Vous êtes-vous déjà demandé comment des organismes simples comme les bactéries ou les champignons prennent des décisions complexes ? sans cerveau? Ou comment une seule cellule peut gérer des milliards d'opérations simultanées sans planter ? Pendant des décennies, nous avons attribué ces capacités à des réactions chimiques et à des signaux électriques. Mais quelque chose n’allait pas : la vitesse de calcul semblait trop élevée pour être expliquée uniquement par la biochimie traditionnelle. C'est presque comme si nos cellules cachaient un secret. Et c'est peut-être exactement comme ça que ça se passe. Une nouvelle étude des effets quantiques dans les systèmes biologiques révolutionne notre compréhension de la façon dont la vie traite l’information.
Le corps Philippe Kurian de l'Université Howard ont constaté que Nos cellules pourraient exploiter les phénomènes quantiques pour traiter les données des milliards de fois plus rapidement que nous le pensions possible. Une découverte qui confirme non seulement l'intuition qu'avait eue il y a 80 ans le légendaire physicien Erwin Schrödinger, mais cela ouvre également des scénarios complètement nouveaux sur la nature informatique de la vie.
Quand la physique quantique rencontre la biologie
La biologie et la mécanique quantique ont toujours été considérées comme des disciplines distinctes, sans pratiquement aucun point de contact. Le premier traite des systèmes chauds, complexes et imprévisibles ; le deuxième Il fonctionne à des températures proches du zéro absolu, dans des conditions ultra-précises. Un mariage impossible, du moins sur le papier.
Il y a déjà quatre-vingts ans, cependant, Schrödinger osé suggérer le contraire. Dans sa célèbre série de conférences « Qu’est-ce que la vie ? », il a émis l’hypothèse que des effets quantiques encore inconnus pourraient jouer un rôle crucial dans le maintien de la stabilité génétique des organismes vivants. Une théorie futuriste restée sans confirmation concrète pendant des décennies.
Le problème principal était évident : comment des processus quantiques pouvaient-ils exister au sein d’un système biologique ? Comment quelque chose d’aussi délicat pourrait-il survivre dans le chaos thermique et moléculaire d’un organisme vivant ?
C’est précisément le nœud que Kurian a commencé à démêler, reliant enfin le monde biologique à la mécanique quantique.
Tryptophane et superradiance quantique
La clé de ces nouvelles études de Kurian commence par une de ses œuvres précédentes sur une molécule que nous absorbons quotidiennement : le tryptophane, un acide aminé essentiel présent dans le lait, les œufs, la viande et les noix. Une substance que l’on considère simplement comme « nutritionnelle », mais qui pourrait être bien plus que cela.
Normalement, une seule molécule de tryptophane absorbe la lumière (un photon) à une fréquence et en émet une autre à une fréquence différente. Ce phénomène, appelé fluorescence, est largement utilisé pour étudier les protéines. Rien de particulièrement surprenant.
La magie se produit lorsque de nombreuses molécules de tryptophane interagissent avec un seul photon de manière coordonnée, à l'intérieur de grandes structures biologiques telles que les neurones, les microtubules ou les centrioles. Dans ces conditions, ils présentent un comportement quantique appelé «superradiance« Ce qui produit une fluorescence beaucoup plus intense que celle observée avec une seule molécule. C'est comme si toutes les molécules de tryptophane se comportaient comme un orchestre parfaitement synchronisé plutôt que comme des musiciens solistes. »
Secondo L'étude de Kurian, cette superradiance suggère quelque chose de révolutionnaire : le traitement de l’information dans les systèmes biologiques ne repose pas uniquement sur la signalisation chimique traditionnelle.
Il est possible que le réseau tryptophane fonctionne comme une sorte de « fibre optique quantique », permettant aux cellules eucaryotes de transmettre des informations à des vitesses des milliards de fois plus rapides que les voies biochimiques conventionnelles.
Pensez-y : nos ordinateurs les plus avancés « travaillent dur » pour gérer des calculs complexes, mais une simple cellule pourrait utiliser les effets quantiques pour traiter des informations à des vitesses vertigineuses. C'est comme découvrir que le bon vieux vélo dans le garage est en fait une Ferrari déguisée.
Effets quantiques, pour une puissance de calcul extraordinaire
Le tryptophane n’est pas exclusif aux organismes complexes comme nous. C'est un acide aminé essentiel pour le corps humain et il contribue à la croissance des plantes, mais sa présence s'étend également à des formes de vie plus simples. Les bactéries, les champignons et les plantes peuvent métaboliser cette molécule. Et ce détail apparemment insignifiant pourrait avoir d’énormes implications.
Kurian souligne un fait que nous négligeons souvent :
De nombreux scientifiques oublient que les organismes dépourvus de système nerveux, comme les bactéries, les champignons et les plantes, qui constituent la majeure partie de la biomasse terrestre, effectuent des calculs complexes. Étant présents sur notre planète bien plus longtemps que les animaux, ces organismes sont responsables de la grande majorité des calculs basés sur le carbone de la Terre.
Cela me fait penser à la fréquence à laquelle nous sous-estimons l’intelligence des organismes les plus simples. Un champignon se propageant sur le sol de la forêt pourrait avoir des capacités de calcul qui feraient honte à nos superordinateurs.
L'évolution sous un nouveau jour
Il est possible que les effets quantiques tels que la superradiance aient joué un rôle fondamental dans l’évolution des organismes eucaryotes. Et si la superradiance quantique fait partie intégrante du traitement de l’information dans les formes de vie les plus simples, cela pourrait signifier que les êtres vivants à base de carbone ont une puissance de calcul bien supérieure à celle des systèmes quantiques artificiels.
Seth Lloyd, physicien quantique au MIT, commente avec enthousiasme l'étude de Kurian : « Je salue les efforts audacieux et imaginatifs du Dr Kurian pour appliquer la physique fondamentale du calcul à la quantité totale de traitement d'informations effectuée par les systèmes vivants au cours de la vie sur Terre. Il est important de se rappeler que le calcul effectué par les systèmes vivants est bien plus puissant que celui effectué par les systèmes artificiels. »
Je trouve cela extraordinaire : alors que nous nous efforçons de développer des ordinateurs quantiques fonctionnant dans des conditions extrêmement contrôlées, la nature a peut-être trouvé un moyen d’exploiter les effets quantiques à température ambiante il y a des milliards d’années. La vie ne cesse jamais de nous étonner.
Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour trouver davantage de preuves à l’appui des conclusions de Kurian, cette étude représente un nouveau chapitre dans le domaine de la biologie. Cela nous encourage à reconsidérer l’évolution de la vie sur Terre sous un angle complètement nouveau, où la physique quantique et la biologie ne sont plus des disciplines distinctes, mais les deux faces d’une même pièce fascinante.
