La biologie en général souffre parfois d'une faiblesse que semblent ne pas avoir les disciplines plus abstraites, comme la physique ou les maths, voire la chimie, dans laquelle les régularités observées permettent d'établir des lois. Dans la table de Mendeleiev qui décrit tous les atomes de l'univers et qui fait le bonheur des étudiants en chimie, on trouve une grosse centaine de représentants. La biologie, c'est des millions d'espèces (10, 100?) aux fonctionnements différents. Pire, chacune ne peut être comprise que si l'on connait l'environnement et les autres espèces en interaction avec elle. Chaque espèce a des dynamiques propres. Chaque individu de chaque espèce est le résultat de processus divers qui se déroulent à des échelles différentes, de l'électron à l'organisme, en passant par la molécule, la cellule, l'organe. Et là encore, ces échelles différentes sont en interaction.

Chaque espèce possède son génome propre, avec son organisation particulière, ses gènes particuliers, et d'autres partagées avec d'autres.

 

Bigre ! Ce qu'on peut retenir de ce tableau, c'est que le vivant semble parfois être une somme de cas particuliers qui sont un défi à la définition de grands principes généralisables. Et pourtant, la science, l'organisation rationnelle des connaissances, c'est beaucoup cela : trouver des grandes règles. Donc, quand on en trouve en biologie, c'est bingo !

 

Il y en a bien sûr. Parmi d'autres, le fait que tout organisme sur terre soit soumis aux dynamiques de sélection naturelle décrites par Darwin et affinées par tous ses successeurs. Le fait (lié d'ailleurs au précédent) que les grandes catégories de biomolécules soient les mêmes dans tout le vivant : ADN, protéines, lipides et autres. Le fait que le code génétique soit (quasiment) le même dans tout le vivant. Plus elles sont fortes et universelles, ces règles, plus elles donnent de la vigueur à la discipline qui les décrit. Pensons par exemple à la génétique, qui repose universellement sur des règles de croisement simples entre individus, à l'écologie des populations qui décrit des relations entre proies et prédateurs valables ou adaptables quelles que soient les unes et les autres. Mais paradoxalement, revers de la médaille de ces quelques grand sinvariants : à chacun correspond une discipline et ses spécialistes, et partant, un paysage atomisé de la connaissance en biologie....

 

C'est pourquoi, quand on met à jour un nouvel invariant, cela mérite de s'arrêter quelques instant pour en mesurer l'importance.

C'est le cas des travaux d'Anastassia Makarieva et de ses collaborateurs, publiés récemment dans PNAS. Ils se sont posés les questions suivantes : Quelle énergie les êtres vivants dépensent-ils par unité de masse ? Est-elle constante ? Ces questions, certains d'entre vous les trouveront peut-être naïves, d'autres se demanderont pourquoi elles n'ont pas été posées avant, voire déjà résolues. D'autres enfin les trouveront inutiles et abstraites. A ces derniers, je donne rendez-vous dans l'épilogue...

 

Comme souvent, la question est au moins aussi importante que la réponse. La réponse, vous en aurez une d'ici la fin du billet, promis. Mais la question vaut qu'on s'y arrête, et les chercheurs la décrivent longuement dans leur introduction. Se demander si l'énergie dépensée par unité de masse par chaque être vivant est constante, c'est se heurter à des difficultés méthodologiques énormes : quelle énergie mesure-t-on : celle d'un animal en croissance ou au repos ? A quelle température ? On peut certes définir une énergie de routine, ou une énergie minimum pour survivre, ce qui est différent... mais et après : C'est quoi l'énergie de routine d'un léopard, d'un sapin, d'une levure ? Ca se compare ou pas ? Une méduse au repos, ça bouge ou pas ? Et si ca bouge, ça dépense de l'énergie pour cela ou pas ?

 

On voit déjà la complexité du propos... Reste alors, une fois qu'on a choisi une approche répondant à ces préalables, à collationner les données.. Et là, retour des pépins : les données disponibles sont, on le comprend facilement, dispersées. Ceux qui publient sur l'énergie dépensée par les végétaux ne le font pas dans les mêmes journaux, avec les mêmes unités de mesure et les mêmes codes que ceux qui s'intéressent aux bactéries ou au pangolin. Revoilà une conséquence du savoir atomisé que j'évoquais plus haut.

 

C'est donc à un patient travail de recensement, de compilation et de normalisation des données disponibles que se sont attelés ces chercheurs. Et au final ils peuvent légitimement être fiers de présenter leurs résultats qui balayent 3006 espèces, de la bactérie aux mollusques, en passant par les mammifères et les végétaux.

Se pose alors pratiquement un problème de présentation de ces résultats : l'article fait 6 pages bien tassées, mais le travail de titan est dans ce qui est pudiquement appelé «supplementary information» en toute fin de papier. C'est de plus en plus courant dans ce genre de papier : si le message est dans l'article lui-même, les données permettant d'y aboutir sont, elles, épargnées au lecteur, mais disponible sur le site de la revue en "bonus", pour le spécialiste ou le psychopathe (l'un n'excluant pas l'autre) qui veut vraiment les lire en entier. Ici, il y a 11 annexes disponibles, plusieurs dizaines de pages chacune, plusieurs centaines de références chacunes... On imagine le temps passé à chacun des calculs. Il a fallu ensuite présenter les résultats de manière synthétique, par grand groupes d'êtres vivants par exemple. On apprend ainsi au passage que le poids moyen d'un mammifère sur Terre est de 200g, et celui d'un mollusque gélatineux de 0,2 g. Vous voilà paré pour briller dans un dîner en ville, ne me remerciez pas.

 

Tout ca pour quoi ? Eh bien comme promis, le jeu en valait la chandelle. Car si les organismes inclus dans l'étude étudiés varient entre, à ma gauche, la toute pitite pitite bactérie Franciscella tularensis (10-16g) et à ma droite l'éléphant, Elephas maximus, 4 tonnes, c'est-à-dire que ce dernier est placidement 400 milliards de milliards (!) de fois plus gros que la première, leur énergie dépensée en routine, par unité de masse, pour les 3006 espèces étudiées varie « seulement » 0,3 à 9 Watt/Kg. « Seulement », en effet et ce n'est pas un clause de style : à peine d'un facteur 30, c'est donc presque une constante au vu de la variation de masse hallucinante évoquée dans la phrase précédente.

 

Une constante. Nous y voilà ! Une de celles qu'on n'attendait pas, et qui, annexe après annexe, puis compilation de compilation, nous éclate ici, pour la première fois, au visage. Une très belle surprise : le vivant, ça dépense donc, grosso modo 5 watt/Kg !

C'est vrai pour le haricot, la libellule et la hyène. Presque pas d'effet d'échelle. Voilà ce que nous disent les chercheurs.

 

Est-ce un optimum ? L'évolution favorise-t-elle les organismes qui se placent dans cette mince gamme de valeur ? Les perdants de l'évolution des espèces sont-ils ceux qui se hasardent hors de ces sentiers battus ? En quoi consommer moins que cette valeur serait-il pénalisant ?

Autre salve de questions : Quelles sont les autres invariants qui peuvent permettre de comprendre cette constante ? Quels paramètres biochimiques ? Cette « constante » est elle la cause de certaines contraintes globales, et/ou une conséquence ?

Modestes et mais conscients de leur avancées, les chercheurs se contentent de soulever, explicitement ou non, ces questions dans leur conclusion. Nul doute qu'ils viennent, par leur approche, d'ouvrir un chapitre passionnant et inédit de la compréhension du vivant.

 

Epilogue : A ces questions, j'en ajoute une. Une conséquence de cette étude c'est qu'on devrait pouvoir donc facilement calculer une estimation, grossière mais instructive, en watt (énergie/unité de temps) de ce qui est dépensé par toute la biomasse mondiale et la comparer aux ressources disponibles... ca pourrait être assez intéressant en ces temps de prise salutaires de conscience écologique...Vous voyez que des questions abstraites, et des réponses simples peuvent vite se révéler utiles ... Oui mais, mais, mais : quelle est la biomasse mondiale totale (tous êtres vivants confondus ) ? Si vous avez ça sous la main, je suis preneur...

 

Source :

Anastassia M. Makarieva, Victor G. Gorshkov, Bai-Lian Li, Steven L. Chown, Peter B. Reich, and Valery M. Gavrilov; Mean mass-specific metabolic rates are strikingly similar across life's major domains: Evidence for life's metabolic optimum PNAS 2008 105:16994-16999;

 

 

Photo : Würsa (à 18 000 km de la terre), sculpture de Daniel Firman ( photo récupérée ici)

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