Biophysique

Biophysique

Des mystères de la vie

Dr. STRUL Salomon

La nature a crée il y a plus de 3,4 milliards d’années la première cellule vivante.

On peut se poser la question : « qu’est que la vie ? »

Pour définir la vie on peut se limiter à la cellule unique puisqu’un organe et un être vivant est constitué d’un ensemble de cellules.

  • La vie est en premier lieu mobilité

Une cellule doit pouvoir se déplacer et l’intérieur d’une cellule est en mouvement perpétuel. L’arrêt du mouvement équivaut à la mort. Aussi, dès qu’une portion si petite soit-elle ne bouge plus, les éléments qui l’entourent se servent dans ses composantes pour assurer leur propre mobilité

  • La vie est obligatoirement basée sur l’énergie qui lui assure la mobilité. Or cette énergie est puisée dans le milieu environnant obligatoirement. Les sources d’énergie du milieu entourant la cellule est soit le soleil, soit une autre cellule, soit une source d’énergie propre à la planète Terre sur laquelle la vie est apparue. 
  • La vie est conservation de son intégrité c’est-à-dire apparition de la méfiance de la cellule par rapport à son environnement qui pourrait lui être hostile. D’où apparition très intuitive de la première forme d’intelligence qui est un outil destiné à conserver l’intégrité de l’individu. Cette méfiance d’un être vivant par rapport à son environnement porte le nom de «paranoïa physiologique» à ne pas confondre avec la paranoïa au sens psychiatrique du terme. Même la plus simple bactérie est capable d’ériger ses stratégies de défense contre des cellules qui lui veulent du mal, en secrétant des toxines, des coques des camouflages qui l’aident à se confondre avec le milieu environnant. 
  • La vie est enfin progression, c’est  à dire multiplication. Une cellule vivante arrive au cours de son développement à un point critique qui lui indique que son volume et sa masse sont trop importants par rapport à la quantité d’énergie qui lui arrivé par l’ensemble de ses membranes qui l’isolent du milieu extérieur. En effet le volume ou la masse sont fonction du cube du rayon de la cellule tandis que la surface n’est qu’une fonction du carré du rayon. Donc l’accroissement de la masse se fait plus vite que la surface d’échange et la forme la plus simple pour corriger cet état des faits c’est de diviser le volume par deux. Donc d’une cellule on obtient deux cellules. En procédant de la sorte, le rapport surface sur volume d’une cellule est multiplié par deux pour chaque cellule fille. Et ce processus se perpétue indéfiniment.

Ces quatre facteurs sont essentiels dans la définition de la matière vivante pour l’opposer à la matière inerte.

Prenons à l’appui de ce que nous affirmons, l’exemple des neurones, cellules avec des formes très différentes, mais en général composées d’un « soma » ou corps de la cellule (comprenant le noyau), d’une arrivée d’information constituée des « dendrites » et un départ de l’information constitué par l’ «axone». Le rapport surface/volume est tellement important que la cellule n’a pas besoin de se multiplier. Nous verrons plus tard comment les neurones se renouvellent malgré tout !

Nous nous permettons une considération philosophique concernant l’apparition de la notion de «temps».

Nous commençons pas un aphorisme qui s’apparente à une lapalissade mais dont l’importance est capitale :

  • En un temps NUL il ne se passe rien ! (sauf peut-être un miracle !)

Cette affirmation semble évidente mais elle suppose que si dans l’univers il y a un changement quelconque qui intervient, le temps doit apparaître au même moment pour définir la vitesse à laquelle ce changement est intervenu. Le changement, quel qu’il soit, doit parcourir  une certaine portion de l’espace. On peut rapporter l’ensemble de la masse qui implique le changement à son centre de gravité. Cette masse se déplace dans l’espace avec 6 degrés de liberté, 3 de translation et 3 de rotation. Selon le mouvement, le centre de gravité va faire des translations et des rotations.

Les divers mouvements rapportés à l’unité de temps donnent les vitesses de translation et les vitesses angulaires de rotation des points en mouvement.

Toujours pas la pensée nous pouvons nous rapporter à l’origine de l’univers, avant le big-bang, soit il y a plus de 15.109 années (milliards).

L’ensemble de l’univers est vide au sens matériel du terme et constitué d’«éther» soit le support immatériel des ondes électromagnétiques.

Actuellement nous pouvons affirmer avec une certitude mathématique que l’univers est fini.  Trois arguments plaident pour cette hypothèse.

  1. Si l’univers était infini, la densité d’étoile dans le ciel devait être telle que l’ensemble du ciel serait clair en permanence.
  2. Si l’univers était infini, une onde qui nait en un point donné, ne se réfléchit jamais et donc il n’y  a pas de retour pour créer des interférences à l’origine possible d’un big-bang
  3. Si l’univers était infini, la quantité de matière créerait un champ gravitationnel qui produirait un collapsus de l’ensemble de l’univers en un point unique doté d’une masse infinie et donc pas de big-bang

Partant de l’hypothèse que l’univers est fini, nous pouvons écrire l’équation du Big-Bang :

h.ν = m.c2

Le membre de gauche est l’équation de Max Planck qui donne l’énergie d’un photon de fréquence « ν ». H est la constante de Planck.

Le membre de droite est la fameuse équation d’Einstein qui donne l’énergie contenue dans une particule de masse « m »

En fait cette équation établit la liaison entre la matière  «immatérielle» telle les photons et la matière « massique » telle les particules

Cette équation fait le passage entre l’ « avant » big-bang et après big-bang où la matière est apparue.

Dans le même ordre d‘idées, avant le big-bang comme il ne se passe rien, le temps n’est pas utile. A l’instant même du Big-Bang on peut considérer le temps ZERO et le faire démarrer à ce moment là.

Puisque la vie est apparue à un moment donné dans l’univers, il est obligatoire qu’elle ait été prévue dès le big-bang. En effet pour avoir la vie il faut en premier lieu avoir de l’eau. Toute forme de vie ne peut naître que dans un milieu aqueux où se côtoient tous les éléments de l’univers sous forme stable ou ionisée ayant participé à la constitution de la première cellule. L’hydrogène est l’élément le plus simple et le plus abondant de l’Univers. Il constitue plus de 95.5% des éléments chimiques présents. L’oxygène le suit de « près » soit environ 5% de l’univers. Donc l’eau doit exister partout dans l’Univers sous au moins une des formes connues de matière.

Un phénomène très curieux a participé à l’apparition de la vie, c’est ce qu’on appelle en terminologie anglo-saxonne le bootstrap.

Il s’agit d’une image irréaliste où un cowboy tire sur ses bottes au point de se soulever lui-même.

Une image semblable se retrouver déjà dans les contes du baron de Münchhausen où il est embourbé dans des sables mouvants avec son cheval et comme il n’a aucun point pour se raccrocher et sortir du marrais, il a l’idée de tirer sur la queue de sa perruque et arrive non seulement à se soulever lui-même mais il soulève son propre cheval aussi en le coinçant entre ses jambes !

Ce phénomène signifie la collaboration inextricable et la nécessité mutuelle entre les éléments d’un ensemble pour que celui-ci puisse subsister et évoluer.

Ce phénomène, dans l’évolution, au cours de 3.4 milliards d’années a contribué à l’apparition d’organes complexes à partir de cellules uniques ou de colonies cellulaires telles les éponges.

C’est par des inductions mutuelles entre des groupes de cellules que sont apparus des organes complexes dont le développement de l’un, nécessite les substances hormonales produites pas les partenaires et inversement. Un exemple très simple : le développement de la moelle épinière nécessite le développement des vertèbres et inversement, le développement des vertèbres nécessite le développement correct de la moelle épinière.

Tous les phénomènes vitaux nécessitent la collaboration entre cellules de type différent mais qui secrètent des hormones nécessaires aux cellules environnantes. 

Un aphorisme est important à connaître pour celui qui veut comprendre la vie :

Toutes les cellules d’un individu vivant sont des glandes hormonales (y compris les os !).

Un exemple même d’interaction symbiotique entre diverses formations ayant engendré la vie s’observe à tout moment même à l’intérieur des cellules.

Dans les cellules des êtres aérobiques on retrouve des mitochondries.  Ce sont des petites « cellules » (procaryotes)* pourvues d’une ADN mitochondrial qui semblent avoir été «phagocytées» il y a des milliards d’années par des cellules anaérobiques, incapables d’utiliser l’oxygène de l’air. Les mitochondries sont capables de capter l’oxygène et faire bénéficier le reste de la cellule de son acquis pour élaborer l’énergie dont la cellule a besoin grâce au cycle de Krebs. L’aérobiose est apparue de la sorte. Auparavant, l’oxygène était un poison mortel pour tous les êtres vivants qui de ce fait vivaient en anaérobie!

Mais la mitochondrie doit subsister aussi. C’est la cellule qui lui fournit l’ensemble d’éléments utiles à sa subsistance.

Nous avons mentionné qu’il y avait une multiplication des neurones. Ce phénomène est tout à fait réel et utile et est connu depuis 2008. Des chercheurs américains avaient marque des cellules gliales chez des rats avec un marqueur spécifique. Ils ont appris aux rats une  série d’actions compliquées et ont sacrifié les animaux pour doser la densité de connexions synaptiques nouvelles suite à l’apprentissage. Ils ont eu la surprise de constater que des neurones contenaient du radioélément alors que celui-ci était spécifique de la glie ! Il n’y avait qu’une seule explication possible, des cellules gliales étaient devenues des neurones ! En réalité les cellules gliales et les neurones dérivent des mêmes cellules souche. Il n’y a donc aucune incompatibilité à ce que des oligodendrocytes ou des astrocytes deviennent  des neurones. Ce phénomène a été démontré chez l’homme et il est utilisé lors des phases d’apprentissage de tâches bien spécifiques. Des neurones se forment selon la demande et la complexité des tâches. Ce phénomène explique aussi pourquoi on ne voit jamais de mitoses au niveau des neurones ! L’absence de mitoses ne signifie pas qu’il n’y a pas de création de neurones. En fait il ne s’agit pas d’une véritable création mais d’un changement d’affectation puisque les cellules gliales existent déjà. Donc on ne perd pas toujours des neurones au cours de sa vie. On en gagne aussi mais il suffit d’effectuer des tâches qui en stimulent la création  comme des nouveaux apprentissages ! ° C’est-à-dire sans noyau défini par une membrane

Dans la biophysique les exemples d’interaction entre les diverses types de cellules foisonne

Nous nous proposons pour bientôt une suite de cet article.

Dr. STRUL