Fabriquer la vie dans un laboratoire de biochimie ? : expérimentations sur les propriétés évolutives de réseaux biomoléculaires, enquête ethnographique, et réflexion épistémologique

Making life from scratch in a biochemical laboratory? : implementation of evolutionary properties in biomolecular networks, ethnographic investigation, and epistemological reflection

• Auteur / Autrice : Cyrille Jeancolas
• Direction : Philippe Nghe, Perig Pitrou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et structurale et biochimie, biophysique moléculaire
• Date : Soutenance le 15/11/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation (Paris ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie, Biologie, Innovation (Paris) - Laboratoire d'anthropologie sociale (Paris ; 1960-...)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Douady
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Douady, Sophie Houdart, Purificación López-García, Thomas Heams
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Houdart, Purificación López-García

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vie

Ethnologie

Biologie -- Laboratoires

Philosophie des sciences

Microfluidique

ARN

Darwinisme

Génération spontanée

Mots clés libres

Origine de la vie

Évolution darwinienne

ARN

Microfluidique en gouttelettes

Philosophie des sciences

Anthropologie de la vie

Ethnographie de laboratoire

Origin of life

Darwinian evolution

RNA

Droplets microfluidics

Philosophy of science

Anthropology of life

Laboratory ethnography

Résumé

La question de l'abiogenèse (c'est-à-dire de l'origine de la vie) est une question transversale à l'intersection de préoccupations scientifiques, anthropologiques et philosophiques. Cette thèse interdisciplinaire combine des approches des sciences de la nature, et des sciences humaines et sociales, pour présenter des résultats expérimentaux de biochimie, leur contexte de production et le paysage conceptuel dans lesquels ils s'insèrent. Le champ de la recherche sur l'origine de la vie regroupe une multiplicité d'approches, allant de la détection de biosignatures dans des formations géologiques, à la simulation informatique de phénomènes biologiques. Une de ces stratégies consiste à fabriquer des systèmes physico-chimiques évolutifs capables d'acquérir de nouvelles propriétés, que les chercheurs associent à des processus vitaux, comme le métabolisme ou la reproduction. Cependant, il n'y a pas de consensus scientifique sur la définition de la vie, et les laboratoires impliqués dans cette entreprise peuvent avoir des conceptions différentes de ce phénomène complexe. De ce fait, la signification des artefacts synthétisés ne se comprend qu'en associant leur fonctionnement physico-chimique à la culture épistémique de ceux qui les produisent. En prenant comme cas d'étude le laboratoire de biochimie de l'ESPCI Paris - PSL, (i) nous présentons des résultats expérimentaux de processus évolutifs dans des réseaux biomoléculaires, (ii) nous mettons en lumière le contexte humain de cette recherche sur l'origine de la vie, (iii) et nous proposons un cadre philosophique conceptuel de la transition de l'inerte au vivant. Ceci aboutit à l'élaboration du concept de « protovies » faisant référence aux objets fabriqués et interprétés comme évoluant vers un vivant supposé. L'étude des protovies du laboratoire permet ainsi d'en apprendre plus sur l'abiogenèse, mais aussi sur les conceptions de la vie des chercheurs impliqués. (i) Dans cette thèse, nous présentons les réalisations expérimentales de deux protovies : un système de gouttelettes microfluidiques qui croissent et se divisent en fonction de leur composition chimique ; et un système d'ARN catalytiques qui se reproduisent moléculairement, en générant en parallèle de nouvelles espèces d'ARN. Les résultats présentés montrent la possibilité de faire émerger des propriétés d'évolution darwinienne au sein de systèmes synthétiques non vivants, permettant ainsi d'appréhender des étapes de l'abiogenèse. (ii) D'un point de vue anthropologique, nous exposons les résultats d'une ethnographie (c'est-à-dire la description et l'analyse d'un groupe culturel depuis l'intérieur) de la production et de l'interprétation des protovies présentées dans la partie biochimique de la thèse, au regard des conceptions darwiniennes de la vie des chercheurs du laboratoire. À l'aide d'une observation participante et d'entretiens semi-directifs, nous montrons comment les systèmes synthétiques étudiés deviennent des protovies, au fur et à mesure des expérimentations, analyses et discussions. (iii) Enfin avec une démarche de philosophie des sciences, nous affinons les différentes compréhensions de la question même de l'origine de la vie, selon plusieurs axes de contraintes liées à : l'historicité, la spontanéité et la similarité avec la vie telle qu'on la connait. Cela rend explicite les types de questions auxquelles les protovies nous permettent de répondre. Cette réflexion s'accompagne de la mise en place d'outils conceptuels, sous la forme de seuils, pour faciliter la conceptualisation de scénarios d'origine de la vie, dans lesquels peuvent s'insérer les protovies.

The question of abiogenesis (i.e. the origin of life) is a cross-cutting issue at the intersection of scientific, anthropological and philosophical concerns. This interdisciplinary thesis combines approaches from the natural sciences, the humanities and social sciences to present experimental biochemical results, their context of production and the conceptual landscape in which they are embedded. The field of origin-of-life research encompasses a multiplicity of approaches, ranging from the detection of biosignatures in geological formations to the computer simulation of biological phenomena. One of these strategies is to build evolving physico-chemical systems capable of acquiring new properties, which researchers associate with vital processes, such as metabolism or reproduction. However, there is no scientific consensus on the definition of life, and the laboratories involved in this endeavor may have different conceptions of this complex phenomenon. As a result, the meaning of the synthesized artefacts can only be understood by linking their physico-chemical functioning to the epistemic culture of those who produce them. Taking as a case study the biochemistry laboratory of the ESPCI Paris - PSL, we (i) present experimental results of evolutionary processes in biomolecular networks, (ii) highlight the human context of this research on the origin of life, (iii) and propose a conceptual philosophical framework of the transition from the inert to the living. This leads to the elaboration of the concept of "protolives" referring to objects made and interpreted as evolving towards a presumed living state. The study of protolives in the laboratory thus allows us to learn more about abiogenesis, but also about the conceptions of life of the researchers involved. (i) In this thesis, we present the experimental realization of two protolives: a system of microfluidic droplets that grow and divide according to their chemical composition; and a system of catalytic RNAs that reproduce molecularly, generating new RNA species in parallel. The presented results show the possibility of bringing out Darwinian evolutionary properties in non-living synthetic systems, thus allowing the understanding of stages of abiogenesis. (ii) From an anthropological point of view, we present the results of an ethnography (i.e. the description and analysis of a cultural group from the inside) of the production and interpretation of the protolives presented in the biochemical part of the thesis, in relation to the Darwinian conceptions of life of the researchers of the laboratory. Using participant observation and semi-structured interviews, we show how the synthetic systems studied become protolives, as they are experimented with, analysed and discussed. (iii) Finally, using a philosophy of science approach, we refine the different understandings of the very question of the origin of life, according to several axes of constraints linked to: historicity, spontaneity and similarity with life as we know it. This makes explicit the types of questions that protolives allow us to answer. This reflection is accompanied by the establishment of conceptual tools, in the form of thresholds, to facilitate the conceptualization of origin-of-life scenarios, into which protolives can be situated.