Rare, Weak and Amorphous Life - Evolution of Life from the Origins until Life as it Appears Nowadays
Le Vivant Rare, Faible et Amorphe - Évolution depuis les Origines jusqu’à la Vie telle qu’elle nous Apparaît
Résumé
I address in this manuscript theoretical, methodological and philosophical considerations based on my current and past, experimental and theoretical research on the organisation of life, its origins and its evolution. Of particular interest is how the theoretical representations of the very nature of living matter and the origins of life have consequences when using modeling to understand and control living matter.
These reflection and research are carried out by my students, collaborators and myself in the context of the emergence and complexification of life. Biological systems from prebiotic ages (e.g. proto-metabolisms, proto-genetics) to the present day (e.g. gene regulation networks, cellular and subcellular organisations, neural networks) have evolved but continue to depend on current systems. The study of structural and dynamical properties (complexity, robustness) but also evolutionary properties of formal systems such as Boolean networks or other artificial life systems, and the search for sets of systems with common structural or dynamical properties, allows us to introduce a holistic vision of biological systems and to think of their evolution and variations in terms of trajectories in a morphogenetic landscape, i.e. a meta-network. An evolutionary or functional path from one system to another is allowed by their structural and dynamical proximities. In our work, using such formal systems as abstractions of biological systems, we study (i) how they evolve while preserving ancestral traits and behaviours, (ii) what determines the evolvability of these networks, their respective robustness to structural changes and their relation to structural and functional complexity, (iii) how trajectories can exist under viability constraints in such morphogenetic landscapes, and (iv) how systems and their associated behaviours can combine during these evolutions.
The essay I propose falls within the general framework of theoretical biology and the philosophy of sciences. I try to address questions as various as the scientific methodology, humans in science, the organisation of life, the nature of models, control, purpose in life and many others. While using machine-based formalisms such as Boolean networks, I aim at legitimate the need to move away from a mechanistic thinking and the usual conception of the biological world, i.e. Life as a Machine, and the associated theoretical and experimental tools we use to study it. I actually propose to consider an alternate view of the nature and functioning of living matter - from its origins to the present day - based more on what I call the rare, the weak and the amorphous.
Les origines de la vie, la nature même de la matière vivante et son activité biologique, les représentations théoriques que nous en faisons pour la modéliser, l’appréhender, la contrôler, et les conséquences que l’usage de ces représentations ont sur sur notre façon de penser le vivant sont autant de considérations théoriques, méthodologiques et philosophiques que j’aborde dans ce manuscrit en m’appuyant sur mes recherches expérimentales et théoriques actuelles et passées concernant l’organisation du vivant, ses origines et son évolution.
Cette réflexion et les recherches effectives que nous menons, mes étudiants, collaborateurs et moi, se placent dans le cadre de l’émergence et la complexification de la vie. Les systèmes biologiques depuis les âges prébiotiques (ex : proto-métabolismes, proto-génetique) jusqu’à nos jours (ex : réseaux de régulation génétique, organisations cellulaires, subcellulaires, réseaux de neurones) ont évolué mais dépendent toutefois de systèmes existants. L’étude des propriétés structurelles et dynamiques (complexité, robustesse) mais également évolutives, de systèmes formels comme les réseaux Booléens ou autres systèmes de vie artificielle, et la recherche d’ensembles de systèmes aux propriétés structurelles ou dynamiques communes, permet d’introduire une vision ensembliste des systèmes biologiques et penser l’évolution ou les variations de fonctionnement d’un système biologique comme des trajectoires dans un paysage morphogénétique, un meta-réseau. Le passage, évolutif ou fonctionnel, d’un système à un autre est permis par leurs proximités structurelles et dynamiques. Notre travail utilise de tels systèmes formels en tant qu’abstractions des systèmes biologiques pour étudier (i) comment ils évoluent tout en préservant des caractères et comportements ancestraux, (ii) ce qui détermine l’évolutivité de ces réseaux, leur respective robustesse vis-à-vis de changements structuraux et leur relation avec la complexité structurelle et fonctionnelle, (iii) comment des trajectoires peuvent exister sous contraintes de viabilité dans de tels paysages morphogénétiques, et (iv) comment des systèmes et leurs comportements associés peuvent se combiner au cours de ces évolutions.
L’essai que je propose ici s’inscrit dans le cadre général de la biologie théorique et de la philosophie des sciences. J’y aborde des questions aussi variées que la méthode scientifique, l’humain dans les sciences, l’organisation et le fonctionnement de la vie, la nature des modèles, le contrôle, la finalité du vivant. J’y réfléchis, sur la base des recherches effectives que nous menons, à comment et pourquoi s’éloigner de la pensée mécaniste pour considérer davantage un vivant dont la nature et l’activité, depuis ses origines jusqu’au vivant actuel, sont davantage fondées sur ce que je désigne par rare, faible et amorphe, des qualificatifs qui s’éloignent de la conception que nous en avons, le vivant-machine, et des outils dont nous disposons pour l’étude du monde biologique.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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Domaine public
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