Santé

Auto-organisation et universalité

Dossier - Formation des artères et des veines
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L'étude de la morphogenèse est une branche de la physique, comme de la biologie, qui cherche à comprendre par quels mécanismes une forme apparaît et se développe. Il existe bien entendu un nombre illimité de formes possibles, et toutes ne sont pas des objets d'étude pour physiciens.

  
DossiersFormation des artères et des veines
 

Cet exemple illustre les principaux concepts de physique contemporaine, tels qu'ils s'appliquent à la biologie. Tout d'abord, il est impossible de comprendre la formation d'une structure, sans refaire "tout le film" de la morphogenèse, ce "film" seul permet de comprendre ce qui s'est réellement passé, et par quel chemin on aboutit au résultat final.

En fait, lorsqu'on regarde la formation de la vasculature d'un embryon, il n'y a aucun moment où l'on puisse dire "la vasculature est achevée". Le second point est que les gènes ont un rôle profond, qui est de contrôler la réaction des cellules aux forces physiques, mais on peut se passer du détail de la chimie pour comprendre l'émergence des formes. Les processus de formation ont une grande part "d'auto-organisation", que l'ordinateur permet de modéliser. Il n'y a pas de doute que la science de la morphogenèse est appelée à un grand avenir, et qu'on comprendra bientôt la fomation de tous les morceaux des êtres vivants : cerveau, poumons, doigts etc., avec toutes les applications qu'on peut imaginer, depuis l'aide aux grands prématurés, jusqu'à refaire des doigts à des personnes amputées ou nées avec des malformations.

Tout ceci n'est pas de la science-fiction : au cas par cas de telles possibilités existent déjà (la dernière phalange de l'homme repousse après amputation, des chercheurs ont refait un poumon à un jeune chien, etc.). Enfin, l'exemple des rigoles dans le sable montre que des mécanismes simples de morphogenèse s'appliquent à des systèmes variés, en une sorte "d'universalité" des patrons.

Cette universalité a deux sens. Le premier, le plus facile à comprendre, est que certains mécanismes simples, donnant des formes complexes, sont à l'oeuvre partout, c'est le sens le plus usuel du mot "universalité". Le second sens, plus ardu a comprendre, est que, au fur et à mesure qu'un système comme un système arborescent croît, il tend à se rapprocher d'une forme idéale qui est indépendante du détail de la physique ou de la biologie du système. C'est aussi pour cela que le détail biologique fin est parfois sans importance. Evidemment, je simplifie un peu, et je n'explique pas, en particulier, ce que j'entends par "idéal" (point fixe d'une opération de renormalisation...).

Ce type de physique aboutit souvent à des formes fractales, comme l'arborescence (réelle) ci-dessous :

On remarquera que ces photographies de cristaux (oui, il s'agit bien de cristaux) constituent en fait un ZOOM dans une structure aborisée et non un montage de plusieurs endroits voisins. On peut s'amuser à chercher l'ordre des agrandissement.

Pour finir, je vous invite à visiter mon site : http://pmc.polytechnique.fr/vf