La loi évolutive manquante de la nature identifiée

Astronomie

Par | Personnel, Communications A&S

Darwin a appliqué la théorie de l’évolution à la vie sur Terre, mais pas à d’autres systèmes extrêmement complexes comme les planètes, les étoiles, les atomes et les minéraux. Aujourd’hui, un groupe interdisciplinaire de chercheurs a identifié un aspect manquant de cette théorie qui s’applique à pratiquement tout.

Leur article, « Sur les rôles de la fonction et de la sélection dans les systèmes en évolution », publié le 16 octobre dans les Actes de l'Académie nationale des sciences, décrit « une loi manquante de la nature » ​​qui reconnaît pour la première fois une norme importante au sein du système naturel. le fonctionnement du monde. La nouvelle loi stipule que les systèmes naturels complexes évoluent vers des états plus structurés, plus diversifiés et plus complexes.

"Il s'agissait d'une véritable collaboration entre scientifiques et philosophes pour aborder l'un des mystères les plus profonds du cosmos : pourquoi les systèmes complexes, y compris la vie, évoluent-ils vers de plus grandes informations fonctionnelles au fil du temps ?", a déclaré le co-auteur Jonathan Lunine, du David C. Professeur Duncan en sciences physiques et chaire d'astronomie au Collège des arts et des sciences.

L'équipe multidisciplinaire comprenait trois philosophes des sciences, deux astrobiologistes, un data scientist, un minéralogiste et un physicien théoricien, de la Carnegie Institution for Science, du California Institute of Technology et de l'Université du Colorado, ainsi que Cornell. Michael L. Wong, scientifique de Carnegie, est le premier auteur ; astrobiologiste, lui et Lunine travaillent sur une deuxième édition à venir du manuel de Lunine « Astrobiologie : une approche multidisciplinaire ».

Le nouvel ouvrage présente un ajout moderne aux lois « macroscopiques » de la nature, qui décrivent et expliquent les phénomènes vécus quotidiennement dans le monde naturel. Il postule une « loi d’augmentation de l’information fonctionnelle », qui stipule qu’un système évoluera « si de nombreuses configurations différentes du système sont sélectionnées pour une ou plusieurs fonctions ».

Cette nouvelle loi s'applique aux systèmes formés à partir de nombreux composants différents, tels que des atomes, des molécules ou des cellules, qui peuvent être disposés et réarrangés de manière répétée, et qui sont soumis à des processus naturels qui provoquent la formation d'innombrables arrangements différents - mais dans lesquels seulement une petite fraction de ces configurations survivent dans un processus appelé « sélection fonctionnelle ».

Que le système soit vivant ou non, lorsqu'une nouvelle configuration fonctionne bien et que la fonction s'améliore, une évolution se produit, affirment les chercheurs.

Dans le cas de la biologie, Darwin assimilait principalement la fonction à la survie – la capacité de vivre assez longtemps pour produire une progéniture fertile. La nouvelle étude élargit cette perspective, en notant qu'au moins trois types de fonctions existent dans la nature.

La fonction la plus fondamentale est la stabilité : des arrangements stables d’atomes ou de molécules sont sélectionnés pour continuer. Les systèmes dynamiques avec un approvisionnement continu en énergie sont également choisis pour perdurer.

La troisième et la plus intéressante fonction selon les chercheurs est la « nouveauté » – la tendance des systèmes en évolution à explorer de nouvelles configurations qui conduisent parfois à de nouveaux comportements ou caractéristiques surprenants, comme la photosynthèse.

Le même genre d’évolution se produit dans le règne minéral. Les premiers minéraux représentent des arrangements d’atomes particulièrement stables. Ces minéraux primordiaux ont servi de base aux générations suivantes de minéraux, qui ont participé aux origines de la vie. L’évolution de la vie et celle des minéraux sont étroitement liées, car la vie utilise les minéraux pour fabriquer les coquilles, les dents et les os.

Dans le cas des étoiles, l’article note que seuls deux éléments majeurs – l’hydrogène et l’hélium – ont formé les premières étoiles peu après le big bang. Ces premières étoiles utilisaient de l’hydrogène et de l’hélium pour fabriquer environ 20 éléments chimiques plus lourds. Et la prochaine génération d’étoiles s’est appuyée sur cette diversité pour produire près de 100 éléments supplémentaires.