Au plus profond de zones chaotiques, de minimes changements dans la structure provoquent presque toujours de vastes changements dans le comportement. Un comportement complexe contrôlable semble exclu.

Il y a quelque chose de fascinant dans la façon dont bouge une colonie d'oiseaux dans le ciel ou un banc de poissons dans l'océan, dit Cillian. Il existe une telle harmonie, un tel synchronisme lorsqu'ils se déplacent au gré des vents et des courants que l'on dirait que tous, ils ne font qu'un. J'ai lu un jour que le plus fascinant dans tout ça, c'est qu'il n'y a pas besoin pour l'individu d'avoir une vue d'ensemble du tout pour savoir comment réagir, échapper à tel prédateur ou attraper tel courant porteur. Il suffit à l'individu de n'être conscient que des mouvements de ses proches voisins pour coordonner les siens propres. C'est ainsi que naît le parfait accord dans le déplacement et qu'apparaissent ces soudains changements de direction, ces ruptures instantanées de cap, comme si tous ils étaient aiguillés par le même esprit. Imagines-tu ce que l'Homme serait capable de faire s'il s'efforçait de prêter attention à ses prochains et de se comporter en harmonie avec eux ? Imagines-tu les grandes choses dont serait capable l'humanité ? Au lieu de ça, chaque individu, chaque nation, recherche son propre intérêt sans se soucier de ceux et celles qui les entourent. C'est pour ça que tous ils se heurtent et se cognent, s'assomment en plein vol, perdent des plumes et finissent tous un jour par tomber en chute libre, et par s'écraser au sol.

Ils commencent par se construire un toit, un petit coin, une place à eux. Comme ces migrants n'ont pas d'argent, puisqu'ils sont justement partis en ville pour en gagner - le village traditionnel africain ignore la notion de l'argent -, ils ne peuvent se réfugier que dans les bidonvilles. L'architecture de ces quartiers est invraisemblable. Le plus souvent , les autorités de la ville affectent aux pauvres les terrains les plus mauvais : des marécages, ou bien des terres nues et sablonneuses. C'est là qu'on installe la première cabane. A côté d'elle vient s'installer une deuxième. Puis une troisième. Spontanément surgit une rue. Quand cette rue en rencontre une autre, cela forme un croisement. Puis ces rues commencent à se séparer, tourner, se ramifier. C'est ainsi que naît un quartier. Mais comment se procurent-ils les matériaux ? C'est la grand mystère. En creusant le sol ? En décrochant les nuages ? En tout cas il est sûr et certain que cette foule de miséreux n'achète rien. Sur la tête, sur les épaules, sous le bras, ils transportent des morceaux de tôle, de planches, de contreplaqué, de plastique, de carton, de carrosserie, de cageot, puis ils assemblent, montent, clouent, collent ces pièces en un ensemble qui tient de la cabane ou de la hutte et forme un collage multicolore improvisé. En guise de couche, ils tapissent la terre d'herbe à éléphant, de feuilles de bananiers, de rafia ou de paille de riz, car souvent le sol est boueux ou pierreux. Faites de bric et de broc, ces architectures monstrueuses en papier mâché sont infiniment plus créatives, imaginatives, inventives et fantaisistes que les quartiers de Manhattan ou de La Défense à Paris. La ville entière tient sans une brique, sans une poutre métallique, sans un mètre carré de verre !

(FLP) - Lors de notre dernier dialogue nous étions tombés relativement d'accord sur cette définition :

"Ainsi on pourra se représenter tout organisme vivant comme une pensée ADN évoluée, entité émergente dont beaucoup d'éléments sont en constantes interactions-discussions avec la matrice (épigénétique), un être-pensée-ADN à but reproductif, doté d'une mémoire diachronique étendue, nourrie d'expériences mémorisées, qui sont aussi comme des outils à éventuellement réutiliser "

On fera remarquer que cette pensée singulière peut se penser. comme synchronisée avec d'autres, voire même avec tout son environnement dans une pensée élargie. Mais aussi : les singularités d'une même espèce comme les abeilles peuvent, si la reine d'un essaim disparait, recréer une nouvelle reine en se mettant ensemble. C'est assez mystérieux, voire impressionnant, non ?

(ChatGPT) - C'est effectivement fascinant ! Votre définition met en lumière la nature complexe et interconnectée des êtres vivants, en les conceptualisant comme des "pensées ADN" qui évoluent et interagissent non seulement avec leur environnement, mais aussi avec des systèmes sociaux ou biologiques plus larges, comme dans le cas des abeilles. .Ce phénomène où les abeilles ouvrières peuvent recréer une reine en l'absence d'une reine préexistante est un parfait exemple de cette idée d'intelligence collective ou de "pensée synchronisée" dans le cadre d'une espèce sociale. Il souligne que les abeilles, bien qu'individus, sont en réalité parties d'une entité collective plus vaste : la colonie. L'aspect impressionnant réside dans la manière dont l'information ou les comportements nécessaires émergent de l'interaction entre ces individus, sans qu'il y ait de plan ou de chef apparent.

Cela fait également écho à l'idée d'une "pensée élargie", où l'ensemble des organismes, dans un environnement donné, peut interagir et s'ajuster en fonction des besoins du système dans son ensemble. Le comportement des abeilles illustre cette synchronisation et cette capacité à ajuster leur structure sociale et biologique de manière adaptative.

Ce que je trouve également fascinant, c'est comment ce processus repose sur une forme de communication chimique (phéromones) et sur des mécanismes biologiques précis (nourrir certaines larves avec de la gelée royale pour en faire des reines), qui semblent préprogrammés dans leur ADN mais activé par des conditions spécifiques. C'est un exemple presque parfait de l'interaction entre génétique (ADN) et épigénétique (facteurs environnementaux et comportementaux) dans la régulation des organismes vivants.

L'idée que cette "pensée" puisse être à la fois individuelle et collective, capable de s'ajuster à des situations critiques pour maintenir la survie de l'espèce ou du groupe, est effectivement mystérieuse et impressionnante. Cela soulève des questions profondes sur la nature même de la conscience collective et des systèmes biologiques complexes.

Quand le désordre nous dit comment le vivant se construit

Une majorité de plantes distribuent leurs feuilles et fleurs en spirale le long des tiges mais ces spirales sont souvent imparfaites. Un nouveau modèle stochastique de la genèse de ces spirales chez les plantes a été élaboré par les équipes de Teva Vernoux au Laboratoire de reproduction et développement des plantes et Christophe Godin de l'équipe-projet Inria Virtual Plants. Il montre que les désordres dans les spirales sont comme des filigranes qui donnent des informations sur les principes de construction des plantes. Cette étude est publiée dans la revue eLife.

Les organismes vivants produisent des structures ordonnées qui ont depuis toujours attiré la curiosité des chercheurs comme celle du grand public pour leur beauté et leur variété. Mais ces structures complexes ne sont pas parfaites et présentent des défauts à des degrés plus ou moins importants. C'est le cas sur la tige des plantes. Ces dernières produisent tout au long de leur vie de nouveaux organes (branches, feuilles, fleurs,...) le long des tiges, le plus souvent suivant une organisation en spirale. Les nouveaux organes sont produits dans un tissu spécialisé à l'extrémité de la tige et se positionnent successivement les uns par rapport aux autres en inhibant localement la production de nouveaux organes dans leur voisinage. C'est comme si dans une foule tous les individus produisaient un champ de force répulsif qui les empêchait de s'approcher trop les uns les autres. Dans ce système, il faut que la croissance de la tige éloigne suffisamment les derniers organes produits pour qu'un nouvel organe puisse à nouveau être créé. La croissance induit ainsi des initiations rythmiques d'organes. De façon étonnante, il a été observé récemment qu'il n'est pas rare que ce mécanisme régulier soit perturbé et que plusieurs organes soient initiés en même temps ou même inversés par rapport à l'ordre qu'ils devraient avoir sur une spirale idéale. Comment est-il possible de continuer à construire des spirales quand l'ordre des organes est à ce point perturbé ?

Une équipe composée de biologistes et mathématiciens menée par Teva Vernoux du laboratoire Reproduction et Développement des Plantes à l'ENS Lyon et Christophe Godin de l'équipe-projet Virtual Plants de l'INRIA à Montpellier, a crée un nouveau modèle de la genèse des spirales sur les tiges des plantes en introduisant une part d'aléatoire dans la manière dont les cellules perçoivent l'inhibition produite par les branches/feuilles/fleurs existantes. Ce modèle dans lequel la production des nouveaux organes est en partie déterminée par les lois du hasard permet de recréer avec précision à la fois la régularité des spirales mais également les perturbations de la temporalité des initiations perturbant la spirale. Le modèle suggère qu'une part d'aléatoire gouverne la construction des plantes mais surtout que la quantification des désordres des spirales sur la tige informe sur les paramètres du modèle et donc sur les mécanismes qui contrôlent le mise en place des spirales. Ces désordres sont ainsi comme les filigranes sur les billets de banque: quand on sait comment les mettre en évidence (en les plaçant devant une source lumineuse dans ce cas), il devient possible de lire une information cachée qu'ils portent. Comprendre le désordre nous permet donc de mieux comprendre comment se construisent les systèmes vivants.

Comment la fascination du mathématicien Alan Turing pour les taches de léopard l'a conduit à résoudre une autre énigme

(Image : photo d'un léopard. Légende ,Comment se forment ces taches ?) 

Beaucoup d'entre nous s'émerveillent devant la fourrure tachetée des léopards ou les rayures qui ornent les zèbres .

Mais peu de temps après, on se demande s'il y a un ordre dans ce caractère apparemment aléatoire de la nature.

Et beaucoup moins nombreux sont ceux qui tentent de le trouver en utilisant les mathématiques.

Cependant, quelqu'un a transformé cette fascination en une théorie qui a résolu une énigme ancienne.

Cette personne était le pionnier de l'informatique Alan Turing, qui, dans un changement d'orientation remarquable, a tourné son attention vers les mathématiques cachées de la nature.

Le seul article qu'il publia sur le sujet et le dernier de sa vie, intitulé " Les bases chimiques de la morphogénèse " , parut dans le Journal de la Royal Society de Londres en 1952, deux ans avant qu'il ne se suicide avec une pomme trempée dans du cyanure.

Il deviendra l'un des scientifiques les plus cités, même si sa théorie était tellement en avance sur son temps que des décennies s'écoulèrent avant que sa valeur ne soit reconnue.

Il peut être surprenant qu'un ouvrage écrit par un scientifique au manteau d'héroïsme, ayant joué un rôle clé dans le déchiffrement des messages envoyés à l'aide des machines allemandes Enigma extrêmement complexes pendant la Seconde Guerre mondiale, n'ait pas attiré plus d'attention au moment de sa publication.

Mais à cette époque, et jusqu'en 1974, cette histoire était secrète, donc bien que Turing fût reconnu comme un mathématicien brillant, il ne jouissait pas encore du statut qu'il avait atteint à titre posthume.

Comme son article de 1936 " Sur les nombres calculables ", qui n'a été largement considéré comme fondamental dans la théorie du calcul que dans les années 1960, celui-ci a mis longtemps à être apprécié.

De plus, des avancées scientifiques étaient nécessaires pour prouver que son incursion dans la biologie était autre chose qu'une distraction intelligente mais sans rapport avec un esprit agité.

L'énigme

Sans léopards ni zèbres à Manchester, où il travaillait depuis 1948, Turing a parcouru la campagne du Cheshire, fasciné, détectant des traces mathématiques dans plusieurs plantes remarquablement symétriques.

Les marguerites, par exemple, avaient 34, 55 ou 89 pétales, des nombres qui faisaient partie de la suite de Fibonacci, dans laquelle chaque nombre est égal à la somme des deux précédents.

Il a alors compris que les organismes biologiques devaient avoir une logique interne.

Peut-être que le mécanisme qui produit des merveilles comme la mosaïque de la peau d'une girafe ou les feuilles verticillées d'une tige de plante pourrait être expliqué par les mathématiques.

(Image de pétales d'une fleur. Légende : La symétrie dans la nature attire l'attention depuis des siècles.)

Le point de départ était un mystère.

Aux premiers stades de développement, la plupart des êtres vivants, qu'il s'agisse de plantes, d'animaux ou d'humains, ont une apparence très similaire : des embryons qui étaient initialement des sphères uniformes de cellules identiques.

Mais à un moment donné, un processus se déclenche qui conduit cette boule de cellules à devenir un cocotier, une étoile de mer ou l'un d'entre nous.

Comment quelque chose d'aussi phénoménal peut-il se produire ?

Turing a estimé que ce processus était similaire à ceux qui produisaient les motifs dans la coloration des animaux ou les formes des plantes qui l'avaient captivé, et même ceux dans les doigts de ses mains.

En examinant ces modèles, il a développé des équations et, petit à petit, sa " théorie mathématique de l'embryologie ", comme il l'appelait, a commencé à prendre forme.

Une théorie de la vie

Turing a postulé que les modèles étaient le résultat de l'interaction de produits chimiques qui se propageaient entre des groupes de cellules par ailleurs identiques, comme l'explique Matilda Battersby sur BBC Earth .

Il a inventé le terme morphogène (morpho, du grec pour " forme ", et gen, du grec pour " engendrer "), signifiant générateurs de formes.

Ces morphogènes, a-t-il soutenu, diffusent et réagissent les uns avec les autres dans un processus qu'il a appelé réaction-diffusion intercellulaire, qui est maintenant également connu sous le nom de mécanisme de Turing.

Sa théorie, expliquée avec des mathématiques fascinantes, affirmait qu'à l'intérieur des tissus ou des cellules, il existe deux morphogènes qui agissent l'un sur l'autre.

Les deux se propagent à des rythmes différents, travaillant simultanément mais indépendamment comme s'ils étaient en compétition.

Pour comprendre cela, il est utile d'imaginer une situation prédateur-proie.

Lorsque les prédateurs ont beaucoup de proies disponibles, leur population augmente, mais cela entraîne une diminution de la population de proies, ce qui entraîne une diminution du nombre de prédateurs en raison d'un manque de nourriture et, au fil du temps, une augmentation du nombre de proies.

Au niveau moléculaire, a noté Turing, lorsqu'un des morphogènes déclenche une réaction et se propage à travers un groupe de cellules, l'autre intervient pour l'empêcher de se propager.

Ces réactions chimiques déclenchent la différenciation cellulaire, qui donne naissance aux motifs physiques que nous observons chez les êtres vivants, des doigts de nos mains aux taches sur un guépard.

Un morphogène arrive en premier, par exemple, pour assombrir les cellules de la peau des zèbres jusqu'à ce que l'autre arrive pour l'arrêter, créant ainsi les rayures noires et blanches.

(Image de peaux de zèbres côte à côte. Légende :  L'action d'un activateur et d'un inhibiteur crée des schémas... dans plusieurs cas hypnotiques.)

En plus de proposer une explication à l'énigme de la façon dont les êtres vivants deviennent ce qu'ils sont, Turing a développé des équations qui modélisent les modèles produits par l'interaction des morphogènes.

Il s'agissait d'équations très complexes pour les ordinateurs de son époque, mais même si cela impliquait un travail ardu, il réussit à créer un motif tacheté semblable à celui de la peau d'une vache.

Turing a terminé son travail, l'a publié et a recommencé à compter les pétales de fleurs.

Précis et très présent

L'idée était suspendue entre les pages de la revue scientifique.

Pour être juste, il a lui-même admis d'emblée que " ce modèle sera une simplification et une idéalisation, et par conséquent une falsification ".

Il s'était demandé comment les modèles qu'il observait dans la nature apparaissaient et avait trouvé la réponse sans regarder au microscope.

Il était vague sur ce qu'étaient les morphogènes dont il parlait, des substances dont la nature chimique n'avait pas encore été élucidée.

De plus, l'année suivante, James Watson et Francis Crick, sans parler du travail pionnier de Rosalind Franklin, ont révélé la structure de l'ADN, ce qui promettait d'être une voie fructueuse pour résoudre le mystère qui avait occupé Turing.

Mais dans les années 1960, ses écrits sur la morphogenèse ont été redécouverts.

Et avec l'avènement d'ordinateurs puissants et la naissance de la biologie cellulaire moléculaire moderne, deux générations de scientifiques qui ont pris sa théorie au sérieux à partir des années 1980 ont prouvé qu'elle était correcte.

" Je ne dirai pas que ce que Turing a fait nous a fait gagner la guerre ", a déclaré l'un de ses collègues à Bletchley, " mais j'ose dire que nous aurions pu la perdre sans lui. "

Cet article est devenu l'une des théories fondatrices de la biologie mathématique, une discipline dédiée à la compréhension du fonctionnement des mécanismes de la nature en trouvant des équations qui les décrivent.

Et bien que Turing ne soit ni un biologiste ni un chimiste, sa théorie a eu un impact substantiel sur les deux domaines, ainsi que sur d'autres domaines aussi divers que la géomorphologie et la criminologie, selon le rédacteur en chef du magazine Nature .

Leurs modèles ont tout expliqué, de l'activation neuronale dans le cerveau à la structure des coquillages, et ont été utilisés pour mieux comprendre les établissements humains et pour concevoir des filtres à eau, pour ne citer que quelques exemples.

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La théorie de Turing avait plus d'applications qu'on ne l'imaginait, comme cela a été et continue d'être démontré.

Cela lui aurait fait plaisir.

En conclusion de son article, après avoir admis les limites des exemples biologiques qu'il a donnés, combinées aux " mathématiques relativement élémentaires " qu'il a utilisées, il a écrit :

" Je pense cependant que les systèmes biologiques imaginaires discutés et les principes discutés devraient être d'une certaine aide pour interpréter les formes biologiques réelles . "

Après ce dernier point, et durant les deux dernières années de sa vie, il se consacra aux tournesols.

Il est resté fasciné par la phyllotaxie, la disposition des pétales, des feuilles et des tiges des plantes, quelque chose qui a captivé de nombreuses personnes depuis l'Antiquité, y compris Léonard de Vinci, car c'est un sujet complexe et mystérieux.

Les pétales et les graines de tournesol ne sont pas seulement disposés en deux spirales contradictoires, mais semblent également suivre les séquences de Fibonacci.

Turing a reconnu le travail du scientifique néerlandais J.C. Schoute, qui a étudié les motifs de 319 têtes de tournesol juste avant la Seconde Guerre mondiale.

Il a ensuite développé une théorie pour expliquer pourquoi les séquences de Fibonacci sont apparues chez les plantes.

Cependant, il n'a jamais eu l'occasion de l'essayer avant de mourir.

Plus de 60 ans après sa mort, la Royal Society a publié de nouvelles preuves appuyant son explication mathématique des motifs sur les pétales de tournesol.

Un groupe de scientifiques du monde entier, encouragé par l'Université de Manchester, a planté des centaines de tournesols et compté leurs pétales pour tester leur exactitude par rapport à la séquence de Fibonacci, comme l'a rapporté Kiona N. Smith dans le magazine Forbes .

Leurs résultats ont soutenu l'idée de Turing, mais le recensement des tournesols a également révélé de nouveaux modèles, que les équations de Turing semblent également expliquer.