Une casserole d'eau est sur la cuisinière. La température baisse : plus un degré, zéro, moins un — l'eau reste liquide. Mais à un moment donné, un léger souffle suffit pour que toute la masse gèle instantanément en glace. De tels sauts, les physiciens les appellent des transitions de phase. Des basculements analogues se produisent aussi dans les communautés vivantes — simplement, le rôle de la température est joué par d'autres forces.

Dans ces nouveaux travaux, des scientifiques ont montré rigoureusement que les populations de microbes subissent de véritables transitions de phase du premier ordre. Pour l'exemple, ils ont pris des bactéries dans lesquelles on a inséré des plasmides — de petites molécules d'ADN circulaires qui flottent dans la cellule, séparées du chromosome principal. Un plasmide peut conférer une résistance à un antibiotique ou la capacité de se nourrir d'une nouvelle substance, mais sa copie et son maintien coûtent des ressources à la bactérie. Si le bénéfice ne compense pas le coût, le plasmide devient un fardeau.

Les auteurs ont établi une limite inférieure stricte : si le nombre moyen de plasmides par cellule tombe en dessous d'un certain seuil, toute la population les perd d'un coup. Au-dessus du seuil, les plasmides se maintiennent ; en dessous, ils disparaissent presque instantanément. Pas de transition progressive. Ce basculement brutal explique pourquoi, dans les expériences avec des microbes, on voit souvent du « tout ou rien » : soit le trait est présent chez tous, soit il n'est chez personne.

Le lien avec les lignées cellulaires ajoute de la profondeur. Chaque bactérie se divise, et ses descendants héritent des plasmides. Si, à cause de fluctuations aléatoires, dans une branche le nombre de plasmides passe sous le seuil, cette branche est condamnée — et bientôt toute la population suit. Ainsi, les histoires individuelles s'additionnent en un basculement collectif. La conclusion pratique est simple : les biotechnologues qui insèrent des gènes utiles dans des bactéries peuvent calculer à l'avance combien de copies il faut maintenir pour que la culture ne « gèle » pas dans un état indésirable.