Origine de la vie/Simulation

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Il existe déjà un paquet de simulations/animations informatiques simplettes, mais qui pourtant présentent des résultats/comportements intéressants. eg :

  • modèle proie-prédateur etc

Dans cette lignée, pourrait-on tenter un "simulateur" de structures dissipatives ?

Il ne s'agit aucunement d'un simulateur de la physique-chimie existante (bien trop complexe). Mais bien plutôt d'une modélisation ultra-simplifiée des principes les plus basiques.


Travaux existants


Ingrédients

carbone, eau liquide, nutriments, énergie PLSD60

Du flux constant, des élément basiques, des règles d'interactions, de la dégradation (vieillesse/usure), des apports d'énergie ponctuels, ...

Et ama, du temps, beaucoup de temps + des quantités + un grand réacteur. Le temps : ne serait-ce que, parce que, pour que la synthèse naturelle du vivant ne s'arrête pas, les premières structures vivantes ont probablement dues être produites en quantités abondantes, histoire de pouvoir amorcer les synthèses (plus élaborées) suivantes. L'histoire de la vie, la vie qui a pris sur terre, est une histoire ininterrompue. L'endroit (ou les endroits) où cela s'est produit est forcément un endroit susceptible de synthétiser en quantité et pendant longtemps (siècles/millénaires ou plus).

La vie produite dans un recoin de 1 cm3 ... elle devient quoi ? coup de pot, le recoin d'à coté peut permettre la suite ?


Flux

  • un flux, ou des flux : flux de matière, flux d'énergie (les 2 générants aussi du mouvement)
  • le flux peut prendre l'allure d'une cheminée hydrothermale, aka fumeur -> https://fr.wikipedia.org/wiki/Mont_hydrothermal
    • les gaz qui s’échappent du système hydrothermal de Rainbow, sur la dorsale océanique au large des Açores, renferment 45 pour cent d’hydrogène et 43 pour cent de dioxyde de carbone. On a aussi détecté dans ces fluides des hydrocarbures (molécules faites de carbone et d’hydrogène) comprenant entre 16 et 29 atomes de carbone PLSD60
    • l'intérêt d'un fumeur, c'est aussi le phénomène de trempe (refroidissement rapide) à proximité
    • les premiers fumeurs n'étaient pas forcément profonds
  • on peut penser aussi à un geyser
  • une simple convection, de courte durée, ne semble pas très réaliste. Une durée très longue (des années/siècles) semble indispensable. Cela semble impliquer une structure durable dans le temps, donc a priori plutôt grande
  • le flux apporte de la chaleur + du mouvement, ie brassage/translation/rotation des éléments
  • en 3D, un tore, cellule de Bénard -> https://fr.wikipedia.org/wiki/Cellules_de_Bénard,
  • un mouvement convectif => du mouvement du bas vers le haut, ainsi que du haut vers le bas, et des horizontales. C'est plus riche qu'un simple bombardement du haut vers le bas.
  • un éventuel rythme du flux principal est à envisager. Un geyser qui bouillonne non pas continûment, mais par intermittence.
  • il peut aussi y avoir un flux lumineux, également intermittent (jour/nuit)
  • des flux annexes : courants d'air


Eléments

  • des éléments composés (molécules organiques et inorganiques, eg minéraux) divers et en quantité, avec des règles d'interactions entre eux. (C'est réaliste).
    • on ne démarre pas ex-nihilo. La vie ne s'est pas formée directement à partir des atomes bruts. On démarre avec du non-vivant, mais du non-vivant déjà un peu intéressant
    • hydrocarbures, alcool, sucre, cétone, amines, acides aminés, etc
    • de l'eau : c'est le substrat de la mobilité. Abondant. Consubstantiel du flux. Du flux, mais sur du solide, eg silicium, ça ne sert à rien.
    • argile : composant souvent mentionné. Abondant. Joue aussi le rôle de substrat/catalyseur.
    • il serait bon d'avoir des estimations réalistes des quantités respectives en jeu.


Bonus

  • des décharges d'énergie ? (éclairs)
    • pourquoi pas. Mais on peut douter que cela joue un rôle.
  • peut-être un certain rythme dans les itérations ?


Pratique

  • démarrer en 2D, mais avoir 3D à l'esprit
  • démarrer simplet, eg des éléments qui sont juste des segments bifaces
  • affichage débrayable pour l'essentiel du temps. La surveillance des simulations se fait via les mesures
  • l'espace est modélisé par un maillage cartésien (2D dans un 1° temps)
  • les éléments sont sur les coordonnées entières du maillage
  • le maillage est simple et discret, mais les éléments peuvent être arbitrairement complexes. On n'utilise pas l'encodage des automates cellulaires où les éléments s'étalent et se décrivent sur les cases cartésiennes du référentiel.
  • pour la visu, les éléments peuvent éventuellement être simplement repérés par un symbole, une lettre. Mais il faudrait aussi indiquer l'orientation de l'élément.
  • ... ce serait bien d'arriver à faire fonctionner un raspberrypi.


Mesures

  • enregistrement des paramètres initiaux évidemment
  • enregistrement de l'état du système à tout instant
  • nombre d'éléments individuels
  • mesures des éléments et des agrégats : nombre, surface moyenne, longueur périphérique, masse, âge, (température ?)
  • d'une manière ou d'une autre, une mesure de la dissipation d'énergie (entropie), "rendement thermodynamique". Comment ?


Expectations

S'il y a des configurations intéressantes, a priori on peut penser qu'il s'agit plutôt d'une minorité.

Il faut donc pouvoir enchaîner les simulations par milliers. Et pouvoir identifier rapidement les configurations stériles.

  • accroissement de la dissipation
  • apparition de structures à membrane
  • apparition de structures stables
  • structures avec de nouvelles propriétés
  • de la réplication
  • occupation de l'espace
  • compétition entre structures pour l'occupation de l'espace


Données

  • Apparition de la vie sur terre = -4 milliards d'années
  • Le rayonnement solaire est tantôt réputé favorable à la vie (apport d'énergie), tantôt défavorable. Le bombardement UV, est réputé plutôt défavorable à la synthèse du vivant => un milieu protégé serait nécessaire


Bibliographie

  • "Pour La Science" Dossier #60, juillet/septembre 2008, Où est née la vie ?. Plusieurs articles intéressants
    • Des machines inspirées par le vivant, Moshe Sipper & James Reggia. Très intéressant (décrit des travaux similaires à ceux qui m'intéressent)


(Ne pas hésiter à me contacter pour une copie de tel ou tel article).


Misc

Il n'est pas si facile de définir la frontière entre vivant et non-vivant. Mais, a priori, le vivant est caractérisé par plusieurs propriétés simultanées. C'est la simultanéité de l'occurrence de ces propriétés qui fait la vie.

Dualement, il existe des structures non-vivantes, mais qui possèdent certaines caractéristiques de la vie (eg structures dotées d'une membrane, mobilité, etc).

On peut imaginer que des "membranes" non-vivantes soient disponibles à la surface d'un liquide et que, par brassage, des molécules complexes, se retrouvent engluées, entourées puis finalement entourées par la membrane => proto-cellule


Une plante est topologiquement un tore. Le tore étant la forme simplexe autour d'un flux.

On se rappelle qu'il suffit de 3 corps et d'une liaison d'expression simple entre eux pour obtenir du chaos.


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