Émergence combinatoire des blocs de construction.



Abrégé.

À travers la combinaison de différentes disciplines, j’esquisse quelques arguments en faveur de la construction d’une émergence ontologique 1 1 L’ontologie est la branche de la philosophie qui a pour objet l’étude des propriétés les plus générales de l’être, telles que l’existence, la possibilité, la durée, le devenir. forte qui soit à la fois matérialiste, mécaniste 2 2 La notion contemporaine de mécanisme est assez transversale. On parle de mécanisme en mécanique, évidemment, mais aussi en chimie (organique et inorganique), en biochimie, et d’autres disciplines. Le mécanisme a un rapport avec le fonctionnement d’un système, des passages précis entre des états répertoriés, ce qui nous permet de comprendre le déroulement des configurations du système en question. , non-déterministe et anti-réductionniste. À cette fin, j’examine avec attention l’émergence de nouvelles formes d’organisation et de propriétés liées aux codes qui émergent au cours du processus (spontané) d’évolution.



Introduction

L’un des plus anciens débats qui agite la philosophie des sciences concerne la problématique du vivant :


Comment le vivant s’anime-t-il ?


Le cours de l’histoire est ponctué de multiples tentatives d’expliquer les propriétés des corps vivants qui n’appartiennent pas au domaine de « l’inanimé » (par exemple : fonction, vie, agentivité 3 3 L’agentivité, en biologie et philosophie, est normalement associée à l’autonomie, la liberté d’un agent de faire des choix, et de prendre en compte son environnement complexe en permanente transformation — dans lequel iel doit naviguer. , esprit). Au cœur de ce problème se trouve la capacité du vivant à poursuivre des objectifs.

Lorsqu’un organisme vivant est mu par le désir d’accomplir quelque chose dans le futur ou lorsqu’un embryon se développe pour atteindre sa forme adulte, un renversement apparent et paradoxal du flux causal semble se produire ⓐ, comme si le présent était influencé par le futur — ce qui est physiquement impossible. De la même manière que votre destination ne peut pas diriger votre mouvement, il n’est pas possible que la forme adulte d’un organisme agisse de façon rétroactive sur le développement de son embryon.

Pour implémenter une telle tension vers un objectif, la vie met en place un circuit complexe qui regorge de boucles de rétroaction et de fonctions récursives (autoconstruction, autoréparation, autoréférence, autorégulation…). Les boucles de rétroaction complexifient sans doute particulièrement la compréhension du problème en question, et les chercheur·euse·s et philosophes n’ont été capables d’appréhender la véritable complexité du vivant qu’à partir du moment où des efforts transdisciplinaires ont été mis en œuvre pour modéliser les systèmes du vivant en détail.

Afin de comprendre ce circuit correctement, il est généralement utile de combiner les connaissances de différents domaines d’études tels que la biologie moléculaire et cellulaire, la biosémiotique 4 4 La biosémiotique est une discipline qui étudie tous les aspects des signes biologiques — le processus de signification, c’est-à-dire la production, la codification et la communication de signes. , l’informatique, l’électromagnétisme, la théorie du contrôle 5 5 Branche de l’ingénierie qui conçoit des systèmes et mécanismes capables de s’auto-réguler. , l’ontogénèse 6 6 Processus de développement d’un œuf jusqu’à la forme adulte d’un organisme multicellulaire, étudié par l’embryologie, branche de la biologie. , l’évolution, l’écologie, la philosophie et la méréologie 7 7 Discipline étrange, qui se place quelque part entre la logique formelle, la métaphysique, la linguistique et d’autres disciplines encore, elle étudie les relations d’emboîtement entre parties et tout(s). — pour en citer quelques uns.

Grosso modo, deux positions opposées avec diverses particularités et différences ont progressivement fait surface.

- Les Matérialistes soutiennent que les systèmes vivants peuvent être entièrement expliqués à travers des mécanismes d’interaction intrinsèques à la matière.

- Pour les Vitalistes, il existe un ingrédient supplémentaire qui dépasse le matériel et vitalise nos corps.

La tension dialectique entre ces deux tendances a permis de développer le problème de façon plus précise, en ajoutant des nuances conceptuelles à la discussion. La difficulté principale présentée par la première position est son recours à une forme de Réductionnisme — c’est-à-dire que la vie pourrait être réduite aux interactions microscopiques entre les particules qui la composent, et qu’il suffit d’analyser (décomposer, disséquer) les organismes et étudier leurs composantes séparément pour comprendre l’intégralité de leur complexité, perdant ainsi de vue leur cohésion holistique ⓑ.

La seconde position est principalement critiquée, en dépit de son approche holistique, car elle introduit une certaine forme de Dualisme — un principe (ou substance) transcendantal non seulement irréductible au matériel, mais qui en est aussi causalement déconnecté, et qui produit donc des explications vagues sur le fonctionnement d’un organisme.

Pour tenter d’expliquer les mécanismes responsables de l’origine de ces propriétés inédites (fonctionnement, vie, agentivité, esprit, …), on inventa à la fin du 19ème siècle la notion d’émergence, sujette depuis à des évolutions considérables.

Selon les philosophes contemporains, différentes notions d’émergence peuvent correspondre à des innovations localisées au fil du temps (émergence diachronique), ou sur des niveaux architecturaux (émergence synchronique); à de véritables entités qui composent la réalité (émergence ontologique), ou à nos descriptions de celles-ci (émergence épistémologique); à des propriétés dépendantes dérivées d’interactions à un niveau fondamental (émergence faible), ou à des niveaux radicalement nouveaux et émancipés de leurs bases constitutives qui peuvent avoir à leur tour un impact sur elles (émergence forte). Sartenaer a détaillé une analyse exhaustive de ces positions dans un essai sur le sujet [4].

Retracer ce débat à travers l’histoire est un défi : différentes périodes historiques ont accès à différents corpus de littérature philosophique et scientifique, et les visions du monde dépendent entièrement de leurs contextes historiques. En outre, les fluctuations de vocabulaire entraînent des difficultés supplémentaires.

Mon article expose une tentative à deux axes. D’abord, celui de construire une émergence ontologique forte et dia-synchronique qui soit anti-réductionniste sans pour autant rejeter le mécanisme, qui conçoive la téléonomie 8 8 Un mécanisme qui rend compte de la finalité, la tension vers un but précis. , l’agentivité et la vie comme une conséquence du déroulement historique non-ergodique 9 9 En physique et mathématique, un processus ergodique ne dépend pas de son histoire, et ainsi n’a pas de mémoire. L’évolution et l’économie sont des processus non-ergodiques, ce qui les rend plus compliqués à étudier. d’un Univers créatif 10 10 En opposition au dualisme créateur/créature, certain.es philosophes préfèrent parler d’un Univers créatif, responsable de ses propres innovations depuis l’intérieur. Ou, comme le formule la philosophie, de façon “immanente” (en opposition à “transcendante”, qui viendrait de l’extérieur). sans fermeture causale 11 11 La notion de fermeture causale est défendue par certain·e·s philosophes. Elle affirme, succinctement, que les relations entre causes et effets appartiennent exclusivement au domaine du physique. Ainsi, l’esprit (ou autres entités émergentes) n’auraient pas de pouvoir causal. En d’autres termes, si on accepte ce principe, on est alors obligé de rejeter le pouvoir d’agentivité des êtres vivants. ⓒ (mais avec une émergence causale [5]). Le second, d’examiner l’origine des blocs de construction, des lois et des contraintes qui émergent à travers l’histoire et rendent compte de l’existence de différents niveaux d’organisation qui ne sont ni accordés a priori, ni nettement distinguables [6], [7].



1 : Évolution Cosmologique

J’esquisse un bref aperçu de l’évolution cosmologique et des blocs de construction qui émergent lors des transitions critiques responsables d’une réorganisation radicale des configurations matérielles.



Un Univers émerge, spontanément. La matière est prédisposée à s’auto-organiser. Quatre types de forces combinent des protons ⓓ et des électrons, condensent des nuages d’atomes d’hydrogène, fondent d’autres nuages de gaz en des étoiles, et fusionnent l’hydrogène pour créer des éléments plus lourds à l’intérieur de ces étoiles — avant et après leur extinction explosive : des supernovas. Les riches résidus chimiques issus de ces détonations — les nébuleuses — se muent en laboratoires de combinaisons de substances. Différentes molécules émergent. De nouvelles générations d’étoiles se forment, accompagnées de leurs planètes en orbite, leurs comètes, leurs astéroïdes : la variété des blocs de construction matériels s’est étendue.

Après avoir été bombardée par de l’eau et des molécules organiques, la complexité chimique d’au moins une de ces planètes commence à s’intensifier. En traversant des gradients électrochimiques, probablement sur les sources hydrothermales sous-marines, la nature auto-organisatrice de la matière loin de l’équilibre thermodynamique pousse la combinatoire chimique encore plus loin. Les molécules s’allongent. Le nombre astronomique d’interactions entre les espèces chimiques les forcent à se sélectionner entre elles, et quelques molécules entament un processus autocatalytique 12 12 Un catalyseur est une substance qui déclenche ou accélère une réaction chimique. Un ensemble auto-catalytique est un groupe de substances qui, mutuellement, catalysent leurs propres productions. C’est une forme simple d’auto-reproduction. Ces ensembles de molécules sont parfois considérés comme une étape nécessaire à l’origine de la vie.  : une proto-reproduction des substances chimiques est initiée.

Des machines moléculaires comme les enzymes émergent, se regroupent, coopèrent, affectent d’autres machines, s’auto-assemblent et se coordonnent. Les ribosomes émergent ainsi que les premiers codes génétiques. Des codes, des programmes et le traitement de l’information émergent. L’agentivité et l’auto-réplication émergent. Le temps, à cet instant, est plus cyclique que jamais ; les systèmes vivants sont plutôt autonomes. Les cellules deviennent des blocs de construction complexes au service d’un nouveau genre de processus dialectique de ramification et de fusion, générateur de diversité : l’évolution.

Arbre de vie “révisé”



La photosynthèse émerge et le métabolisme des algues rend l’atmosphère toxique pour beaucoup des organismes vivants. Une extinction de masse. Ensuite, la respiration émerge et commence à consommer l’oxygène présent en abondance. Le sexe fait surface — l’évolution s’accélère. L’endosymbiose 13 13 Formulée par Lynn Margulis, l’endosymbiose est une hypothèse qui soutient que les mitochondries (petites organites responsables de la production d’énergie de nos cellules) étaient, à l’origine, des organismes indépendants qui ont été capturés par une autre espèce. Après cette capture, les deux espèces ont développé une symbiose, c’est-à-dire une forme de coopération, sauf que l’une habite à l’intérieur de l’autre. fusionne deux ramifications évolutives, la production d’énergie en devient plus sophistiquée. Les codes de communication intercellulaire s’améliorent et la multicellularité émerge. Les tissus biologiques se spécialisent pour devenir des organes : l’ontogénèse émerge. Les neurones émergent, ils accroissent la vitesse du traitement de l’information. Quelques populations quittent les océans pour conquérir la terre ferme, par vagues de migrations.

Endosymbiose



Lichens, plantes, arthropodes, amphibiens. Différentes espèces cohabitent au sein de différents endroits, elles s’associent en différents écosystèmes. D’autres extinctions de masse ; les écosystèmes se réorganisent. Les humains émergent, ils migrent. Par leur biais, les langages et les cultures inaugurent un processus d’évolution à part entière [9].

Au moment de la lecture de ce résumé de nos généalogies et des Transitions Majeures de l’Évolution [10] responsables de l’émergence des blocs de construction qui nous constituent (protons, atomes, molécules, machines moléculaires, cellules, tissus, mots…), votre corps requiert la coordination simultanée d’un nombre sidéral de composantes à différents niveaux qui, ensemble, sont semblables à des souvenirs de cette longue chaîne de couches ancestrales.



2 : Complexité et Désordre

Je couvre brièvement un paradoxe apparent en lien avec la seconde loi de la thermodynamique et les interactions entre complexité et désordre.

Comment nos corps peuvent-ils coordonner si précisément les actions entre leurs composantes constitutives afin de maintenir leur cohésion ⓔ ?

La seconde loi de la thermodynamique, qui donne la direction du temps, dicte que les systèmes clos ont tendance à accentuer leur entropie 14 14 Un peu plus subtile qu’un simple désordre, l’entropie est une tendance à l’homogénéité (l’exemple du café au lait). jusqu’à atteindre un état d’équilibre, à la fois plus homogène et désordonné. Une sorte de soupe destructurée. En revanche, notre Univers semble spontanément gagner en ordre et en complexité. La diversité des formes qui existent est stupéfiante et l’auto-organisation paraît être une propriété déterminante de la matière. Entre désordre et équilibre d’une part, et ordre et complexité d’autre part, il semble y avoir une contradiction.

Une image simple pour illustrer cette loi est l’irréversibilité du temps. Quand on verse du lait dans un café, la tendance est que l’ensemble se mélange. On ne voit jamais un grand crème se séparer en deux.



Cet apparent paradoxe peut être mieux compris si l’on considère que les systèmes vivants sont à la fois ouverts et loin d’un équilibre thermodynamique — car parcourus d’un flux intense de matière-énergie-information. Pour un corps vivant, la notion d’équilibre est d’ailleurs parfois trompeuse car cet équilibre correspondrait, physiquement, à sa mort. Nous avons besoin de déséquilibre pour être complexes 15 15 Le concept d’équilibre dynamique (ou homéostase) s’accorde mieux avec celui de complexité. Par exemple, pour maintenir notre température à 36 degrés “en équilibre” (dynamique, justement), nous avons besoin de faire un effort moléculaire monumental dont nous ne sommes pas conscients. et en vie ; nous avons besoin d’un certain ordre, d’une certaine organisation, ce qui implique de rester “inhomogènes”.



De la même façon, ce paradoxe est remis en question si on l’évalue à travers le prisme d’un démon de Maxwell. Cette créature imaginaire minuscule serait capable d’accéder à des informations microscopiques et, agissant en connaissance de cause, serait capable d’inverser localement la disposition au désordre de l’Univers en mettant la matière “en ordre”. Plusieurs machines moléculaires (enzymes, moteurs moléculaires, récepteurs transmembranaires…) se spécialisent dans la reconnaissance d’un type particulier de molécules, et fonctionnent ainsi comme une sorte de démon de Maxwell ⓕ, s’attelant à ranger la matière.

Démon de Maxwell



La capacité des molécules à reconnaître des cibles spécifiques et sélectionner l’étendue des possibilités d’action favorise une émancipation des lois physiques. De façon progressive, certaines molécules ont commencé à former un réseau extrêmement spécifique d’interactions qui restreignent les mouvements d’autres molécules et, ainsi, elles s’auto-organisent selon leurs propres critères. La matière a acquis une dimension nomologique 16 16 On oppose classiquement, depuis Aristote et les présocratiques, le nómos, la coutume et la Loi, forme écrite de la coutume, au physis, désignant la nature. Il s’agit du champ d’étude des lois de tous ordres qui régulent un domaine déterminé. qui transcende la physique et la chimie.

Orchestrée par l’émergence d’un code, l’émergence de la vie a engendré une réorganisation complète des protocoles d’interaction du monde physique.



3 : Nomopoïèse 17 17 Fabrication de nouvelles lois ou codes. : Émergence et Codes

J’argumente en faveur d’une connexion entre une émergence ontologique et les codes à l’origine de lois et/ou propriétés inédites.

Pour en résumer l’historique, Helmont fut le premier à réduire la vie à la chimie [16], avant que Maynard-Smith n’ajoute que la vie consiste en “de la chimie alliée à de l’information” [17] et qu’ensuite Barbieri affirme que “la vie consiste en de la chimie plus de l’information plus des codes” [18].

Sans avoir recours à des substances transcendantales, le champ relativement nouveau de la biosémiotique [19] résout élégamment la division cartésienne entre sujet et objet, qui a hanté les philosophes de la biologie pendant des siècles : la matière peut contenir un sens symbolique, intégré sous forme digitale [20] — ce que Darwin lui-même ignorait.

Au cœur de toute organisation vivante se trouvent les ribosomes. Ces machines moléculaires fabriquent d’autres machines moléculaires (y compris elles-mêmes, de manière récursive), pour permettre les interactions entre les ARN messagers (ARNm) 18 18 Molécule qui contient l’instruction pour la fabrication d’une protéine. L’ARNm sera lu par le ribosome, qui fera l’assemblage des acides aminés pour en fabriquer la protéine en question. , les ARN de transfert (ARNt) 19 19 L’ARN de transfert est l’adaptateur qui crée la correspondance entre l’ARNm et l’acide aminé à l’intérieur du ribosome. Ces molécules sont responsables de l’implémentation du code génétique. et les acides aminés au cours d’un processus appelé traduction.

Processus de traduction



Au-delà de l’aspect purement phatique 20 20 Fonction du langage qui ne s’intéresse pas au contenu du message, mais au canal de communication et au simple transfert d’information entre le locuteur et le destinataire. de l’information de Shannon [21] (en dépit du succès de l’établissement d’une connexion profonde entre information et entropie), la machinerie de traduction met en pratique un code génétique qui établit une correspondance entre deux séries de molécules différentes (les ARNm et les acides aminés) à travers l’utilisation de molécules adaptatrices construites de façon arbitraire 21 21 Marcello Barbieri, biologiste cité dans ce texte, parle de l’arbitrarité du code génétique et de la façon dont ces adaptateurs (les ARNt, par ex.) sont responsables de l’émancipation du code génétique par rapport au déterminisme physique. (ARNt) ⓖ. Une molécule “équivaut à” une autre, par un système de signification moléculaire.

Il est important de mentionner que l’éxécution de ces codes biologiques traite une énorme quantité de variables déterminables (sans lesquelles les organismes n’atteindraient pas le degré d’organisation nécessaire à leur fonctionnement) avec un ensemble relativement restreint de paramètres indéterminables — en d’autres termes, les possibilités qui doivent rester ouvertes à l’ajustement et l’adaptation aux caractéristiques environnementales imprévisibles (par le biais de codes épigénétiques 22 22 L’épigénétique est une couche supplémentaire de traitement de l’information. On peut presque l’imaginer comme des commentaires et des annotations au dessus du code génétique (d’où le préfixe “épi-“), qui sont capables d’altérer ou réguler le fonctionnement du code sans pour autant modifier les gènes. L’épigénétique est connue pour réagir rapidement aux conditions environnementales, et nous offre donc une possibilité d’adaptation à une échelle de temps beaucoup plus courte que l’adaptation évolutive — qui s’étend sur plusieurs générations quand l’adaptation est liée à une modification génétique. , par exemple). Probablement à cause de cet entre-deux asymétrique, une association erronée persiste entre Mécanisme (Matérialisme et Physicalisme) et Déterminisme dans les débats philosophiques. Aujourd’hui, pourtant, on sait que les mécanismes de la vie ne sont pas totalement déterministes.

Les ribosomes ont une architecture similaire à celle des machines de Turing [22], ce qui révèle l’aspect informatique de l’organisation du vivant. La génétique correspond à une forme aqueuse et non-conventionnelle d’informatique, aussi appelée wetware [24]. Ces mécanismes attribuent à la matière une nature prédisposée au codage/décodage [28] — elle devient alors symbolique et (re)programmable. Par l’association d’un aspect symbolique à la matière [28], ces machines produisent une virtualité à partir d’une réalité matérielle. Et à travers cette machinerie sensorielle réactive, dépendante d’une perspective, un sujet sensible émerge parmi un ensemble d’objets.

Machine de Turing





4 : Émergence et Évolution

J’illustre un rapport entre des perspectives contemporaines sur les théories de l’évolution biologique et leur application dans des considérations philosophiques qui concernent l’émergence.

Séparer émergence et évolution semble impossible. Les nouvelles formes qui émergent au fil du temps (émergence diachronique) — au-delà d’une simple rencontre contingente ou d’une transition de phase physique 23 23 Une transition de phase est un phénomène collectif au cours duquel un grand ensemble (d’atomes, par ex.) change d’état ou de configuration. L’exemple classique est le passage d’une phase solide à une phase liquide quand on chauffe une substance. — s’inscrivent toujours dans un processus d’évolution. Les architectures multicouches complexes de nos corps (émergence synchronique) dérivent toutes également d’un processus d’évolution.

Un processus d’évolution est toujours intrinsèquement non-ergodique, il possède toujours une histoire, une mémoire ⓗ. Les formes du vivant correspondent à des compositions spécifiques de blocs de construction à un moment historique précis (particules, atomes, molécules, organites, cellules, organismes, entreprises…). C’est pour cela que l’origine de la vie a radicalement modifié l’ensemble des possibilités disponibles — ce que Kauffman appelle le possible adjacent 24 24 Le concept de « possible adjacent » a été introduit par Stuart Kauffman (1996; 2000) dans la biologie de l’évolution et les systèmes complexes adaptatifs pour expliquer comment l’évolution biologique peut être considérée comme l’exploration et l’actualisation des possibles adjacents — c’est-à-dire, de ce qui est disponible à portée. [6].

L’origine de la vie (et de ses codes) a entraîné la réplication des formes vivantes. Pour la première fois dans l’histoire, un très grand nombre de copies d’un nouveau bloc de construction a commencé à être produit en fonction d’un protocole (au contraire des particules, atomes et molécules). D’où la nécessité des codes.

Le code est un protocole, une recette, une série complexe d’instructions qu’un organisme va exécuter pour créer de nouveaux organismes qui, à leur tour, exécuteront à nouveau leur code. Voici la circularité du temps ⓘ du cycle cellulaire et le premier ingrédient de la construction de Darwin : la reproduction.

Une fois que les multiples copies d’un code sont en place, les erreurs de réplication introduisent le deuxième ingrédient darwinien : la mutation. C’est à cet endroit que les innovations émergent. Différence et répétition.

Enfin, l’ingrédient darwinien le plus remis en question : la sélection. La survie du plus apte (à travers les différences de taux de reproduction) induit un régime dynamique dans lequel les variants s’adaptent aux pressions environnementales, avec pour moteur principal — selon lui — la compétition.

Darwin n’avait pas connaissance des mécanismes héréditaires Mendéliens 25 25 Communément reconnu comme le père fondateur de la génétique. Il est à l’origine de ce que l’on appelle actuellement les lois de Mendel, qui définissent la manière dont les gènes se transmettent de génération en génération. Mendel a conduit ses expériences avec des petits pois. En croisant plusieurs variantes, avec des tailles, formes et couleurs (phénotypes) différentes, il a remarqué la régularité de l’apparition de ces caractéristiques sur plusieurs générations. , ni des liens écologiques autres que la compétition qui peuvent jouer un rôle décisif dans l’évolution. La coopération 26 26 La symbiose est un exemple d’interaction biologique entre deux espèces différentes. Par exemple, un oiseau qui vient manger les tiques qui parasitent un éléphant. Les deux espèces s’entraident. (avec d’autres espèces, mais aussi la coordination biologico-moléculaire interne comme forme de coopération) est probablement l’ingrédient le plus fondamental nécessaire à la cohésion et la survie des ensembles biologiques.

Tout au long de l’histoire de la biologie (discipline), la compréhension des mécanismes d’évolution biologiques a elle-même connu son propre processus d’évolution épistémologique : la Synthèse Moderne (TSE) a intégré la génétique mendélienne au mécanisme darwinien ; la Synthèse Évolutionnaire Étendue et le paradigme Éco-Évo-Dévo 27 27 Paradigme contemporain de la biologie qui prend en compte les interactions entre différentes strates du vivant : écologique, évolutive et développementale ou embryologique. Ces trois strates possèdent des temporalités très différentes, pourtant elles sont fortement enchevêtrées. ont reconnu le rôle au sein de l’évolution des interactions écologiques, de la sélection multi-niveaux, des équilibres ponctués, de la construction de niche, de la biologie développementale et de l’évolvabilité — pour citer quelques nouveaux ingrédients importants que Darwin ignorait, ou auxquels il s’opposait.

Ces différents aspects ajoutent beaucoup de saveur à la problématique de l’émergence. Je vais me focaliser brièvement sur deux d’entre eux : la sélection multi-niveaux et l’évolvabilité.

Aussi appelée sélection de groupe, l’idée de sélection multi-niveaux tente de définir quelles sont les véritables entités ou unités sujettes à la sélection (par exemple : gènes, cellules, organismes, groupes sociaux). Les soldats de certaines espèces de termites en fournissent un exemple instructif : leurs mâchoires sont trop massives pour qu’ils se nourrissent seuls, ils doivent donc compter sur les autres membres de la colonie pour se nourrir et survivre. Comment l’évolution aurait-elle pu générer des individus aussi dépendants si les unités de sélection se limitaient aux gènes ? À quel endroit le code qui dicte aux autres termites de nourrir les soldats a-t-il été implémenté ? La mémoire collective sociale ne peut pas être inscrite dans les génotypes des individus.

Gènes / cellules / organismes / groupes



Le concept de sélection de groupe permet d’envisager que lorsqu’un code est établi, une autre couche de code peut éventuellement intervenir par dessus celles qui existent déjà (code génétique, épigénétique, connectomique, linguistique, social, culturel, légal, de la route…), exactement comme les architectures multicouches des protocoles internet (TCP/IP), les architectures de compilation et les architectures multi-tiers 28 28 Le fonctionnement d’internet utilise différents protocoles et langages. D’un point de vue d’ingénierie, ces couches sont en lien mais elles ont des protocoles indépendants, qui se chevauchent pour transporter les données d’un côté à l’autre du réseau. en informatique.

Si l’on reconnaît qu’un code spécifique est responsable de l’organisation d’une couche en particulier au sein d’un système complexe, l’évolution peut se produire autant par la mutation du génotype — de sa base donc — que via la transformation d’autres couches dont les informations sont stockées ailleurs, ce qui remet catégoriquement en cause les attitudes réductionnistes ⓙ. On ne peut pas réduire le vivant aux simples interactions d’une couche fondamentale. Après tout, pour qu’un code puisse fonctionner, il nécessite la coordination entre plusieurs strates.

Le deuxième concept qu’il est utile de mentionner ici est celui d’évolvabilité. Elle concerne les mécanismes d’évolution de l’Évolution — c’est-à-dire, les mécanismes dont l’apparition modifie (accélère généralement) le processus même d’évolution. Ils correspondent à des sources supplémentaires de diversité et d’innovation au-delà de la simple mutation aléatoire.

Un premier exemple serait celui des enjambements génétiques 29 29 Lorqu’un·e individu·e adulte (qui se reproduit sexuellement) fabrique ses gamètes, tout son matériel génétique sera divisé en deux. Les gamètes contiennent une moitié du génome, justement parce que la fabrication d’un œuf nécessite à la fois la moitié de la mère et la moitié du père. Parfois, pendant ce processus, qu’on appelle la méiose, la cellule en charge de cette division croise les chromosomes et échange la partie venue de la grande-mère avec celle venue du grand-père pour produire de nouvelles combinaisons. Il s’agit d’une forme interne d’édition génétique qui accélère le processus évolutif. dans la reproduction sexuelle, qui remanient les allèles des chromosomes pour engendrer de nouvelles combinaisons jusqu’ici inexistantes. Un second exemple est illustré par la duplication des gènes : souvent (et à travers différents mécanismes) une région codeuse de l’ADN est dupliquée, ce qui crée ainsi une double copie et libère l’une d’entre elles — celle-ci peut alors muter et l’évolution peut se mettre à la recherche ⓚ de machines moléculaires fonctionnelles inédites (sans avoir besoin de débuter sa recherche à zéro).

Enjambement génétique



Il devient ici évident que la problématique du vivant regorge de récursivité — comme les circuits rétroactifs qui régulent les gènes, ou les mécanismes d’évolution qui s’auto-améliorent. Ce que l’on doit principalement retenir de la biologie contemporaine et de l’informatique, c’est qu’il y a une superposition entre les codes qui opèrent à différents niveaux d’organisation. L’émergence doit être pensée comme un champ transdisciplinaire de recherche de codes qui fonctionnent par empilement à travers différentes échelles.



5 : Causalité Descendante en Progression

Il est généralement considéré que les propriétés émergentes résident dans les relations entre les composantes. Très souvent, on simplifie ces relations, et on étudie uniquement les interactions par paire de blocs, c’est-à-dire uniquement deux à deux. En revanche, cette réduction néglige que tous les codes dépendent de la co-existence de plusieurs autres blocs. Si l’on étend cette idée au-delà des interactions par paires, on passe d’une représentation en réseau à une représentation en hypergraphe ou en complexe simplicial 30 30 En mathématique, un complexe simplicial est une généralisation de la notion de réseau, c’est à dire une structure qui prend en compte non seulement des objets et les relations entre ces objets deux à deux (comme les réseaux le font), mais éventuellement aussi trois à trois, quatre à quatre et ainsi de suite… . En termes méréologiques, ce sont des diagrammes qui consistent en des cercles emboîtés dans d’autres cercles, représentant ainsi les différentes couches d’organisation en question. Cette vision, toutefois, demeure statique et ne prend pas l’espace-temps en compte.

Pour qu’une cellule biologique soit en vie, de multiples atomes, des machines moléculaires, des organites, ont besoin d’interagir, de se regrouper, de se coordonner et de s’organiser dans l’espace-temps. Si deux molécules n’interagissent pas directement mais sont malgré tout nécessaires au fonctionnement du même circuit régulatoire, elles forment ensemble un enchevêtrement processuel. On passe du méréologique (relation entre parties) au méréotopochronologique (relations entre parties dans l’espace-temps), ce qui ressemble à la figure 1.

Pour réfléchir à l’organisation d’un système complexe, il est utile de prendre en considération ses caractéristiques méréotopochronologiques : l’architecture de blocs de construction imbriqués se déploie au cours du temps. Dans cette illustration, chaque cadre représente un moment précis, et le regroupement de blocs en d’autres blocs de plus haut niveau est représenté par les cercles imbriqués dans chaque cadre temporel.



Afin d’élargir la discussion sur les mécanismes introduite par Craver [25] et d’autres Nouveaux Mécanistes 31 31 Après la physique quantique et la théorie du chaos (qui ont remis en question le problème philosophique du déterminisme et des rapports plus simples entre cause et effet, entre prévisible et imprévisible), la philosophie des sciences a dû revisiter la notion de mécanisme. Une de ses questions centrales concerne justement le problème de l’émergence et de la non-fermeture causale, ce qui permet l’invention de nouvelles règles, lois et mécanismes en lien avec l’évolution biologique. Par exemple, une protéine change de forme en fonction de la température ou selon la manière dont elle est pliée. Sa forme aura un impact direct sur ses interactions avec d’autres molécules. De ce fait, la notion de mécanisme en biochimie est beaucoup plus complexe que celle de l’ingénierie mécanique — d’où la nécessité d’élargir cette notion pour le débat émergentiste. [30], on peut tenir compte des interactions d’ordre supérieur 32 32 Comme mentionné dans la définition du complexe simplicial, ce sont des généralisations des relations deux à deux pour inclure des relations triadiques (trois à trois), ou n-adiques (n à n). dans l’espace temps et les corrélations entre les blocs impliquées dans un mécanisme.

Les machines moléculaires tissent leurs mouvements ensemble en suivant une ou plusieurs séries de règles. Ces règles dépendent évidemment d’interactions physiques et chimiques locales, mais elles les transcendent aussi par des relations d’ordre supérieur et des interactions non-locales. L’émergence se déploie dans les espaces abstraits d’un grand nombre de dimensions — qui se matérialisent à partir de l’exécution d’un code. De la même façon, un métier à tisser Jacquard brode un motif à partir de la disposition des trous de cartes perforées, un ribosome fabrique une protéine à partir de la séquence de lettres d’un ARNm, ou une machine de Turing performe une série d’actions à partir du programme inscrit dans un ruban [26]. Dans tous ces cas, un grand nombre de blocs est nécessaire pour que le motif tissé émerge — et le fonctionnement du système dépend de l’architecture globale d’un circuit de contrôle.

Les boucles de rétroaction abondent au sein des systèmes de contrôle que sont les architectures complexes des réseaux régulateurs de gènes. Du point de vue de la logique classique, pourtant, même le circuit d’un simple thermostat provoque un paradoxe logique : s’il fait froid, alors il chauffe ; s’il fait chaud, alors il refroidit. Mais il ne s’agit plus d’un paradoxe à partir du moment où le temps est pris en compte : s’il fait froid maintenant, la réaction du thermostat va activer le déclenchement du chauffage, qui va chauffer la salle jusqu’à ce qu’elle atteigne la température désirée ; ceci conduira, ensuite, à l’extinction du chauffage, suivie d’une baisse de la température, et donc, à un comportement oscillatoire du système de contrôle inscrit dans une progression temporelle [27].

Dans le débat de longue date sur la causalité descendante 33 33 Celle-ci est descendante car on a toujours un niveau plus haut d’organisation qui agit sur un niveau plus bas. Par exemple, si un organisme prend la décision d’arracher une partie de son corps, c’est l’organisme comme un tout qui agit sur une de ses parties. , Kim [29] a affirmé qu’une émergence ontologique forte engendrerait un paradoxe similaire : si la base constitue un émergent qui, à son tour, modifie ou agit sur sa base, alors tout s’effondre. On peut cependant emprunter le même raisonnement ou un formalisme de théorie de contrôle comparable et l’appliquer au problème de la causalité descendante : si les parties constitutives d’un organisme forment un ensemble en interaction qui exécute un protocole dans le temps, à tout moment où l’agentivité dans sa globalité entraîne la modification d’une ou plusieurs de ces parties, ceci aura déjà lieu dans un autre cadre temporel (que celui de la constitution).

Embrasser pleinement la radicalité de l’émancipation que représente un code biologique requiert une combinaison de formes de causalité architecturales (synchroniques) et de formes processuelles (diachroniques). La causalité descendante devrait, en réalité, être considérée comme une causalité descendante en progression — qui se dirige simultanément vers le bas et vers l’avant/le futur.



6 : Remarques en Conclusion

On définit communément la vie à travers des fonctions récursives qui peuvent sembler, au premier abord, paradoxales. L’origine de la vie et le problème complexe de la conscience impliquent tous deux des difficultés de l’ordre de « l’œuf ou la poule ». L’émergence présente des difficultés similaires.

On peut observer que l’émergence, en tant que phénomène ontologique, est responsable de l’origine de codes, de lois et règles, qui génèrent à leur tour de nouvelles propriétés.

Certaines configurations matérielles agissent physiquement comme une contrainte (ce que l’on appelle en physique des conditions aux limites) qui peut, localement, générer des lois microphysiques inédites.

L’Univers ne cessera jamais de créer de nouveaux blocs de construction par récursivité, en combinant ceux qui existent déjà, et ces nouveaux blocs produiront à leur tour de nouvelles combinaisons, codes et lois imprévisibles en amont. Rien n’enfreint les lois physiques, mais la physique seule — en tant que discipline, ou isolée des autres disciplines — ne pourra jamais fixer toutes les conditions aux limites, ni prédire l’imprévisible.

Récursivité



Si je défends une émergence ontologique forte, je soutiens aussi que nos épistémologies devraient accompagner celle-ci et je tiens à encourager l’entrelacement des disciplines classiques. On peut considérer cette forme d’émergence onto-épistémique comme un opérateur transdisciplinaire qui agit au niveau des limites entre les disciplines. L’émergence transforme la Chimie en Biologie, la Biologie en Psychologie, et ainsi de suite.

Les différentes strates de codes inventés et implémentés par différentes disciplines (isolées par leur hyperspécialisation) doivent communiquer si nous voulons aborder l’entière complexité des problèmes auxquels nous sommes maintenant confrontés.



NOTES

ⓐ Il s’agit de la cause finale d’Aristote, ensuite désignée en tant que téléologie [1] puis finalement reformulée de façon non-problématique comme téléonomie — soit l’étude des lois de la finalité.


ⓑ Cet argument prend racine dans le principe de fermeture causale physique, qui exclut souvent du domaine physique tout ce qui réside hors du domaine de la physique (discipline).


ⓒ À moins que tout soit considéré comme appartenant au domaine physique (la vie, l’esprit, la culture, l’économie, les écosystèmes…), sans être réduit au “niveau fondamental” habituellement assigné à la physique (discipline).


ⓓ Un réductionniste aurait des difficultés à séparer les composantes d’un proton (les quarks et les gluons) qui ne sont jamais observées en isolation. Quel niveau est donc “fondamental” ? [8]


ⓔ Voir l’Entéléchie d’Aristote [11], le conatus de Spinoza [12], la notion de Bildungstrieb chez Kant [13], les matières vibrantes de Bennett [14].


ⓕ Ces démons-là ne peuvent néanmoins pas enfreindre la seconde loi de la thermodynamique. Ils doivent payer un certain coût thermal pour stimuler localement l’organisation d’un être vivant.


ⓖ L’essence arbitraire de ces adaptateurs est ce qui permet concrètement une émancipation radicale de l’émergent par rapport à sa base — l’émancipation du biologique par rapport au physico-chimique.


ⓗ La non-ergodicité peut être comprise comme dépendante de l’histoire. C’est-à-dire, si quelque chose de nouveau émerge au cours de l’histoire (disons, un code génétique ou une protéine spécifique), alors le déroulement du processus historique et ses futures conséquences seront construit·e·s en totalité sur ces nouveaux blocs de construction.


ⓘ Cette circularité est à l’origine de la confusion qui entoure la direction du flux causal (téléologie). Quand un programme est défectueux, ou si une forme inédite qui fonctionne correctement émerge, leurs causes proviennent toujours d’événements passés.


ⓙ Un argument similaire a été avancé par Catherine Perret et Leroi-Gourhan pour envisager les couches dissociées (toujours interconnectées néanmoins) qui opèrent au cours de l’évolution humaine [23], [9].


ⓚ Le processus d’évolution est souvent considéré comme un algorithme de recherche biologique à travers un espace de code ou de séquence, empruntant ainsi des concepts propres aux sciences et aux mathématiques. Ce type de langage provoque généralement des accusations de prises de parti téléologiques, qui pourraient impliquer l’existence d’un être extérieur transcendantal, d’un designer ou programmeur. Mais comme le suggère cet article, des architectures d’agentivité spécifiques entre des composantes intra-agissantes peuvent permettre l’existence d’une structure immanente émergente, de codes auto-programmateurs.




BIBLIOGRAPHIE

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  1. L’ontologie est la branche de la philosophie qui a pour objet l’étude des propriétés les plus générales de l’être, telles que l’existence, la possibilité, la durée, le devenir.  []
  2. La notion contemporaine de mécanisme est assez transversale. On parle de mécanisme en mécanique, évidemment, mais aussi en chimie (organique et inorganique), en biochimie, et d’autres disciplines. Le mécanisme a un rapport avec le fonctionnement d’un système, des passages précis entre des états répertoriés, ce qui nous permet de comprendre le déroulement des configurations du système en question.  []
  3. L’agentivité, en biologie et philosophie, est normalement associée à l’autonomie, la liberté d’un agent de faire des choix, et de prendre en compte son environnement complexe en permanente transformation — dans lequel iel doit naviguer.  []
  4. La biosémiotique est une discipline qui étudie tous les aspects des signes biologiques — le processus de signification, c’est-à-dire la production, la codification et la communication de signes.  []
  5. Branche de l’ingénierie qui conçoit des systèmes et mécanismes capables de s’auto-réguler.  []
  6. Processus de développement d’un œuf jusqu’à la forme adulte d’un organisme multicellulaire, étudié par l’embryologie, branche de la biologie.  []
  7. Discipline étrange, qui se place quelque part entre la logique formelle, la métaphysique, la linguistique et d’autres disciplines encore, elle étudie les relations d’emboîtement entre parties et tout(s).  []
  8. Un mécanisme qui rend compte de la finalité, la tension vers un but précis.  []
  9. En physique et mathématique, un processus ergodique ne dépend pas de son histoire, et ainsi n’a pas de mémoire. L’évolution et l’économie sont des processus non-ergodiques, ce qui les rend plus compliqués à étudier.  []
  10. En opposition au dualisme créateur/créature, certain.es philosophes préfèrent parler d’un Univers créatif, responsable de ses propres innovations depuis l’intérieur. Ou, comme le formule la philosophie, de façon “immanente” (en opposition à “transcendante”, qui viendrait de l’extérieur).  []
  11. La notion de fermeture causale est défendue par certain·e·s philosophes. Elle affirme, succinctement, que les relations entre causes et effets appartiennent exclusivement au domaine du physique. Ainsi, l’esprit (ou autres entités émergentes) n’auraient pas de pouvoir causal. En d’autres termes, si on accepte ce principe, on est alors obligé de rejeter le pouvoir d’agentivité des êtres vivants.  []
  12. Un catalyseur est une substance qui déclenche ou accélère une réaction chimique. Un ensemble auto-catalytique est un groupe de substances qui, mutuellement, catalysent leurs propres productions. C’est une forme simple d’auto-reproduction. Ces ensembles de molécules sont parfois considérés comme une étape nécessaire à l’origine de la vie.  []
  13. Formulée par Lynn Margulis, l’endosymbiose est une hypothèse qui soutient que les mitochondries (petites organites responsables de la production d’énergie de nos cellules) étaient, à l’origine, des organismes indépendants qui ont été capturés par une autre espèce. Après cette capture, les deux espèces ont développé une symbiose, c’est-à-dire une forme de coopération, sauf que l’une habite à l’intérieur de l’autre.  []
  14. Un peu plus subtile qu’un simple désordre, l’entropie est une tendance à l’homogénéité (l’exemple du café au lait).  []
  15. Le concept d’équilibre dynamique (ou homéostase) s’accorde mieux avec celui de complexité. Par exemple, pour maintenir notre température à 36 degrés “en équilibre” (dynamique, justement), nous avons besoin de faire un effort moléculaire monumental dont nous ne sommes pas conscients.  []
  16. On oppose classiquement, depuis Aristote et les présocratiques, le nómos, la coutume et la Loi, forme écrite de la coutume, au physis, désignant la nature. Il s’agit du champ d’étude des lois de tous ordres qui régulent un domaine déterminé.  []
  17. Fabrication de nouvelles lois ou codes.  []
  18. Molécule qui contient l’instruction pour la fabrication d’une protéine. L’ARNm sera lu par le ribosome, qui fera l’assemblage des acides aminés pour en fabriquer la protéine en question.  []
  19. L’ARN de transfert est l’adaptateur qui crée la correspondance entre l’ARNm et l’acide aminé à l’intérieur du ribosome. Ces molécules sont responsables de l’implémentation du code génétique.  []
  20. Fonction du langage qui ne s’intéresse pas au contenu du message, mais au canal de communication et au simple transfert d’information entre le locuteur et le destinataire.  []
  21. Marcello Barbieri, biologiste cité dans ce texte, parle de l’arbitrarité du code génétique et de la façon dont ces adaptateurs (les ARNt, par ex.) sont responsables de l’émancipation du code génétique par rapport au déterminisme physique.  []
  22. L’épigénétique est une couche supplémentaire de traitement de l’information. On peut presque l’imaginer comme des commentaires et des annotations au dessus du code génétique (d’où le préfixe “épi-“), qui sont capables d’altérer ou réguler le fonctionnement du code sans pour autant modifier les gènes. L’épigénétique est connue pour réagir rapidement aux conditions environnementales, et nous offre donc une possibilité d’adaptation à une échelle de temps beaucoup plus courte que l’adaptation évolutive — qui s’étend sur plusieurs générations quand l’adaptation est liée à une modification génétique.  []
  23. Une transition de phase est un phénomène collectif au cours duquel un grand ensemble (d’atomes, par ex.) change d’état ou de configuration. L’exemple classique est le passage d’une phase solide à une phase liquide quand on chauffe une substance.  []
  24. Le concept de « possible adjacent » a été introduit par Stuart Kauffman (1996; 2000) dans la biologie de l’évolution et les systèmes complexes adaptatifs pour expliquer comment l’évolution biologique peut être considérée comme l’exploration et l’actualisation des possibles adjacents — c’est-à-dire, de ce qui est disponible à portée.  []
  25. Communément reconnu comme le père fondateur de la génétique. Il est à l’origine de ce que l’on appelle actuellement les lois de Mendel, qui définissent la manière dont les gènes se transmettent de génération en génération. Mendel a conduit ses expériences avec des petits pois. En croisant plusieurs variantes, avec des tailles, formes et couleurs (phénotypes) différentes, il a remarqué la régularité de l’apparition de ces caractéristiques sur plusieurs générations.  []
  26. La symbiose est un exemple d’interaction biologique entre deux espèces différentes. Par exemple, un oiseau qui vient manger les tiques qui parasitent un éléphant. Les deux espèces s’entraident.  []
  27. Paradigme contemporain de la biologie qui prend en compte les interactions entre différentes strates du vivant : écologique, évolutive et développementale ou embryologique. Ces trois strates possèdent des temporalités très différentes, pourtant elles sont fortement enchevêtrées.  []
  28. Le fonctionnement d’internet utilise différents protocoles et langages. D’un point de vue d’ingénierie, ces couches sont en lien mais elles ont des protocoles indépendants, qui se chevauchent pour transporter les données d’un côté à l’autre du réseau.  []
  29. Lorqu’un·e individu·e adulte (qui se reproduit sexuellement) fabrique ses gamètes, tout son matériel génétique sera divisé en deux. Les gamètes contiennent une moitié du génome, justement parce que la fabrication d’un œuf nécessite à la fois la moitié de la mère et la moitié du père. Parfois, pendant ce processus, qu’on appelle la méiose, la cellule en charge de cette division croise les chromosomes et échange la partie venue de la grande-mère avec celle venue du grand-père pour produire de nouvelles combinaisons. Il s’agit d’une forme interne d’édition génétique qui accélère le processus évolutif.  []
  30. En mathématique, un complexe simplicial est une généralisation de la notion de réseau, c’est à dire une structure qui prend en compte non seulement des objets et les relations entre ces objets deux à deux (comme les réseaux le font), mais éventuellement aussi trois à trois, quatre à quatre et ainsi de suite…  []
  31. Après la physique quantique et la théorie du chaos (qui ont remis en question le problème philosophique du déterminisme et des rapports plus simples entre cause et effet, entre prévisible et imprévisible), la philosophie des sciences a dû revisiter la notion de mécanisme. Une de ses questions centrales concerne justement le problème de l’émergence et de la non-fermeture causale, ce qui permet l’invention de nouvelles règles, lois et mécanismes en lien avec l’évolution biologique. Par exemple, une protéine change de forme en fonction de la température ou selon la manière dont elle est pliée. Sa forme aura un impact direct sur ses interactions avec d’autres molécules. De ce fait, la notion de mécanisme en biochimie est beaucoup plus complexe que celle de l’ingénierie mécanique — d’où la nécessité d’élargir cette notion pour le débat émergentiste.  []
  32. Comme mentionné dans la définition du complexe simplicial, ce sont des généralisations des relations deux à deux pour inclure des relations triadiques (trois à trois), ou n-adiques (n à n).  []
  33. Celle-ci est descendante car on a toujours un niveau plus haut d’organisation qui agit sur un niveau plus bas. Par exemple, si un organisme prend la décision d’arracher une partie de son corps, c’est l’organisme comme un tout qui agit sur une de ses parties.  []