Qu'est-ce que la vie ?

Dans la vidéo introduction à la biologie , on définit la biologie comme étant la science qui concerne l'étude du vivant ou des organismes. Sa définition est donc très simple. Cependant, elle conduit à des questions plus difficiles - et plus intéressantes : Qu'est-ce que la vie ? Que signifie être vivant ?

Vous êtes vivant, et nous aussi. Le chien qu'on entend aboyer est vivant, de même que l'arbre devant la fenêtre. Cependant, la neige qui tombe du ciel n'est pas vivante. L'ordinateur qu'on utilise pour lire cet article n'est pas vivant, tout comme une chaise ou une table. Les parties d'une chaise sont faites de bois qui était vivant, mais elles ne le sont plus pour autant. De même, si on brûle du bois dans un feu, le feu n'est pas rendu vivant pour autant.

Qu'est-ce qui définit la vie ? Comment peut-on dire qu'une chose est vivante et une autre non ? La plupart des gens ont une compréhension intuitive de ce que signifie être vivant. Cependant il est étonnamment difficile de donner une définition précise de la vie. Par conséquent, beaucoup de définitions de la vie sont des définitions opérationnelles, c'est-à-dire qu'elles permettent de séparer les choses vivantes des choses non vivantes, mais qu'elles ne déterminent pas ce qu'est la vie. Pour faire cette séparation, il faut lister les propriétés qui, prises ensemble, sont les caractéristiques essentielles définissant les organismes vivants.

Les biologistes ont identifié de nombreux traits communs à tous les organismes vivants connus. Bien que des êtres non vivants présentent certains de ces traits de caractère, les êtres vivants sont les seuls à les posséder tous.

Les choses vivantes sont très organisées, ce qui signifie qu'elles contiennent des parties spécialisées et coordonnées. Tous les organismes vivants sont constitués d'une ou de plusieurs cellules, qui sont considérées comme les unités fondamentales de la vie.

Même les organismes unicellulaires sont complexes ! À l'intérieur de chaque cellule, les atomes composent des molécules qui composent des organelles et des structures cellulaires. Dans les organismes multicellulaires, des cellules similaires forment des tissus. Les tissus collaborent à la création d'organes (structures corporelles avec une fonction distincte). Les organes travaillent ensemble pour former des systèmes organiques.

Les organismes pluricellulaires, tels que les humains, sont faits de multiples cellules. Les cellules des organismes pluricellulaires peuvent être spécialement dédiées à certains travaux et organisées en tissus, comme les tissus conjonctifs, les tissus épithéliaux, les muscles et les tissus nerveux. Les tissus constituent les organes, tels que le cœur ou les poumons, qui ont des fonctions spécifiques indispensables à l'ensemble de l'organisme.

La vie dépend d'un nombre incalculable de réactions chimiques interconnectées. Ces réactions permettent aux organismes de travailler, comme bouger ou attraper une proie, de grandir, de se reproduire ou encore de maintenir la structure de leurs corps. Les êtres vivants doivent utiliser de l'énergie et consommer des nutriments pour réaliser les réactions chimiques qui les maintiennent en vie. L'ensemble de ces réactions chimiques ayant lieu dans un organisme est appelé métabolisme.

Le métabolisme est la résultante des processus d'anabolisme et de catabolisme. Durant la phase d'anabolisme, les organismes synthétisent des molécules complexes à partir de molécules simples, alors que durant la phase de catabolisme, ils font l'inverse. D'une manière générale, les processus anaboliques consomment de l'énergie, tandis que les processus cataboliques peuvent libérer de l'énergie stockée.

Les organismes vivants régulent leur environnement interne pour maintenir l'ensemble des conditions relativement restreintes nécessaires à la cellule pour fonctionner. Par exemple, la température du corps humain doit être constamment proche de 37${}^{\circ }$‍C (98,6${}^{\circ }$‍F). Le maintien de cet environnement stable (homéostase), même face à un changement d'environnement externe, est appelé homéostasie.

Les organismes vivants suivent une croissance régulière. Les cellules individuelles grandissent, et les organismes pluricellulaires accumulent beaucoup de cellules au cours de la division cellulaire. On part tous d'une cellule unique pour arriver à des dizaines de milliers de milliards de cellules dans le corps${}^1$‍ ! La croissance dépend de voies anaboliques qui fabriquent de grandes molécules complexes telles que les protéines et l'ADN, qui est le matériel génétique.

Les organismes vivants peuvent se reproduire pour créer de nouveaux organismes. La reproduction peut être soit asexuée, impliquant un seul organisme parent, soit sexuée, nécessitant deux parents. Les organismes unicellulaires, tels que la bactérie en division dans l'image de droite, peuvent se reproduire simplement en se coupant en deux !

Dans la reproduction sexuée, les organismes parents produisent des gamètes (comme les spermatozoïdes et les ovules) contenant la moitié de leur information génétique, et ces cellules fusionnent pour former un nouvel individu ayant un patrimoine génétique complet. Ce processus, appelé fécondation, est illustré dans l'image tout à droite.

Les organismes vivants démontrent une "irritabilité", c'est-à-dire qu'ils répondent à un stimulus ou à des changements dans leur environnement. Par exemple, tout le monde retire rapidement sa main d'une flamme ; de nombreuses plantes se tournent vers le soleil ; et les organismes unicellulaires peuvent migrer vers une source de nutriments ou s'éloigner d'une substance nocive.

Les populations d'organismes vivants peuvent subir une évolution, c'est-à-dire que la composition génétique d'une population peut changer au cours du temps. Dans certains cas, l'évolution implique une sélection naturelle, dans laquelle un trait transmissible, tel qu'une fourrure de couleur plus foncée ou un bec plus pointu, permet aux organismes de survivre et de mieux se reproduire dans un environnement particulier. Avec les générations, un trait transmissible qui donne une aptitude avantageuse peut devenir de plus en plus fréquent dans une population, rendant la population plus adaptée à son environnement. Ce processus est appelé adaptation.

Les organismes vivants ont de nombreuses propriétés différentes qui sont associées au fait d'être vivant, et il est parfois difficile de décider quelles sont celles qui définissent le mieux la vie. Les scientifiques ont donc développé des listes différentes des propriétés de la vie. Par exemple, certaines listes peuvent inclure le mouvement comme caractéristique déterminante, tandis que d'autres peuvent spécifier que les êtres vivants portent leur information génétique sous la forme d'ADN. Et d'autres encore peuvent souligner que la vie est faite à base de carbone.

Il est également vrai que la liste ci-dessus n'est pas infaillible. Par exemple un mulet, croisement entre une femelle cheval et un âne mâle, est incapable de se reproduire. Cependant la plupart des biologistes (comme tout le monde) considèrent le mulet, ici en photo, comme un être vivant. Cette histoire amusante illustre un cas similaire : un groupe de scientifiques avaient, après un long débat, décidé que la capacité à se reproduire était la propriété essentielle de la vie. Ils furent bien déçus lorsque quelqu’un souleva qu’un lapin solitaire ne pouvait pas dans ce cas remplir cette condition${}^2$‍.

Néanmoins, la liste ci-dessus donne un ensemble raisonnable de conditions qui permettent de distinguer des choses qui sont vivantes de celles qui ne le sont pas.

Comment les conditions ci-dessus permettent-elles de déterminer si quelque chose est vivant ou pas ? Reprenons les choses vivantes et non vivantes qu'on a vues dans l'introduction pour les tester.

Les êtres vivants qu'on a vus dans l'introduction (hommes, chiens et arbres) remplissent aisément les sept critères de définition de la vie. Les hommes, avec leurs amis canins et leurs plantes de jardin, sont faits de cellules, métabolisent, maintiennent l'homéostase, grandissent et répondent à un stimulus. Les hommes, les chiens et les arbres sont aussi capables de se reproduire et leurs populations subissent une évolution biologique.

Les choses non vivantes peuvent parfois remplir, mais pas toutes, les conditions de définition de la vie. Par exemple, les cristaux de neige sont organisés, bien qu'ils n'aient pas de cellules, et peuvent grandir, mais ils ne remplissent pas d'autres critères de la vie. De la même façon, un feu peut grandir, se reproduire en créant de nouveaux feux, répondre à des stimuli et, de manière discutable, peut même être considéré comme capable de métaboliser. Cependant un feu n'est pas organisé, il ne maintient pas d'homéostase et il est dépourvu d'information génétique nécessaire à l'évolution.

Les être vivants peuvent conserver des propriétés relatives à la vie quand ils deviennent non vivants, mais en perdre d'autres. Par exemple, si on regarde le bois d'une chaise sous un microscope, on peut voir les traces des cellules qui constituaient l'arbre vivant. Cependant le bois n'est plus vivant et, ayant été transformé en chaise, ne peut plus grandir, métaboliser, maintenir l'homéostase, répondre ou se reproduire.

La question de ce que signifie être vivant reste encore à résoudre. Par exemple les virus, de petites structures faites de protéines et d'acides nucléiques qui ne peuvent se reproduire qu'à l'intérieur des cellules hôtes, présentent de nombreuses propriétés attribuées au vivant. Cependant, ils n'ont pas de structure cellulaire, et ne peuvent pas se reproduire sans hôte. De même, il n'est pas certain qu'ils maintiennent une homéostase et ils n'ont pas de métabolisme propre.

Pour toutes ces raisons, les virus ne sont généralement pas considérés comme étant vivants. Cependant, tout le monde n'est pas d’accord avec cette conclusion, et ce qui est considéré vivant reste un sujet de débat. Certaines molécules encore plus simples, telles que les protéines auto-répliquantes (comme les « prions » responsables de la maladie de la vache folle) et les enzymes ARN auto-répliquants, ont également (certains mais pas tous) des propriétés attribuées au vivant.

De plus, toutes les propriétés du vivant dont on a discuté sont caractéristiques de la vie sur Terre. Si la vie extraterrestre existait, elle pourrait partager ou non les mêmes caractéristiques. En effet, la définition de la NASA qui dit que "la vie est un système autoentretenu capable d'évolution darwinienne" ouvre la porte à encore plus de possibilités que les critères définis ci-dessus ${}^3$‍. Cependant, cette définition complique l'attribution du caractère vivant ou non à une chose !

Au fur et à mesure que des entités biologiques sont découvertes, sur Terre ou ailleurs, on se demande s'il ne faudrait pas revoir la définition d'un être vivant. Les découvertes futures vont peut être conduire à réviser ou à étendre la définition du vivant.

Comment définiriez-vous le vivant ? Faudrait-il ajouter quelque chose à la liste des propriétés ci-dessus, enlever quelque chose, ou changer pour une définition totalement différente ? Y a-t-il des exceptions ou des cas spéciaux non couverts par cette liste ? Partagez vos idées dans la section des commentaires ci-dessous !