Colloque

Formation de motifs dans un modèle numérique 2D de théorie du jeu avec diffusion spatiale : un pont vers les réactions chimiques non-linéaires chez les molécules prébiotiques

Sascha Zakaib-Bernier

Paul Charbonneau

Alexandre Champagne-Ruel

Membre a labase

Sascha Zakaib-Bernier : Université de Montréal

Résumé de la communication

Le dilemme du prisonnier est un modèle de la théorie des jeux, une branche des mathématiques appliquées, qui représente les relations de coopération entre les joueurs. Ces derniers peuvent adopter différentes stratégies afin de maximiser leur pointage au jeu. Lorsqu'il est implémenté sur un réseau 2D et que les parties sont itérées, l'évolution temporelle des stratégies créée des motifs spatiaux évoquant différents systèmes biologiques. En variant le taux d'erreur des joueurs, soit la probabilité qu'ils suivent leur stratégie le long d'une partie, une diversité des motifs survient.

Un autre paramètre qui génère des motifs dans le modèle est le taux de diffusion. En effet, chaque joueur a une probabilité d'échanger de place avec un voisin sur le réseau. Cette forme de diffusion fait apparaître des motifs de spirales en équilibre dynamique apparentés à ceux de la réaction chimique Belousov-Zhabotinsky. Ce type de réaction fait partie de la chimie oscillatoire autocatalytique et est donc un candidat pour la recherche de la genèse des molécules prébiotiques.

Dans le contexte d'origine de la vie, l'utilisation de ce modèle numérique a l'avantage de représenter des réactions oscillatoires, sans spécifier les réactifs et les produits qui sont des inconnus du problème. Ainsi, il peut être possible d'en déduire des principes universels qui régissent la coopération entre les molécules prébiotiques plutôt que des exemples spécifiques.

Résumé du colloque

Le problème de l’origine de la vie est l’une des thématiques scientifiques contemporaines ayant fait couler le plus d’encre dans les dernières décennies. De nombreuses hypothèses ont été avancées au fil du temps pour rendre compte de cette transition du non-vivant au vivant, reflétant un intérêt qui transcende les disciplines. Or malgré la quantité de travaux publiés sur le sujet, aucun cadre explicatif n’a encore réussi à cerner de manière exhaustive les mécanismes par lesquels le passage du non-vivant au vivant a pu s’effectuer — tant de manière historique sur Terre, que de manière générale et hypothétique sur d’autres mondes.

Bon nombre de questions restent pour le moment sans réponse, notamment celles d’une définition en bonne et due forme du vivant, des conditions requises ou favorisant son émergence, du processus par lequel le vivant émerge du non-vivant, et des caractéristiques du vivant détectables à l’aide des instruments développés en astrophysique. Apporter des éléments de réponse à ces questionnements nécessite assurément un effort multidisciplinaire, où les contributions des diverses branches de la physique, de la chimie, de la biologie et de la philosophie sont essentielles.

Fondamentalement interdisciplinaires, les investigations portant sur les conditions et mécanismes ayant mené au vivant sur Terre sont ainsi également liées à la recherche d’autres formes de vie ailleurs dans l’Univers. En ce sens, les tentatives d’explication de passage du non-vivant au vivant, tout comme les efforts déployés quant à la détection de biosignatures sur des exoplanètes recoupent de multiples disciplines scientifiques. Le problème de l’origine du vivant constitue en ce sens l’occasion idéale de faire intervenir un dialogue entre les approches plus observationnelles — notamment en astrophysique et en biologie théorique, telles que celles en biologie synthétique, en microbiologie ou en biochimie.

Les avancées scientifiques dans le domaine d’instruments de détection astrophysiques tels que le télescope spatial James Webb, dont l’un des objectifs scientifiques principaux est la caractérisation d’atmosphères exoplanétaires, nous rapprochent inexorablement de l’éventualité d’une première détection de vie à l’extérieur de notre système solaire, ce qui est par ailleurs l’un des objectifs scientifiques principaux de cette mission d’observation. Or ces efforts de détection ne peuvent être découplés des théories du vivant et de son émergence sur Terre : autrement dit, la détection de forme de vie passe nécessairement par la formulation d’une théorie en bonne et due forme du vivant et de son émergence. Proposer un dialogue, dans le cadre du congrès de l’Acfas, entre les multiples angles d’attaque à cette question nous semble être l’une des manières d’en arriver à trouver des points de rapprochement entre les multiples hypothèses énoncées quant à l’origine de la vie.