La question de l'origine de la vie est longtemps restée à la frontière de la chimie et de la thermodynamique. L'idée classique de Schrödinger sur la « nutrition par entropie négative » explique le maintien de l'ordre, mais pas son apparition. À côté de ce travail, on trouve dans l'archive des études sur les caractéristiques colorimétriques des étoiles propices à la vie, des modèles quantiques du libre arbitre, des commutateurs chaotiques dans les systèmes vivants et des mécanismes cellulaires de morphogenèse. Tous abordent d'une manière ou d'une autre le passage du non-vivant au vivant, mais cet article se distingue par sa tentative de fournir un critère physique formel de sélection de l'hérédité.
L'auteur construit un modèle théorique fondé sur la théorie des grandes déviations et le théorème de fluctuation de Crooks. Deux trajectoires idéalisées d'un système chimique sont comparées : l'une avec un simple autocatalyseur, l'autre avec un réplicateur matriciel adaptatif. Pour le réplicateur, on introduit une vitesse d'adaptation effective α, qui croît linéairement avec le temps. On calcule ensuite la dissipation intégrale pour les deux trajectoires et le rapport de leurs probabilités. L'étape clé consiste à démontrer que ce rapport croît comme une double exponentielle du temps.
Le résultat principal est la proposition 1 : dans un système contenant les précurseurs à la fois d'un autocatalyseur statique et d'un réplicateur adaptatif, le rapport des probabilités de la trajectoire réplicative à la trajectoire autocatalytique croît comme exp(exp(τ²)). Cela signifie que, pour un temps suffisamment long, la trajectoire réplicative devient écrasamment plus probable. Le temps critique de capture τ(crit) est déterminé par le moment où l'effet cumulé de l'adaptation compense le retard cinétique initial du réplicateur. Des conditions seuils sont également formulées : une précision de réplication supérieure au seuil d'Eigen, une vitesse cinétique supérieure à la vitesse de dégradation, des ressources suffisantes et une protection contre les séquences parasites.
Ce travail se distingue des études voisines en ce qu'il propose non pas une description qualitative, mais un critère mathématique rigoureux de sélection de l'hérédité. Contrairement aux travaux sur la couleur des étoiles ou les mécanismes cellulaires, l'accent est mis ici sur le fondement thermodynamique de l'évolution. C'est la première tentative de déduire la sélection darwinienne comme conséquence de la physique statistique des systèmes hors d'équilibre, et non comme un principe biologique à part. Une telle approche pourrait unir la physique et la biologie dans l'explication de l'origine de la vie.
Le modèle suppose une ressource inépuisable et néglige l'hétérogénéité spatiale ainsi que la compartimentation. Les travaux futurs pourraient inclure des équations différentielles couplées pour différentes espèces, afin de décrire plus précisément la dynamique des parasites. Il serait également intéressant d'étudier la saturation de la vitesse d'adaptation à l'approche des limites biochimiques. Une extension aux paysages de fitness multidimensionnels est envisageable.
Les résultats pourraient influencer la chimie expérimentale de l'origine de la vie en proposant un marqueur quantitatif clair de la transition vers un système évolutif. Ils offrent aussi un regard nouveau sur la stabilité cinétique dynamique en thermodynamique hors d'équilibre.
Réaliser l'expérience proposée avec un réacteur à flux et une calorimétrie isotherme pour vérifier la signature prédite. Élaborer un modèle plus réaliste tenant compte de l'épuisement des ressources et des effets spatiaux.
Dans le domaine de l'origine de la vie, la question de savoir comment l'information héréditaire émerge de la matière inerte reste non résolue. Ce travail relie ce problème aux principes fondamentaux de la physique statistique, en proposant un mécanisme de sélection de l'hérédité par la dissipation. Cela concerne directement le problème de l'abiogenèse et du passage de l'évolution chimique à l'évolution biologique.
La double exponentielle dans la probabilité signifie qu'après le moment critique, la trajectoire réplicative devient non seulement plus probable, mais à ce point dominante que le logarithme de son logarithme croît quadratiquement avec le temps. C'est l'une des croissances les plus rapides que l'on rencontre dans les modèles physiques.