soutenue, systèmes provoquant la disruption de l'ordre sus-jacent pour assurer la survie sous-
jacente. Les organismes (animaux, plantes, champignons) sociaux gagnent individuellement à vivre
en sociétés, mais lorsque la pression environnementale devient trop forte et trop soutenue et que la
survie de l'ensemble des individus ne pourra vraisemblablement plus être assurée, les individus
réactivent un fonctionnement davantage autonome améliorant la survie individuelle ou de petits
groupes (NB : je ne m'étendrai pas là dessus ; il faudrait longuement étayer ces affirmations sur la
sociologie, l'émergence et la disruption de groupes, sur le rôle de l'altruisme, sur sa modulation, sur
l'ensemble des mécanismes que l'évolution a sélectionnés pour chaque espèce dans chaque
écosystème et biome, permettant d'assurer au mieux la survie de ses gènes). Un autre exemple qui
me vient en tête, sont les Troubles Dissociatifs (TD), comme le Trouble Dissociatif de l'Identité
mieux connu sous le nom de trouble de la personnalité multiple [Damsa, 2006 ; Matulewicz, 2017].
Ces troubles correspondent à la perte d'une certaine cohésion de fonctions cognitives normalement
intégrées : l'identité, la mémoire, la conscience et la perception de l'environnement. Ces troubles
peuvent être provoqués par la prise de substances neurotoxiques mais également résulter d'un stress
traumatique intense durant l'enfance. Les approches neurobiologiques montrent par des mesures
sériques (ex : rapport déhydroépiandrostérone sulfaté/cortisol sérique ou diminution du cholesterol
et triglycérides) que le métabolisme est affecté. Dans la dissociation d'identité, l'individu héberge
plusieurs alters (personnalités) bien distinct (au moins deux, parfois une dizaine), certains étant des
déclinaisons d'autres. Ces alters prennent littéralement tour à tour le contrôle de l'individu. Les
changements d'un alter à l'autre font adopter des comportements différents, avec des façons
différentes et indépendantes (chaque alter assume sa position indépendamment de celle des autres)
de traiter les problèmes, des interactions avec autrui différentes, etc. Pour l'adulte et plus encore
pour l'enfant qui n'a que peu d'atouts en main pour se défendre, c'est un mécanisme de défense
(appelé coping). Dissocier ainsi ses personnalités, c'est un moyen de « survivre » parmi les autres
dans des situations différentes. L'enfant de moins de 6 ans d'ailleurs, en situation physiologique, a
une tendance à la dissociation, en expérimentant des personnalités et des attitudes à adopter dans la
vie, phase qui s'atténue puis disparaît lors d'un processus d'intégration qui assoit une future
personnalité. Ce trouble (ces troubles) est « vu comme » un trouble notamment parce que ces
personnes ont du mal à être acceptées comme telles, avec des attitudes changeantes, et à conserver
une place en société. Cependant, si l'on analyse cela avec un regard plus éloigné, davantage centré
sur la survie d'une espèce de façon générale, ce n'est plus nécessairement un trouble, mais une
capacité. La possible origine acquise (traumatique), voire dynamique donc possiblement et au moins
partiellement réversible, d'un désordre fonctionnel générant les TD est encore débattue (mais bien
étayée tout de même [Chambers, 1999]). Je trouve intéressant et plausible le fait que l'évolution ait
retenu cette possibilité dissociative chez tout un chacun comme mécanisme de défense. Après tout, il
y a bien d'autres troubles de la cognition induits par un traumatisme de stress tels l'amnésie, ou à
moindre effet les réactions induites par la peur, l'ensemble pouvant être compris comme un
phénomène dynamique d'ajustement du fonctionnement du cerveau [Sel, 1997 ; Bracha, 2006]. Cela
constituerait en tout cas un atavisme à l'échelle de l'organisme.
9.6.3. L'atavisme dans les réseaux – trajectoires ataviques

Le vivant ne rebat pas systématiquement les cartes ; il hérite, puis il intègre cet héritage, éventuellement jusqu'à l'offusquer. Par extensions successives (telles que définies précédemment) ou par tout autre mécanisme évolutif de croissance de réseaux (par exemple l'ajout de modules et de systèmes de contrôle de l'expression comme dans les réseaux pluripotents), les réseaux des organismes peuvent se complexifier tout en conservant une trace ré-activable des systèmes ancestraux.

Les travaux que nous menons sur l'extension des réseaux Booléens et de leurs dynamiques associées, de même que ceux qui concernent les réseaux pluripotents, s'inscrivent évidemment dans cette démarche ; inutile d'y revenir, j'en ai suffisamment parlé. Une démarche inverse consiste en revanche à identifier dans de larges réseaux des sous-réseaux (modules) et les sous-parties de la dynamique globale issues de ces modules. Cette démarche n'est pas évidente non plus : elle consiste à déterminer si des sous-parties d'une dynamique peuvent provenir spécifiquement de sous-partie du réseau étudié. Cela demande dès lors de spécifier un degré de spécificité réciproque du sous-réseau et de la sous-dynamique : on peut vouloir rechercher un sous-réseau dont l'activité propre, indépendante du réseau auquel il est connecté, décrit complètement la sous-dynamique, mais il est fort probable qu'une telle dynamique sera partiellement perturbée par l'activité du reste du réseau. De même, on peut vouloir identifier un sous-réseau à partir d'une sous-dynamique dont on suppose qu'elle est le résultat de l'activité d'un module, mais il est probable que, le temps de l'évolution aidant, le réseau à l'origine de cette activité se trouve peu à peu offusqué, ses fonctions (interacteurs biologiques : gènes, IDP, ...) se trouvant factorisées. Le réseau initial a perdu son intégrité. Le retrouver devient difficile.

Cependant, ce qui à mon sens est plus intéressant que le « produit atavique » de l'évolution (un réseau de régulation construit comme un héritage de réseaux peu à peu intégrés), c'est la « trajectoire atavique » que suit l'évolution d'un organisme conservant certains systèmes dits ancestraux. Les « choix » que l'évolution aura faits de connecter tel et tel système ensemble, d'en offusquer une partie, etc, sont une contrainte pour l'avenir des lignées qui hériteront de ces choix.

Si les systèmes vivants se complexifient depuis les origines du vivant, tout en héritant des précédents, ils gagnent d'une part en capacité de réponse cellulaire aux nombreux stimuli extérieurs et croissent en complexité organisationnelle (tissulaire, organique, sociétale, etc.), ceci leur donnant également des capacités accrues pour appréhender leur environnement et y faire face. Il me semble que les organismes ainsi développés ont cependant une spécialisation plus importante pour l'environnement dans lequel il se sont développés, une spécialisation qui les rend très efficaces dans ces environnements mais qui réduit leur capacité exploratoire génotypique et phénotypique. Cela pose problème lors de changements environnementaux (dérive climatique, pollution croissante de l'air, des eaux, variation des niveaux de radiation solaires, etc). Là où des organismes peu spécialisés pourront très vite produire une très grande variabilité génotypique et afficher la variabilité phénotypique induite permettant à certains organismes issus de ces larges lignées de rester viables
malgré ces variations environnementales, ce ne sera pas aussi facilement le cas de systèmes très complexes comme les organismes supérieurs actuels.

Parce que les organismes, aux grandes échelles temporelles de l'évolution, n'ont pas traversé une variabilité importante d'environnements, ils n'ont accumulé que les choix évolutifs qui ont été autorisés par les contraintes de viabilité imposées par ces environnements changeants. Je dis là qu'un organisme est une forme d'enregistrement des différentes conditions que la lignée dont il est issu a traversées. L'évolution a inscrit en dur, dans les systèmes du vivant, leur réponse aux environnements qu'ils ont rencontrés et ses variations. *A priori*, plus un organisme contient de systèmes d'interaction, plus il est susceptible d'avoir accumulé l'histoire de sa trajectoire évolutive.

De tels organismes complexes n'ont pas si facilement que ça la possibilité de s'adapter aux variations environnementales importantes en profitant de leur nombre comme le font les bactéries ; ils ne sont clairement pas assez nombreux. Il ne peuvent le faire que lentement. Les humains se sont adaptés à tous les milieux sur la planète parce qu'ils disposaient de temps, de beaucoup de temps pour le faire. Les espèces vivantes mettent du temps à s'adapter aux changements climatiques globaux ; elles le font rapidement par des déplacements quand c'est possible, génétiquement sinon mais cela prend du temps. Leur complexité est en jeu. Comme nous l'avons vu quand nous avons parlé de la complexité des réseaux et du problème de l'extension, les réseaux *a priori* les plus évolutifs ne sont pas les plus complexes. Le « vivant qui anime ces organismes complexes »<fnref n="56" /> a cependant conservé une stratégie d'échappement pour sa survie : la dissociation, le changement de fonctionnement. La dégradation des conditions environnementales déplace les équilibres dynamiques dans lequel ce vivant évolue et le pousse à sortir de la multi-cellularité, de la vie collective, à changer de relations écosystémiques, *etc*, à la survie quoi qu'il en coûte ; c'est en tout cas une des solutions qui peut être retenue par un système vivant. Néanmoins, les systèmes vivants, dans un environnement changeant trop vite, selon leur complexité, pourront montrer leur limite d'adaptation et s'avérer finalement être des impasses évolutives. Leur génétique et plus encore les réseaux que ces systèmes expriment deviennent une fin de trajectoire. Ceci n'est vrai que si l'on considère de tels réseaux comme peu malléables, trop rigides du point de vue évolutif. La souplesse introduite par la régulation de contexte sur laquelle nous avons encore beaucoup à apprendre, en particulier celle permise d'une part par les microARNs, d'autre part par les IDP, est un moyen de s'échapper de telles trajectoires figées.

J'ai introduit l'idée de trajectoires évolutives dans l'atavisme, de voir les êtres vivants comme des lignées accumulant un historique de mécanismes de survie, mais gagnant souvent en complexité, l'ensemble résultant en un potentiel évolutif et une certaine robustesse. Ceci rejoint ce dont nous avions parlé sur l'évolutivité, la robustesse et la viabilité. Mais peut-être est-il plus judicieux pour parler de cela de commencer par le commencement de ces trajectoires : les origines du vivant.

<footnote n="56">56 je formule cette phrase ainsi pour faire ressortir que l'organisme multicellulaire est composé de parties vivantes (tissus, organes) et à la plus petite échelle d'êtres vivants (les cellules) dont le fonctionnement les contraint normalement à la vie coopérative et collective.</footnote>
## 9.7. Le rare, le faible l'amorphe et la vie ... artificielle

Nous allons maintenant boucler ce document (il est grand temps !) avec un retour sur les origines du vivant ! C'est ce sujet qui me passionne le plus. Forcément, c'est le plus intriguant !

Le long chapitre 8.2 s'est intéressé à ce qui constitue probablement la question la plus complexe de la biologie, à savoir l'origine de la réplication et de la traduction (génome nucléique → protéome) [Koonin, 2007]. Nous avons approfondi la réflexion sur ce point en proposant d'abord de tester expérimentalement la théorie stéréochimique du code génétique et, d'une façon plus générale, l'affinité spécifique d'acides aminés pour certaines séquences nucléotidiques courtes, mécanisme fondamental qui permettrait de soutenir certaines hypothèses sur l'apparition du mécanisme primordial de traduction. Ensuite, j'ai proposé d'étudier par simulation l'émergence primordiale des premiers systèmes faisant à la fois émerger génomes et protéomes mutuellement liés. J'ai aussi souligné à quel point ceci n'était pas simple à modéliser, ni correctement ni efficacement. Maintenant que j'ai aussi longuement parlé des réseaux et de ce qu'on pouvait faire avec, il est temps de voir que ces deux thématiques peuvent ne constituer qu'un tout.

Avant de voir comment, permettez moi de discuter un peu, dans un premier paragraphe, des effecteurs de la vie. Il existe en effet plusieurs manières de représenter la dualité génotype-phénotype dans les systèmes de vie artificielle, mais il n'est pas très aisé, dans un modèle, de rendre effectrice une structure (ex : protéine) produite par un génome, de telle manière que ce génome, s'il évolue, puisse générer une structure dont la fonction évolue aussi. Autrement dit, on souhaite un encodage (génétique, fait de nucléotides) qui produit un autre encodage (protéique, fait d'acides aminés) duquel émergent une à plusieurs structures tridimensionnelles dont la forme et la chimie émergente permettent des interactions avec d'autres structures tridimensionnelles. Si la traduction, sous certaines hypothèses (hypothèse stéréochimique du code génétique par exemple) peut être admise, il reste, en modélisation, à parvenir à simuler l'émergence de la fonction en fonction de la structure, et de l'auto-génération de systèmes autopoiétiques fondés sur ces structures fonctionnelles. On parle là de simuler, dans un ordinateur, l'émergence d'une chimie prébiotique, c'est-à-dire de structures fonctionnelles générées de façon abiotique puis, de là, de systèmes biochimiques primordiaux. Dans cette section, je commencerai par traiter cette problématique qui s'avère constituer un joli sujet de M2 dans le contexte des origines du vivant.

Si l'on veut créer le vivant artificiel, il faut que, d'une part, celui-ci intègre des fonctionnalités qui le rendent vivant dans ses éléments (molécules support d'information, molécules effectrices, dissipation d'énergie, etc, toute une biochimie et biologie moléculaire compatible avec le fonctionnement de la vie) mais également que les systèmes qui émergent et qui sont composés de ces éléments biochimiques et biomoléculaires en interaction portent en eux la capacité d'évoluer, donnant à l'organisme qui en dépend et aux lignées qu'il initie une possible échappatoire lui assurant sa survie dans un environnement changeant. Par « porter en eux la capacité d'évoluer », j'intègre bien sûr la vision classique de l'évolution des molécules et des systèmes qui en découlent par
l'extraordinaire propriété de l'ADN à évoluer, mais j'entends également une capacité émergente des systèmes à évoluer, être combinés, etc, en maintenant leur viabilité. C'est une triple contrainte incluant robustesse face à l'évolution, évolutivité et viabilité, un triplet *a priori* paradoxal, qui peut être étudié à l'aide des réseaux Booléens. C'est également ce que je montrerai ici.

### 9.7.1. Émergence de la fonction biologique et de l'organe – les réseaux-molécules

Les réseaux Booléens dont nous avons discutés longuement sont des entités animées d'une activité. En cela, il s'apparentent un peu aux objets fonctionnels du vivant comme les neurones dans le cerveau, les systèmes génétiques ou métaboliques, ou encore les atomes, groupes d'atomes et niveaux de structuration dans une molécule. Ils en constituent une abstraction dont on ne retiendrait que les changements d'état et la rythmicité : succession ordonnée des états électro-chimiques d'activité neuronale dans le cerveau, succession des états d'expression génétique (il y a synthèse ou non) dans les systèmes génétiques, succession ordonnée (régulée) des états locaux de conformation moléculaire ou atomique au niveau des sites actifs ou des régions d'interaction, ou de tout autre région des molécules biologiques dont la conformation est susceptible de changer et d'affecter l'activité.

Mais pour revendiquer plus pleinement leur ressemblance avec les objets du vivant, il leur manque au moins le mouvement.

Le monde est état et mouvement. Les molécules ont des conformations que l'on traduit en états et qui passent d'état en état grâce au mouvement, ce même mouvement des groupes atomes qui provoque leur activité : la catalyse, l'inhibition, etc. Les cellules, les tissus et les organes sont dans ce que l'on appelle un état physiologique ou pathologique ou au repos, état que l'on peut préciser par des niveaux d'activité (ex : niveau de consommation d'oxygène dans telle ou telle partie du cerveau, niveau de production d'insuline par le pancréas), des concentrations en molécules particulières, etc, et en changent grâce aux mouvements de matière comme le transport des molécules qui le perfusent ou les activités biomécaniques telles l'activité pulsatile du rein ou du cœur, ou au niveau cellulaire le changement d'activité des plaquettes sanguines du à la restructuration de leur cytosquelette. Le cerveau n'est pas une « simple » machine à états dont la complexité est liée à l'organisation complexe du réseau neuronal ; sa complexité provient aussi de ce qui se trame en son sein à l'échelle moléculaire, de la diffusion des neurotransmetteurs dans l'espace synaptique et perisynaptique, à la traversée des membranes axonales par les ions et à la perfusion hétérogène dans le tissu neuronal à partir des vaisseaux sanguins.

Le mouvement est nécessaire ; il est l'effecteur du vivant. Les états n'en sont que la conséquence perçue, mesurable.

La fonction biologique, l'organe, émergent donc de la matière en mouvement et de la synchronie et prennent sens dans un système. L'organe ou la fonction biologique (pour généraliser parlons d'organe-fonction) c'est la matière structurée en action. C'est le résultat collectif de l'action synchronisée de composants matériels. Je cours parce que mes fibres musculaires sont synchrones
entre elles, que les milliards de molécules qui créent le mouvement (actine, myosine ...) sont synchrones, que les neurotransmetteurs traversent les nombreuses synapses de façon synchrone, que l'activité des différents muscles est permise par une synchronie encore plus large impliquant le système cardiorespiratoire... Le maintien homéostatique comme le contrôle nécessaire pour assurer la synchronie des systèmes au cours du temps se font dans un référentiel qui est le système dans lequel cet organe-fonction s'intègre.

Donc, ce qui évolue, finalement, c'est la fonction biologique qui contribue à la vie de l'organisme, dans un contexte environnemental (environnement cellulaire, tissulaire, organique, écosystémique) particulier, à cause de changements dans la structure matérielle de l'organisme, dans l'ADN directement lié à la fonction évidemment, mais aussi dans les configurations physico-chimiques de l'organisme ou du système dans lequel cet organe-fonction opère (forme anatomique, modifications post-traductionnelles de protéines ...).

Je m'intéresse beaucoup à ce moment où l'activité chimique se met à « jouer un rôle » et devient partie intégrante et nécessaire d'un système plus vaste qui se maintient, c'est-à-dire où elle commence à devenir fonction, à jouer un rôle vital, nécessaire à la survie de quelque chose (un cycle métabolique, un réplicateur (gène au sens de Dawkins), un organisme, etc). J'en ai déjà parlé dans le chapitre 8.2 consacré aux origines du vivant ; je vais en parler à nouveau en m'appuyant sur les travaux et propositions que j'ai présentés dans le chapitre 8.

Dans les recherches que nous faisons avec mes étudiants et collègues, nous utilisons comme support de réflexion les réseaux Booléens à signe. Ces objets théoriques représentent bien les réseaux d'interaction naturels. Ils présentent aussi l'avantage d'être dénombrables (leurs états et paramètres sont discrets) ce qui facilite les calculs que l'on peut vouloir effectuer dessus : complexités, distances, classification subséquente. Je vais montrer ici que l'on peut utiliser de tels réseaux, en les augmentant d'une dynamique physique pour modéliser et étudier les phénomènes liés à l'émergence d'une chimie prébiotique artificielle, en particulier l'héritage de fonctions dû à l'héritage des structures, et les brisures de symétrie liées notamment à la composition initiale du milieu et à la chimie élémentaire des éléments en interaction.

L'idée ne vient pas de moi mais de Rémi Segretain, étudiant en thèse encore sous ma direction alors que j'écris ces lignes. Cette idée est née d'une longue discussion que j'ai initiée sur les systèmes de vie artificielle dans lesquels nous souhaitions forcer des réseaux à évoluer (par mutations, copies, etc) et dans lesquels nous souhaitions mettre en évidence la formation de lignées de créatures héritant de réseaux leur donnant une fonctionnalité intéressante pour la survie. La question s'est posée sur comment encoder la fonction (au sens de système effecteur) de façon à ce qu'une gradation de sa complexité (mélange de fonctionnalités) ou de ses performances (fonction plus ou moins efficace) puisse se faire. Il fallait pour cela que la fonction émerge d'un encodage sous-jacent et non qu'elle soit pré-établie.

Avant d'expliquer comment faire, je vais prendre quelques lignes (nous ne sommes plus à ça près je crois !) pour parler des quelques systèmes de vie artificielle, en particulier ceux que nous avons
envisagés pour étudier l'évolution des réseaux. Cela permettra de bien comprendre ce qui est en jeu.

Pour modéliser l'effet de fonctions biologiques ou d'organes dans un système de vie artificielle on peut procéder, et c'est souvent le cas, par une mise en correspondance entre la présence d'une caractéristique associée à un système ou organisme (ex : propriété ou particule) avec une fonction préprogrammée. Par exemple, si un organisme artificiel dispose d'une nageoire (encodée par exemple la forme d'un champ Booléen avec une valeur particulière, disons 10), alors le programme qui simule le comportement de cet organisme contient aussi une description de l'effet attendu sur cet organisme par la présence d'une nageoire. Dans un tel système sans émergence, difficile de concevoir une quelconque évolution de la fonction, sauf à programmer autant de variations de l'organe et leurs comportements associés.

Il y a cependant des exemples de programmes dans lesquels la fonction émerge de l'arrangement d'éléments simples, par exemple les créatures de Karl Sims [Sims, 1994 a et b], des blocs géométriques animés, reliés entre eux par des effecteurs (des « muscles ») et dont l'évolution se faisait sur la structure de contrôle (un réseau) coordonnant leur activité motrice, ou les Core Wars proposés par D.G. Jones et A.K. Dewdney [Jones, 1984 ; Dewdney, 1984 & 1985 ; Rennard, 2002], des environnements mémoire dans lesquels des créatures formées d'instruction en pseudo-langage assembleur<fnref n="57" /> se combattent et évoluent, *Venus* de S. Rasmussen [Rasmussen, 1989 & 1990] ou *Tierra* de T. Ray [Ray, 1992 & 1994], puis Avida [Adami, 2000] en étant des raffinements particulièrement étudiés. Ces modèles historiques en ont suscité de nombreux autres dont je ne vais pas faire l'inventaire ici.

<figure><img src="image_124.png" /><figcaption>**Figure 9.12. Créatures du jeu de la vie et simulation de vie artificielle.** Des simulations (droite) utilisant les règles du jeu de la vie ont permis, en suivant une vingtaine de créatures périodiques (gauche), de s'intéresser à l'effet de la gravité et de l'agitation du milieu (diffusion) sur la survie des créatures et leur diversité [Glade, 2017]</figcaption></figure>

En 2007, avec Pascal Ballet, nous avons commencé à nous intéresser à la vie artificielle pour étudier l'effet du rôle de l'environnement physique, en particulier l'agitation thermique et la gravité, sur un écosystème pouvant éventuellement représenter un système prébiotique [Glade, 2017] (figure 9.12). Les éléments de ce système étaient les créatures du jeu de la vie. Un tel système permet

<footnote n="57">57 Le langage Redcode</footnote>
l'émergence de structures, dont certaines présentent une activité (une fonction dans l'écosystème?) comme se déplacer (gliders), s'agiter (blinkers), l'auto-régénération (square). Cependant, ces créatures sont très fragiles (un contact avec une autre cellule extérieure et c'est la mort) et ne se reproduisent pas (d'une créature, on ne peut obtenir en aucun cas un autre exemplaire semblable) ni n'évoluent. En revanche, les créatures ne sont pas formées complètement au hasard : les 2 états possibles de cette matière, les règles de voisinage et d'évolution du système, et la densité locale en cellules, densité auto-régulée par les règles d'évolution, font que la distribution des configurations atteintes est biaisée. De ce point de vue, ce système n'est pas un système de vie artificielle, mais de prébiotique artificielle.

Nous avons peu après envisagé et programmé un autre système de vie artificielle avec des créatures plus durables et dotées d'un phénotype variable (voir figure 8.23). L'objectif était toujours d'étudier l'effet de la stratification de l'environnement par la sédimentation sur la diversité et la durée de vie de formes de vie artificielles, cette fois avec des créatures plus « solides ». Dans ce système, les créatures disposent d'organes dont la présence est assurée par la présence de pseudo-gènes dont l'encodage spécifie notamment le type d'organe (2 bits), sa position sur la créature (3 bits). Il ne s'agit pas d'un génotype au sens classique du terme, aucun système de traduction n'étant requis, la mise en correspondance étant directe (ex : 11 = nageoire, 10 = bouche), ceci ne laissant aucune place à une quelconque possibilité d'évolution génétique. Un certain héritage génétique se produit toutefois, accompagné possiblement de variations phénotypiques : les mutations (mutations ponctuelles, duplications ou délétions de gènes) permettent le changement de composition et de localisation des gènes. Cela permet l'exploration de la composition idéale en organes pour que l'ensemble des créatures en disposant vivent en écosystème. En revanche, rien ne les synchronise. Dans ce système, les créatures qui croissent, à force d'accumulation de masse par assimilation d'autres créatures, finissent par se diviser, maintenant ainsi un rapport surface/volume c'est-à-dire assimilation/consommation raisonnablement constant. Les créatures filles sont alors une copie potentiellement parfaite des créatures mères. En cela, c'est une simulation de vie artificielle.

<figure><img src="image_125.png" /></figure>
**Figure 9.13. Simulation de créatures-réseaux.** Simulation en NetLogo de créatures-réseaux (modèle de S. Ivanov ; voir texte) à l'état initial et après quelques milliers d'itérations. Certaines lignées de créatures-réseaux se sont particulièrement développées, formant ensemble un écosystème [Larchères, 2020].

Depuis, notre objectif a changé. Nous souhaitons exploiter les réseaux Booléens à signe, en particulier les liens structure/fonction, complexité structurelle/caractéristiques comportementales (complexité dynamique, multi-attractorité, robustesse dynamique), qui ressortent dans nos travaux, pour se pencher, à l'aide d'un système artificiel évolutif, sur des questions d'évolution des réseaux et des comportements associés. Comme je vais développer ce point dans la section suivante (section 9.7.2), je ne m'y attarde pas ici. L'idée générale est d'en tirer des enseignements sur les types de réseaux les plus à même d'évoluer facilement sans casser les comportements associés et la survie subséquente. Il en ressort des réflexions supplémentaires sur comment modéliser un génotype, son phénotype associé, émergent (non préprogrammé) et évolutif (nouveaux comportements), c'est-à-dire sur la naissance de la fonction-organe biologique.

C'est mon collègue d'Evry, Sergiu Ivanov, qui a proposé de mettre à profit nos connaissances sur les réseaux Booléens à signe et d'utiliser ceux-ci dans un nouveau système de vie artificielle, encadrant à l'occasion deux étudiants en M1 (pas très impliqués malheureusement) dont le travail nous a permis d'évaluer l'intérêt de cette approche (voir figure 9.13). Son système est une simple variation du système présenté précédemment : les organes (nageoires, bouches) préexistent mais ne sont pas nécessairement actifs. Chaque organe est au moins contrôlé par un nœud du réseau, réseau qui peut posséder plus de nœuds que d'organes. L'activité successive des nœuds du réseau contrôle l'activité successive des organes. Ce réseau peut muter par changement des valeurs des poids associés aux arcs. L'évolution explore donc les systèmes de contrôle de synchronie des activités organiques. L'écosystème est donc une composition harmonieuse de créatures disposant de systèmes de contrôles particuliers. Comme pour le système que nous avions implémenté avec P. Ballet, la division en quasi-copies se fait lorsque la créature mère atteint un rapport surface sur volume trop faible (surface et volume étant simulés par une masse de matière accumulée par ingestion et des masses critiques, inférieure et supérieure, définissant des seuils respectivement en dessous duquel l'organisme tend à se dégrader en simple matière inerte ou au dessus duquel l'organisme tend à se diviser). C'est aussi un système de vie artificielle.

J'ai alors cherché à lier, dans une même créature artificielle, l'activité d'un réseau à une fonction émergente. La solution qui m'est apparue alors est un mapping entre les nœuds du réseau et une grille de type automate cellulaire assurant une action physique sur la matière environnante plongée dans l'automate. L'idée était que le réseau servait d'initiateur, de modificateur, de régulateur de l'activité d'un automate cellulaire (ou de plusieurs : 1 par organe) et que cet automate cellulaire, par son comportement, produirait une action. Les règles des automates cellulaires de la simulation correspondent à la physique injectée dans ce système. Ce n'est pas un système de vie artificielle simple à implémenter ; je ne l'ai d'ailleurs pas fait. Il s'agirait toutefois d'une simulation de vie artificielle car reposant sur l'existence d'organismes ayant un génome, capables de se reproduire et d'évoluer (à la manière du modèle précédemment décrit) mais disposant en plus de la notion de fonction émergente. Remi a proposé ce qui, finalement, est bien plus qu'une variation. C'est ce
système qui va nous intéresser maintenant.

Cette fois, l'« organisme » est un réseau. Comme nous allons le voir, il sera difficile de parler d'organisme maintenant vu que ces particules ne disposent pas de fonctionnalités implicites comme la reproduction. Par analogie, il s'agit davantage de réseaux-molécules. Appelons les ainsi.

<figure><img src="image_126.png" /><figcaption>**Figure 9.14.** Simulation de réseaux-molécules. (Gauche) Énergie d'interaction (haut) et barrière potentielle (bas) en fonction de la distance entre particules microscopiques. Les phénomènes d'attraction et de répulsion se produisant à l'échelle atomique (forces de van der Waals et répulsion électrostatique) liés à la structure atomique des composés décrivent un profil d'interaction qui varie en fonction de la distance qui sépare les composés. Lorsque la barrière de potentiel répulsif est franchie, une liaison covalente peut s'établir entre eux. Ce modèle pourrait décrire les interactions entre fonctions Booléennes dans un système de chimie artificielle.</figcaption></figure>

(Milieu) Les déplacements du réseau sont liés aux mouvements, à chaque actualisation, des états des nœuds. Là, le réseau se déplace vers la droite.

(Droite) Les mouvements d'un réseau, conjugués à des mouvements aléatoires, peuvent provoquer des rapprochements entre réseaux (ici entre un réseau de dimension 2 et un réseau de dimension 1) suffisamment importants pour générer des liaisons se matérialisant sous la forme d'arcs et modifiant la dynamique des réseaux initiaux.

L'idée, qui est finalement davantage à considérer comme une expérience de pensée plus qu'une réalisation à faire, est la suivante : on simule un milieu dans lequel des réseau-molécules peuvent se former en suspension à partir de fonctions Booléennes, ont leur activité propre générant une chimie-physique et peuvent interagir entre eux formant une chimie complexe.

Un réseau-molécule est représenté par un réseau Booléen à signe dans lequel les nœuds et les arcs ont une consistance physique : les nœuds sont des masses, les arcs des ressorts modélisant des liaisons moléculaires ; on a donc un système masse-ressorts qui peut adopter des conformations spatiales et peut donc représenter des molécules. Ces réseaux-molécules sont considérés comme des entités dispersées dans un environnement spatial. Si les ressorts qui modélisent les liaisons
moléculaires simulent un potentiel DLVO<fnref n="58" /> (voir figure 9.14), alors des collisions suffisamment importantes entre réseaux-molécules peuvent rapprocher suffisamment 2 fonctions Booléennes et, étant donné des règles déterministes ou probabilistes qui restent à définir pour décrire de telles interactions, provoquer la formation de nouvelles liaisons (arcs) et l'obtention de réseaux-molécules plus grands. De même, au début de la simulation, le milieu n'est ensemencé d'aucun réseau mais de fonctions Booléennes à signe de dimensions et de paramètres variés. La proportion des différentes fonctions Booléennes est fixée au départ de la simulation, par exemple sur la base de la rareté des fonctions : les fonctions de plus basse dimension sont les plus fréquentes et le volume de leur classe d'équivalence dans une dimension donnée ajuste leur distribution. Les collisions entre fonctions Booléennes ou entre fonctions Booléennes et réseaux peut amener à la formation ou à l'accroissement de réseaux-molécules.

Ces réseaux-molécule ont une activité qui dépend de leurs paramètres propres (poids sur les arcs) et de leur initialisation. Des 0 et des 1 vont donc circuler, durant la simulation, dans les nœuds du réseau. Là, Rémi a eu l'idée de transduire cette circulation des bits dans le réseau en mouvement : le déplacement d'un bit d'un nœud à l'autre génère une force de réaction. De telles forces déforment le système masse ressort qui, en se déformant puis en se relaxant, peut vibrer, se déplacer, *etc* au gré de l'activité particulière du réseau. À une structure et des états des nœuds correspondent une activité particulière du réseau-molécule. La physico-chimie associée est donc directement liée à l'activité des réseaux-molécules et à l'agitation du milieu à laquelle ils sont soumis.

Nul besoin de réaliser une telle simulation pour comprendre ce qu'il va se produire : dans le texte que j'écris ci-dessous, il suffit de remplacer « atomes » par « fonctions Booléennes » et « molécules » par « réseaux-molécules » et on comprend que tous les réseaux-molécules ne pourront pas se former.

La distribution des atomes dans l'univers n'est pas aléatoire : il y a beaucoup d'hydrogène, puis d'Hélium, puis ... (cf. tableau Mendeliev). La distribution non aléatoire des atomes et leurs particularités physico-chimiques respectives (nombre de valences, électronégativité, ...), et leurs densités locales dans l'univers (les nuages moléculaires sont riches en certains composés, la composition atomique n'est pas la même en fonction de la distance à l'étoile ...) font que certaines combinaisons atomiques (molécules) se font plus que d'autres dans l'univers et que cela dépend des conditions physico-chimiques locales. Ces molécules nouvellement formées constituent des briques dont la distribution de composition et de forme spatiale elle-même n'est ainsi pas aléatoire. La conséquence est que la combinaison de ces molécules entre elles (dictée par leurs proportions respectives, leurs caractéristiques physico-chimiques et leurs propriétés émergentes, l'activité catalytique due à l'arrangement particulier des atomes) génère là aussi des profils non aléatoires de molécules de plus en plus complexes. Ainsi, on comprend que certaines molécules ne pourront se former, ou seront rares car difficiles à former, et que les lignées qui pourraient en résulter ne verront pas le jour. La seule possibilité de les atteindre est l'apport de mutations, d'aléatoire en général

<footnote n="58">58 La théorie DLVO établie par Derjaguin, Landau, Verwey et Overbeek explique la stabilité des suspensions colloïdales. Elle décrit l'équilibre entre 2 forces, les répulsions électrostatiques et les forces d'attraction de van der Waals.</footnote>
(notamment grâce à l'agitation thermique apportant un mouvement aléatoire aux réseaux-molécules), qui permettent de rejoindre des trajectoires autrement non atteignables comme le montre la figure 9.11.

Sous réserve de résolution du problème de l'origine de la réplication et de la traduction, la vie n'est probablement pas rare dans l'univers. Elle dépend alors probablement davantage de l'obtention de conditions favorables et stables, de planètes telluriques placées à bonne distance de leur étoile, d'une étoile stable, ... que d'autre chose. Les biais de composition et de règles (physico-chimiques) amènent vraisemblablement inexorablement à explorer un arbre biaisé d'évolution moléculaire (prébiotique) et probablement l'obtention de cycles métaboliques auto-entretenus et de systèmes mémoires pouvant être traduits en systèmes effecteurs tels l'ADN et les protéines. Sur le même principe, si la stabilité des conditions physico-chimiques est assurée, rien ne s'oppose à la complexification des proto-systèmes vivants en Vie, puis en Vie de plus en plus complexe (la capacité d'être à la fois stable et partiellement versatile des chaînes mémoire étant une conséquence de la physico-chimie des systèmes qui les lisent et traduisent).

### 9.7.2. La vie depuis ses origines, des trajectoires biaisées dans un mille-feuille évolutif

La vie peut-être vue comme un ensemble de trajectoires biaisées à travers un mille-feuille dont chaque couche représente un accroissement temporel, un accroissement de complexité, une adaptation, une évolution par rapport à la précédente...

Ces trajectoires qui symbolisent les lignées moléculaires, systémiques, organiques, sont contraintes par de nombreux facteurs. Tout ce dont nous avons discuté depuis le début de ce document, notamment ce qui concerne la complexité, l'évolutivité, la robustesse, la viabilité, etc, et tout ce que nous avons dit sur les réseaux, l'émergence biaisée de réseaux-molécules, leur extensibilité, leur composition, leur niveau de description même, est particulièrement adapté à réfléchir aux origines du vivant. Je taquinerais volontiers le lecteur arrivé à ce stade du document en lui suggérant de relire le document avec ce prisme des origines du vivant ; ce serait probablement un nouveau chemin de croix mais ce serait pourtant une bonne idée.

J'ai donc écrit beaucoup de choses à ce propos. Je voudrais seulement ajouter quelques dernières réflexions sur ce qu'impliquent les trajectoires évolutives, sur les contraintes qu'elles subissent, sur ce qu'elles enregistrent. Autrement dit qu'est ce que les cellules ont du mémoriser au cours de l'évolution ? Et comment ? Ce faisant, j'en profiterai pour essayer de raconter une histoire convaincante de la vie à ses origines.

Aux origines du vivant, durant la phase prébiotique, ont du apparaître des cycles métaboliques, des microcosmes contenant des réactions chimiques en interaction, microcosmes contenus dans des membranes ou toutes autres frontières limitant leur dissolution et leurs échanges avec le milieu extérieur et entre microcosmes. La description du plan ou de la fabrique de certains composés
essentiels, facilitateurs de ces flux chimiques, s'est parfois trouvée encodée soit a priori soit a posteriori sous un autre format plus durable car reproductible et transmissible de microcosmes en microcosmes, sous un format que l'on désigne principalement maintenant comme génétique. J'ai écrit plus tôt que je pensais que seules les choses compliquées à produire sont inscrites sous la forme d'un plan dans le génome. Ce que l'abiotique, la chimie peuvent régénérer (facilement), le vivant n'a pas eu besoin de les sauvegarder.

Une discussion que j'ai eu avec I. Cheddadi<fnref n="59" /> me suggère d'aller un peu plus loin. Le vivant exploite beaucoup la physique des milieux : tension superficielle, pression osmotique, échanges passifs, diffusion, ... Certaines cellules ou éléments cellulaires adoptent des formes particulières, géométriques et simples souvent car principalement produites par des phénomènes physiques comme c'est le cas pour la forme hexagonale des cellules du méristème des plantes ou celles de la morula lors du développement embryonnaire qui résultent principalement d'équilibres de pressions osmotiques et de tensions de surfaces et, dans ces situations, les tissus que ces cellules composent ont un fonctionnement assez « simple », les cellules se « contentant » d'assurer un métabolisme permettant la croissance et l'assimilation / excrétion de matière. Le vivant laisse au monde physique le soin d'assurer une bonne partie de son fonctionnement. Dans ce contexte, les formes particulières parfois obtenues par l'ajout d'une régulation fine mais peu coûteuse sont exploitées comme des transducteurs ou adaptateurs du monde physique. Cela me permet de reformuler un peu cette proposition que j'avais faite dans la section introductive 3.1.2, « voir le hasard comme fonctionnel et ce qui est ordonné comme un biais sélectionné par l'évolution qui évite à ce hasard de partir dans toutes les directions » en une phrase incluant les flux, les équilibres physiques, l'abiotique de façon générale et non seulement le hasard. Dans ma vision des choses, ce qui s'est développé depuis les origines et qu'on appelle « la vie » c'est la matérialisation d'un biais, partiellement ordonné, imparfaitement auto-reproductible se présentant sous la forme de molécules et de leurs interactions particulières, qui s'est progressivement imposé de façon de plus en plus complexe au hasard, aux phénomènes physiques purs, abiotiques, à la diversité des réactions chimiques, pour ne produire qu'un nombre restreint de comportements de plus en plus complexes, de plus en plus adaptés à la survie d'organismes dans un environnement changeant, principalement à cause de la vie elle-même.
En revanche, dans d'autres situations, le vivant doit assurer des fonctions très complexes et ne peut plus se reposer sur les comportements émergeant de son interaction avec le monde physique. La cellule devient très active et met en œuvre des actions d'une grande complexité faisant intervenir de très nombreux systèmes, lui permettant d'aller même à l'encontre de la physique ; le biotique prend le dessus sur le passif et l'inerte, le biais devient plus fort et le vivant devient à la fois davantage « intrinsically purposive », son contrôle interne se renforçant et l'éloignant de la machine qui est « externally purposive » [Nicholson, 2013], mais aussi, du point de vue du biologiste, c'est le moment où il devient subjectivement machine car ses comportements sont plus identifiables et reliable à des processus qui font l'objet de nos recherches. Lors de la gastrulation, les cellules qui forment l'invagination différenciant l'ectoderme de l'endoderme s'opposent à la sphère, structure simple aisément maintenue par une activité cellulaire simple. Les cellules immunitaires telles les

<footnote n="59">59 ... avec qui je partage très agréablement un bureau depuis quelques années...</footnote>
lymphocytes ne laissent pas la physique du milieu décider de leur devenir ; elles passent de partout entre cellules et tissus, peuvent remonter des flux, forcent des communications à travers tout l'organisme et donnent des ordres chimiques à l'organisme. Dans les deux cas, les fonctions cellulaires mises en œuvre sont complexes.

Le vivant a mémorisé comment remettre en œuvre de tels processus complexes, mais il a aussi mémorisé ce qui lui était essentiel dès les origines : l'exploitation, par le contrôle membranaire et biochimique d'abord, génétique ensuite, du monde physique.

Par l'intermédiaire des plans de fabrication d'éléments biochimiques (la seule chose qui soit réellement encodée dans le génome), ce qui est sauvegardé c'est l'assurance de pouvoir régénérer des systèmes métaboliques et d'interaction biologiques, ce qui permet le fonctionnement de la cellule. À leur tour de tels réseaux biologiques (réseaux génétiques, communication intercellulaires, inter-tissulaires, réseaux de neurones, réseaux écosystémiques / sociétaux), par leur structure, encodent une partie de la coordination nécessaire à une certaine échelle. L'émergence des réseaux d'interaction (donc de systèmes dans lequel les éléments sont « avertis » de l'activité des autres, ce qui permet une certaine coordination de leurs causalités) permet un certain déport d'une tache complexe de coordination assurant le fonctionnement d'un système, dans un niveau sus-jacent de structuration émergent (le réseau d'interaction).

Un réseau, la mise en interaction d'éléments disjoints, permet la coordination de ses éléments. Un signal émis par un élément est perçu directement ou indirectement par tout ou partie du réseau. Dans le vivant, selon leur nature, les réseaux biologiques sont plus ou moins connectés. Certains éléments d'un réseau perçoivent les signaux de nombreux autres éléments du réseau, voire tous ; ce sont des intégrateurs. D'autres au contraire n'en perçoivent que très peu, voire aucun. Dans le premier cas, les nœuds du réseau sont fortement connectés, leur activité est donc fortement coordonnée avec le reste du réseau, au contraire des nœuds faiblement connectés. Tous les réseaux n'affichent pas nécessairement (à leur échelle de représentation) une coordination totale des éléments. Par exemple, les gènes sont finalement peu connectés entre eux, chaque gène étant « directement » régulé par 0 à 2 gènes (je fais une approximation un peu douteuse là, en utilisant le nombre de facteurs de transcription). De même, dans les réseaux métaboliques, chaque élément (enzymes notamment) voit son activité affectée « directement » par 0 à 2 interacteurs. Si chaque gène devait être averti à chaque instant de l'activité des 30000 autres gènes (une sorte de système expert génétique), il faudrait que la région de régulation de chaque gène comporte des dizaines de milliers de boites de contrôle orchestrant savamment l'influence des interacteurs et ajustant ainsi finement la dépendance de chaque gène vis-à-vis de tous les autres. Dans un tel cas, on peine à concevoir toute évolution possible depuis les premiers réseaux d'interaction. Nous savons bien entendu que ce n'est pas le cas. L'intégration est locale ; les éléments du réseau de gènes ne sont avertis de l'activité du reste du réseau que très indirectement, par l'intermédiaire de cascades de réactions par exemple ; ce sont des mécanismes sous-jacents qui opèrent et réalisent cette intégration. On remarquera là que je triche : bien entendu, tout cela ne constitue qu'un seul gigantesque interactome. Cependant, appliquer un niveau de représentation permet justement d'identifier des sous-mécanismes et éventuellement de les
présenter comme interchangeables, tant qu'ils assurent le job ! Subir des mutations, voire des remplacements d'un sous-mécanisme peut s'avérer sans conséquences pour le fonctionnement habituel d'un réseau tout en le dotant potentiellement de nouvelles capacités. Voici une façon de faire évoluer les réseaux d'interaction biologique. Cela rejoint ce dont nous avons discuté dans la section 8.3.5.3, le niveau d'expressivité utilisé pour représenter les réseaux.

En revanche, les neurones dans le cerveau sont beaucoup plus connectés ; chaque neurone peut être averti de (intégrer) l'activité de nombreux autres, parfois des milliers. La connectivité du réseau encode une grande partie de ce qui produit son activité cohérente là où les réseaux de gènes reportent cette activité sur d'autres systèmes, métaboliques notamment, ne faisant qu'orchestrer leur synchronie.

Les réflexions qui découlent des quelques points que j'ai évoqués ici sont relatives à la complexité / connectivité de tels réseaux, à leur plasticité dans le fonctionnement du vivant et leur évolutivité.

Premièrement, étant donné la complexité d'un système intégrateur / de régulation, comment un tel système s'est-il mis en place ? Concernant les réseaux de régulation génétique, on peut raisonnablement supposer que les premiers systèmes vivants n'en disposaient pas ou très peu, que toute la dynamique cellulaire (ou proto-cellulaire) résultait de l'activité, probablement assez cacophonique, de systèmes métaboliques et de la régulation *a posteriori* des quantités de transcrits (et leurs produits) par des mécanismes que l'on retrouve aujourd'hui, c'est-à-dire par interaction directe, compétition et dégradation (ex : miRs). On peut aussi supposer que le niveau de cette cacophonie devait être finalement plutôt modéré si l'on considère d'une part un nombre très limité de systèmes mis en œuvre et, d'autre part, la faible efficacité (spécificité) qu'ils devaient avoir. Cet ensemble plutôt restreint de systèmes à dynamiques lentes (car peu spécifiques) devait pouvoir trouver une certaine harmonie de fonctionnement qui produisait peu-à-peu une proto-vie lente et fragile, mais de la vie. L'augmentation du nombre de systèmes, leur complexité et leur efficacité dynamique n'a pu se faire que par la mise en place de coordinations assurée probablement par des hubs moléculaires d'abord (comme p53), hubs permettant des basculs (switches) d'activité comme le propose justement Kulkarni [Kulkarni, 2020]. L'évolution a tout doucement remplacé de tels systèmes de synchronisation biochimique par l'apparition de régulations à un plus haut niveau, c'est-à-dire au niveau génétique. Cependant, si la coordination de la vie cellulaire a gagné ainsi en complexité, elle a perdu en souplesse d'évolution : la viabilité des organismes devenait dépendante de ces réseaux naissants. Une façon de faire évoluer ceux-ci fut notamment de les conserver et de les encapsuler comme sous-systèmes de plus grands réseaux d'interaction. De plus, le fait que chaque gène ne dépende que de peu d'interacteurs et que de tels gènes pouvaient se trouver dans des réseaux déjà encapsulés, c'est-à-dire contrôlés par des couches sus-jacentes, permettait éventuellement leur remplacement par d'autres, différents, ou leur connexion à d'autres sous-systèmes, tout en limitant l'effet des changements. Cet accroissement de complexité s'est également fait par l'émergence d'échelles encore supérieures, tissulaire, organique, sociale, chaque échelle sus-jacente assurant la synchronisation des échelles sous-jacentes. Chaque échelle sous-jacente devient un élément fonctionnel et remplaçable (les nouvelles cellules remplacent les anciennes, les tissus
peuvent être remplacés, éventuellement artificiellement, *etc*) dans ce qui est un réseau biologique plus grand pouvant être décrit indépendamment de ses composants. Et à chaque fois que l'évolution a fait avancer d'un cran cette complexité organisationnelle et fonctionnelle, elle n'a fait qu'inscrire dans le génome, là où se trouve *in fine* mémorisée l'information vivante, des configurations macroscopiques capables de maintenir de façon encore plus performante des organismes en vie dans des environnements changeants.

Ce que je viens d'exprimer (avec difficulté) ci-dessus, c'est que les réseaux d'interaction biologiques, à une échelle donnée, à l'échelle au dessus, et à l'échelle au dessus encore, *etc*, ont une structure qui organise spatialement et temporellement les interdépendances entre échelles et à travers une même échelle, et tout ceci découle de mécanismes divers d'auto-organisation (à différentes échelles) dont tout ce qui les génère, les constitue, se ramène en fait à ce qui a été mémorisé génétiquement. Or l'ensemble doit, pour ne pas condamner les descendants lointains d'un organisme, permettre une certaine évolution. Par l'usage de ce « pour », je parais sous-entendre là une intentionnalité. Il n'en n'est rien, mais je me demande toutefois s'il n'est pas envisageable que, parmi l'ensemble des systèmes cellulaires, il n'y ait pas de systèmes de contrôle limitant la complexification, des systèmes contrôlant l'évolutivité elle-même, une forme de Lamarckisme finalement, dans laquelle sont mémorisées dans les espèces les bons processus évolutifs, ceux qui, par leur souplesse, ont été autorisés à continuer leur chemin dans l'évolution. Bien entendu, l'alternative connue, solide, reste celle du test évolutif : un système non évolutif car éventuellement trop complexe ou trop simple pourra être simplement éliminé, maintenant ainsi un niveau de complexité de chaque système biologique à son niveau optimal d'évolutivité, ou bien pourra éventuellement être encapsulé dans des couches protectrices de contrôle permettant notamment de module tout changement de tels systèmes ou même leur complexité.

Les réseaux biologiques sont des structures émergeant des interactions des éléments en présence. L'émergence ou la reconstitution d'un réseau lorsque ces éléments sont mis en présence est une manifestation phénotypique qui garde trace, au moins partiellement, de leur trajectoire dans l'évolution, des conditions qui ont été traversées. Ces réseaux, leur structure, leur fonctionnement, leurs interactions avec le monde plus macroscopique ou au contraire avec les échelles plus microscopiques, résultent de sélections évolutives. Ces structures, ce sont des mémoires biologiques qui s'expriment. Le niveau de coordination des éléments du réseau, lui-même, constitue une forme auto-organisée de mémoire évolutive, mémoire non stockée directement sous forme génétique. La fonction du réseau, inscrite dans un fonctionnement écosystémique plus global, sa nécessité vitale, est une contrainte qui s'applique à tout changement à l'échelle de ses éléments.

Si je fais probablement partie des quelques rares personnes qui se posent (encore) la question de l'émergence des premiers réseaux, de leur rôle, de leur faible efficacité néanmoins avantageuse, de la façon dont ils se sont transmis depuis les origines du vivant, je suis certainement loin d'être le seul à me poser la question du rôle qu'a ensuite joué l'évolution dans le niveau de coordination interne des réseaux biologiques, donc dans la sélection de niveaux de connectivités adaptés à la fonction (procurant un avantage évolutif) qu'ils jouent dans un contexte donné. La sélection de telle
ou telle configuration de réseau et des niveaux de connectivité peuvent être vus du point de vue individuel comme la capacité des éléments du réseau à écouter le reste du réseau (nombre de facteurs de transcription capables d'interagir sur un gène ; nombre, sensibilité et fiabilité des organes des sens pour les espèces vivantes ; etc.). Dans ce cas l'émergence fortuite de fonctionnalités à l'échelle des éléments du réseau provoque un éventuel changement de structure et de fonctionnement du réseau qui déplace globalement les équilibres dynamiques de l'écosystème dans lequel il jouait un rôle. Là où, dans la masse inextricable des interactions redondantes, solidement contrôlées par des processus garants d'une robustesse importante, mais aussi bénéficiant de la présence de voies alternatives permises par la souplesse des hub moléculaires, on peut imaginer que des mutations d'un système puissent ne provoquer que des changements mineurs, il est difficile d'imaginer que les déplacements d'équilibre de ces écosystèmes biochimiques n'aient pas subit des bascules majeures, changeant leur fonctionnement du tout au tout, lorsqu'ils étaient rares, faibles, plus amorphes, peu spécifiques, à peine en train de s'établir. Je pense qu'il faut voir là l'établissement des premiers systèmes proto-vivants, dont certains étaient peut-être des systèmes vivants autonomes mais qui n'ont pas survécu jusqu'à pouvoir faire partie du consensus LUCA, comme un processus long qui, protégé par des membranes ou en tout cas contenu dans quelques microcosmes que ce soit, a vu des ensembles de systèmes fragiles, peu spécifiques, se connecter, se déconnecter, se complexifier, jusqu'à peu à peu faire émerger des systèmes de plus en plus robustes, de moins en moins sensibles aux changements de configuration locaux.

Les organismes vivants disposent de nombreuses ressources leur permettant, sans évoluer, de s'adapter à un environnement changeant, en migrant, en adaptant leur alimentation, en se protégeant d'un extérieur nocif, ce à quoi il faut ajouter les formes de robustesse qui se manifestent à l'échelle cellulaire, voire moléculaire et qui sont elles-mêmes le fruit d'une longue évolution. De deux choses l'une :

* soit les organismes mutés, adaptés à un environnement possible à venir existent déjà (et sont moins adaptés à l'environnement actuel ; dans ce cas l'évolution s'est faite a priori et ces organismes (ou certains de leurs systèmes) constituent en ce cas une potentialité évolutive qui est révélée a posteriori par un changement environnemental. C'est vraisemblablement le cas des micro-organismes (et virus) qui se multiplient très vite et produisent ainsi beaucoup de variations.

* Soit ces mutations n'existent pas encore et dans ce cas les organismes résistent à des changements environnementaux, usant de tout ce que les générations précédentes ont accumulé comme systèmes de résilience et de mécanismes de robustesse retardant ainsi l'échéance d'une évolution génétique nécessaire. L'évolution se fait ainsi a posteriori, éventuellement sous pression de l'environnement. En effet, certains mécanismes peuvent favoriser l'augmentation de mutations permettant aux organismes de chercher des solutions génétiques compatibles avec un nouvel environnement, en particulier la répression des systèmes de réparation de l'ADN, mais aussi une augmentation (par dérégulation de systèmes de contrôle) d'inducteurs de mutations comme les radicaux libres. Le développement
cancéreux des cellules en est probablement une manifestation.

Dans cette 2ème situation, on peut concevoir ce qui permet la viabilité d'un organisme, son adaptation à un environnement, comme un *trade-off* entre des mécanismes immédiatement mis en œuvre assurant robustesse et résilience, et une évolution génétique, en quelle que sorte un passage d'une adaptation fonctionnelle immédiate à une adaptation structurelle à long terme. Ces deux processus ne se font pas sur les mêmes échelles de temps ; les changements de conditions environnementales ne sont inscrits en dur que si celles-ci durent.

Je trouve, mais je m'avance peut-être un peu trop, qu'il y a une sorte de parallèle à faire entre le passage aux origines du vivant de l'émergence des premières boucles métaboliques, fonctionnelles, aux premiers génomes et le *trade-off* robustesse et résilience vers évolution génétique que je viens d'évoquer.

Dans l'espace des réseaux dont nous avons plusieurs fois parlé (espace défini par rapport à leurs fonctionnalités et structures respectives, et plongé dans des contraintes de viabilités) on peut voir l'évolution précoce des systèmes-réseaux depuis les origines du vivant comme un parcours de réseau (et dynamiques associées) en réseau en direction des centres de noyaux de viabilité. De là, depuis ces ensembles de réseaux initiaux qui ont permis une viabilité suffisante aux premiers organismes proto-cellulaire, l'évolution se dessine comme un ensemble de trajectoires qui s'apparentent à celles de la figure 9.11. Ces réseaux d'interaction biochimiques puis biologiques sont des structures diffuses qui ont peu a peu biaisé, orienté, guidé la domination physique et chimique à l'œuvre aux origines pour en renforcer l'efficacité, la robustesse aussi, ce sont des biais qui ont été mémorisés pour ces raisons. Ils l'ont également été parce qu'ils portaient en eux la capacité d'évoluer, de s'intégrer ou des communiquer avec d'autres systèmes mieux que d'autres. Les réseaux formels, leurs propriétés (complexité structurelle et dynamique en particulier) et les concepts (robustesse, évolutivité, viabilité, atteignabilité) que nous associons à ces objets théoriques et qui leurs donnent une consistance vivante sont une fois de plus un moyen de tester de tels concepts, par des approches de vie artificielle notamment, au même titre que cela fut fait avec Avida en particulier [Adami, 2000]. Les réseaux, par leur structure très fondamentale, leur expressivité de très bas niveau, permettent cependant de se rapprocher de la simplicité moléculaire et de comprendre ces mêmes concepts dans des systèmes extrêmement simples, représentants numériques d'une chimie prébiotique.
10. CONCLUSION

Pour clore cette discussion sur le document que vous avez pris le temps de lire, document qui livre d'une part une introspection concernant mon rapport à la science et une réflexion personnelle sur la nature de la matière vivante, et qui explique d'autre part la façon dont je compte, en pratique, réaliser des recherches pour me convaincre d'abord moi-même puis éventuellement dresser un tableau peut-être un peu moins classique de certains aspects de la vie, je vais commencer par citer le paragraphe introductif d'un article de Carl R. Woese qui arrive à point nommé puisque que je ne l'ai lu que vers la fin de ma rédaction, *A new biology for a new century*, publié en 2004 dans *Microbiology and Molecular Biology Reviews* [Woese, 2004]. Il écrit :

> « *Science is an endless search for truth. Any representation of reality we develop can only be partial. There is no finality, sometimes no simple best representation. There is only deeper understanding, more revealing and enveloping representations. Scientific advance, then, is a succession of newer representations superseading older ones, either because an older one has run its course and is no longer a reliable guide for a field or because the newer one is more powerful, encompassing, and productive than its predecessor(s).*

> *Science is impelled by two factors, technological advance and a guiding vision (overview). A properly balanced relationship between the two is key to the successful development of a science : without the proper technological advances the road ahead is blocked. Without a guiding vision there is no road ahead ; the science becomes an engineering discipline, concerned with temporal practical problems. »*

Carl Woese mit en évidence l'existence d'un 3ème règne du vivant en plus des eucaryotes et des bactéries, celui des *Archaea* ; il fut aussi celui qui proposa l'émergence de la vie dans un monde à ARN avant celui de l'ADN, et contribua en 1966 à la découverte et la caractérisation du code génétique. Il fit ces propositions et les défendit à une époque où la biologie moderne et la phylogénie moléculaires étaient encore à l'état embryonnaire. Cet éminent biologiste pourtant pose la question du bien fondé du modèle biologique actuel en vigueur, s'inquiétant notamment la dérive de la recherche biologique vers l'ingénierie du vivant-machine. Cette même inquiétude, Nicholson la décrit, la détaille, notamment en spécifiant ce en quoi le vivant n'est pas machine ; il identifie les sources de cette dérive et en montre les conséquences [Nicholson, 2013 & 2019]. Il explique le danger qu'il y a à persister dans cette facilité et montre notamment que des idéologies (le créationnisme et les mouvements transhumanistes notamment) se saisissent de cette opportunité d'un vocabulaire tout à fait adapté à soutenir la création de la vie comme celle d'une machine, ... utilisant à cet effet le même vocabulaire et la même rhétorique ... que les biologistes ! Même chose pour le transhumanisme qui, évidemment y voit là une argumentation bien pratique leur permettant de suggérer d'améliorer la vie humaine jusqu'à fusionner le cerveau-machine avec la machine-cerveau artificielle et transcender la mort tout en rejetant le contrôle qu'à la vie elle-même sur son évolution.
Le « vivant machine » ... On peut certes continuer à le montrer du doigt comme je l'ai fait moi même dans ce document, identifier cette dérive, tenter de (se) convaincre qu'il y a un biais de raisonnement évident. On peut aussi tenter de proposer des modèles alternatifs, des modèles qui, par raisonnement, construisent un fonctionnement que n'aurait pas une machine, comme ceux que j'ai proposés pour les réseaux d'interaction biologiques. Mais il ne s'agit pas là d'une mise en évidence de ce qu'est effectivement la cellule vivante (et par extension le vivant). En réponse à cette inquiétude, la question qui vient immédiatement à l'esprit est « si la cellule ou un organisme n'est pas une machine, alors qu'est-ce donc ? ». Il s'agit là bien sûr d'énoncer des faits observationnels sur le vivant, la cellule vivante, en montrant particulièrement en quoi il ne peut pas s'agir d'une machine. A cela, Woese répond « *Let's stop looking at the organism purely as a molecular machine. The machine metaphor certainly provides insights* (NDLR : ce à quoi j'ajouterais « au même titre que n'importe quel modèle sur lequel projeter nos observations et hypothèses »), *but these come at the price of overlooking much of what biology is. Machines are not made of parts that continually turn over, renew. The organism is. Machines are stable and accurate because they are designed and built to be so. The stability of an organism lies in resilience, the homeostatic capacity to reestablish itself. While a machine is a mere collection of parts, some sort of 'sense of the whole' inheres in the organism, a quality that becomes particularly apparent in phenomena such as regeneration in amphibians and certain invertebrates and in the homeorhesis excibited by developing embryos.* ».

Dans la même veine, Nicholson [Nicholson, 2013, 2019] développe en plus de ces mêmes arguments (qu'il affine considérablement) la notion d« *intrinsically purposive* » vs « *extrinsically purposive* ». La machine est *extrinsically purposive* : le contrôle de ses actions ne provient pas de l'intérieur ; les organismes vivants possèdent leur propre « libre arbitre » (si j'ose dire) venant de leur contrôle interne. Je modère cependant cette affirmation pour les organismes car ce serait exclure la pression environnementale (environnement physico-chimique et écosystémique) qu'on peut voir comme un contrôle externe sur une longue période de ce que peut faire le vivant. Le vivant modulant à grande échelle l'environnement planétaire (comme ce fut le cas pour la grande oxydation causé par les cyanobactéries ou actuellement pour l'accélération du réchauffement climatique causé par l'activité humaine), on peut considérer l'environnement planétaire et le vivant comme un tout (un écosystème) *intrinsically purposive*<fnref n="60" />.

Il y a bon nombre d'évidences observationnelles, le fonctionnement des protéines et régions intrinsèquement désordonnées par exemple, et de problèmes que pose l'émergence et l'évolution du vivant, qui devraient nous inciter davantage à lutter contre la construction de la machine vivante à partir du réductionnisme moléculaire.

Nous sommes des êtres vivants qui pensent la nature via des machines, via des modèles, des représentations utiles car confortables pour notre esprit. Cela limite ou peut-être, je l'espère, seulement ralentir notre progression vers une vérité utile à la Science, aux humanités, d'une réalité inatteignable.

<footnote n="60">60 Une discussion plus approfondie à ce sujet se trouve dans le chapitre 11</footnote>
Mais je crois, comme j'ai cherché à le montrer dans ce document, qu'il est possible de travailler
dans une démarche de recherche effective sur ces conceptions moins mécanistes de la vie, et pas
seulement en choisissant la voie de la facilité, autrement dit penser librement et écrire de belles
idées dans un gros document long à lire, un agrément que j'ai vraiment apprécié durant la rédaction
de ce document mais qu'il va me falloir abandonner bientôt pour retourner me confronter à la dure
réalité du travail effectif, de la confrontation bibliographique, de l'écriture d'équations, de
l'implémentation informatique, du montage de banc expérimental, etc, tous engoncés dans les
frustrantes contraintes de leur réalisation effective. Il n'empêche qu'il est utile de garder claire à
l'esprit cette description particulière du vivant que je propose dans ce document, comme une force
de rappel, une incitation à dévier dès et autant que possible, tant que l'on reste dans la démarche
scientifique.

Dois-je convaincre que la recherche en biologie doit peu à peu prendre à bras le corps ces questions
et aller dans cette direction en citant à nouveau les 3 points de P. Davies concernant l'intérêt de
considérer la mécanique quantique en biologie (voir section 8.3.6.1), qu'il faut investir aussi dans
des réflexions profondes sur la nature du vivant, incluant des processus rares ou faibles ou
amorphes ? S'ils prennent part à la vie cellulaire (ou tissulaire, organique, écosystémique), s'ils
constituent un éventuel léger avantage évolutif, alors ils constituent aussi une voie d'abord pour de
futures voies thérapeutiques, mais également techno-biologiques, comme des pistes pour le
développement de technologies (informatique molle, matériaux ...) inspirées de cette nouvelle
compréhension de la biologie.

Ces processus rares, faibles, amorphes, ainsi que les processus abiotiques, physique sous-jacents, sont aussi probablement, comme je me suis essayé à l'exprimer, l'essentiel de ce qu'est le vivant, de ce qu'il a été dès ses origines, bien que depuis se sont amoncelés des biais successifs, imbriqués, sous la forme de contrôles, de feedbacks, de feed-forwards, biochimiques, enzymatiques, génétiques, des systèmes qui augmentent la diversité des comportements (incluant d'autres contrôles, des systèmes de résilience, etc) favorisant la pluralité des adéquations possibles d'un organisme avec des environnements qu'il est susceptible de rencontrer. Ces contrôles sont aussi une fragilité que compense au moins partiellement le fait qu'ils soient composés non pas de pièces mécaniques mais de biomolécules, souples, versatile, multifonctionnelles, aux interactions imparfaites et pas nécessairement fréquentes.

Adami affirme « *An organism's DNA thus is not only a 'book' about the organism, but it is also a book about the environment it lives including the species it co-evolves with.* » , rejoignant ce que Deutsch dit de façon plus compacte « *Genes embody knowledge about their niches* », celui-ci allant jusqu'à dire que « *Everything of fundamental significance about the phenomenon of life depends on this property [NDR : the embodying], and not on replication per se* » [Adami, 2000 ; Deutsch, 1997]<fnref n="61" />. Au cours de mon document j'ai montré que je soutenais cette idée de mémorisation des environnements traversés au cours de l'évolution par la trajectoire que des espèces ont suivies jusqu'à un certain organisme, plaçant cette mémoire à plusieurs niveaux, du génome même et de sa biochimie, à l'émergence des systèmes biologiques, mais aussi à la partie effectrice et de sa

<footnote n="61">61 À noter que je n’ai fait que parcourir ce livre de Deutsch, faute de temps vu que je l’ai découvert très tardivement, me contentant de lire en détails les quelques pages d’où j’ai extrait ces citations.</footnote>
configuration qui est transmise lors de la reproduction. Je pense aussi que c'est cela l'essence du vivant ; ça et la contrainte intrinsèque de rester évolutif « pour » que les générations futures puissent continuer à atteindre les configurations qui lui permettent de continuer à vivre dans un environnement changeant. Je pense que les cellules vivantes contiennent intrinsèquement cette caractéristique d'évolutivité à la fois comme une propriété innée liée aux propriétés de la matière vivante, en particulier à ses imperfections, son caractère versatile, mais aussi comme un caractère héritable. Je propose que plus que la mémorisation des conditions de vie passée, le vivant puisse mémoriser une certaine évolutivité éventuellement sous la forme d'une maintenance de certains niveaux de structuration, de complexité de ses composants ou systèmes. Là où Adami affirme, à juste titre, que « *A true test for whether or not a sequence is information uses the success (fitness) of its bearer in its environment, which implies that a sequence's information content is conditional on the environment it is to be interpreted within.* » je pense cependant que le test environnemental seul échoue à valider complètement l'aspect informationnel d'une séquence génétique car ce test n'inclut pas tout ce qui dans les séquences, dans la structuration des protéines et des réseaux qui émergent de ces effecteurs, constitue un encodage de l'évolutivité. En revanche, c'est au cours du temps, à l'échelle des espèces, de l'évolution, que la capacité à garder atteignables des comportements qui permettent de conserver une viabilité acceptable malgré des changements environnementaux, peut être éprouvée.

J'ai exposé, en m'appuyant sur nos expériences numériques avec les réseaux, comment la complexité croissante des systèmes biologiques auto-contraint leur évolution, restreignant sur les temps « courts » leur capacité exploratoire. J'ai aussi expliqué pourquoi, modulo l'heureux ajout apporté par l'aléatoire (mutations, transpositions, etc), les Paris évolutifs que constituent les lignées se trouvent conditionnées par l' existant, depuis ses origines. La vie ne pourrait être ce qu'elle est avec sa diversité et la diversité des conditions auxquelles elle s'est confrontée si elle ne se laissait pas autant perfuser par le monde physique qui lui apporte l'aléatoire bien sûr, mais aussi les flux passifs de matière, des potentiels naturels, des directions, des champs, etc.

C'est donc ainsi que je vais conclure les réflexions sur la recherche dans ce document : en rappelant que des recherches, potentiellement de bons sujets de thèse, peuvent être menée dans ce cadre conceptuel large, des recherches relatives à l'origine de la vie, à l'évolution, à la balance qui oppose exploration et gradation, aux conséquences de la présence de reliques du passé dans les systèmes actuels, mais aussi à des réflexions sur le calcul non conventionnel. Pour cela, je vais m'appuyer sur les longs développements que j'ai faits, en particulier sur les réseaux, et étendre les réflexions que j'ai entamées dans les chapitres précédents à des réflexions plus générales encore.

Dans « *La Vie et la Matière* », Oliver Lodge [Lodge, 1907] rappelle le danger pour les scientifiques d'aller trop loin dans la démarche philosophique en sciences : « [...] l'expérience leur [*les philosophes*] a montré que les hommes de science, après avoir escaladé la barrière, sont quelquefois enclins à perdre toute notion de contrainte et à se conduire comme s'ils avaient enfin pénétré dans une région libre de toute entrave scientifique, où les assertions téméraires peuvent être
impunément faites, où les hypothèses spéculatives peuvent être appelées des théories et où la vérification est à la fois inutile et impossible. ». Il montre qu’Haeckel (dont nous avons parlé dans la section 8) avec sa théorie des monades s’est ainsi perdu.

Je m’inquière évidemment de cela pour ceux, moi compris, qui explorent les concepts liés au vivant dans cette approche que l’on désigne, finalement peut-être pompeusement, par « biologie théorique », pompeusement car accoler « biologie » et « théorique » pour ne former qu’un seul mot suggère quelque peu que le théoricien, restant dans le confort théorique, puisse se permettre la dispense de la confrontation à la réalité mesurable du monde pourtant flou, mou, informe, imprécis de la biologie, l’autorisant éventuellement à aller se perdre dans la réflexion théorique pure, dans un monde qui n’est pas vraiment, ou en tout cas dont on ne pourra peut-être pas vérifier la véracité.

Les concepts du vivant (dont la nature réelle est insaisissable) comme la complexité, la viabilité, la robustesse, l’évolutivité, pour ne prendre que les quelques concepts auxquels je me suis intéressé, sont nécessairement subjectifs ; ils obéissent à un besoin du chercheur souhaitant vérifier l’adéquation de ce qu’il mesure du vivant avec les modèles (biaisés par sa nature humaine) qu’il a en tête ; il y a ainsi une inadéquation entre l’outil conceptuel et la réalité objective. La spécification de ces termes est néanmoins nécessaire pour avancer en sciences : l’objectif est de parvenir à définir des cadres conceptuels pour faire des observations et réaliser des expériences pour nous aider à appréhender divers aspects du vivant. Leur définition doit répondre à un impératif de compréhension. De la même manière que l’expérimentateur va concevoir une expérience particulière pour réaliser une coupe, une vue particulière sur le système qu’il veut étudier, lui donnant accès à une part de compréhension, le design de concepts de biologie théorique est une forme de design expérimental : un concept avec sa formalisation associée constitue un outil pour étudier un système. La biologie théorique et ses outils conceptuels évoluent au fil des nouvelles connaissances (d’origine expérimentales, théoriques, philosophiques, ...) qui affinent la compréhension que l’on a du vivant. Il faut néanmoins que les définitions utilisées en biologie théorique restent fixes un certain temps, pour leur permettre d’être testées et produire des connaissances. Je m’aperçois et je crois que cela se voit quelque peu dans mon manuscrit que mon esprit assez prolifique en terme d’idées n’est pas forcément idéal pour maintenir une stabilité. C’est tout l’intérêt de travailler en groupe, entre collègues et étudiants qui constituent des forces de rappels et des impératifs imposant une certaine stabilité.

J’ai montré dans ce document que je m’interroge beaucoup sur la nature du Vivant et ce, par des incursions dans le monde de la philosophie des sciences. J’ai aussi montré mon attirance pour ces objets théoriques fascinants (ex : les réseaux Booléens, les systèmes auto-organisés, etc) et ce qu’ils inspirent et permettent d’inférer sur le monde vivant. J’ai montré que j’extirpais de cette fascination ce type d’inférences (ex : les réseaux pluripotents ou les canaux de communication de faible entropie) dont on peut largement douter de la possibilité d’une quelconque vérification biologique.

J’en suis conscient.
Je pense déjà qu'il faut, en tant que scientifique, s'autoriser quelques incursions prudentes dans le monde de la philosophie (sinon, à quoi cela sert-il d'accoler à notre nom le terme Ph.D dans notre signature ?). Par « prudentes » j'entends déjà qu'il faut au moins accepter que l'on ne dispose certainement pas systématiquement du bagage philosophique nécessaire pour appréhender de telles incursions. En être conscient invite à la prudence. J'entends aussi qu'il faut être proactif dans ce sens : il faut lire les penseurs et l'histoire des sciences, riches en enseignements ; il faut aussi montrer cette nécessité à nos étudiants et leur transmettre ses fondements. C'est ce que j'ai fait récemment en donnant un cours introductif fort plaisant sur le numérique dans le monde de la biologie et de la santé, cours durant lequel j'ai passé deux heures et demi à parler de la difficulté, si ce n'est l'impossibilité, de percevoir objectivement le monde pour faire de la modélisation, montrant que notre perception est orientée par nos savoirs, par les modèles préconçus (construits peu à peu par le progrès scientifique) que nous avons du monde et sur lesquels nous projetons notre perception. C'est aussi ce que je pousse à faire en transmettant mes pensées à travers ce document, que j'ai presque peur de relire maintenant, aux futurs étudiants.

Je pense aussi que, proposer de nouveaux concepts, des visions alternatives du monde, tout ceci issu de la pensée (qui n'est certes pas vierge, chez le scientifique, de connaissances scientifiques sur le monde) est acceptable. De même, l'utilisation d'objets théoriques, mathématiques ou informatiques, pour tester des mondes ou concepts théoriques que notre esprit associe au vivant a un rôle important : cela crée chez celui qui s'y adonne un éventail de nouveaux modèles, de nouveaux concepts, sur lesquels il pourra, s'il est raisonnable et revient régulièrement au monde réel, à la mesure, et ne brise pas le dialogue indispensable avec ceux qui mesurent, ceux qui expérimentent, testent, etc, projeter les perceptions qu'il aura ou qu'on lui proposera sur le vivant.

Pour faire avancer la connaissance scientifique, mis à part espérer mesurer objectivement le monde, c'est finalement ce dialogue interne et inter-individuel entre perception du monde et objets théoriques qui permet aux hommes de se faire une idée de ce qu'est le monde, le monde vivant en particulier.

En ce qui me concerne, je commence à peine à me forger quelques petites idées sur ce qu'il est, sur l'immensité qu'il nous reste à découvrir, me laissant un peu devant un abîme que je peine à combler avec mes propositions. J'aime bien ce que je pense mais, dans ce fouillis que sont mes pensées, je doute de parvenir un jour à délivrer un message qui me convienne. Certes frustré, j'en aurais au moins livré quelques bribes. C'est déjà pas mal, non ?!
# 11. RAPPORTS DES ÉVALUATEURS – ANALYSE A POSTERIORI

Vous trouverez ci-dessous les rapports des 3 rapporteurs de cette Habilitation à Diriger des Recherches. Je les joins car ils apportent à la réflexion et car j'y apporte des réponses.

## 11.1. Rapports

Les 3 rapports que vous trouverez dans les pages suivantes sont des captures d'écran des fichiers PDFs qui m'ont été envoyés. J'ai pris le soin d'effacer les signatures.

La présente version de ce manuscrit a été révisée en tenant compte des remarques et corrections proposées par les rapporteurs. Quelques ajustements ont été faits dans le texte initial, cependant l'essentiel se trouve dans la réponse que je fais sections 11.2.
11.1.1. Rapport de *Patrick Amar*, Université Paris-Saclay

université
PARIS-SACLAY

LISN
LABORATOIRE INTERDISCIPUNAIRE
DES SCIENCES DU NUMERIQUE

Rapport sur le manuscrit d'HDR présenté par Nicolas Glade intitulé :

# «Le Vivant Rare, Faible et Amorphe»

Evolution depuis les Origines jusqu'à la Vie telle qu'elle nous Apparaît*

Le manuscrit d'HDR de Nicolas Glade comporte une introduction générale à ses thèmes de recherche, un CV long, puis la présentation détaillée de ses recherches antérieures et actuelles.

Son CV montre clairement qu'il possède toutes les qualités qu'on attend d'un futur Professeur des Universités. Nicolas a démontré sa capacité à encadrer et co-encadrer plusieurs doctorants. Il a défini le sujet et encadré une dizaine de stagiaires de Master 1 et 2. Il a contribué à obtenir de nombreux financements pour ses recherches. Il s'est aussi très impliqué dans ses enseignements et plus généralement dans l'administration de l'enseignement.

Dans son manuscrit, Nicolas Glade présente tout d'abord ses travaux de thèse ainsi que ses recherches au cours de ses post-doctorats et postes d'ATER. Il a travaillé essentiellement sur les microtubules, leur auto-organisation et notamment sur l'influence des champs faibles tels que la gravitation, les champs magnétiques et électromagnétiques. Lors de son premier post-doctorat, en tant qu'ingénieur de recherches, il a menée des expéri-mentations en apesanteur réalisées à l'aide d'une fusée.

Durant son deuxième post-doctorat il a travaillé sur l'adhésion cellulaire sur des substrats synthétiques. Il a déposé un brevet sur la localisation d'espèces biochimiques.

Son troisième post-doctorat l'a conduit à aborder des thèmes de modélisation, notamment celle de réseaux métaboliques, de réseaux génétiques et de leurs couplage.

Il s'est intéressé ensuite à la psychomotricité, en participant au développement d'un dispositif de substitution de la vision dans l'espace. Lors de l'encadrement d'un doctorant, Nicolas s'est intéressé à la modélisation multi-échelle en épidémiologie.

Ses travaux plus récents sont ensuite détaillés dans un grand chapitre, puis suit une discussion scientifique et philosophique sur les origines de la vie et l'évolution.

Nicolas commence par poser des questions sur la pertinence des modèles actuels du vivant : le biais de l'ingénierie nous poussant à considérer une cellule comme une *machine* moléculaire. Les observations de plus en plus précises apportées grâce aux progrès de la technologie conduisant généralement à modéliser la cellule de la façon dont on concevrait une *machine*. Sans nier les progrès évidents qui ont été faits justement grâce à la techno-
logie, il propose une autre approche. Il donne des exemples d'interprétation initialement "mécanistique" qui ont depuis évolué vers des modèles beaucoup plus nuancés.

Il présente ensuite un de ses thèmes de recherche : l'origine du vivant. Il fait un état de l'art bien documenté et très bien écrit, en rappelant les théories et les expérimentations permettant de les justifier ou de les mettre en défaut. Il présente notamment trois théories sur l'origine du code génétique et discute de leurs pertinences. Il montre l'utilité des simulations informatiques pour proposer ou invalider des modèles, notamment sur l'auto-organisation ; ou tout simplement pour tester des idées. Il a proposé un projet de recherche en ce sens, comportant un volet expérimental et un volet plus théorique.

Il s'intéresse dans le chapitre suivant de son manuscrit à l'étude des réseaux biologiques et leur évolution. Pour les étudier d'un point de vue théorique, il présente de façon très détaillée les réseaux booléens à seuils et à signe. Il explique comment il met en relation les réseaux d'interactions biologiques et leur modélisation avec des réseaux booléens (ou des ensembles de réseaux booléens) pour en déterminer les comportements possibles. Le but étant de trouver des modèles qui satisferont les connaissances, même partielles, que l'on a du système biologique étudié.

Nicolas présente ensuite un système de communication à mémoire éphémère, les *trail systems*, procédé où une entité laisse une trace de son passage dans l'environnement. Trace éphémère qui, si elles arrivent à temps, sera *ressentie*, utilisée et renforcée par d'autres entités. Il montre, à différentes échelles, des exemples de tels systèmes. Il fait l'hypothèse de l'existence de *trail systems* intracellulaires constitués de microtubules, ef-fectifs dans certaine conditions. Il envisage aussi le cytosquelette comme perturbant la diffusion des molécules, induisant des inhomogénéités de concentrations selon la localisa-tion spatiale. Dans cette même veine, il émet l'hypothèse d'une possible propagation rapide d'information le long des fibres du cytosquelette par changement de conformation de la tubuline.

Dans son dernier chapitre, Nicolas revient sur ses réseaux booléens en s'intéressant aux combinaisons de réseaux pouvant selon les cas exhiber les caractéristiques dynamiques de chacun des réseaux constituants. Il introduit une notion de distance entre les réseaux par-ticipant à l'ensemble ; distance structurelle et distance entre les dynamiques des réseaux. Dans le contexte de l'évolution, il définit ensuite les notions de robustesse, d'évolutivité et de viabilité étudiées à travers le prisme des réseaux formels. Il introduit enfin l'héritage et l'atavisme comme faisant partie de l'évolution. Les "sous-systèmes" constituant les cellules vivantes ne sont pas apparues en même temps, certains sont beaucoup plus anciens que d'autres. Il peuvent être inopérants dans les conditions normales, mais être réactivés si l'environnement change. À la fin de ce chapitre, Nicolas revient sur les origines du vivant par le biais de la vie artificielle. Il montre plusieurs exemple de programmes faisant émerger
des fonctions nouvelles à partir d'éléments de base.

Nicolas Glade est l'auteur de nombreuses publications dans des revues et conférences internationales de très bon niveau. Il a apporté un éclairage nouveau sur la modélisation du vivant, d'une part par ses réflexions sur ce qui caractérise le vivant, de l'individu à la lignée et son évolution, et d'autre part par les moyens techniques (réseaux booléens et simulations) qu'il a mis en oeuvre dans ses modélisations.

Son manuscrit fait clairement apparaître sa maîtrise des formalismes utilisés, de la bio-
chimie et de la génétique, ainsi que de l'algorithmique nécessaire pour concevoir et réaliser
les divers outils logiciels qu'a contribué à développer. Je considère que la qualité de ses
travaux, ainsi que celle de la rédaction du manuscrit, justifient largement sa soutenance
pour l'obtention de l'habilitation à diriger des recherches.

Fait à Orsay, le 30 septembre 2022

Patrick AMAR
Maître de Conférences HC, HDR
LISN, CNRS / Université Paris-Saclay
11.1.2. Rapport de Hughes Berry, INRIA

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Lyon, 07 octobre 2022

Rapport sur le mémoire et les travaux de Mr Nicolas GLADE en vue de l'obtention
de l'Habilitation à Diriger des Recherches de l'Université de Grenoble Alpes.

Rapporteur : Hugues Berry, INRIA, Université Claude-Bernard Lyon 1, France

Dans son mémoire d'HDR intitulé "Le vivant rare, faible et amorphe : évolution depuis les origines jusqu'à la vie telle qu'elle nous apparaît", Nicolas Glade rapporte un travail de recherche multidisciplinaire et courageux, qu'on peut qualifier de biologie théorique, sur la nature du vivant et certains des paradigmes actuels de la biologie (réseaux, code génétique, le vivant comme une machine). Au-delà d'un exposé de sa trajectoire de chercheur, qui embrasse ici la totalité de sa carrière, depuis la thèse jusqu'à ses perspectives de recherche actuelles, il s'agit aussi d'un document de réflexion, empruntant souvent à la philosophie des sciences, dans lequel il présente sa vision des principales questions scientifiques qui l'animent : les origines du vivant et son évolution, en particulier par le prisme du code génétique, de la complexité et de leur modélisation via les réseaux booléens ou les systèmes autoorganisés.

Avant de donner les raisons de mon opinion positive sur le travail présenté, il ne m'est pas possible de taire le principal défaut du document, qui est selon moi son manque de concision. Le texte est trop long (333 pages) et j'ai trouvé de nombreuses sections verbeuses. La description des travaux de recherche *actuels* de Nicolas Glade occupe à elle seule pas moins de 130 pages. La section portant sur les réseaux booléens s'étend sur 50 pages, alors que ce sujet ne correspond finalement qu'à quelques articles de journal et de conférence dans sa liste de publications. Autre exemple, le document utilise 15 pages pour simplement décrire les méthodes expérimentales relativement classiques que Nicolas Glade compte utiliser pour measures les interactions codons-acides aminés. Cette verbosity excessive selon moi finit malheureusement par occulter en partie la qualité des propositions qui figurent pourtant dans le document.

Car le document présente indubitablement, selon moi, des réalisations et points de vues originaux et intéressants. Il débute par une introduction qui donne une perspective historique sur le code génétique et l'interprétation du vivant comme une machine. La partie suivante fournit le CV académique de Nicolas Glade (production d'articles, enseignement, encadrement). Ses travaux de recherche passés sont présentés dans la section 7, avec une place importante donnée à l'auto-organisation des microtubules, sujet de sa thèse, et son extension au calcul non conventionnel. J'ai apprécié l'honnêteté scientifique de Nicolas Glade, qui n'a pas hésité à rejeter l'interprétation que son équipe avait initialement faite du phénomène comme résultant d'un processus de réaction-diffusion, lorsqu'il a compris qu'elle n'était pas réaliste.

La section 8 présente le travail de recherche actuel de Nicolas Glade, et les questions qui le motivent, qui portent principalement sur les origines du code génétique. Il y développe en particulier des idées originales et intéressantes sur le rôle des petits métabolites (ATP, GTP) dans la régulation du code génétique. Mais la plus grande partie de cette section concerne les
réseaux booléens (à seuil, principalement). Nicolas Glade présente un travail théorique original dans lequel il propose en particulier de ne pas se focaliser sur un réseau unique pour modéliser un phénomène biologique donné, mais une *population de réseaux* exhibant les propriétés structurales et dynamiques du phénomène modélisé. Il y aborde aussi la complexité de ces réseaux, leur comparaison et leur évolution. Cet ensemble de résultats forme une somme originale et une perspective exaltante pour l'étude théorique des relations structure-fonction des réseaux de régulation car il introduit le concept d'un espace de réseaux, voire de réseaux de réseaux.

Enfin la dernière section présente une série de perspectives, liées principalement à l'étude de l'évolution des réseaux et leur capacité à faire émerger de nouvelles fonctions. Ces perspectives sont présentées sans vraiment de lien apparent entre elles mais j'ai là aussi apprécié l'originalité de ces pistes de recherche. En particulier, tout le travail effectué précédemment sur les réseaux booléens est utilisé ici pour proposer des systèmes de vie artificielle originaux pour étudier l'émergence de nouveaux comportements et fonctions. Cela me semble être une perspective potentiellement fertile pour l'étude théorique de l'origine et de l'évolution du vi-vant.

Tout au long du manuscrit, j'ai été frappé par le soin apporté par Nicolas Glade à mettre en avant les contributions des nombreux étudiants qu'il a encadrés (dont 13 masters, 4 docto-rant.e.s et un postdoc). Cette attitude, ainsi que la qualité du travail fourni par nombre de ces étudiants (attesté par leur production d'articles), me semble un bon indicateur de la qualité de l'encadrement fourni par Nicolas Glade. Sa production scientifique est très notable (60 articles publiés, dont 34 dans des revues) même si sa forte implication pédagogique récente a visible-ment ralenti sa productivité en termes de publications. Il a par ailleurs plusieurs responsabilités académiques très prenantes (responsable d'année, codirection de M2).

Mon opinion est donc que Nicolas Glade montre à travers son manuscrit d'HDR un travail de recherche et de réflexion à la fois novateur et multidisciplinaire et qui ouvre la voie pour de nombreuses études à venir. Par conséquent, je considère que Nicolas Glade a largement acquis l'expérience et la maturité exigées pour l'obtention de l'Habilitation à Diriger des Recherches.

Hugues BERRY

Directeur de recherche INRIA

Directeur scientifique adjoint d'Inria pour biologie numérique et santé numérique

Centre de recherche Inria de Lyon

56 Blvd Niels Bohr - CS 52132, 69603 Villeurbanne cedex France

hugues.berry@inria.fr - www.inrialpes.fr/Berry
11.1.3. Rapport de Francesca Merlin, CNRS

IHPST

institut d'histoire et de philosophie
des sciences et des techniques

13, rue du Four
75006 Paris

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s ihpst@univ-paris1.fr
www-ihpst.univ-paris1.fr

Paris, le 8 novembre 2022

Rapport sur le mémoire de M. Nicolas GLADE en vue de l'obtention de l'Habilitation à diriger des recherches de l'Université Grenoble Alpes

Rapportrice : Francesca Merlin, IHPST, CNRS & Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne

« Le Vivant Rare, Faible et Amorphe : évolution depuis les origines jusqu'à la vie telle qu'elle nous apparaît » est un mémoire de taille (333 pages) dans lequel Nicolas Glade présente, dans l'ordre : 1) sa vision du vivant, de la biologie, et plus généralement de la science ; 2) son parcours scientifique, en consacrant une partie importante à ses activités d'enseignement et d'encadrement ; 3) ses recherches passées (notamment, mais pas seulement, sur l'organisation des microtubules), suivies par ses travaux actuels et futurs (sur la question de l'origine de la vie et plus précisément sur la mise en place d'une ébauche de système génétique, ou encore sur les réseaux Booléens en tant qu'outils théoriques pertinents permettant de représenter les systèmes biologiques) ; 4) une ouverture vers des réflexions nouvelles au sujet de l'évolution, l'atavisme, et le faible, le rare et l'amorphe comme caractéristiques propres du vivant ; 5) une conclusion qui revient sur les considérations théoriques et méthodologiques faites dans l'introduction du manuscrit.

En tant que philosophe des sciences, ce n'est pas mon rôle d'évaluer les résultats scientifiques produits par Nicolas Glade pendant toutes ces années de recherche, tâche pour laquelle je manque aussi d'un certain nombre de compétences. Je peux néanmoins remarquer deux choses au sujet de son dossier. D'une part, la production scientifique de Nicolas Glade est notable, bien qu'elle ait baissé plus récemment à cause de son implication dans des activités pédagogiques et de la prise en charge de plusieurs responsabilités académiques. D'autre part, Nicolas Glade donne une place très importante, et même centrale, aux étudiants et étudiantes, non seulement par l'importance qu'il donne à leur formation mais aussi et surtout par le rôle qu'il leur attribue dans la
construction de sa propre recherche scientifique. C'est là une caractéristique centrale du dossier de Nicolas Glade, que je tiens à remarquer et à souligner, et qui ne peut qu'appuyer mon avis positif quant à la possibilité qu'il obtienne l'Habilitation à diriger des recherches.

La qualité principale et saillante du parcours scientifique et intellectuel du candidat est la place que ce dernier donne à la réflexion philosophique dans ses travaux. Ces derniers peuvent en effet être caractérisés comme s'insérant dans la biologie théorique, domaine dont les frontières avec la philosophie, notamment la philosophie de la biologie, sont floues et mouvantes. Nicolas Glade montre avoir toujours le (bon) réflexe de prendre du recul par rapport à ses objets d'étude, qu'il s'agisse de l'origine de la vie, de la représentation des systèmes biologiques ou encore de leur simulation. Son objectif est de saisir d'où vient la conception qu'on a du vivant, la façon dont on le représente, les méthodes qu'on utilise pour l'étudier, mais aussi de comprendre quelles sont les conséquences de notre vision du monde biologique, et ses limites aussi. Autrement dit, l'objectif de Nicolas Glade semble être, et cela de manière systématique, de reconstruire une vision d'ensemble (« the big picture ») du monde biologique, ce qui n'est rien d'autre que l'objectif propre à toute recherche philosophique sur le vivant. Plus généralement, comme le disait le philosophe Wilfrid Sellars (1962), "The aim of philosophy, abstractly formulated, is to understand how things in the broadest possible sense of the term hang together in the broadest possible sense of the term". Nicolas Glade n'est pas philosophe et ne vise pas à une telle compréhension, globale, du monde. Cependant, tout au long de son cheminement scientifique et dans ses projets de recherche pour le futur, il dégage une nécessité irrésistible de questionner continuellement le bien fondé de nos présupposés, de nos conceptions, des paradigmes en vigueur, pour viser *in fine* à une vision plus pertinente et englobante du vivant et de la biologie. C'est donc sur le fait que ses recherches et réflexions sont en partie de nature philosophique, ce qui est relativement rare auprès des biologistes, que porte mon appréciation de son mémoire. En le lisant, j'ai remarqué la qualité de plusieurs questionnements qui l'animent, notamment sur des thématiques comme le rôle et de l'influence du paradigme mécaniciste sur notre compréhension du vivant, sur le rôle des biais en biologie et le caractère toujours partiel et perspectiviste de toute connaissance scientifique, ou encore sur les limites de la vision actuelle, prépondérante, du vivant (plus particulièrement de la cellule en tant que machine) par rapport à certains phénomènes qui s'en écartent, notamment les phénomènes rares, faibles et amorphes. La qualité des réflexions de Nicolas Glade ne serait pas en elle-même une vertu si elle n'était pas accompagnée par un effort constant vers la résolution des questions soulevées. Par exemple, se questionnant sur le problème de l'origine de la vie, Nicolas Glade avance des suggestions originales sur la régulation du code génétique ; ou encore s'interrogeant sur la modélisation des systèmes biologiques, il propose une forme originale pour les représenter en termes de populations ou d'ensembles de réseaux. Son
élan l'amène toujours vers une tentative de solution, vers la mise à l'épreuve d'une nouvelle perspective, qu'il élabore et il essaie de tester expérimentalement.

Je remercie donc très chaleureusement Nicolas Glade de m'avoir invitée à faire partie de son jury d'HDR, ce qui me permet de réfléchir davantage sur toutes les questions qu'il soulève dans son mémoire, qui sont passionnantes à mes yeux car fortement philosophiques.

Mes questions et remarques portent sur les aspects philosophiques du mémoire d'HDR et plus généralement des recherches de Nicolas Glade, et notamment sur les six thématiques suivantes :

1-Ce que Nicolas Glade appelle « subjectivité » (et que j'appellerais plutôt « perspective »).

2-La question du réalisme de nos modèles.

3-La question du pluralisme scientifique (notamment, le positionnement de Nicolas Glade par rapport au paradigme en vigueur et son rapport avec la nouvelle vision (alternative ou additionnelle) qu'il propose).

4-Le statut des simulations numériques (qu'est-ce que c'est et quel est leur rôle).

5-La relation entre mécanisme et holisme et entre mécanisme et hasard.

6-La notion de finalité intrinsèque (à ce sujet, et plus généralement au sujet de la question de ce qu'est le vivant et de comment il se distingue du non-vivant, je suis étonnée de ne voir aucune mention du livre de Jacques Monod « Le hasard et la nécessité », en particulier du premier chapitre de ce livre où Monod se pose cette question et introduit la notion de « projet téléonomique » par laquelle il caractérise la spécificité du vivant).

### 1-La « subjectivité » en science

Dès l'introduction de son mémoire d'HDR, Nicolas Glade parle de la « subjectivité en sciences » (biologiques en particulier) qui caractérise le paradigme du vivant-machine, comme tout autre paradigme, de la biologie contemporaine. Par « subjectivité » Nicolas Glade fait référence à un biais qui est l'œuvre, de plusieurs biais mêmes, dans le choix à la fois des outils pour observer et mesurer le vivant et des formalismes pour le représenter. Or, « subjectivité » me semble un terme trop fort car il s'oppose à l'objectivité et car il fait le plus souvent référence à une préférence personnelle d'un sujet individuel. C'est pourquoi je parlerais plutôt de « perspective » en faisant référence à la littérature, depuis
quelques années abondantes en philosophie des sciences, sur le perspectivisme en science (Ronal Giere, Baas Van Fraassenn, Bill Wimsatt, etc.). De manière générale, c'est l'idée selon laquelle la science ne peut pas dépasser toute perspective humaine (autrement dit, le point de vue de nulle part, comme l'appelait Ernest Nagel, n'est pas accessible, mieux, n'existe pas), et cela a un impact sur tout un ensemble de questions philosophiques que l'on se pose sur la science (notamment, le réalisme des modèles et des théories, ou encore la nature de l'objectivité scientifique). Je préfère le terme de « perspective » à celui de « subjectivité » d'autant plus que le fait d'adopter toujours, nécessairement, une perspective lorsqu'on étudie des phénomènes naturels n'est pas en tension avec l'idée d'objectivité, dans nos pratiques ou procédures scientifiques et dans les résultats que l'on obtient. D'ailleurs, la vision alternative proposée par Nicolas Glade, focalisée sur les phénomènes biologiques rares, faibles, amorphes, caractérisés par peu d'organisation, peu de stabilité, peu d'ordre, est aussi une perspective par laquelle il veut interroger le monde biologique et produire de la science (des modèles, des simulations, des explications, des prédictions) à son sujet.

Une autre façon d'exprimer ce biais dont nous parle Nicolas Glade, mais qui me semble plus éloignée de ce qu'il veut signifier par « subjectivité », est le « point de vue » dont nous parlent les épistémologues féministes. Je fais référence à la théorie du point de vue (Standpoint Theory, cf. Nancy Hartsock, Sandra Harding) et à l'idée de « connaissance située » élaborée par Donna Haraway selon laquelle le sujet connaissant est toujours situé dans des relations particulières par rapport à d'autres connaissances et à d'autres sujets connaissant. Autrement dit, ce qui est connu et la manière dont il est connu reflètent la perspective partielle du sujet connaissant, cette dernière étant due à plusieurs éléments le caractérisant (corps, genre, race, orientation sexuelle, rôle social, etc.). La connaissance est ainsi toujours limitée, locale (par rapport à un certain emplacement culturel, social, politique) et le connaisseur est toujours socialement situé. On voit ainsi que, non seulement des éléments épistémiques entrent en jeu lorsqu'on fait de la science, mais aussi des valeurs non épistémiques ou contextuelles, qui influencent la pratique scientifique et l'élaboration des connaissances. Je ne pense pas que Nicolas Glade compte aller jusque-là dans sa réflexion sur les biais en sciences. Je trouve cependant que la réflexion des philosophes féministes des sciences peut permettre d'aller plus loin dans l'analyse des raisons pour lesquelles certains paradigmes plutôt que d'autres s'imposent à certains moments de l'histoire des sciences et de leurs conséquences sur les pratiques scientifiques, théoriques et expérimentales.

## 2-Le réalisme scientifique

J'aimerais en savoir plus sur le positionnement de Nicolas Glade sur le réalisme (ou pas) des modèles du vivant dans le cadre du paradigme vivant-machine en vigueur.
Malgré leur part de « subjectivité » (comme dirait Nicolas Glade) - autrement dit, malgré
le fait qu'il s'agit de modèles toujours partiels car fruits d'abstractions et de
simplifications par rapport au monde biologique -, s'agit-il de modèles que l'on peut
interpréter de manière réaliste, à savoir comme des descriptions en partie vraies des
systèmes vivants, du moins au sujet de certaines de leurs propriétés ? Ou, au contraire,
Nicolas Glade considère qu'on ne peut pas être réaliste au sujet de ces modèles à cause
de leurs biais et leurs limitations de perspective, et qu'on ne peut donc en avoir qu'une
interprétation instrumentaliste, c'est-à-dire les considérer comme des outils
empiriquement adéquats nous permettant de faire de bonnes prédictions, et rien de plus.
Je rappelle que tout modèle est faux stricto sensu car il ne correspond jamais parfaitement
à la réalité qu'il vise décrire, représenter. D'ailleurs, si c'était le cas, un modèle ne
servirait pas à grand-chose, n'aurait aucun pouvoir, ni prédictif ni explicatif, car il
s'agirait d'un parfait miroir de la réalité. C'est pourquoi le caractère perspectiviste de tout
modèle n'en met pas nécessairement en cause le caractère, du moins en partie, réaliste. La
question du réalisme me renvoie assez naturellement à la suivante qui est celle du
pluralisme scientifique.

3-Le pluralisme scientifique

Nicolas Glade, tout en critiquant le paradigme vivant-machine en vigueur, affirme
que « Changer de paradigme en vigueur (la théorie cellulaire, le vivant-machine) n'est
pas le but. » Il « souhaite davantage considérer un point de vue différent sur la Nature
(...) » (p. 30). Ce que je comprends en lisant ce passage est que Nicolas Glade n'est donc
pas un train d'essayer de renverser le paradigme vivant-machine pour le substituer par un
paradigme alternatif davantage tournée vers les phénomènes rares, faibles, amorphes,
phénomènes qui n'ont pas de réalité dans la biologie contemporaine à son avis, car
considérés comme étant peu stables, peu ordonnés, peu structurés. D'autant plus qu'il
reconnaît à plusieurs reprises les biens faits des modèles en vigueur et les résultats qu'ils
ont permis de produire en termes de compréhension du vivant. Nicolas Glade veut plutôt
proposer une vision additionnelle du vivant, ce qui l'amène à mon sens vers une situation
de pluralisme scientifique caractérisée par une pluralité de modèles différents du vivant,
aucun n'étant meilleur que les autres en tant que description vraie du vivant, tous le
décrivant d'une certaine perspective, en posant certaines questions, en se focalisant sur
certaines de ses propriétés et pas d'autres, etc. Si l'on suit Nicolas Glade (et surtout si je
comprends bien son propos), on se retrouve donc avec une pluralité de modèles du vivant,
tous empiriquement adéquats, chacun fournissant une certaine vérité au sujet de l'un de
ses aspects. D'où ma question : tous ces modèles, et notamment ceux produits au sein du
paradigme vivant-machine et ceux que la vision de Nicolas Glade permet de produire,

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sont-ils compatibles entre eux ou pas ? Car il y a pluralisme et pluralisme dans les sciences : un pluralisme compatible, qu'il soit dépassable ou pas (notamment par l'intégration de modèles ou d'approches différentes, cf. les travaux de Sandra Mitchell), et un pluralisme incompatible et donc indépassable (cf. les travaux de Helen Longino). C'est ce dernier qui pose le plus de problèmes du point de vue philosophique, notamment en posant plusieurs défis au sujet des questions du réalisme des modèles et de l'objectivité de la connaissance produite. J'aimerais discuter davantage avec Nicolas Glade de son positionnement au sujet de cette question du pluralisme, spécifiquement en ce qui concerne les modèles du vivant qui l'intéresse. Je tiens aussi à remarquer que la proposition de Nicolas Glade d'utiliser non pas un seul réseau mais un ensemble de réseaux pour représenter un système biologique (cf. p. 219 et suivantes) témoigne de son adhésion à un certain pluralisme dans les sciences (en biologie, dans son cas).

## 4-Le statut des simulations numériques

Nicolas Glade passe une partie de son temps de recherche à simuler le comportement de certains systèmes vivants, ce qui éveille ma curiosité sur ce qu'est une simulation numérique, ce qu'elle permet de faire, autrement dit son statut et son rôle épistémologiques en science. Lorsque Nicolas Glade présente la simulation de proto-métabolisme (p. 138), il parle d'« expérimentation numérique ». Est-ce le statut qu'il attribue aux simulations, à savoir l'analogue des expériences à la paillasse mais faites avec un ordinateur ? Et si c'est bien le cas, quelles sont les différences entre les expérimentations avec de la matière vivante et celles sur ordinateur ? Jouent-t-elles le même rôle épistémologique dans nos pratiques scientifiques ? Une différence évidente est que les simulations numériques ne sont pas ancrées dans le réel au sens matériel. Elles sont bien sûr faites à partir d'hypothèses et d'ingrédients de départ empiriquement pertinents, mais ce qu'elles nous disent ne correspond pas nécessairement à un phénomène réel au sens d'actualisé. Que sont-elles donc ? Des outils nous permettant de construire des scénarios ou des histoires possibles et empiriquement plausibles ? Et quel est leur rôle ? Celui de nous permettre d'explorer l'espace des possibles ? J'aimerais entendre davantage Nicolas Glade à ce sujet.

## 5-La relation entre mécanisme et holisme et entre mécanisme et hasard

Au tout début de son mémoire d'HDR et à plusieurs reprises par la suite, Nicolas Glade exprime son penchant en faveur d'un certain holisme dans l'étude du vivant et, en même temps, développe une critique raisonnée de l'approche réductionniste et mécaniste dominante dans la biologie contemporaine. Si je comprends bien sa position, le holisme s'opposerait donc au mécanisme, ce qui me semble allez de soi, à première vue, car
l'approche mécaniste consiste à décomposer un système afin d'en identifier les parties, notamment les entités qui le composent et les activités qu'elles performent, étant ainsi souvent qualifiée de réductionniste. Cependant, ce travail de décomposition est en principe suivi par une recomposition des différentes parties et des mécanismes les animant (cf. par exemple les travaux de William Bechtel ou Carl Craver). L'approche mécaniste ne s'oppose donc pas nécessairement à un certain holisme, du moins en principe (car en pratique, je vous l'accorde, la recherche du ou de la biologiste est souvent focalisée sur une sous-partie spécifique d'un système biologique, qu'il ou elle analyse finement, sans forcément prendre en compte le contexte dans lequel ce sous-système s'insère). Ma remarque vise ici à pousser Nicolas Glade à spécifier davantage son holisme, et pourquoi il s'oppose au mécanisme. Je suggère qu'il s'agit d'un holisme de type organiciste, selon lequel les parties ont besoin du tout car ce dernier les détermine (et inversement), ce qui s'oppose nécessairement à une vision mécaniste et réductionniste à la fois en termes épistémologiques et ontologiques (cf. notamment les travaux de mon collègue Matteo Mossio).

En lisant le mémoire de Nicolas Glade, le mécanisme se révèle aussi être incompatible avec le hasard, l'aléatoire, la stochasticité (plusieurs termes souvent utilisés de manière interchangeable dans la littérature biologique, et que l'on pourrait discuter ensemble). Est-ce bien le cas ? Un mécanisme est-il nécessairement déterministe ? Il est vrai que, dans les différentes définitions que plusieurs philosophes de la biologie ont donné du mécanisme, figure l'idée qu'un mécanisme, en vertu des entités et des activités qui le composent, produit de manière régulière un certain état final (e.g., Machamer, Darden, Craver 2000). Cependant, il a aussi été proposé de parler de « mécanisme stochastique » (e.g., Bogen 2005, Andres 2012) afin d'intégrer la stochasticité dans les explications de type mécaniste. A mon avis, il serait intéressant pour Nicolas Glade de se plonger dans cette littérature et de s'y confronter afin de développer davantage l'idée d'une tension entre mécanisme et hasard.

## 6-La notion de finalité intrinsèque

Nicolas Glade introduit la notion de « intrinsically purposive » dans la conclusion de son mémoire d'HDR en citant les travaux de Daniel Nicholson. En quelques mots, c'est l'idée que le vivant, contrairement à une machine, est caractérisé par une finalité propre et un contrôle interne (bien que l'environnement, comme le reconnaît Nicolas Glade, exerce des pressions et donc un contrôle externe sur le vivant). C'est ici que j'aurais aimé voir cité et discuté le travail de Jacques Monod, en particulier les premières pages de son livre "Le hasard et la nécessité" où il est question de « projet téléonomique ».
Indépendamment de cela, ce passage confirme à mes yeux que Nicolas Glade adhère à un holisme organiciste (cf. le point précédent). Une question cependant se pose : la mise en évidence de cette finalité intrinsèque, qui est une forme d'agentivité propre au vivant, est-elle une autre façon de mettre en évidence les limites qui caractérise, selon Nicolas Glade, l'approche mécaniste du vivant et plus généralement les insuffisances des modèles et explications élaborés dans la biologie contemporaine à son sujet ? Et surtout, d'où vient une telle finalité ? Est-elle aussi nécessaire, selon Nicolas Glade, pour rendre compte non seulement du fonctionnement des systèmes biologiques mais aussi de leur évolution ?

Je m'arrête là même si j'ai encore plusieurs interrogations sur plein d'autres points soulevés par Nicolas Glade dans son mémoire d'HDR, par exemple le concept d'analogie et le rôle de l'analogie en science, le type de transdisciplinarité qu'il pratique, la question du rôle du hasard dans les systèmes vivants (fonctionnel ?) et dans nos modèles (explicatif ?), le caractère processuel du monde biologique et l'intérêt épistémologique (ou pas) d'adopter une ontologie des processus en biologie (cf. John Dupré et Daniel Nicholson), etc. Je serai très heureuse de les discuter avec Nicolas Glade, et de vive voix cette fois-ci, très prochainement.

Francesca Merlin

Chargée de recherche - HDR

Institut d'histoire et de philosophie des sciences et des techniques

Centre national de la recherche scientifique (CNRS)

& Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne

https://sites.google.com/site/francescamerlin/home

francesca.merlin@univ-paris1.fr

Tel: +33 (0)6 38865027

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UNIVERSITÉ PARIS 1
PANTHÉON SORBONNE
## 11.2. Réponses aux rapporteurs et examinateurs – Analyse a posteriori

Je tiens à remercier les 3 rapporteurs, Mme Francesca Merlin, M. Patrick Amar et M. Hugues Berry pour les remarques très pertinentes qu'ils ont formulées sur ce manuscrit et durant la soutenance d'Habilitation à Diriger des Recherches. Je remercie également les examinateurs et membres invités, Franck Delaplace, Victor Norris, Fabien Crauste, Pascal Ballet, Maël Montevil et Angélique Stéphanou pour les discussions que nous avons eues avant, pendant et après la soutenance.

J'ai inclus quelques modifications dans le texte d'origine (sans en changer la nature) pour tenir compte de ces remarques, en particulier dans l'introduction et la conclusion. La plupart des réponses que j'apporte n'ont cependant pas été incluses dans le texte. Dans les deux cas, j'y réponds dans cette section dont je fais un chapitre à part entière. Cela permettra au lecteur de savoir ce qui a été ajusté.

Je vais commencer par répondre aux remarques (faites dans le rapport d'Hugues Berry, mais aussi durant la soutenance) sur la taille du document et sa concision. S'il est vrai que je n'ai pas fait un cadeau aux rapporteurs, le document étant effectivement très long, j'ai aussi et surtout initialement écrit ce document comme un document de travail, un bilan destiné à moi-même, à mes futurs étudiants, à mes collaborateurs, comme je l'indique dans l'introduction. La partie des recherches actuelles sur les réseaux Booléens s'étend effectivement sur une cinquantaine de pages, même plus si l'on considère la section 9. A mon sens, une HDR peut être vue de 2 façons différentes au moins : soit on la considère comme un bilan validant la capacité à diriger des recherches (ce que je ne me suis pas limité à faire étant donné mon objectif initial), soit on la considère comme une thèse incluant des travaux en cours et des perspectives (ce qui ressemble davantage à ce que j'ai produit). Dans ce contexte et parce que les perspectives de travail que j'ai présentées sont assez larges, il m'a semblé nécessaire d'être assez exhaustif et peu avare en détails sur la description des réseaux et de ce que nous en faisons, même si ces travaux n'ont été encore que peu publiés. De plus, pour que les propositions que j'y fait, les réflexions que je développe, soient compréhensibles, il était nécessaire d'expliquer ce sur quoi elles reposent. Il me semble que les réflexions que je développe vers la fin du manuscrit (dans les chapitres 9, 10 et le présent chapitre 11), réflexions qui selon moi donnent son intérêt à ce manuscrit, sont complexes, très complexes. Ne pas en expliquer les fondations et la façon dont moi je les appréhende, eut été à mon sens une erreur : l'ensemble du manuscrit aurait dans ce cas été incompréhensible, sauf par 3 ou 4 initiés.

Concernant les expériences de paillasse proposées pour mettre en évidence des interactions faibles entre acides aminés et triplets de nucléotides, elles sont effectivement simples. C'est une remarque qui a été faite dans le rapport d'Hugues Berry et qui a été soulignée durant la soutenance. Nous en avons débattu, en particulier avec Victor Norris et Patrick Amar. Mon point de vue en particulier est que d'abord ces expériences peuvent suffire et sont très sensibles, en particulier les expériences en ITC. Ensuite, elles ne font pas intervenir de molécules ou surfaces adjointes qui pourraient perturber
une interaction faible. Elles sont de plus simples à mettre en œuvre, ce qui, pour s'attaquer à une séries de mesures, est un avantage. Enfin, elles sont peu coûteuses et ne requièrent que peu de matériel, matériel plutôt accessible. Cela est, surtout dans le contexte de la recherche actuel, un point à ne pas ignorer je pense, en particulier dans le cas de recherches qui n'ont pas plus que cela le vent en poupe. Par ailleurs, commencer avec de telles expériences dont le principe est simple ne signifie pas que ces recherches ne puissent pas se poursuivre, si les premiers résultats s'avéraient prometteurs, avec des expériences dont le principe serait plus complexe. Maintenant, fallait-il décrire ces expériences, leur fonctionnement ? Je pense que oui. J'ai bien pensé en les décrivant que tout cela pourrait s'avérer source d'ennui pour le biologiste ou le physicien averti. Le manuscrit est cependant clairement transdisciplinaire mais cette culture (interdisciplinaire) n'est absolument pas le fait de tous. Parmi ceux qui seront amenés à lire ce document, il y aura des biologistes, des physiciens, mais aussi des personnes au profil plus théorique, venant des mathématiques appliquées ou de l'informatique. Je pense que pour ces personnes là, étudiants compris, cette partie n'est pas de trop.

Les rapporteurs ont tous retenu, à juste titre d'ailleurs, qu'une des originalités de notre travail (à mes étudiants, mes collaborateurs et moi) est « de ne pas se focaliser sur un réseau unique pour modéliser un phénomène biologique étudié, mais une population de réseaux exhibant les propriétés structurales et dynamiques du phénomène modélisé ». Oui, cela fait clairement partie des propositions intéressantes que nous faisons ; nous sommes d'ailleurs très peu à aller dans ce sens et je suis heureux que nous ayons très tôt proposé cette vision des choses et que celle-ci commence à être considérée. Il reste donc beaucoup à faire à ce sujet.

Bien que les rapporteurs soulignent les autres développements de mon travail, et je les en remercie, je voudrais quand même apporter deux précisions. D'abord l'essentiel de mon activité n'est à mon sens pas de la modélisation mais de l'expérimentation numérique. Comme je développerai ce point plus loin, je ne vais pas m'étendre là dessus, mais ce qu'il faut retenir c'est que l'objectif est davantage le développement de réflexions et la mise à jour de concepts sur le vivant que la représentation même des objets biologiques. Ensuite et surtout, je pense que mon travail, mon intérêt, mes objectifs, ce que nous souhaitons faire avec des réseaux va plus loin, bien plus loin que la simple représentation des systèmes biologiques « en termes de populations ou d'ensembles de réseaux ». Pour ma part, mon regard se tourne principalement sur ce qui trait à l'évolution, aux notions associées (complexité, évolutivité, robustesse, viabilité), aux implications de ce travail sur l'émergence du vivant et sur sa nature que je vois comme un long héritage, que je vois aussi comme reposant probablement sur de très nombreux processus que j'ai qualifiés de rares, faibles et amorphes. Il est aussi tourné vers les questions connexes qui touchent autant la biologie théorique que l'informatique théorique comme ce que je commence à développer sur les réseaux pluripotents et le contrôle (NB : partie qui a été davantage développée par rapport au document d'origine).

Je vais maintenant entrer dans les nombreuses réponses à faire sur la partie philosophique de ce
travail, réponses que je fais autant aux rapports (principalement celui de Francesca Merlin) qu'aux questions et discussions que j'ai eues avant, pendant et après la soutenance (avec en particulier Franck Delaplace, Maël Montevil, Victor Norris, Patrick Amar, Angélique Stéphanou et Pascal Ballet).

Parmi les points les plus discutés, il y en premier lieu la question de ce que j'ai qualifié de subjectivité en sciences, des biais auxquels sont soumises les sciences. Ensuite, il y a celle du rôle des modèles (des représentations abstraites en général) ou plus précisément de leur nature ontologique, et de l'importance que je leur confère. Enfin, il y a la définition du mécanisme et de la machine qui demande à être précisée, en particulier les relations entre mécanisme et holisme/organisme, entre mécanisme et hasard, mais aussi la notion de finalité. Je vais me servir de ces 3 axes pour développer mes réponses à des questions plus précises qui m'ont été posées.

Commençons par la « subjectivité ». Le terme que j'ai employé pour désigner une des sources importantes de biais en sciences, la *subjectivité*, est effectivement un terme fort (opposé à l'objectivité et se référant principalement à la préférence personnelle d'un individu) et ce n'est pas forcément toujours le plus adapté (NB : on remarquera cependant que J. Monod [Monod, 1970] lui même emploie ce terme). F. Merlin propose plutôt de se référer à la notion de *perspective*. Je remercie infiniment Francesca Merlin pour le long développement à ce sujet, développement qui m'a amené à y réfléchir davantage et à préciser ma pensée. Voici mes réponses, celle d'un chercheur et non d'un philosophe : En tant qu'individu qui pratique la science dans un domaine frontière à la fois théorique et expérimental, à la fois biologique et mathématique, à la fois mécaniste et holiste, formé à l'intersection de perspectives, de points de vue, de courants de pensées scientifiques, mais aussi philosophiques, sociologiques, puis je conserver une approche objective ? Dans quelle mesure la part subjective (préférences personnelles dont j'ai du mal à m'abstraire) que j'injecte, que chacun injecte dans les sciences, joue-t-elle un rôle, influence-t-elle leur développement ? Dans un domaine frontière, peu consensuel encore, je pense que la part subjective (personnelle) est influente et c'est l'effort déontologique que consent à faire chaque individu qui permet de limiter cette influence. J'ai cependant rencontré au cours de ma carrière plusieurs chercheurs qui, devant la singularité de comportements biologiques les laissant perplexes, ont trop laissé exprimer leur sentiment, ont fait des choix scientifiques très personnels pour les expliquer et, contre tout (et tous), les ont maintenus, à tort souvent. C'est en partie ce sentiment de méfiance, y compris de mes propres idées, que j'ai mis en avant. Je suis cependant rassuré par le fait que la recherche n'est fort heureusement pas un processus individuel, que les recherches isolées, si elles ne rejoignent pas rapidement le consensus, l'acceptation des idées par les pairs, sont vite éliminées et oubliées et en ce sens ne constituent qu'un danger d'origine individuelle limité.

Mais F. Merlin a raison bien sûr, il est aussi question derrière cela de la question de la neutralité en sciences donc de la question du point de vue, celui d'un individu situé (scientifiquement, philosophiquement, technologiquement, sociologiquement situé) et celui, plus général, d'un ensemble de scientifiques, point de vue qui prendra la forme d'une perspective. Le point de vue de
nulle part n'existe pas ou est inatteignable : la réalité même de la nature est un objet au mieux inaccessible. Réaliser ceci, à mon sens, permet de relativiser ne serait-ce que l'importance de toute réflexion, représentation, interprétation que l'on puisse avoir sur cette même nature, et même sur l'importance relative accordée aux modèles face à l'observation (je reviendrai sur ce point plus loin). Mais sans aller jusque là, en restant scientifiquement pragmatique, chercher à atteindre ce que peut être le point de vue de nulle part (celui qui est neutre, qui ne dépend d'aucun facteur extrinsèque, humain en particulier) est un des objectifs vers lequel tendre. En est-on capable quand on pratique la biologie théorique et qu'on infère des concepts à partir de nos expériences personnelles ou d'un ensemble d'expériences personnelles d'un groupe de chercheurs qui sont 1) humains, 2) formés de manière finalement assez semblable, 3) s'intéressant à ces domaines particuliers des sciences touchant à la nature de la matière vivante ? Je ne sais pas. J'en doute. Et c'est bien ce que j'ai aussi voulu signifier plusieurs fois dans ce document derrière le terme « subjectivité ».

Je pense donc en effet que pour chacun et même pour des groupes entiers de chercheurs, la connaissance, surtout dans les domaines frontière, est située dans des référentiels particuliers, des chapelles, des disciplines. Cependant ... cependant je pense que justement, embrasser la transdisciplinarité, c'est aussi épouser une forme de refus de rester situé ! Refuser de devenir trop spécialiste, c'est refuser d'adopter trop fortement un point de vue particulier, c'est accepter de considérer les autres avec tout autant d'importance. C'est aussi une lutte interne permanente pour se maintenir sur ce point d'équilibre instable. On en prend l'habitude mais même après de nombreuses années et au-delà de la simple question de l'identité dans un système de recherche (ce qui est en soit un vrai problème, pratique celui-là), je trouve cela mentalement difficile.

Maintenant, je pense aussi qu'adopter un point de vue non neutre, en tant que chercheur, est quand même important. Que nous cherchions à interpréter ce que nous voyons ou a imaginer le monde tel qu'il est réellement, nous adoptons une démarche créative : nous proposons des représentations du monde, nous appuyons dessus pour asseoir nos réflexions, et bien entendu cherchons à les tester (expérimentalement et numériquement, via des modèles). Permettre le point de vue (situé), c'est autoriser une créativité dont nous avons besoin pour faire ces propositions, pour suggérer le monde. Les connaissances produites contiennent le point de vue humain et le temps, le consensus qui s'établit peu à peu, vise à éliminer cette influence. Je pense donc que la circulation des idées et connaissances dans le monde scientifique a besoin de fluidité pour que le consensus s'établisse, mais pas trop pour que le point de vue (individuel ou de groupes) puisse s'exprimer.

Le grands courants de pensée, les cadres conceptuels dans lesquels nous travaillons, selon lesquels nous réfléchissons, faisons et projetons nos observations du monde vivant, constituent des perspectives que nous décidons de suivre. L'adoption de telle ou telle perspective est pragmatique ; elle doit l'être, sinon il s'agit d'un choix non objectif. Je ne mets pas en opposition scientifique les perspectives « vivant machine » et « vivant non-machine » ou encore « vision mécaniste » et « le vivant rare, faible et amorphe », je serais bien en peine de le faire, n'ayant aucune idée de la nature réelle de la matière vivante ; je les mets en opposition pragmatique. Autrement dit, je ne propose pas un meilleur modèle de ce que peut être la vie. Je propose « juste » un cadre alternatif selon lequel
réfléchir et développer de nouveaux outils.

Concernant la nature des modèles, leur importance et le rôle que je leur attribue, effectivement, je pense que mon positionnement doit être précisé.

Avant tout, je distingue (et je ne suis pas seul, certains de mes collègues font aussi cette distinction plutôt subtile) la *modélisation* de l'expérimentation numérique. La distinction ne relève pas particulièrement de la technique, bien que je pense que la modélisation s'appuie davantage sur des fondements mathématiques (équations différentielles, ...) tandis que l'expérimentation numérique repose davantage sur l'utilisation d'objets provenant du monde de l'informatique (réseaux formels, automates, P-Systems et autres systèmes de réécriture, etc). Je pense que la distinction que nous introduisons ainsi tient davantage à la finalité que nous leur associons. La finalité d'un modèle est de tester des hypothèses formulées sur la base d'observations, de vérifier que les mécanismes que l'on propose pour expliquer ce qui est observé sont bien compris, de valider des connaissances. De là, ils peuvent servir éventuellement de prédicteurs de comportements non encore observés. Par exemple, si un modèle de métabolisme prévoit l'existence d'attracteurs (comportements asymptotiques) ou de transitions particulières entre attracteurs qui n'ont pas encore été observés ou dont l'observation est incertaine, un tel modèle permettra de suggérer des expériences biologiques à faire, les conditions à réunir pour obtenir les comportement souhaité étant connues grâce au modèle, et de trancher quant au(x) mécanisme(s) sous-jacent(s) [Jacquet, 2023]. L'expérimentation numérique, elle, est moins fondée sur la donnée mais davantage sur l'inférence de mondes, de comportements, de mécanismes, inférence fondée, elle-même, sur une large expérience des processus connus, y compris dans des domaines non biologiques. L'étude des mondes inférés et simulés génère en nous des idées, nous fait imaginer des concepts que l'on cherche ensuite à tester sur la matière vivante elle-même, sur les systèmes vivant, ou sur leurs modèles, ce que défend bien D. G. Feitelson dans son article *Experimental Computer Science: The Need for a Cultural Change* [Feitelson, 2006]. C'est une approche bien connue de ceux qui œuvrent en vie artificielle. J. -P Rennard [Rennard, 2002] va même jusqu'à parler de *binologistes*, des biologistes du monde binaire, dont l'activité consiste à étudier les mondes simulés, découvrir des formes de vie artificielle, des processus, au milieu de tout ce qui émerge dans ces environnements virtuels.

En l'état actuel, je ne crois pas que les deux (simulations fondées sur des modèles et expériences numériques) jouent « le même rôle épistémologique dans nos pratiques scientifiques », car on fait davantage confiance à la démarche scientifique classique qui de l'observation et de la mesure propose des hypothèses au regard des représentations établies et teste celles-ci (que ce soit par modélisation comme par expérimentation). Je suis cependant convaincu que la démarche scientifique est une construction et que cette construction ne peut reposer intégralement sur ce que l'on déduit directement de l'observation immédiate. Elle doit aussi laisser une place importante à ce que l'on peut inférer, suggérer, à partir d'un paysage bien plus large de savoirs, donc à une certaine créativité d'origine humaine.

Quant à la question qui m'est posée de me positionner sur le rôle épistémologique de la simulation numérique (en général) vis-à-vis de l'observation directe, là encore, j'estime que son rôle est sous
évalué. Je pense qu'il est illusoire de croire que parce que l'expérimentation manipule la matière plus directement, ce que l'on pourra en tirer sera beaucoup plus ancré dans le réel (et personnellement, je serais même assez facilement tenté de retirer le « beaucoup » de ma phrase). Seuls les fait ont de la valeur ... mais, qu'est ce qu'un fait ? Est ce que ce que je peux mesurer et interpréter, que je décide de mesurer et interpréter avec ce que la science me permet de mesurer et interpréter dans une perspective donnée a plus de valeur que ce que je peux construire de façon complètement artificielle (en ne se fondant que sur des objets abstraits, mathématiques, informatiques, sur mon vécu scientifique notamment, etc) ? Les deux alimentent en réalité efficacement mon esprit. J'ai beaucoup réfléchi à cette question (et lu dessus aussi) dont la réponse semble évidemment donner l'avantage à l'expérimentation pour comprendre le monde, pour y accéder. Je crois qu'en réalité ce n'est pas le cas. Tout ce que nos sens saisissent et que notre mémoire enregistre est forcément interprété dans le cadre de modèles (de représentations mentales) qui ont été peu à peu construits et éventuellement bien éprouvés par le consensus scientifique. Ce que nous observons n'a du sens que dans ce cadre. F. Merlin « rappelle que tout modèle est faux stricto sensu car il ne correspond jamais à la réalité qu'il vise à décrire, représenter » ; certes mais à mon sens ce n'est guère mieux en ce qui concerne l'observation (expérimentale) et surtout l'interprétation que l'on en fait, car l'ensemble repose sur notre perception qui elle-même repose sur notre expérience, sur les représentations mentales que nous avons des choses et que nous catégorisons comme connaissances admises. En ce sens, l'approche théorique n'est de plus pas moins entachée des biais liés à l'interprétation, à la dépendance vis-à-vis des modèles sous-jacents, que l'observation. Tout enseignement qui sortira d'un modèle, d'une expérimentation numérique se heurtera tôt ou tard au cadre conceptuel, aux représentations établies, à la critique des pairs. La réalité perçue, comprise, n'est pas un fait, elle est le résultat d'une interprétation.

Dès lors, pour moi, qu'elle soit issue de l'expérience de paillasse ou suggérée par l'expérimentation numérique ou la démarche de modélisation-simulation, toute connaissance a en réalité *exactement* le même statut scientifique ; elle n'acquiert sa validité, sa vraie valeur explicative, qu'après passage au crible du temps, de la publication et l'évaluation par les pairs, qu'après l'épreuve du consensus.

Finalement, la partie difficile : la définition du mécanisme et de la machine, les relations entre mécanisme et holisme/organicisme, entre mécanisme et hasard, et la question du projet, de la finalité dans le vivant. Difficile parce qu'elle demande, je crois, un avis plus personnel que les autres.

Comme je l'ai écrit dans le manuscrit, quand j'écris « machine », je désigne un concept général, mécaniste. Je ne distingue pas la machine faite de métal, de bois, de plastique ou de silicium du programme informatique, ni même des objets théoriques comme les réseaux, des systèmes de réécriture, des automates cellulaires, etc, qui se pensent de la même manière que ces machines faites de matière. En revanche, j'apporte une distinction particulière à la question de la « machine stochastique » pour les besoins de la réflexion. Dans ces machines, la notion de stochasticité est un ajout à ce qu'est la machine déterministe et nécessite un contre-processus assurant sa robustesse, celle-ci jouant le rôle de test *a posteriori* garantissant son fonctionnement. Dans ce cas, la
stochasticité est une fonctionnalité ajoutée à la machine (NB : je me rends bien compte qu'il y a une sorte de paradoxe à dire que la stochasticité est fonctionnelle) qui lui donne accès à un paysage de fonctionnalités plus large, en particulier une capacité exploratoire plus grande. Mais je crois qu'il faut bien prendre soin de la décrire comme cela : une base de machine + une source de stochasticité + une source de robustesse.

Selon Monod « *La notion de téléonomie*<fnref n="62" /> implique l'idée d'une activité orientée, cohérente et constructive » et il ajoute « *Les protéines doivent être considérées comme des agents moléculaires essentiels des performances téléonomiques des êtres vivants* » [Monod, 1970] . Je reviendrai plus loin à la discussion sur la notion de téléonomie pour rester concentré ici sur les agents du vivant et la vision mécaniste de Monod. Oui, bien sûr, les protéines sont indéniablement (avec d'autres « agents » comme les ARN-enzymes par exemple) les effecteurs qui provoquent cette activité si particulière du vivant. Monod présente néanmoins tout cela, la spécificité, le contrôle, comme mécanistes, programmatiques, cybernétiques, et responsables du fonctionnement téléonomique. Il associe explicitement le vivant à la machine : « *telle une machine* », « *le vivant est une machine* », il parle de « *puissance cybernétique* », il parle d'un système qu'on n'a pas complètement « *démonté* », de « *machine chimique* », etc. Et si ces agents étaient moins spécifiques que la vision de l'effecteur mécaniste qu'on leur colle ? Ils n'en restent pas moins effecteurs téléonomiques. Les IDP (intrinsécally disordered proteins [voir sections 8.3.6.1 c et d, 9.4, 9.6.2]) ... en sont une manifestation. Il n'y a pas besoin de la vision très mécaniste, cybernétique de Monod pour valider le principe téléonomique. En réalité, on peut s'affranchir de ce point de vue et même aller plus loin, ce que je fais, en disant que les interactions faibles, que le fonctionnement amorphe, peu spécifique, dynamique, comptent et peut-être même beaucoup plus qu'on ne l'imagine dans le fonctionnement (téléonomique) de la cellule. Je dirais même que cela procure probablement une meilleure performance téléonomique au vivant, meilleure que sa version spécifique, mécaniste, programmatique. La vision mécaniste confère davantage une caractéristique de projet à ces objets (on voit où ces systèmes se dirigent, on les comprend mieux individuellement en les décortiquant, on visualise leur « objectif ») mais n'augmente pas nécessairement la performance de ce pour quoi l'évolution les a retenu.

Quand je présente le mécanisme comme incompatible avec le hasard, quand j'oppose le vivant à la machine et que je le considère selon une nature faite de rare, de faible et d'amorphe, c'est-à-dire naturellement stochastique, désorganisé, déstructuré, etc, je dis là que sa nature fondamentale diffère de celle de la machine, même stochastique, dont les composants sont déterminés pour un nombre limité d'interactions. Ce que je propose comme cadre alternatif (et non de remplacement) de réflexion, entre autres, c'est d'abord de trouver un moyen de nous libérer de notre dépendance à des outils théoriques (mathématiques et informatiques) qui par leur nature même de machine constituent certainement une limite aux représentations que nous pouvons faire du vivant. C'est aussi d'essayer d'adopter une vision dans laquelle la base du vivant n'est pas une machine, mais justement un système dans lequel chaque constituant et chacune des interactions qu'ils peuvent avoir entre eux

<footnote n="62">62 En bref : la téléonomie se réfère à un « projet » sans cause finale (autrement dit, non pensé par une entité extérieure préalablement). Il s'agit bien entendu d'une illusion de projet. Cela sera plus largement développé plus loin dans le texte.</footnote>
sont de façon inhérente porteurs de hasard, sont changeants, un système dans lequel le hasard et le désordre sont loi et dans lequel, l'apport de l'évolution a été celui de processus de contrôle, d'ordre, guidant un fonctionnement biochimique fondamental. Derrière la machine, il y a la notion d'ingénierie et la notion de contrôle. Pour la vie, c'est l'évolution elle-même qui contient une partie du contrôle puisque c'est elle qui, avec le temps dont elle dispose, autorise la plus ou moins grande malléabilité des éléments cellulaires, leur rareté (par l'intermédiaire de la mise en place de systèmes de contrôle génétique et métaboliques notamment, et de leur ajustement fin incluant les variations fines de la structure des éléments participant à la régulation).

Et finalement c'est poser la question de ce que nous percevons comme effectif, de ce que le système fini par intégrer comme interactions utiles (que nous percevons et jugeons utiles), produisant effectivement des chaînes de causalité qui font que la cellule vit, une réflexion proche de celle proposée par M. Conrad dans le cadre du calcul naturel lorsqu'il présente chaque élément de la vie comme processeur d'information, certains éléments étant des processeurs « efficient » et d'autres « non efficient », tous co-existent ensemble dans un système vivant. Conrad introduit donc lui aussi la distinction entre ce qui est effectivement processeur (machine) et ce qui ne l'est pas (ce qui n'est pas effecteur). C'est pratique et fonctionnel. Ce que j'essaie de considérer (mentalement au moins) ressemble davantage à un continuum où toute interaction, tout mouvement, tout mécanisme, du plus bas niveau (physico-chimique) au plus haut (protéique, biosystémique...) fait partie d'un ensemble contigu dans lequel tous ces niveaux jouent un rôle.

Pour répondre à la question sur « mon holisme »<fnref n="63" /> et à savoir si je « m'oppose au mécanisme », non, je pense pas m'opposer au mécanisme ni même à l'approche bottom-up car je les inclus dans les approches scientifiques nécessaires. Je le répète, je suis quelqu'un qui a appris à ne pas se positionner (trop fortement) sur la méthode scientifique ou sur la nature des choses. Cela ne m'empêche pas de le faire pour amorcer une réflexion dans un cadre conceptuel donné. Je reproche suffisamment un déséquilibre trop important en biologie (au moins) dans ce sens pour adopter moi-même une telle attitude. Je sais cependant qu'il est nécessaire que les chercheurs en biologie (notamment) adoptent plus fortement un certain positionnement qu'un théoricien en biologie.

Non, je vois cette usage de l'approche bottom-up et du point de vue mécaniciste, comme un moyen pratique de travailler en sciences, pour représenter les éléments et processus du vivant, un moyen qui nous parle, qui se rapproche de l'outil contrôlable. C'est utile, efficace, mais je n'en fait pas une vérité. Pas plus que son alternative. Cette proposition de point de vue holiste, non-mécaniciste, en tant que chercheur, je la choisis comme une voie de recherche et rien d'autre. En tant que personne cependant je trouve à la fois fascinant et inquiétant que le vivant puisse aussi bien et fréquemment s'expliquer par une approche mécaniste (un peu comme Max Tegmark<fnref n="64" /> trouve fascinant le fait que les mathématiques parviennent à aussi bien expliquer la nature). En tant qu'informaticien, je trouve évidemment très pratique et formidable la possibilité d'un vivant aussi programmable qu'un ordinateur, dès lors que l'on dispose de son code. Mais comme von Neumann, et bien que mon

<footnote n="63">63 Anecdote amusante : après ma soutenance d'HDR, mes collègues de TIMC m'ont offert un superbe t-shirt sur lequel est écrit face arrière « Le Rare, Le Faible et l'Amorphe » et face avant « I'm Physicist, Holist, Organicist ! I'm p53 »</footnote>

<footnote n="64">64 Max Tegmark, Notre univers mathématique – En quête de la nature ultime du réel, Dunod, 2014</footnote>
esprit soit biaisé par cette habitude de pensée mécaniste, cette « facilité » qui nous est offerte de
penser le vivant, j'entrevois (avec difficulté) l'alternative non-mécaniste. Comme l'objet qu'elle vise
à décrire, ma pensée même à ce sujet reste protéiforme. C'est donc notamment pour cette raison
qu'adopter une attitude franche à ce propos aide à réfléchir : je décide de penser selon le point de
vue holiste, selon le point de vue non-mécaniste ... et je décide d'écrire un manuscrit dans cette
optique ; je ne me donne ainsi pas d'autre choix que de tout penser ainsi, que de donner du sens aux
choses (réseaux, métabolisme, fonctionnement cellulaire, cancer, évolution, etc) selon ce point de
vue et ... les choses prennent sens et des interrogations naissent (Comment faire pour mettre cela en
évidence dans le vivant ? Comment modéliser selon ce principe ? Comment transposer des notions
existantes (évolution, robustesse, complexité, etc) selon ce point de vue ? etc). Si on prend un peu de
recul par rapport à ces points de vue particulier, de façon plus générale, je pense qu'en sciences,
adopter des points de vue, travailler selon des prismes particuliers, est aussi une bonne manière de
faire de la recherche, d'étudier les systèmes naturels ou artificiels. La pratique de la
transdisciplinarité habitue à cette démarche.

Et maintenant la question que je redoute car je n'y ai pas assez réfléchi encore, celle à laquelle il va
falloir dans les années à venir que j'accorde plus d'importance : celle de la finalité, celle d'un
« projet » du vivant, celle du curseur entre projet téléonomique ou téléologique.

J'ai bien lu il y a quelques années Monod mais (curieusement oui) je ne l'ai pas cité dans ce
document d'abord parce que ces quelques lignes que j'ai écrites à ce propos (sur ce qui est relatif au
hasard et à la nécessité, sur la finalité) ne sont arrivées que vers la fin de la rédaction et puis, j'ai un
peu honte de l'avouer, je ne sais pas ce que j'ai fait de mon exemplaire de ce livre ; j'ai du le prêter
comme d'autres bouquins que je n'ai jamais revus. Avant d'écrire cette réponse, j'ai pris le temps de
le racheter et de le relire. Je réalise à quel point je n'en n'avais perçu que la surface tant cela m'a
donné à réfléchir. Je réalise surtout à quel point il est à mon sens impossible de le saisir pleinement
sans disposer d'un long, solide et complexe bagage en sciences, en pratique de la biologie, de la
chimie, de la physique, de l'étude du monde naturel. Je pense cependant qu'il n'est finalement pas
plus mal de ne pas l'avoir relu avant d'avoir rédigé mon HDR. Quoi qu'il en soit, voila ce que je peux
en dire...

Monod introduit la notion de téléonomie (de τέλος [télos], la finalité et vόμος [nomos], la loi, ce qui désigne une finalité se déroulant selon une loi ... de la nature) pour s'opposer fermement à la notion de téléologie (de τέλος [télos], la finalité et de λόγος [logos], le raisonnement, ce qui indique une finalité issue d'un raisonnement). Un système téléologique dépend d'une cause finale, d'un projet se déroulant selon une intentionnalité, sous-entendu extérieure au système. Le fonctionnement téléonomique présente l'apparence d'un projet mais, ne découlant d'aucune intentionnalité (extérieure), il n'en a que l'apparence ; un système au fonctionnement téléonomique donne l'illusion d'un projet mais tout dans ses éléments, dans la complexité de son émergence, dans la complexité de sa mise en œuvre, dans la perfection de ses ajustements, des mécanismes à l'œuvre, laisse penser qu'il y a projet.

Monod cherche à montrer que tout objet biologique, tout fonctionnement biologique, si complexe
soit-il, peut être compris dans le cadre d'un fonctionnement téléonomique (et ne requiert aucunement une cause finale). Il écrit par exemple « *Toutes les structures, toutes les performances, toutes les activités qui contribuent au succès du projet essentiel seront donc dites téléonomiques* ». Il définit le « *projet essentiel* » comme suit : « *Toutes les adaptations fonctionnelles des êtres vivants comme aussi tous les artefacts façonnés par eux, accomplissent des projets particuliers qu'il est possible de considérer comme des aspects ou des fragments d'un projet primitif unique, qui est la conservation et la multiplication de l'espèce* ».

Pour commencer, je n'aime pas vraiment le terme « téléonomique », en tout cas l'usage trop rapide qu'on pourrait en faire. S'il présente l'avantage indéniable de distinguer un fonctionnement naturel non lié à une cause finale<fnref n="65" /> différant de celui de la téléologie aux consonances théologiques, religieuses, voyant la réalisation de la vie comme dérivant d'une cause finale, d'un projet non illusoire, bien « réel », extérieur à la vie, à la Nature même, est quelque chose que l'on peut envisager il me semble. Ce terme (téléonomie, fonctionnement téléonomique) aplanit un peu trop à mon goût toute la nuance que l'on peut apporter à la notion de « projet », de « finalité », d'« anticipation », etc, notions dont je discuterai mon point de vue par la suite, de même que j'expliciterai ce en quoi, pour moi, le terme « téléonomique » aplanit ces notions. J'acte donc la téléonomie et même le principe téléonomique universel car je ne souhaite pas placer mon discours sur le plan d'une cause finale, d'un dessein prévu de longue date pour la vie, l'univers et le reste. Il reste aussi qu'il me paraît un peu rapide d'inclure toutes nos réalisations émergeant de la combinaison de nos intellects dans un vaste projet téléonomique comme le fait Monod, sans aller plus loin dans la réflexion. De plus, l'admettre comme un fonctionnement téléonomique destiné à faire survivre notre espèce (ou une quelconque espèce) est un positionnement également trop rapide à mes yeux (ce que défend un peu facilement Monod). Argument tout aussi rapide : on le saurait si nos réalisations technologiques visaient à contribuer à notre survie !

Pour ces raisons, je vais m'éloigner de ces termes manquant à mon goût de nuance et me servir davantage de termes comme l'intentionnalité intrinsèque ou extrinsèque, affiner la notion de projet et glisser vers celle d'anticipation.

Pour développer cela et pour rester dans ce que j'ai développé dans ce document, je vais m'essayer à une réflexion : l'évolution, la génération des êtres vivants, de leurs lignées, peuvent-elles contenir une part d'intentionnalité (donc quelque chose vu comme une forme de téléologie si on ne prend pas garde comme je vais le faire de bien définir ce qu'est l'intentionnalité, le projet, etc) ? Cette forme là fait appel à l'auto-référence et à une intentionnalité intrinsèque (donc le *intrinsically purposive*), ce qui, si on le traduit sous la forme téléonomique vs téléologique serait une sorte de fonctionnement auto-téléologique : la cause finale, l'intentionnalité, le projet, existent mais viennent de l'intérieur du système qui met en œuvre le fonctionnement, même si ce système est capable (et a besoin) de percevoir l'extérieur pour tester son adaptation / s'adapter (je maintiens ici l'ambiguïté avec à gauche la non-intentionnalité et à droite l'intentionnalité). En comparaison, la machine n'a pas de

<footnote n="65">65 d'ailleurs est-ce que la « cause finale » a du sens en dehors du *dessein théologique* ? Je ne crois pas. Par contre, la notion de « projet » à courte ou moyenne échéance (en tout cas pas selon des échéances cosmiques / géologiques) est possible ; j'y reviendrai...</footnote>
« projet ». Elle, ses manifestations en fonction des conditions qu'elle rencontre, sont l'extension de notre « projet ». Elle est externally purposive.

Le système en question, c'est la vie dans son ensemble et le processus d'évolution associé inclus. La question revient finalement à demander si ce système *vie+processus évolutif* est capable d'infléchir de lui-même son évolution pour la diriger vers une trajectoire plutôt qu'une autre ... en connaissance de cause ! Est-ce qu'il est capable d'anticiper le choix de la trajectoire « la plus adaptée à sa survie » sans percevoir pour autant ce que sera son avenir à long terme ?

Je pense effectivement, comme le dit F. Merlin, que de penser au développement et à l'évolution autonome des formes de vies, à leur agentivité propre, c'est-à-dire à l'idée que les formes de vie, bien qu'elles soient liées à la pression de l'environnement (une forme de contrôle extérieur) et aux interactions qu'elles établissent avec celui-ci, disposent d'une finalité propre (intrinsèque), permet d'introduire une distinction forte entre la machine et le vivant et surtout permet de réfléchir aux limites de notre approche expérimentale et explicative de la vie principalement fondée sur des modèles mécanistes. Quand je pense l'évolution comme des ensembles de trajectoires dans un espace de réseaux, quand je réfléchis aux processus observés comme la combinaison, la concomitance de multiples processus, je vise à m'affranchir de l'apposition stricte d'un mécanisme particulier et défini sur l'observable. Je pense qu'en réalité je discute bien de cela dans les chapitres 8 et surtout 9 quand j'aborde les questions d'atteignabilité et d'évolutivité. Existe t-il un processus maintenant les systèmes évolutifs, contrôlant leur évolutivité, voire dirigeant leur évolution selon une trajectoire auto-supervisée ? Dans tous les cas, on pourrait parler de projet intrinsèque, de « programme » à visée évolutive. Je reste bien entendu là avec le curseur du côté téléonomique (finalité sans intentionnalité extrinsèque). La matière vivante suit une trajectoire dans le paysage morphogénétique qu'elle modifie elle-même. Son action sur son devenir peut rester comprise dans le cadre téléonomique (comme le pense Monod), le Darwinisme (le test extérieur) validant ou non les solutions successives donc, vu globalement, les trajectoires dans l'espace des solutions, ce que je développe dans le triptyque évolutivité, robustesse, viabilité. Cependant, lorsqu'on se met à parler d'atteignabilité, on émet l'idée d'un but « à atteindre ». Ça, ça peut tout à fait rester un concept utile pour notre compréhension *a posteriori* (la vie a effectivement suivi une trajectoire d'un point A à un point B, donc elle a atteint B) ou *a priori* (la modélisation prévoit les trajectoires viables à partir d'un point A connu, donc l'atteignabilité potentielle d'un point B). La question est de savoir si cela ou même une partie de cette notion d'atteignabilité (qui contient donc un projet, un objectif à atteindre) est envisageable d'un point de vue intrinsèque dans le vivant.

Je pense que cette question est intimement liée à celle du libre arbitre. Un des articles les plus intéressants qui m'ait été donné de lire à ce sujet est celui qui s'intitule « *A Turing test for free will* » écrit par Seth Lloyd [Lloyd, 2013]. Celui-ci ne se contente pas de passer en revue les arguments préalables qui ont été avancés en faveur du libre arbitre, de la question du déterminisme de l'univers (« *Is the universe deterministic or probabilistic ?* »), en particulier ceux fondés sur l'indétermination quantique ; il en explique les limites et finit par apporter une définition assez fine du libre arbitre et surtout il questionne son existence de manière assez intéressante puisqu'on revient sur le problème de l'illusion, ici l'illusion du libre arbitre (« *Why we feel free* »). Le libre arbitre est lié à la capacité
libre de décider, libre au sens où il n'est pas possible de prévoir à l'avance ce qu'un décideur prendra comme décision. Il propose que pour savoir si il y a libre arbitre ou au moins illusion de libre arbitre, on peut chercher à savoir s'il est plus difficile / plus long de déterminer une décision qu'un décideur prendra que de simplement suivre le processus qui amènera à la décision elle-même : « That is, familiar experience of the decider – that she does not know the final decision until she has thought it all through – is a necessary feature of the decision-making process. The inability of the decider to predict her decision beforehand holds whether the decision-making process is deterministic or not. ». Autrement dit, est-ce qu'il est possible de calculer la décision à l'avance dans la majorité des cas ? En se fondant sur la théorie de la calculabilité et la décidabilité, il prouve que ce n'est pas possible. Il prouve même que certaines décisions ne sont pas décidables ... en un temps plus court que le processus de décision : « The uncomputability of the decision making process doesn't mean that all decisions are unpredictable, but some must always be. Moreover there is no way to determine beforehand just what decisions are predictable and which are not ». Cela montre possiblement l'existence du libre arbitre ou à défaut, son illusion. Dans ce contexte, il était aussi évident que cela mènerait Lloyd à établir un lien avec l'auto-référence et le processus de raisonnement / calcul : « [...] the capacity for self-reference and recursive thought prevents deciders from knowing what their decision will be beforehand [...] ». De ce libre arbitre, il en a même une vision un peu désespérante : « It seems that we are no more than biological machines and that free will is just an illusion ». Ce qu'il désigne par illusion, c'est l'idée que le temps et l'énergie nécessaires pour prédire la décision sont trop importants pour que l'on puisse envisager sa prédiction ... mais qu'il reste envisageable que cela puisse être prédit quand même. Cependant, même l'illusion du libre arbitre est suffisante : Si un système qui décide n'a pas accès à la décision au préalable, il n'est pas possible de savoir si ses décisions sont déterministes ou pas et conserve ainsi l'illusion du libre arbitre. On conserve alors l'illusion de projet pour tout système doté de libre arbitre. Une vision mécaniste, s'oppose au libre arbitre. Ce qui est fixé par la machine, ce qui est prévu, n'a pas de libre arbitre. Lloyd cite S. Johnson : « All theory is against the freedom of will ; all experience for it. ». Au delà de la discussion sur ce que nous ressentons comme vrai, je retiens effectivement que nos théories, par leur nature analytique, mécaniste, déduisent le déterminisme du monde ! ... et rejettent ainsi le libre arbitre. C'est à mon sens ce fonctionnement mécaniste du vivant, d'apparence fortement déterministe que Monod qualifie de téléonomique, ce fonctionnement mécaniste qui commence avec les lois physico-chimiques et qui se fixe de plus en plus à mesure que le vivant se perfectionne, un fonctionnement mécaniste qui ne laisse pas sa place au libre arbitre. Et pourtant, Lloyd montre comment même des machines (des ordinateurs, des i-phones) peuvent aussi afficher une forme de libre arbitre, d'imprédicatibilité de leurs opérations, par leur capacité d'auto-référence et de raisonnement récursif. De telles machines possèdent la capacité d'auto-référence dans le sens où elles sont capables d'allouer de leurs propres ressources (mémoire, threads) de façon automatique pour leurs propres opérations de contrôle et de cohérence, ainsi que pour des programmes externes. Ces machines sont ainsi dotées de décision et sont capables d'une forme de libre arbitre. La suite des opérations (allocations, threads sélectionnés, priorités successives des programmes exécutés, etc) que les ordinateurs opèrent ne sont pas prévisibles mais sont au moins partiellement anticipées. On
notera, pour la suite du raisonnement que je vais mener, que leur capacité d'anticipation résulte d'un apprentissage (soit automatique dans certaines situations, soit intégré par un ingénieur).

Sous réserve que le libre arbitre existe [Lloyd, 2023 ; Conway, 2006 & 2009⁶⁶], nous, humains (mais également la vie animale), sommes la preuve que le projet avec intentionnalité peut naître du vivant : nous pouvons influencer notre propre évolution dans un but précis, eugénique, thérapeutique, plus tard peut-être comme une nécessité pour aller vivre par delà l'atmosphère terrestre, qui sait, nous pouvons décider de politiques natalistes, de politiques de santé publique, nous pouvons influencer à tord ou au besoin notre climat dont nous connaissons au moins partiellement l'impact en retour sur notre santé, sur le devenir dans notre espèce, tout cela par notre « intelligence ». Nous sommes capables de superviser notre trajectoire pour aller d'un point A à un point B ; nous pouvons moduler le paysage morphogénétique et environnemental selon et dans lequel nous évoluons, pour rendre atteignables certaines solutions. Je n'ai pas dit que cela marchait bien ni que c'était une bonne chose, je dis juste que nous en sommes capables. C'est donc possible dans le vivant. Trop facile comme explication ? Non, je ne crois pas : nous ne sommes que de la matière vivante, des cellules agencées d'une certaines manière qui ont permis au fil du temps de créer culture et sociétés et nous amener à décider au moins partiellement de notre devenir. La possibilité de projet avec intentionnalité a émergé de l'évolution finalement. Et à plus petite échelle alors ? L'organisme non conscient ? L'organe ? Le tissu ? La cellule ? Nous avons trop vite tendance à rejeter l'idée pour les systèmes simples, cellulaires, subcellulaires, et au contraire à l'accepter pour les systèmes les plus susceptibles d'être intentionnels (d'après notre expérience, notre conception du monde) : l'homme, les grands singes, les cétacés ... à cause de l'intellect. Réfléchissons un peu à ce qu'est un projet et sa version moins anthropo-centrée, l'anticipation supervisée.

Un projet, c'est la projection dans un espace et un temps éloignés, d'une « intention » d'atteindre un but. Étant donné des entrées (un ensemble de perceptions du monde), un système _ayant appris_ à intégrer ces entrées et à prendre des décisions successives concernant ses futurs comportements, sa trajectoire, sera vu comme réalisant un projet. Pour qu'un projet soit supervisé, il faut que le système puisse anticiper ce qu'une action provoque et qu'il ait une vision des possibles. Il faut qu'il ait appris ce que provoquent ses actions.

Le terme intention utilisé précédemment est associé à la notion de projet au sens humain du terme. Considérons un système très basique adoptant une succession de comportements atypiques. Plus ces comportements seront atypiques, non prévisibles, plus ils paraîtront planifiés (la construction d'un objet complexe comme un ordinateur, l'établissement d'une stratégie de chasse tenant compte de nombreux facteurs, l'établissement de conditions nécessaires à une meilleure survie future), plus on aura tendance à parler d'intentionnalité ou de projet. C'est justement ce que Monod désigne comme téléonomique. Il est possible de considérer une version moins humanisée : un système pourrait, étant donné une perception, adopter un ensemble de décisions complexes faisant se diriger le système vers un point éloigné de son état initial. Encore une fois, on aura tendance à y voir là un projet.

Avoir un projet c'est donc avoir la notion du temps et de l'espace et apprendre à les dompter. L'apprentissage est l'illusion qui nous laisse penser que nous sommes capables de projeter nos

<footnote n="66">66 Voir aussi à ce sujet : https://en.wikipedia.org/wiki/Free_will_theorem</footnote>
décisions. En réalité, comme le montre Lloyd, un décideur ne peut pas prévoir préalablement ce que
seront ses décisions sauf à procéder au processus de décision lui-même. Un apprentissage passé
permet à un système de procéder à un raisonnement supervisé / un ensemble de décisions qui
l'amèneront à une trajectoire particulière.

L'apprentissage est un processus qui permet de lier de façon causale un ensemble d'états perçus à des états futurs. Pour qu'un système soit capable d'agencer des éléments internes, il faut qu'il puisse mettre en relation des entrées et des sorties connues à un moment préalable à l'usage de ce qui a été appris. L'apprentissage du système est soumis (ou le système le soumet volontairement) à un test externe vérifiant son efficacité (ou bien est soumis à l'approbation par d'autres systèmes semblables ayant déjà appris). Sur cette base et sous réserve qu'ils perçoivent les variations spatiales ou temporelles de leur environnement, les systèmes peuvent prendre des décisions pour infléchir leur trajectoire, des décisions qui n'étaient pas toutes prévisibles facilement. L'apprentissage est une forme de mémoire. C'est une mémoire de ce qui a été traversé par le système en termes de conditions. L'historicité est contenue dans cet apprentissage ; plus elle est développée (plus le système est capable de mémoriser ce qu'il a traversé), plus on peut s'attendre pour un système donné, à des décisions élaborées en termes de complexité de décision ou de profondeur d'anticipation (ce qui sépare la perception du changement et l'effectivité des actions engagées). Plus l'action est complexe et anticipée, plus on s'attend à ce qu'il s'agisse d'un projet intrinsèque, d'une intentionnalité intrinsèque. Parler d'intentionnalité, même sous la dénomination « intrinsically *purposive* » comme le fait Nicholson [Nicholson, 2013 & 2019] est une notion humaine. Mais je viens de montrer que même notre intentionnalité est une forme d'illusion et qu'elle résulte en tout cas d'un apprentissage et du libre arbitre (ou de son illusion), c'est à dire de son imprédictibilité. Je trouve que ce n'est pas incompatible avec les systèmes naturels, même aux petites échelles.

Donc, est ce que de façon générale les systèmes naturels sont capables d'anticipation, de choix
supervisés ? Je pense que l'on peut sans hésiter dire oui.

Est-ce que la vie et le processus évolutif en sont capables ? Est ce que l'évolution peut-être anticipée et non complètement due au hasard ? Est-ce que des systèmes vivants qui perçoivent leur environnement, ses variations spatiales et temporelles, sont capables dans une certaines mesure d'appliquer des processus qu'ils ont appris au cours de leurs trajectoires passées, pour changer leur évolution, la contrôler partiellement ? Je pense que oui aussi.

Comment mettre en évidence un tel processus d'évolution auto-référente, contrôlée partiellement par
le système lui-même ? La performance évolutive, la vitesse évolutive comparée à une évolution
purement darwiniste, est peut-être un élément de réponse à chercher dans l'évolution observée des
êtres vivants. Mais cette approche me paraît malheureusement assez difficile.

Une autre piste est celle que suggère la simulation. Et c'est justement cette voie (de facilité) que j'ai
choisi. C'est aussi celle qu'ont exploré A. Crombach et P. Hogeweg dans leur article « Evolution of
evolvability in gene regulatory networks » [Crombach, 2008]. Dans leurs travaux, ces auteurs font
evoluer des réseaux jusqu'à ce que leur comportement soit compatible avec celui qu'exige un
environnement imposé (fitness) ...ou un autre. Ils provoquent des permutations entre conditions et
montrent que les réseaux Booléens (modélisant des gènes et leurs interactions) apprennent ces deux
conditions et peuvent anticiper les évolutions futures. V. Norris également lorsqu'il propose un système doué d'apprentissage pour expliquer la cohérence compétitive à laquelle sont soumises les cellules vivantes [Norris, 1998, 2012 & 2021]. La cohérence compétitive est présentée comme un mécanisme visant à assurer les transitions entre changements d'états cellulaire. Les cellules lors de ces changements doivent *a priori* fonctionner dans des conditions paradoxales dans lesquelles un ensemble de changements est requis (changements de composition intracellulaire, de concentrations, etc) pour faire fonctionner un état futur, tout en permettant l'état présent de continuer à fonctionner (donc avec le moins de changements possibles). On notera au passage que son modèle sous-jacent est un modèle de réseau de neurones liant les états présents (*now*) et les états futurs (*next*). Dans les deux cas, cela s'apparente aux réseaux pluripotents dont je parle chapitre 9 et à l'apprentissage d'un contrôle cohérent (proche de la cohérence compétitive de V. Norris). L'historicité des trajectoires évolutives finit par être stockée dans des réseaux de contrôle, de telle manière que l'évolution future des systèmes vivants ne relève plus du hasard pur. Je pense donc que les travaux de recherche que je dirige peuvent amener des éléments de réponse au mieux, des suggestions en tout cas, sur la façon dont le vivant évolue, s'adapte et anticipe.

Pour conclure, je dirais donc que le vivant est doué de projection, d'anticipation auto-supervisée, bien que son fonctionnement soit sujet à des prédéterminations à cause de conditions initiales récurrentes, forcées par les lois de la physique ou de la chimie, forcées par les contraintes qu'imposent les structures biologiques et organisations supra-moléculaires et au-delà.
## 12. BIBLIOGRAPHIE

### Index des types bibliographiques.

<table><tr><td>Périodiques et actes de conférence</td><td>314 – 332</td></tr><tr><td>Livres</td><td>332 – 335</td></tr><tr><td>Thèses et Masters</td><td>335 – 336</td></tr><tr><td>Posters</td><td>336</td></tr><tr><td>Articles de presse</td><td>336 – 337</td></tr><tr><td>Communications</td><td>337</td></tr><tr><td>Vidéos</td><td>337</td></tr><tr><td>Références Web</td><td>337 – 338</td></tr><tr><td>Logiciels</td><td>338</td></tr></table>

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