Depuis la parution du livre de Schrödinger « Qu'est-ce que la vie ? », la biologie se comprend volontiers à travers l'interaction de la matière, de l'énergie et de l'information. Les travaux ultérieurs de Goldenfeld et Woese, de Frank et England ont relié l'hérédité, l'évolution et la thermodynamique dans un même tableau hors d'équilibre. Notre travail se situe aux côtés des recherches qui envisagent la vie comme un phénomène collectif hors d'équilibre, où l'information s'accumule et s'adapte sous l'effet de la sélection naturelle. Autour de nous, des tentatives existent déjà pour décrire la reconnaissance biologique, les paysages évolutifs et les rythmes des écosystèmes, mais aucun ensemble cohérent de principes physiques minimaux pour la vie adaptable n'a encore été proposé.
L'auteur n'a mené aucune expérience et n'a construit aucun modèle mathématique. Il a plutôt posé six principes qui, selon lui, sont nécessaires à la vie adaptable : la présence d'une source d'entropie, la longévité de l'information, une réponse rapide aux changements du milieu, la répétabilité des opérations, l'efficacité énergétique et l'existence de réseaux formés de nombreux commutateurs en interaction. Il a ensuite vérifié dans quelle mesure les conséquences de ces principes s'accordent avec les faits biologiques connus, de la stabilité de l'ADN et de la rapidité des conformations protéiques jusqu'à la cyclicité de la division cellulaire et aux calculs distribués dans les réseaux de neurones.
Les six principes se retrouvent bel et bien à tous les niveaux de l'organisation biologique. La source d'entropie se manifeste dans la photosynthèse et la chimiosynthèse, où les organismes exploitent des gradients externes. La longévité de l'information apparaît dans la hiérarchie des états métastables : de l'ADN, dont la mémoire se compte en générations, jusqu'à la plasticité synaptique, dont la mémoire se compte en décennies. La réponse rapide est assurée par les conformations protéiques et les modifications post-traductionnelles, qui opèrent en microsecondes et en millisecondes, voire en secondes et en minutes, contrairement à la régulation lente des gènes. La répétabilité se réalise à travers les cycles des ATPases, des GTPases, des canaux ioniques et de la division cellulaire. L'efficacité se manifeste dans le travail des enzymes et des codes neuronaux, qui optimisent le rapport entre précision et dépense énergétique. Enfin, les multiples commutateurs forment des réseaux : des circuits de régulation génique jusqu'aux assemblées neuronales et aux écosystèmes. Tous ces motifs se répètent à différentes échelles, ce qui indique leur universalité.
Ce travail s'inscrit dans le courant général des recherches voisines qui relient la biologie à la physique hors d'équilibre et à la théorie de l'information. La différence, c'est qu'on propose ici non pas l'analyse d'un phénomène isolé, mais une liste cohérente de principes minimaux, qui prétend à l'exhaustivité pour la vie adaptable. Il s'agit davantage d'une synthèse que d'une découverte : l'auteur a rassemblé des observations dispersées dans un cadre unique et montré que les mêmes motifs organisationnels se répètent de l'échelle moléculaire à celle des écosystèmes. Cette approche peut aider à voir des contraintes physiques communes là où l'on ne voyait auparavant qu'une spécificité biologique.
L'étape suivante consiste à traduire ces principes qualitatifs en grandeurs quantitatives. Pour chacun des six postulats, il faut trouver des contraintes mesurables : la durée de vie limite de l'information, le compromis entre vitesse de commutation et coût énergétique, les limites de complexité des réseaux, le lien entre dissipation et performance adaptative. Si l'on y parvient, le cadre passera d'une classification à une théorie prédictive, vérifiable expérimentalement.
Le cadre peut être utile en biologie de synthèse pour concevoir des réseaux de régulation artificiels, ainsi qu'en neurosciences et en écologie comme langage commun pour décrire le traitement de l'information dans les systèmes vivants.
La tâche immédiate consiste à formuler chaque principe sous forme d'inégalité mathématique ou de problème d'optimisation, puis à vérifier si ces contraintes sont bien respectées dans de vrais systèmes biologiques.
En biologie, la question reste ouverte de savoir quelles contraintes physiques précises rendent l'adaptation possible. Les six principes proposés sont directement liés au problème non résolu de l'origine de la vie et à la recherche de régularités universelles de l'évolution, indépendantes du substrat particulier.
En 1943, Schrödinger a qualifié le support présumé de l'hérédité de « cristal apériodique », dix ans avant la découverte de la double hélice de l'ADN. Son intuition s'est révélée juste : l'information de l'ADN est bien écrite par une séquence irrégulière de nucléotides, et non par un réseau périodique.