Pourquoi l'organisme se souvient de son passé

Original: "Non-Markovian Entropy Dynamics in Living Systems from the Keldysh Formalism"
· Feiyi Liu, Min Guo, Hongwei Tan, Yang Wang
arXiv:2603.12184 · 2026-03-12 · CC BY 4.0 · 2 min
L'entropie d'un organisme vivant ressemble à une baignoire : d'abord l'ordre augmente, puis il se maintient, et avec l'âge il file vers la bonde, tandis que la mémoire du milieu modifie la forme de cette baignoire.

Le niveau de l'eau dans une baignoire monte d'abord, puis se stabilise, avant de refluer lentement vers la bonde. L'entropie, mesure du désordre, se comporte de la même façon dans un organisme vivant. Pendant l'enfance et l'adolescence, l'organisme met de l'ordre : les cellules se divisent, les organes grandissent, l'entropie baisse. À l'âge adulte, l'ordre se maintient à peu près au même niveau. Avec la vieillesse, le désordre s'accumule et l'entropie augmente, jusqu'à ce que le système s'épuise.

Mais cette baignoire a une particularité. L'eau n'y reste pas simplement immobile : elle se souvient de ce qui s'est passé avant. Le milieu avec lequel l'organisme interagit laisse des traces : marques chimiques sur l'ADN, dommages accumulés. Ces traces ne disparaissent pas aussitôt, elles influencent l'avenir. Les chercheurs ont bâti un modèle où cette mémoire est intégrée à la description mathématique de la vie. Il en ressort que la mémoire change la forme de la baignoire : des oscillations apparaissent à la descente, une lente dérive au milieu, et une montée abrupte avec une longue traîne à la remontée.

Ces changements se repèrent à un indice subtil. Dans un système au repos, les fluctuations aléatoires et la réaction à une perturbation extérieure sont strictement liées. Chez les organismes vivants, ce lien se brise, et la nature de cette rupture renseigne sur l'âge : chez les jeunes, les fluctuations basse fréquence sont atténuées, alors qu'elles s'amplifient avec l'âge.

Ainsi la baignoire de l'entropie passe d'une simple métaphore à un outil. Elle montre que le vieillissement n'est pas qu'une accumulation de pannes, mais la perte de la capacité de l'organisme à résister aux dérèglements lents. Et la mémoire du milieu y joue un rôle central.

Dans le modèle, le bain d'entropie n'est pas universel : lorsque le temps de mémoire augmente, la courbe du vieillissement acquiert une longue queue, ce qui signifie que l'organisme conserve plus longtemps les traces de son ordre passé après le début de sa dégradation.

X_{AB}(\omega) = \frac{S_{AB}(\omega)}{\coth(\omega/2T_{\mathrm{ref}})\chi''_{AB}(\omega)}
Rapport du spectre de fluctuations à la partie dissipative de la réponse, normalisé à une température de référence ; un écart à l'unité révèle un caractère hors équilibre.
\langle \dot{S}_{\mathrm{tot}} \rangle = \int_{-\infty}^{\infty} \frac{d\omega}{2\pi} \frac{\omega^2}{T} |\chi(\omega)|^2 [S_\xi(\omega) - 2T\,\mathrm{Re}\,\tilde{\gamma}(\omega)]
La production d'entropie est proportionnelle à la violation du théorème de fluctuation-dissipation, pondérée par le carré de la susceptibilité.
\tau_{\mathrm{rel}} \sim |\mu - \mu_c|^{-\nu}
Au voisinage du point critique, le temps de relaxation diverge selon une loi de puissance, ce qui traduit le ralentissement de la dynamique lors du vieillissement.
Scientifiques
Jacob BekensteinStephen HawkingLudwig BoltzmannRudolf ClausiusJames Clerk MaxwellEdward Witten
Notions
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