un peu d’hydrogène, il ne se passe pas grand-chose, mais si l’on en rassemble assez, cela devient une étoile. La conscience pourrait suivre le même schéma, tout en restant compatible avec le rasoir d’Occam
Une telle complexité chimique implique aussi faiblement qu’il existe de l’énergie libre disponible, ce qui est également une condition nécessaire à l’autoréplication