Étiquette : L’origine du vivant

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Prenez un système traversé par un flux d’énergie — une atmosphère, une cellule, un fleuve. Une hypothèse audacieuse affirme qu’il s’organisera toujours de façon à produire de l’entropie au rythme maximal possible. Si c’était vrai, un seul principe prédirait la forme des ouragans, des écosystèmes, peut-être du vivant. Voilà quarante ans que la physique n’arrive ni à le prouver, ni à s’en débarrasser.

Un principe trop beau pour être ignoré

Le second principe de la thermodynamique dit dans quel sens vont les choses : l’entropie d’un système isolé ne peut qu’augmenter. Il ne dit pas à quelle vitesse. C’est ce vide que le principe de production maximale d’entropie — MEP, pour les intimes — prétend combler : parmi tous les chemins que la nature pourrait emprunter, elle choisirait celui qui dissipe le plus vite. Débattu

L’idée a une élégance redoutable. Près de l’équilibre, Ilya Prigogine avait démontré l’inverse — un système faiblement contraint s’installe dans l’état qui produit le moins d’entropie possible. Établi

Le MEP parie que loin de l’équilibre, là où naissent les structures dissipatives, la règle s’inverse : le système s’organise pour dissiper au maximum. En 2006, Leonid Martyushev et Vladimir Seleznev en dressent l’inventaire dans une revue de référence de Physics Reports : le principe semble marcher en physique, en chimie, en biologie — climats planétaires, croissance cristalline, écosystèmes. C’est lui qui rôdait derrière la controverse sur l’origine de la vie racontée au premier volet de cette série. Débattu

1984 : la première objection

Le débat n’est pas né hier. Dès 1984, Bjarne Andresen, E. C. Zimmermann et John Ross publient dans The Journal of Chemical Physics une objection en règle contre l’idée qu’un taux de production d’entropie puisse servir de boussole aux systèmes hors d’équilibre. Deux pages sèches, qui posent le repère chronologique : le MEP n’est pas une idée neuve encore en rodage. C’est une idée ancienne qui, en quarante ans, n’a jamais emporté l’adhésion. Établi

La critique la plus citée

En 2012, John Ross revient à la charge — le même Ross, chimiste à Stanford, vingt-huit ans plus tard. Avec Alexandru Corlan et Stefan Müller, il passe au crible les formulations locales du principe dans The Journal of Physical Chemistry B, et les démonte une à une : sur les systèmes réactionnels que les partisans du MEP citent en exemple, le maximum annoncé ne se réalise pas. C’est aujourd’hui la critique la plus citée du dossier. Débattu

L’année suivante, Matteo Polettini s’attaque au socle historique du principe — les travaux du mécanicien Hans Ziegler — dans un article d’Entropy au titre qui dit tout : « Fact-Checking Ziegler’s Maximum Entropy Production Principle ». Verdict : la démonstration de Ziegler tient dans le régime linéaire, près de l’équilibre — et se dérobe précisément là où on veut l’étendre, loin de l’équilibre, là où le MEP serait intéressant. Débattu

Les partisans bornent leur propre principe

Fait rare dans une controverse : en 2014, Martyushev et Seleznev répondent aux critiques en publiant eux-mêmes, dans Physica A, la liste des restrictions de leur principe — les conditions hors desquelles il ne faut pas l’appliquer. On peut y lire un aveu, ou une preuve de sérieux : le débat est technique, pas idéologique. Chaque camp affine ses conditions au lieu de camper sur des slogans. Établi

Quinze ans après : « statut actuel »

En 2021, Martyushev fait le point dans Physics–Uspekhi. Le titre de la revue est d’une honnêteté remarquable : « Maximum entropy production principle: history and current status ». Un principe dont la meilleure revue de synthèse, écrite par son principal défenseur, s’intitule « statut actuel » quinze ans après la première — c’est un principe qui n’est toujours pas universellement accepté, et qui le sait. Établi

Le paysage qui s’en dégage est étrange : le MEP marche souvent, remarquablement bien parfois — les modèles de climat planétaire fondés sur lui retrouvent des températures réalistes sans aucun réglage fin. Mais personne ne sait pourquoi il marche, ni ne dispose d’une démonstration générale, ni ne peut dire à l’avance où il va échouer. Débattu

Même paysage que pour les théories de la conscience mises à l’épreuve : un match nul instructif vaut mieux qu’une victoire proclamée.

Ce que le laboratoire en dit

Depuis dix ans, la question a quitté les revues théoriques pour la paillasse. En 2015, Andrey Belkin, Alfred Hübler et Alexey Bezryadin filment des nanotubes de carbone qui s’auto-assemblent sous tension électrique : les structures « frétillent », se défont, se reforment — jusqu’à ce que la production d’entropie atteigne son maximum. Alors, elles s’immobilisent. Débattu

En 2016, Bezryadin et Kountz ajoutent une pièce au dossier : le maximum n’est jamais atteint instantanément. Il faut au système un temps d’évolution — une durée d’apprentissage pendant laquelle la structure tâtonne avant de trouver sa configuration la plus dissipative. Le principe, s’il vaut quelque chose, ne décrit pas un état : il décrit la fin d’une histoire. Débattu

Et c’est exactement là que l’histoire rebondit : en 2026, la même équipe de l’Illinois met deux structures dissipatives en compétition pour la même source d’énergie — et le résultat ne ressemble pas à ce que le MEP promettait. Ce sera l’objet du troisième volet de cette série.

Où en est la balance ? Que des systèmes hors d’équilibre s’organisent spontanément en structures qui dissipent l’énergie, c’est établi depuis Prigogine. Que cette organisation obéisse à un principe d’extremum — et que ce soit un maximum — reste, quarante ans après la première objection publiée, une conjecture féconde sans démonstration générale. Le titre de la revue de 2021 le concède lui-même. C’est peut-être la marque des idées importantes : celles qu’on ne parvient ni à prouver, ni à abandonner.

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Et si la vie n’était pas un accident, mais une conséquence ? Une théorie soutient que le vivant est né pour aider la Terre à dissiper la lumière du jeune Soleil. Un photobiologiste suédois a pris la théorie au mot, mesures d’albédo en main — et la revue où le duel s’est joué laisse tout voir : les noms des relecteurs, les dates, les concessions. Récit d’une controverse menée dans les règles.

Une idée qui retourne la question

En 2009, le physicien Karo Michaelian, de l’université nationale autonome du Mexique, dépose une hypothèse qui prend l’origine de la vie par l’autre bout. Au lieu de demander comment des molécules ont appris à se répliquer, il demande à quoi elles servaient. Sa réponse : à dissiper. Tout processus irréversible s’accompagne d’une production d’entropie, et le plus gros producteur de la planète est la conversion de la lumière solaire en chaleur. La vie serait née comme catalyseur de cette conversion, à la surface de mers peu profondes. Spéculatif

L’argument le plus troublant tient dans une coïncidence spectrale. L’ARN et l’ADN comptent parmi les molécules les plus avides d’ultraviolet dur — précisément la fenêtre de 210 à 285 nanomètres qui, avant l’apparition de l’ozone, atteignait le sol de la Terre archéenne. Et elles convertissent cette énergie en chaleur avec une rapidité remarquable, par des raccourcis quantiques appelés intersections coniques. Pour Michaelian, ce n’est pas un hasard : les briques du vivant seraient d’anciens pigments, façonnés par la lumière même qu’ils dissipaient. La version relue paraît en 2011 dans Earth System Dynamics. Débattu

Le pari de 2015

Six ans plus tard, avec Aleksandar Simeonov, Michaelian pousse l’idée jusqu’au bout dans Biogeosciences : toutes les molécules fondamentales du vivant — acides nucléiques, acides aminés, acides gras, cofacteurs — seraient nées pigments, puis auraient co-évolué pour couvrir un spectre solaire changeant. La théorie cesse d’être un récit ; elle fait une prédiction vérifiable. Si le vivant existe pour dissiper la lumière, il devrait s’y prendre mieux que la matière inerte. C’est ce fil que son contradicteur va tirer. Spéculatif

Le contradicteur prend la théorie au mot

Lars Olof Björn n’est pas un adversaire de passage : ce photobiologiste de l’université de Lund a passé sa carrière à mesurer comment la lumière interagit avec le vivant. Dans un commentaire évalué par les pairs, publié en février 2022 dans la même revue, il confronte la prédiction aux données d’albédo — la fraction de lumière renvoyée. Ses pièces à conviction sont trois séries de mesures : les laves nues du Teide, aux Canaries, comparées aux mêmes coulées sous couvert de lichens ; les croûtes biologiques qui colonisent les dunes désertiques ; des eaux de lac et d’océan, avec et sans algues. Dans les trois cas, la surface vivante réfléchit davantage que la surface morte. Si la vie était une machine à avaler les photons, conclut-il, on attendrait l’inverse. Débattu

Björn est plus scrupuleux que sa thèse ne l’exigerait : il consigne aussi les cas contraires. La mousse assombrit fortement les sols quand le lichen les éclaircit ; les pigments-écrans de certaines cyanobactéries assombrissent également ; et sur la glace du Groenland, les algues font chuter l’albédo de 0,60 à 0,26. Sur ce point précis, il accorde à ses contradicteurs qu’ils ont raison. Ce qu’il refuse, c’est la généralisation, et sa conclusion tient en une phrase : nous ne savons pas si la première vie est apparue sous la lumière ou dans le noir, au fond des océans ou dans la croûte terrestre. Établi

La réplique : l’albédo ne fait pas tout

La réponse paraît le 1^er septembre 2022. Elle commence par contester les faits eux-mêmes, chiffres à l’appui : une forêt de feuillus renvoie 15 à 18 % de la lumière visible, une forêt de conifères 9 à 15 %, quand un désert de sable en renvoie environ 30 % et le désert rocheux de Gobi 21 %. Quant au volcan de Björn, répliquent les auteurs, un sol nu ne le reste jamais longtemps : les croûtes biologiques s’y installent vite et l’assombrissent. Débattu

Mais leur vraie ligne de défense est ailleurs : la réflexion n’est qu’un facteur sur quatre. Compte aussi le décalage du spectre réémis vers l’infrarouge — un photon capté dans l’ultraviolet et rendu en chaleur lointaine produit beaucoup d’entropie, quel que soit l’albédo. Compte l’angle d’émission : la végétation, en chargeant l’atmosphère de vapeur d’eau, rapproche les températures du jour et de la nuit et fait rayonner la planète dans toutes les directions au lieu d’une moitié. Compte enfin le couplage au cycle de l’eau, qu’alimente l’évapotranspiration des feuilles — car moins d’un millième de l’énergie solaire captée finit en liaisons chimiques : tout le reste part en chaleur. Le calcul complet, publié la même année par Michaelian et Cano, donne une forêt 1,45 fois plus efficace qu’un désert de sable et de roche à produire de l’entropie par dissipation de photons. Débattu

Michaelian prête enfin à Björn un penchant pour le scénario rival — une origine au fond des océans, près des évents hydrothermaux — et lui oppose une objection ancienne. En 1995, Stanley Miller et Antonio Lazcano avaient montré que les briques du vivant ne survivent pas à la chaleur : à 100 °C, le ribose se défait en soixante-treize minutes, la cytosine en trois semaines, l’adénine en un peu plus de six mois. Les évents, en conclut Michaelian, détruisent les molécules organiques plus volontiers qu’ils ne les fabriquent. Débattu

Ce que la revue ouverte laisse voir

Le duel s’est joué à découvert, selon la procédure des journaux Copernicus — et cette transparence livre deux détails qu’une publication ordinaire aurait enfouis. Le premier est un nom, ou plutôt deux. La critique de Björn a été relue par Axel Kleidon, spécialiste de la production d’entropie dans les systèmes environnementaux, et par William Martin, principal défenseur de l’origine hydrothermale : le meilleur connaisseur de la méthode et le champion du camp adverse. L’évaluation par les pairs, ici, n’a rien d’anonyme ni de décoratif. Établi

Le second détail est une date. Le commentaire de Björn est reçu le 29 mai 2021, la discussion s’ouvre le 29 juin — et la réponse de Michaelian est déposée dès le 27 juillet, près de sept mois avant que la critique ne soit publiée. Il n’a pas répondu à un article : il a répondu à un manuscrit, en public, pendant qu’il s’écrivait. La controverse n’a tranché ni pour ni contre la théorie. Elle a fait mieux : elle a forcé chaque camp à dire exactement ce qu’il mesure, et comment. Établi

Autour du duel, la question passe au laboratoire

Ce débat n’est pas isolé. L’idée qu’un système traversé par un flux d’énergie s’organise de façon à mieux dissiper a été formalisée par Jeremy England sous le nom d’adaptation dissipative — hypothèse féconde, elle aussi discutée. En 2021, Daniel Valente, Frederico Brito et Thiago Werlang l’ont étendue au domaine quantique dans Communications Physics, sur un modèle exactement soluble où un photon unique suffit à favoriser l’état « adapté ». Débattu

Et l’expérience s’en mêle. Dès 1999, Alexey Bezryadin et ses collègues de Harvard mettaient en évidence un comportement singulier dans les liquides électrorhéologiques : sous champ électrique, des particules conductrices en suspension s’assemblent d’elles-mêmes en chemins conducteurs — des structures dissipatives minimales, sans la moindre chimie du vivant. Établi

En mai 2026, son équipe de l’université de l’Illinois a poussé le dispositif plus loin, et le résultat prend à contre-pied ce qu’on attendait. Deux suspensions de particules d’argent branchées en parallèle sur la même source : une seule forme une structure dissipative, l’autre voit son courant tomber à zéro. Et la production d’entropie de l’ensemble finit 3 à 5 % en dessous de ce qu’atteindrait un échantillon isolé. Autrement dit, la compétition empêche le système de maximiser sa dissipation ; les auteurs en tirent non pas une confirmation du principe de production maximale d’entropie, mais une contrainte à lui ajouter. Ce travail est encore une prépublication, non relue par des pairs : à suivre, pas à conclure. Spéculatif

Où en est la balance ? Que les molécules du vivant absorbent l’ultraviolet dur et le dissipent avec une efficacité singulière est établi. Que des structures dissipatives s’auto-organisent sous un flux d’énergie l’est aussi, en laboratoire depuis un quart de siècle. Mais que ces structures entrent en compétition, et que cette compétition contrarie le principe même qu’on croyait vérifier, ne repose pour l’instant que sur une prépublication de 2026. Et que la vie soit née pour dissiper — que ce seul principe suffise à expliquer son origine — reste une hypothèse spéculative, que la controverse de 2022 a laissée ouverte : l’albédo ne la réfute pas, mais aucune mesure ne l’impose.