Physiciens : Nous avons besoin d'une quatrième loi de la thermodynamique

SadaNews - La physique de la thermodynamique, qui englobe des quantités telles que la chaleur et l’entropie (une mesure du degré de désordre dans le système), fournit des outils pour déterminer à quel point un système idéal de particules s'éloigne de l'état d'équilibre et de stabilité.

Mais en ce qui concerne la vie, il n'est pas évident que nos lois actuelles de la thermodynamique soient suffisantes. À présent, il se pourrait que les scientifiques aient franchi la première étape vers l’établissement d’une nouvelle loi.

La dynamique de la vie

La thermodynamique est essentielle à la vie, car un état hors équilibre est l'une de ses principales caractéristiques. Cependant, comme les cellules sont remplies de molécules qui consomment activement de l'énergie, l'état de la cellule diffère de, par exemple, un ensemble de perles flottant dans un liquide.

Par exemple, les cellules ont un "point de réglage", ce qui signifie qu'elles se comportent comme si elles suivaient un thermostat interne. Il existe un mécanisme de rétroaction qui les ramène à ce point de réglage, leur permettant de continuer à fonctionner. Ce type de comportement peut ne pas être facilement capturé par la thermodynamique classique.

Pour comprendre comment le "hors équilibre" dans les systèmes vivants diffère de l'état de hors équilibre dans un système inanimé, N. Narinder et Elizabeth Fischer-Friedrich de l'Université technique de Dresde en Allemagne se sont tournés vers les cellules HeLa humaines – une lignée de cellules cancéreuses couramment utilisées dans la recherche scientifique, prélevées sans consentement sur une femme nommée Henrietta Lacks dans les années 1950.

Tout d'abord, les chercheurs ont utilisé des produits chimiques pour arrêter les cellules en plein milieu du processus de division cellulaire. Ils ont ensuite mesuré leurs membranes externes avec une pointe de microscope à force atomique pour évaluer comment les fluctuations dans la membrane de chaque cellule changeaient lorsque les chercheurs intervenaient dans certains processus cellulaires.

Les scientifiques ont découvert que, pour ces fluctuations, il n’y avait pas de "recette" thermodynamique standard qui expliquait complètement le comportement d’un système inanimé. En particulier, l'idée de "température efficace" s'est révélée inexacte. C'est une idée qui vise à capturer quelque chose qui ressemble à notre compréhension de la façon dont la température augmente lorsque nous sortons un système comme une casserole d'eau de l'équilibre en le chauffant.

Asymétrie du temps

L'équipe a conclu qu'il existe une quantité physique plus utile pour capturer le degré de déséquilibre de la vie, à savoir "l'asymétrie de l'inversion du temps". Cette propriété explore à quel point un processus biologique serait différent s'il se déroulait à l'envers plutôt qu'en avant dans le temps.

La présence de l'asymétrie de l'inversion du temps pourrait être directement liée au fait que les processus biologiques servent un but tel que la survie et la reproduction, déclare Fischer-Friedrich.

En ce qui concerne la vie, il n'est pas évident que nos lois de la thermodynamique soient suffisantes, ou comme le dit Chase Broedersz de l'Université libre d'Amsterdam aux Pays-Bas, "nous savons en biologie qu'il existe de nombreux processus qui dépendent vraiment du fait que le système soit hors équilibre, mais il est réellement important de savoir à quel point le système s’écarte de l’équilibre", ajoutant que la nouvelle étude définit de nouveaux outils précieux pour établir cela.

En fin de compte, l'équipe souhaite dériver une sorte de loi quatrième de la thermodynamique qui ne s'appliquerait qu'à la matière vivante, où les processus ont un point de réglage, dit Fischer-Friedrich.

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