Lee Cronin: Donner vie à la matière

Ce que je tâcherai de faire dans les 15 minutes à venir c'est de vous parler d'un concept pour donner vie à la matière. Bon, ceci peut sembler un peu ambitieux, mais quand vous vous regardez, quand vous regardez vos mains, vous vous rendez compte du fait que vous êtes vivants. Alors, ceci est le début. Donc, cette quête a commencé sur la Terre il y a quatre milliards d'années. Il y a eu quatre milliards d'années de vie organique et biologique. En tant que chimiste inorganique, mes amis et mes collèges font la distinction entre le monde organique et vivant et le monde inorganique et mort. Et ce que je tâcherai de faire, c'est de semer quelques idées sur la façon dont on peut transformer la matière inorganique et morte en matière vivante, en biologie inorganique.

Alors, avant de faire ça, je veux remettre la biologie dans son contexte. Et je suis complétement passionné par la biologie. J'adore faire la biologie synthéthique. J'aime les choses qui sont vivantes. J'aime manipuler l'infrastructure de la biologie. Mais au sein de cette infrastructure, il faut se souvenir que la force motrice de la biologie vient vraiment de l'évolution. Et l'évolution, bien que ce soit établi il y a bien plus que 100 ans par Charles Darwin et un grand nombre d'autres, l'évolution reste un peu insaisissable. Et quand je parle de l'évolution darwinienne, je n'entends qu'une seule chose, et c'est la survie du plus fort. Et donc oublions la façon métaphysique de parler de l'évolution. Pensons à l'évolution en termes d'une compétition de la progéniture dans laquelle, il y a quelques gagnants.

Alors en gardant cela en tête, en tant que chimiste, je voulais me poser la question, une question frustrée par la biologie : Quelle est l'unité minimale de matière que peut subir l'évolution darwinienne? Et ceci semble une question assez fondamentale. Et, pour les chimistes, ce n'est pas tous les jours qu'on se charge d'une question pareille. Et en réfléchissant, je me suis soudainement rendu compte du fait que la biologie nous donne la réponse. Et en fait, la plus petite unité de matière qui peut évoluer de façon indépendante, est une seule cellule... une bactérie.

Alors cela soulève trois questions très importantes : Qu'est-ce que c'est que la vie ? Serait-ce la biologie spéciale ? Les biologistes ont l'air de penser que oui. La matière serait-elle évolutive ? Alors si on répond à ces questions dans l'ordre inverse, la troisième question "est-ce que la matière est évolutive ?" si nous pouvons y répondre, nous saurons à quel point la biologie est spéciale, et il arrivera peut-être qu'on aura quelques idées de ce qu'est que la vie.

Alors, voici de la vie inorganique. C'est un cristal mort, et je vais lui faire quelque chose, qui va le rendre vivant. Et comme vous pouvez le constater, il se pollinise, germe et pousse. Ceci est une tube inorganique. Et tous ces cristaux sous le microscope, bien qu'ils aient été morts il y a quelques minutes, ont l'air vivant. Mais bien sûr, ils ne le sont pas. C'est une expérience chimique, où j'ai crée un jardin de cristal. Mais quand j'ai vu ceci, j'étais vraiment fasciné. car ça semblait vivant. Et j'arrête ici quelques secondes, regardez bien l'écran. Vous voyez qu'il y a une architectue qui pousse pour combler la vide. Mais c'est mort. Donc j'étais sûr que si on pouvait, d'une manière ou d'une autre, simuler la vie, on pouvait aller plus loin. Voyons s'il on peut vraiment créer la vie.

Mais voilà le problème, car, jusqu'à il y a environ dix ans, on nous disait que la vie était impossible et que nous étions le miracle le plus incroyable dans l'univers. En fait, que nous étions les seuls hommes dans l'univers. Et, ça c'est ennuyeux. Alors, en tant que chimiste, je voulais dire, " Attendez. Qu'est-ce qui se passe ici ? La vie est-elle si improbable ? " Et ça c'est la vraie question. Je pense que l'émergence des premières cellules était aussi probable que l'émergence des étoiles. Et en fait, allons encore plus loin. Disons que la physique de la fusion est encodée dans l'univers, et peut-être la physique de la vie aussi. Et le problème avec les chimistes, enfin c'est un avantage considérable aussi, c'est qu'on aime à se concentrer sur nos éléments. En biologie, le carbone a le rôle principal. Et dans un univers où le carbone existe et la biologie organique nous avons cette diversité merveilleuse de vie. En fait, nous avons des si extraordinaires formes de vie qu'on peut manipuler. On fait très attention au labo pour éviter un tas de dangers biologiques.

Alors, la matière ? Si on peut lui donner vie, est-ce que ça nous donnerait un danger matériel ? Réfléchissons, c'est une questions sérieuse. Si votre stylo pouvait se répliquer, ce serait un petit problème. Alors il faut penser autrement si nous allons donner vie aux objets. Et nous devons aussi être conscients des problèmes. Mais avant de pouvoir créer de la vie, réfléchissons une seconde, à ce qui caractérise la vie. Et excusez le diagramme compliqué. Ce n'est qu'une collection de voies dans la cellule. Et la cellule et, évidemment, pour nous une chose fascinante. Les biologistes synthétiques la manipulent. Les chimistes essayent d'étudier les molécules pour voir la maladie. Et vous avez tous ces voies en même temps. vous avez la régularisation; de l'information est transcrite; des catalyseurs sont crées; un tas de trucs arrive. Mais qu'est-ce qu'elle fait, la cellule? Et bien, elle se divise, elle se bat, et elle survit. Et je pense que c'est là où il faut commencer en termes d'évoluer à partir de nos idées dans la vie.

Mais quoi d'autre caractérise la vie? Et bien, j'aime l'imaginer comme une flamme dans une bouteille. et donc ce que nous avons ici c'est une description des cellules qui se réproduisent, se métabolisent, et mettent le feu aux sciences chimiques. Et ce qu'il faut comprendre, c'est que si nous allons créer de la vie artificielle ou bien comprendre l'origine de la vie, il nous faut un moyen de le propulser. Alors avant de pouvoir vraiment commencer à créer de la vie, nous devons vraiment nous interroger sur sa source. Et Darwin lui-même a médité dans une lettre à un collège qu'il croyait que la vie est apparue probablement dans un petit étang tiède quelque part, peut-être pas en Ecosse, mais en Afrique, ou bien quelque part d'autre. Mais la vraie réponse honnête, c'est que nous ne savons simplement pas parce qu'il y a un problème avec l'origine. Imaginez qu'il y a très longtemps, quatre milliards d'années et demi, il y avait une grande soupe chimique de ce truc. Et c'est de là qu'on est venu.

Alors, quand vous pensez à la nature improbable de ce que je vais vous dire dans les quelques minutes à venir, souvenez-vous en, nous venons de cette essence sur la Terre. Et nous avons traversé une multitude de mondes. Les gens de l'ARN aiment à parler d'un monde à ARN. Nous avons, je ne sais comment, acquit des protéines et de l'ADN. Nous sommes arrivés au dernier ancêtre. Et l'évolution s'est faite sentir, et ça c'est le bon point. Et nous voilà. Mais il y a un barrage routier qu'on ne peut pas franchir. On peut déchiffrer le génome, on peut regarder en arrière, on peut nous lier tous avec un ADN mitochondriale, mais on ne peut pas dépasser ce dernier ancêtre, la dernière cellule visible que nous pouvons séquencer, ou revenir sur l'histoire. Alors on ne sait pas comment on est arrivés ici.

Donc il y a deux options : le dessein intelligent, direct ou indirect, donc Dieu, ou mon ami. Dire que des aliens nous ont créés, ou quelque autre forme de vie, ne fait que poussé plus loin notre problème. Je ne suis pas un politicien, je suis un scientifique. L'autre chose à laquelle il faut penser c'est la venue de la complexité chimique. Ca semble le plus vraisemblable. Donc nous avons cette sorte de soupe primitive. Et par hasard, celle-ci est une bonne source de tous les 20 acides aminés. Et d'une manière ou d'une autre, ces acides aminés se sont combinés, et la vie a commencé. Mais qu'est-ce que ça veut dire, la vie a commencé ? Qu'est-ce que c'est que la vie ? Quelle est l'essence de la vie ?

Dans les années cinquante, Miller et Urey ont fait leur excellente expérience façon Frankenstein où ils ont crée l'équivalent dans le monde chimique. Ils ont pris les ingrédients de base, et les ont mis dans un seul bocal et ils les ont allumés et y ont fait passer beaucoup de tension. Et ils ont regarder ce qui était dans la soupe, et ils ont trouvé des acides aminés, mais rien n'est sorti, il n'y avait pas de cellule. Depuis un certain temps, ce domaine scientifique est coincé mais il s'est enflammé dans les année 80 quand les technologies analytiques et informatiques ont vu le jour.

Dans mon propre laboratoire, le façon dont on essaie de créer de la vie inorganique est d'utiliser des formats différents de réaction. Alors ce que nous tentons de faire c'est de créer des réactions, pas dans un seul flacon, mais dans des dizaines de flacons, et puis les relier, comme vous voyez avec ce système de circulation, avec toutes ces pipes. Nous pouvons le faire avec de microfluides, nous pouvons le faire avec la lithographie, nous pouvons le faire avec une imprimante 3D nous pouvons le faire en gouttelettes pour des collèges. Et la clé principale c'est d'avoir beaucoup de chimie complexe qui bouillonne. Mais il va probablement avoir une erreur, alors nous devons être un peu plus concentrés.

Et la solution, bien sûr, vient des souris. Voilà comment je me souviens ce dont j'ai besoin en tant que chimiste. Je me dis, "Bon, je veux des molécules." Mais il me faut un métabolisme, j'ai besoin d'énergie. Il me faut de l'information, et j'ai besoin d'un récipient. Car si je veux de l'évolution, j'ai besoin de récipients. Donc si on a un récipient, c'est comme si on montait dans une voiture. "Voice ma voiture, et je vais faire un tour pour la frime." Et j'imagine que vous avez quelque chose de similaire dans la biologie cellulaire avec l'émergence de la vie. Donc tous ces chose ensemble nous donne l'évolution, peut-être. Et pour le tester au laboratoire il faut la minimiser.

Ce que nous allons essayer de faire c'est de créer une trousse Lego de molécules inorganiques. Et donc excusez les molécules à l'écran, mais ce n'est qu'une trousse très simple. Il n'y a que trois ou quatre sortes de cubes de construction. Et on peut les rassembler, et créer littéralement plusieurs milliards de très grandes molécules nano-moléculaires de même taille que l'ADN et les protéines, mais il n'y a pas de carbone en vue. Le carbone est mauvais. Et donc avec cette trousse Lego, nous avons la diversité qu'il faut pour le rangement d'informations complexes sans ADN. Mais nous avons besoin de récipients. Et il y a quelques mois dans mon labo, nous avons pu prendre ces même molécules et faire des cellules avec. Et vouz pouvez voir sur l'écran une cellule en construction. Et maintenant, nous allons mettre de la chimie là-dedans, et faire de la chimie dans cette cellule. Et tout ce que je voulais vous montrer c'est que nous pouvons créer des molécules dans des membranes, dans des vraie cellules, et puis cela déchaîne une sorte de darwinisme moléculaire, une survie des plus forts sur le plan moléculaire.

Et ce film-ci, montre la compétition entre les molécules. Les molécules rivalisent quelque chose. Ils sont tous fait de la même matière, mais ils veulent que leur forme gagne. Ils veulent que leur forme persiste. Et cela c'est la clé. Si on peut d'une manière ou d'une autre encourager ces molécules à communiquer entre elles et créer les bonnes formes et concourir elles vont commencer à formuler des cellules qui se reproduiront et rivaliseront. Si on arrive à faire ça, oubliez le détail moléculaire.

Faisons le point sur ce que ça pourrait signifier. Alors, nous avons cette théorie spéciale de l'évolution qui ne s'applique qu'à la biologie organique, à nous. Si nous pourrions introduire l'évolution dans le monde matériel, alors je propose qu'il faut avoir une théorie générale de l'évolution. Et ça vaut vraiment le coup d'y penser. Est-ce que l'évolution contrôle la sophistication de la matière dans l'univers ? Est-ce qu'il y a une force motrice avec l'évolution qui permet à la matière de rivaliser ? Alors ça veut dire que nous pourrions commencer à développer des plate-formes pour l'exploration de cette évolution. Et donc vous imaginez, si on est capables de créer une forme de vie artificielle qui soit auto-suffisante, cela nous dirait non seulement des choses sur l'origine de la vie, que c'est possible que l'univers n'ait pas besoin du carbone pour être vivant, ça peut se servir de n'importe quoi, nous pouvons aller encore un pas en avant et développer de nouvelles technologies, parce que nous pouvons alors utiliser un logiciel pour programmer l'évolution.

Imaginez qu'on crée une petite cellule. Et on veut la mettre dehors, dans l'environnement, et on veut qu'elle soit alimentée par le soleil. Ce que nous faisons c'est que nous la mettons dans une boite avec la lumière allumée. Et nous n'utilisons plus de motif. Nous trouvons ce qui fonctionne. La biologie doit nous offrir de l'inspiration. La biologie s'en fiche du motif sauf s'il fonctionne. Alors cela va réorganiser notre façon de dessiner des choses. Mais, ça va plus loin, nous allons commencer à penser aux méthodes pour développer une relation symbiotique avec la biologie. Ce serait merveilleux, n'est-ce pas, si l'on pouvait prendre ces cellules biologiques artificielles et les faire fusionner avec celles de la biologie pour corriger les problèmes que nous ne pouvions pas vraiment régler ? Le vrai problème dans la biologie cellulaire c'est que nous n'allons jamais tout comprendre parce que c'est un problème multidimensionnel mis en place par l'évolution. L'évolution ne peut pas être divisée. Il faut un moyen de trouver la fonction physique. Et la réalisation la plus profonde, à mon avis, c'est que, si cela marche, le concept du gène égoïste montera d'un cran, et nous commencerons vraiment à parler de la matière égoïste.

Et qu'est ce que cela veut dire dans un univers où nous sommes en ce moment le forme la plus avancée de cette essence vitale ? Vous êtes assis sur des chaises. Elles sont inanimées, elle ne sont pas vivantes. Mais vous vous composez de l'essence, et vous vous servez de l'essence, et vous asservissez l'essence. Alors, en utilisant l'évolution dans la biologie, et dans la biologie organique, pour moi, c'est très attrayant, très excitant. Et nous sommes vraiment sur le point de comprendre les étapes clés pour rendre vivant les choses mortes. Et encore un fois, quand vous contemplez cette improbabilité, rappelez-vous, il y a cinq milliards d'années, nous n'étions pas là, et il n'y avait pas de vie. Alors qu'est-ce que cela nous dit,

sur l'origine et la signification de la vie ? Du point de vue d'un chimiste, je veux m'éloigner des termes trop généraux, je veux entrer dans les détails. Alors qu'est que cela veux dire, définir la vie ? Nous avons vraiment du mal à faire ceci. Et je pense, si nous pouvons créer la biologie inorganique, et si nous pouvons faire en sorte que la matière puisse évoluer, cela va, en fait, donner une définition à la vie. Ce que je vous propose, c'est que la matière qui peut évoluer est vivante, et ceci nous donne l'idée de faire de la matière évoluable.

Merci beaucoup.

(Applaudissements.)

Chris Anderson: Juste une petite question sur le planning. Vous croyez que vous allez réussir avec ce projet ? Quand ?

Lee Cronin: Beaucoup de gens pensent qu'il fallait des millions d'années avant que la vie ait pu apparaître. Nous proposons de faire autant dans l'espace de quelques heures, dès que nous aurons mis en place la chimie qu'il nous faut.

CA: Et cela se passera quand, à votre avis ?

LC: On espère que ce sera dans les deux prochaines années.

CA: Ce serait une grande nouvelle. (Rires) Vous-même, à quel point croyez-vous qu'il y ait, sur une autre planète, de la vie qui n'est pas à base de carbone qui se promène, ou qui s'écoule ou quelque chose comme ça?

LC: A mon avis, à 100 %. Parce que, le truc c'est, qu'on est trop chauviniste par rapport à la biologie, mais si on enlève le carbone, il y a bien d'autres chose qui peuvent se produire. Donc l'autre chose si nous réussissons à créer de la vie qui n'est pas basée sur la carbone, peut-être nous pourrons dire à NASA ce qu'il faut chercher. N'allez pas chercher du carbone, allez chercher d'autres matériaux évoluables.

CA: Lee Cronin, bon courage. (LC: Merci beaucoup.)

(Applaudissements)