Ce que révèle l’observation de l’invisible

QUE se passe-​t-​il quand l’homme, grâce à ses inventions, découvre ce qui était auparavant dissimulé à sa vue ? L’inconnu se révèle à lui, avec plus ou moins de clarté. — Voir l’encadré ci-dessous.

On pensait autrefois que la terre était au centre de l’univers. Vint le télescope, qui montra que les planètes, la Terre y comprise, tournaient autour du Soleil. Plus récemment, grâce à l’invention de microscopes puissants, l’homme a scruté l’atome et a constaté que certains types d’atomes se combinaient avec d’autres pour former des molécules.

Voyez la composition d’une molécule d’eau, substance indispensable à la vie. En raison de leur composition, deux atomes d’hydrogène s’associent de façon spécifique à un atome d’oxygène unique pour former une molécule d’eau, laquelle donnera, ajoutée à des milliards d’autres, une goutte d’eau. Qu’apprend-​on en examinant une molécule d’eau et son comportement ?

 Extraordinaire eau

Une goutte d’eau paraît très simple, pourtant l’eau est une substance extrêmement complexe. Bien qu’elle soit “ l’une des substances chimiques les plus étudiées, c’est la moins comprise ”, dit d’elle le professeur John Emsley, auteur scientifique de l’Imperial College, à Londres. “ L’eau est le liquide le plus commun sur la terre, mais c’est aussi l’un des plus mystérieux ”, écrit de son côté la revue New Scientist.

Malgré la simplicité de sa structure, explique M. Emsley, “ rien n’est aussi complexe dans son comportement ” que l’eau. Il illustre son propos : “ H₂O devrait être un gaz, [...] mais c’est un liquide. Et quand l’eau gèle [...], sa forme solide, la glace, flotte, alors qu’elle devrait couler. ” Une réaction singulière qui a fait dire au physicien Paul Klopsteg, ancien président de l’Association américaine pour le progrès de la science :

“ C’est là un système remarquable pour la préservation de la vie aquatique comme les poissons. Pensez à ce qui se passerait si l’eau, en se refroidissant jusqu’au point de congélation, réagissait autrement. La glace continuerait à se former jusqu’à occuper tout le lac, ce qui effacerait l’ensemble ou la majorité des formes de vie aquatiques. ” Pour M. Klopsteg, ce comportement étrange de l’eau est “ une preuve qu’un esprit supérieur et animé d’un dessein est à l’œuvre dans l’univers ”.

Les chercheurs pensent avoir découvert la raison de cette réaction, apprend-​on dans New Scientist. Ils ont mis au point le premier modèle théorique qui prédise avec exactitude la dilatation de l’eau. “ La clé du mystère, ont-​ils compris, réside dans l’espacement des atomes d’oxygène à l’intérieur de ces structures. ”

N’est-​il pas remarquable qu’une molécule apparemment si simple défie l’entendement humain ? Dire que l’eau constitue la majeure partie du poids de notre corps ! Voyez-​vous, vous aussi, dans cette incroyable molécule de trois atomes de deux éléments “ une preuve qu’un esprit supérieur et animé d’un dessein est à l’œuvre ” ? Or la molécule d’eau est extrêmement petite et bien moins complexe que beaucoup d’autres.

Des molécules d’une grande complexité

Certaines molécules sont composées de milliers d’atomes de bon nombre des 88 éléments existant à l’état naturel sur la terre. Par exemple, les molécules d’ADN (abréviation d’acide désoxyribonucléique), qui portent l’information héréditaire codée de toute chose vivante, peuvent être formées de millions d’atomes de plusieurs éléments.

Malgré son incroyable complexité, la molécule d’ADN ne fait que 0,000 002 5 millimètre de diamètre. Elle n’est donc visible qu’avec un microscope puissant. C’est seulement en 1944 que l’on a compris que l’ADN déterminait l’hérédité de l’individu. Depuis, ces molécules font l’objet de quantité de recherches.

Les molécules d’ADN et d’eau ne sont que deux des nombreuses molécules qui entrent dans la composition des choses. Puisque beaucoup de molécules existent à la fois dans le vivant et dans l’inerte, doit-​on croire que peu de chose sépare l’un de l’autre ?

C’est ce que beaucoup ont cru pendant longtemps. “ L’espoir que l’accroissement des connaissances biologiques finirait par combler le fossé fut clairement exprimé par de nombreuses autorités dans les années 1920 et 1930 ”, écrit le microbiologiste Michael Denton. Mais qu’a révélé le temps ?

De la supériorité et de la singularité de la vie

Les scientifiques s’attendaient à trouver une succession de formes intermédiaires entre l’inerte et le vivant. Or M. Denton fait observer que l’existence d’un fossé très net “ fut finalement établie [...] après les découvertes révolutionnaires de la biologie moléculaire à la fin des années 1950 ”. Il poursuit en parlant d’un fait maintenant évident pour la communauté scientifique :

“ Aujourd’hui, nous savons non seulement qu’il existe un hiatus entre le monde inerte et le monde vivant, mais aussi que celui-ci représente la plus  spectaculaire et la plus fondamentale de toutes les discontinuités de la nature. Entre une cellule vivante et le système non biologique le plus ordonné, tel le cristal ou le flocon de neige, il y a un abîme aussi vaste et absolu qu’il est possible de concevoir. ”

Créer une molécule n’est pas facile pour autant. Le livre Des molécules aux cellules vivantes (angl.) note que “ la synthèse des ‘ briques ’ formant une petite molécule est complexe en elle-​même ”. Pourtant, fabriquer ces molécules “ est un jeu d’enfant comparé à ce qui a dû suivre pour que naisse la première cellule vivante ”, selon les termes de l’ouvrage.

Les cellules peuvent être des organismes libres, comme les bactéries, ou former des organismes pluricellulaires, comme l’être humain. Une cellule de taille moyenne est 500 fois plus petite que le point qui termine cette phrase. Il n’est donc pas surprenant que ses mécanismes soient invisibles à l’œil nu. Mais que voit-​on quand on regarde une cellule du corps humain au microscope ?

La cellule : produit du hasard ?

Tout d’abord, on ne peut qu’être stupéfait par la complexité de la cellule vivante. “ La croissance normale de la plus simple des cellules vivantes exige que plusieurs dizaines de milliers de réactions chimiques se produisent de manière coordonnée ”, dit un auteur scientifique avant d’ajouter : “ Comment, dans une structure aussi minuscule qu’une cellule, 20 000 réactions peuvent-​elles être maîtrisées immédiatement ?

Michael Denton a comparé ce qui est pourtant la plus petite cellule vivante à “ une véritable usine miniature dotée d’une puissante machinerie moléculaire, riche de milliers de pièces magnifiquement conçues ; ce système, souligne-​t-​il, — composé d’une centaine de milliards d’atomes — est beaucoup plus complexe que n’importe quelle machine fabriquée par l’homme et absolument sans équivalent dans le monde inorganique ”.

La complexité de la cellule déconcerte les scientifiques, comme le  faisait remarquer le New York Times du 15 février 2000 : “ Plus les biologistes en apprennent sur les cellules vivantes, plus il leur semble illusoire de vouloir en comprendre toutes les activités. La cellule humaine classique est trop petite pour être vue. Pourtant, en n’importe quel instant donné, des milliers de ses 100 000 gènes (jusqu’à 30 000) s’activent ou se désactivent pour s’occuper de sa maintenance ou répondre aux messages provenant d’autres cellules. ”

Suit cette question : “ Comment une machine si petite et si complexe pourra-​t-​elle être un jour analysée ? Et si, par quelque prodigieux effort, une cellule humaine devait être entièrement comprise, il en resterait au moins 200 autres à explorer dans le corps humain. ”

Sous le titre “ Les vrais moteurs de la nature ”, la revue Nature annonçait la découverte de moteurs à l’intérieur de chacune de nos cellules. En tournant, ces moteurs créent de l’adénosine triphosphate, la source d’énergie des cellules. Réflexion d’un scientifique : “ Que serons-​nous capables de réaliser quand nous saurons concevoir et construire des machines moléculaires semblables aux systèmes que nous trouvons dans les cellules ? ”

Réfléchissez aux capacités créatrices de la cellule. La somme des renseignements contenus dans l’ADN d’une de nos cellules remplirait un million de pages comme celle-ci. Mieux : chaque fois qu’une cellule se divise pour en créer une nouvelle, elle lui transmet l’ensemble de ces données. Selon vous, à qui doit-​on attribuer l’entrée de ces données programmatrices dans chacune de nos 100 000 milliards de cellules ? Au hasard ou à un génial concepteur ?

Votre conclusion est peut-être celle du biologiste Russell Artist : “ À moins, comme le dictent la raison et l’intelligence, d’affirmer que [la cellule] a été créée par une intelligence, un esprit, on se heurte à des obstacles formidables, insurmontables même, pour expliquer son apparition, comme d’ailleurs son fonctionnement . ”

Un ordonnancement stupéfiant

Il y a des années, Kirtley Mather, à l’époque professeur de géologie à l’université Harvard, est parvenu à cette conclusion : “ Nous vivons dans un univers où règne non pas le hasard ou le caprice, mais l’ordre. Son organisation est entièrement rationnelle et digne de la plus grande admiration. Voyez le merveilleux système mathématique de la nature qui nous permet de donner des numéros atomiques consécutifs à tous les éléments de la matière. ”

Considérons brièvement ce “ merveilleux système mathématique de la nature ”. Parmi les éléments * connus dans l’Antiquité figuraient l’or, l’argent, le cuivre, l’étain et le fer. Au Moyen Âge, les alchimistes trouvèrent l’arsenic, le bismuth et l’antimoine. Au XVIII^e siècle, on découvrit de nombreux autres éléments. En 1863, le spectroscope, grâce auquel on peut mesurer le spectre lumineux spécifique qu’émet chaque élément, permit d’en découvrir un 63^e, l’indium.

À l’époque, le chimiste russe Dimitri Mendeleïev parvint à la conclusion qu’un ordre régissait l’ensemble des éléments. Finalement, le 18 mars 1869, son célèbre traité sur le système des éléments fut lu à la Société chimique  russe. Il y déclarait que la “ distribution [des éléments] n’est pas, comme on pourrait le croire [...], guidée par le hasard mais par quelque principe précis et exact ”.

Mendeleïev disait encore : “ Nous devrions cependant nous attendre à découvrir de nombreux autres corps simples aujourd’hui inconnus ; par exemple les éléments similaires [dans leur succession] à l’aluminium et au silicium, des éléments qui auront un poids atomique de 65 à 75. ” Voilà pourquoi le chimiste laissa 16 cases vides dans son tableau périodique des éléments. Quand on lui demanda de prouver ses prédictions, il répondit : “ Je n’ai pas besoin de preuves. Les lois de la nature, contrairement à celles de la grammaire, n’admettent aucune exception. ” Et d’ajouter : “ J’imagine que lorsqu’on aura trouvé les éléments manquants, on nous prendra davantage au sérieux. ”

C’est exactement ce qui se passa ! “ La découverte (au cours des 15 années suivantes) du gallium, du scandium et du germanium, dont les propriétés correspondaient étroitement à celles qu’avait annoncées Mendeleïev, établit la validité du tableau périodique et assit la réputation de son auteur ”, écrit l’Encyclopedia Americana. Dans la première moitié du XX^e siècle, tous les éléments existants avaient été découverts.

Manifestement, comme l’a dit Elmer Maurer, chimiste et chercheur, “ ce bel ordonnancement peut difficilement être l’œuvre du hasard ”. À propos des chances pour que l’ordre harmonieux des éléments soit fortuit, le professeur de chimie John Cleveland Cothran a dit : “ La découverte de tous les éléments dont [Mendeleïev] avait prédit l’existence et le fait que leurs propriétés correspondent presque exactement à celles qu’il leur avait prêtées ont écarté complètement cette possibilité. On ne parle d’ailleurs jamais, s’agissant de sa remarquable loi, de ‘ hasard périodique ’, mais toujours de ‘ loi périodique ’. ”

Un examen attentif des éléments et de la façon dont ils se combinent pour former tout ce qui compose l’univers a amené le célèbre physicien Paul Dirac, qui fut professeur de mathématiques à Cambridge, à dire : “ On pourrait peut-être résumer la situation en disant que Dieu est un mathématicien de tout premier ordre, et qu’il a fait appel à des connaissances mathématiques supérieures pour bâtir l’Univers. ”

Scruter le monde microscopique des atomes, des molécules et des cellules vivantes, plonger ses regards dans les galaxies — tout cela est fascinant et porte à l’humilité. Mais quelle incidence cela a-​t-​il sur votre vie ? Que révèlent toutes ces choses ? Voyez-​vous au-delà de ce que voient vos yeux ?

[Note]

[Encadré/Illustrations, page 5]

Trop rapide pour l’œil

La rapidité des mouvements d’un cheval au galop suscita un débat au XIX^e siècle : y avait-​il un moment où aucun sabot ne touchait le sol ? Finalement, en 1872, Eadweard Muybridge se lança dans des expériences photographiques qui réglèrent plus tard la question. Il inventa une technique qui fit de lui le père de la photographie à expositions multiples à grande rapidité.

Muybridge aligna 24 appareils photo à faible intervalle les uns des autres. L’obturateur de chaque appareil était relié par un fil tendu en travers de la piste pour que le cheval le déclenche dans sa course. L’analyse des clichés révéla que le cheval n’avait par instants plus aucun contact avec le sol.

[Indication d’origine]

Avec l’aimable autorisation de la George Eastman House

[Illustration, page 7]

Pourquoi la glace flotte-​t-​elle au lieu de couler ?

[Illustration, page 7]

Une molécule d’ADN fait 0,000 002 5 millimètre de diamètre, pourtant les données qu’elle contient rempliraient un million de pages.

[Indication d’origine]

Image de l’ADN réalisée par ordinateur : Donald Struthers/Tony Stone Images

[Illustration, page 8]

Dans chacune de nos 100 000 milliards de cellules, plusieurs dizaines de milliers de réactions chimiques se produisent de manière coordonnée.

[Indication d’origine]

Copyright Dennis Kunkel, Université de Hawaii

[Illustrations, page 9]

Son tableau périodique amena le chimiste russe Mendeleïev à la conclusion qu’un ordre régissait l’ensemble des éléments.

[Indication d’origine]

Avec l’aimable autorisation de la National Library of Medicine