Neuf scientifiques et philosophes américains relevant de la Carnegie Institution for Science, viennent de faire paraître un article dans les Proceedings of the National Academy of Sciences (16 octobre 2023).
Ils y proposent une « loi de l’augmentation de l’information fonctionnelle », selon laquelle tous les « systèmes naturels complexes » – qu’il s’agisse de la vie sur Terre ou des atomes, des minéraux, des planètes et des étoiles – évoluent vers des états « plus structurés, plus diversifiés et plus complexes ».
Il s’agit d’une extension à l’échelle de l’univers de la théorie de l’évolution de Charles Darwin. Celle-ci suggère que toutes les espèces vivantes sont en perpétuelle transformation et subissent au fil des générations des modifications morphologiques comme génétiques. Ce concept a été présenté par Charles Darwin dans son ouvrage L’origine des espèces publié le 24 novembre 1859.
Mais les auteurs vont plus loin en reconnaissant comme fonctions vitales la « stabilité » (capacité à perdurer) et la « nouveauté » (nouvelles configurations).
Pour illustrer le concept de « nouveauté », l’article évoque à la fois des cas qui concernent le vivant, à l’instar de la photosynthèse, de la vie multicellulaire (quand les cellules ont « appris » à coopérer jusqu’à ne former plus qu’un organisme) et des comportements animaux. Mais aussi des exemples au sein du règne minéral . Ainsi, les minéraux de la Terre, qui étaient au nombre d’une vingtaine au début du système solaire, sont aujourd’hui près de 6 000.
Concernant la cosmologie c’est à partir de seulement deux éléments primaires, majeurs – l’hydrogène et l’hélium – que se sont constituées, peu après le big bang, les premières étoiles, au sein desquelles se sont ensuite formés une vingtaine d’éléments chimiques plus lourds, avant que la génération suivante d’étoiles ne s’appuie sur cette diversité initiale pour produire près d’une centaine d’autres éléments.
« Charles Darwin a décrit avec éloquence la façon dont les plantes et les animaux évoluent par sélection naturelle, avec de nombreuses variations et caractéristiques des individus et de nombreuses configurations différentes. Nous soutenons que la théorie darwinienne n’est qu’un cas très particulier et très important au sein d’un phénomène naturel beaucoup plus vaste », résume dans un communiqué le Pr Robert M. Hazen, de Carnegie, qui a supervisé les travaux.
Et son collègue Michael L. Wong, astrobiologiste à Carnegie et premier auteur de l’étude, de compléter : « l’univers génère de nouvelles combinaisons d’atomes, de molécules, de cellules, etc. Les combinaisons qui sont stables et qui peuvent engendrer encore plus de nouveauté continueront à évoluer. »
« C’est ce qui fait de la vie l’exemple le plus frappant de l’évolution, mais l’évolution est partout. »
Cette nouvelle « loi de la nature » qui décrit une complexité croissante n’est pas sans en rappeler une autre : le deuxième principe de la thermodynamique. Celui-ci stipule en effet que « l’entropie » (autrement dit, le désordre) d’un système isolé augmente avec le temps – raison pour laquelle la chaleur circule toujours des objets les plus chauds vers les objets les plus froids.
Pour notre part, nous pourrions naïvement nous demander pourquoi la Carnegie Institution fait appel à tant de scientifiques pour justifier le principe de l’évolution créatrice qui constitue le fondement de toutes les sciences. Sans lui, il faut faire appel à Dieu.
Référence
BIOPHYSICS AND COMPUTATIONAL BIOLOGY
- On the roles of function and selection in evolving systems
https://doi.org/10.1073/pnas.2310223120
Michael L. Wong https://orcid.org/0000-0001-8212-3036, Carol E. Cleland https://orcid.org/0000-0002-8703-7580, Daniel Arend Jr., +5, and Robert M. Hazen https://orcid.org/0000-0003-4163-8644 rhazen@carnegiescience.eduAuthors Info & Affiliations
October 16, 2023
120 (43) e2310223120
https://doi.org/10.1073/pnas.2310223120
- Significance
The universe is replete with complex evolving systems, but the existing macroscopic physical laws do not seem to adequately describe these systems. Recognizing that the identification of conceptual equivalencies among disparate phenomena were foundational to developing previous laws of nature, we approach a potential “missing law” by looking for equivalencies among evolving systems. We suggest that all evolving systems—including but not limited to life—are composed of diverse components that can combine into configurational states that are then selected for or against based on function. We then identify the fundamental sources of selection—static persistence, dynamic persistence, and novelty generation—and propose a time-asymmetric law that states that the functional information of a system will increase over time when subjected to selection for function(s).
Abstract
Physical laws—such as the laws of motion, gravity, electromagnetism, and thermodynamics—codify the general behavior of varied macroscopic natural systems across space and time. We propose that an additional, hitherto-unarticulated law is required to characterize familiar macroscopic phenomena of our complex, evolving universe. An important feature of the classical laws of physics is the conceptual equivalence of specific characteristics shared by an extensive, seemingly diverse body of natural phenomena. Identifying potential equivalencies among disparate phenomena—for example, falling apples and orbiting moons or hot objects and compressed springs—has been instrumental in advancing the scientific understanding of our world through the articulation of laws of nature. A pervasive wonder of the natural world is the evolution of varied systems, including stars, minerals, atmospheres, and life. These evolving systems appear to be conceptually equivalent in that they display three notable attributes: 1) They form from numerous components that have the potential to adopt combinatorially vast numbers of different configurations; 2) processes exist that generate numerous different configurations; and 3) configurations are preferentially selected based on function. We identify universal concepts of selection—static persistence, dynamic persistence, and novelty generation—that underpin function and drive systems to evolve through the exchange of information between the environment and the system. Accordingly, we propose a “law of increasing functional information”: The functional information of a system will increase (i.e., the system will evolve) if many different configurations of the system undergo selection for one or more functions.
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