ENTROPIE ET BIOLOGIE

« Très claire!p.ent, les organismes vivants sont des systèmes ouverts : leur métabolisme est un proces­ sus constant d'échanges et de réactions avec le milieu extérieur, dont l'absorption de nourriture et le rejet de déchets sont les éléments les plus évi­ dents.

Or, la thermodynamique classique s'est essentiellement préoccupée de l'étude des systèmes isolés ou fermés, et il y a là une limitation dont nous aurons à examiner les conséquences, et que nous devrons dépasser.

Mais au-delà de cette caractéristique fonction­ nelle simple, un organisme « biologique » possède des propriétés très particulières, qui le distinguent nettement des systèmes purement « physiques •· Anatomie, physiologie, biologie, microbiologie et maintenant « biologie moléculaire », les explo­ rations de plus en plus approfondies du phénomène vie indiquent qu'un trait essentiel de la matière vivante est son extraordinaire complexité tant sur le plan structurel que sur le plan fonctionnel.

Sur le plan structurel, cette complexité ne réside pas dans le nombre des constituants atomiques, ni dans leur nature, mais dans leur agencement, dans leur organisation.

Les molécules organiques, les acides nucléiques, constituent déjà des structures moléculaires extrêmement complexes, mais elles sont en outre organisées à des niveaux hiérarchi­ ques successiques (composants cellulaires, cellules, organes différentiés, etc ...

) qui ne sont pas de sim­ ples juxtapositions des éléments du niveau infé­ rieur, mais de véritables systèmes où chaque com­ posant est en relation avec les autres.

Sur le plan fonctionnel, précisément, ces relations obéissent elles-mêmes à des mécanismes extrêmement nombreux, subtils et complexes, dont le but est de préserver la stabilité, l'existence même de l'organisme : le métabolisme met en jeu des mil­ liers de réactions chimiques interdépendantes ; il en est de même au niveau des interactions entre cellu­ les, entre organes (mécanismes hormonaux, par exemple).

Or, si l'on raisonne en termes de thermo­ dynamique statistique, cette complexité organisée se traduit par un niveau d'entropie très bas -ou si l'on veut, de néguentropie très élevée.

L'organisme vivant constitue ainsi une sorte de « poche de néguentropie » au milieu d'un univers d'entropie croissante.

Et nous devons remarquer que cette poche de néguentropie non seulement reste stable (du moins tant que l'organisme est vivant), mais, bien plus, peut croître : un organisme adulte est de toute évidence bien plus complexe que la cellule initiale (ovule fécondé) dont il est issu.

Le deuxième principe de la thermodynamique est-il donc faux, ou n'est-il applicable qu'à la matière inanimée ? Ou bien une étude approfondie peut-elle faire disparaître le paradoxe? SCHRODINGER : PHYSIQUE QUANTIQUE ET BIOLOGIE Une première approche du problème a été proposée, en 1944, parE.

SCHRODINGER, l'un des plus célèbres physiciens fondateurs de la méca­ nique quantique, dans son livre « What is !ife ? » («Qu'est-ce que la vie?»).

Pour Schrodinger,le deuxième principe n'a pas à être remis en cause.

Il s'applique aussi bien aux êtres vivants qu'au reste de l'univers.

Schrodinger observe en effet non seulement le système ouvert que constitue l'organisme vivant, mais le plus vaste système composé de ce dernier et de son environne­ ment « immédiat •, c'est-à-dire celui avec lequel il est en contact et avec lequel il a par conséquent des échanges (matériels et énergétiques).

Si ce système plus vaste est « isolé », alors son entropie totale croît, même si celle d'une de ses parties décroît.

Il est d'ailleurs parfaitement conforme au deuxième principe que l'entropie d'un système ouvert puisse décroître, si certaines conditions d'échange sont remplies.

Schrôdinger .

.Palais de la Découverte. »