SÉMINAIRES 2010-2011
Sauf mention explicite, les séminaires ont lieu dans les locaux du CREA à l'ENSTA
32, boulevard Victor - 75015 Paris.
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« BIOLOGIE THÉORIQUE »
(M. Mossio, X. Barandiaran et G. Longo)
Un mardi par mois, de 17h00 à 18h30
salle 28 132 - 1er étage
Mercredi 6 octobre 2010
à 18h00
Vera Vasas
(Departament de Genètica i de Microbiologia, Grup de Biologia Evolutiva (GBE), Universitat Autònoma, Barcelone, Espagne)
" Lack of evolvability in self-sustaining autocatalytic networks: A constraint on the metabolism-first path
to the origin of life "
Abstract |
A basic property of life is its capacity to experience Darwinian evolution. The replicator concept is at the core of genetics-first theories of the origin of life, which suggest that self-replicating oligonucleotides or their similar ancestors may have been the first “living” systems and may have led to the evolution of an RNA world. But problems with the nonenzymatic synthesis of biopolymers and the origin of template replication have spurred the alternative metabolism-first scenario, where self-reproducing and evolving proto-metabolic networks are assumed to have predated self-replicating genes. Recent theoretical work shows that “compositional genomes” (i.e., the counts of different molecular species in an assembly) are able to propagate compositional information and can provide a setup on which natural selection acts. Accordingly, if we stick to the notion of replicator as an entity that passes on its structure largely intact in successive replications, those macromolecular aggregates could be dubbed “ensemble replicators” (composomes) and quite different from the more familiar genes and memes. In sharp contrast with template-dependent replication dynamics, we demonstrate here that replication of compositional information is so inaccurate that fitter compositional genomes cannot be maintained by selection and, therefore, the system lacks evolvability (i.e., it cannot substantially depart from the asymptotic steady-state solution already built-in in the dynamical equations). We conclude that this fundamental limitation of ensemble replicators cautions against metabolism-first theories of the origin of life, although ancient metabolic systems could have provided a stable habitat within which polymer replicators later evolved. |
à 19h30
Chrisanta Fernando
(Department of Informatics, University of Sussex, GB)
" Spontaneous formation and evolution of autocatalyctic set within compartments "
Abstract |
Biological evolution came to existence with the first living organism and we are still only guessing about the mechanisms of chemical evolution that could have operated before this time. The replication-first theory envisions polymer strands capable of template replication, meaning that the sequence of molecules on the parent strand is replicated (with mutation) to the child strand by a topographic mapping between the parent and child strand. Others point out the extreme improbability of the spontaneous emergence of such polymers and turn to investigate the appearance of catalytic reaction networks that could have been capable of producing complex organic molecules, and eventually, DNA and RNA strands. The GARD model was demonstrated by Vasas et al to lack evolvability. Are any other systems capable of undergoing natural selection prior to the origin of template replicators? We examine the ability of autocatalytic sets of linear polymers to form spontaneously and to sustain heredity when enclosed in compartments. Unlike GARD they are capable of sustaining multiple attractors that selection can act upon, and of evolving by co-optive evolution. The chemical network motifs responsible for heredity are examined. |
Jeudi 28 octobre 2010 à 11h00 à l'Institut Curie - amphithéâtre Burg - 12 rue Lhomond, Paris 5ème
Denis Noble
(Department of Physiology, Anatomy and Genetics, Oxford, UK)
" Systems Biology : evolution or revolution ? "
Abstract |
La biologie computationnelle s’est développée rapidement lors de la première décennie du 21ieme siècle. Par ses contributions à ce que l’on appelle biologie des systèmes, elle exige une révision des principes fondamentaux de la biologie, et surtout des rapports entre génotypes et phénotypes. La théorie de l’évolution, surtout, doit être revisitée. Au contraire des idées neo-darwiniennes, le ‘lamarckisme’ n’est pas exclu.
Pour réussir dans ce projet, il nous faut des approches mathématiques qui puissent rendre compte des interactions multi-échelle. Cette conférence sera un défi aux mathématiciens à développer les structures formelles nécessaires. |
Computational biology has expanded rapidly during the first decade of the twenty-first century and, through its contribution to what is now called systems biology, it is set to revise many of the fundamental principles of biology, including the relations between genotypes and phenotypes.
Evolutionary theory, in particular, will require re-assessment. Contrary to the neo-darwinists, 'lamarckism' should not be excluded. To succeed in this, computational and systems biology will need to develop the theoretical framework required to deal with multilevel interactions.
While computational power is necessary, and is forthcoming, it is not sufficient. We will also require mathematical insight, perhaps of a nature we have not yet identified. This lecture is therefore also a challenge to mathematicians to develop such insights.
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Jeudi 18 novembre 2010, à 17h00
Luis Rocha
(School of Informatics, Indiana University, USA & FLAD Computational Biology Collaboratorium, Instituto Gulbenkian de Ciencia, Portugal)
" Reality is stranger than fiction: Exploring the Evolutionary Role of RNA Editing with Computational Models "
14 décembre 2010
Nadine Peyriéras
(Neurobiologie et Développement, Institut de Neurobiologie Alfred Fessard, CNRS, Gif/Yvette, France)
" La reconstruction phénoménologique est-elle une étape utile voire nécessaire d'une reconstruction théorique en biologie ? "
| Abstract |
Quantifying cell behaviors in animal early embryogenesis remains a challenging issue requiring in toto imaging and automated image analysis. We designed a framework for imaging and reconstructing unstained whole zebrafish embryos for their first 10 cell division cycles and report measurements along the cell lineage with micrometer spatial resolution and minute temporal accuracy.
Point-scanning multiphoton excitation optimized to preferentially probe the innermost regions of the embryo provided intrinsic signals highlighting all mitotic spindles and cell boundaries. Automated image analysis revealed the phenomenology of cell proliferation.
Blastomeres continuously drift out of synchrony. After the 32-cell stage, the cell cycle lengthens according to cell radial position, leading to apparent division waves. Progressive amplification of this process is the rule, contrasting with classical descriptions of abrupt changes in the system dynamics. |
18 janvier 2011
Christophe Malaterre
(IHPST, Université Paris 1, Paris)
" De l’inerte au vivant: modes et degrés "
| Résumé |
L’existence d’une pluralité de définitions de la vie est souvent perçue comme une situation insatisfaisante qui résulterait d’une connaissance scientifique encore incomplète du phénomène vital. Pour certains, cette pluralité doit être éliminée au profit d’une unique définition de la vie restant à élaborer. Dans cette communication, je défends au contraire une thèse pluraliste selon laquelle l’existence d’une pluralité de définitions de la vie irait de pair avec l’existence d’une pluralité de types de systèmes vivants, et je propose de rendre compte de cette pluralité par la notion de « signature de vie ». |
22 février 2011
Laura Nuño de la Rosa García
(Universidad Complutense de Madrid & IHPST, Université Paris 1)
"Becoming organisms: the organisation of development and the development of organisation"
| Abstract |
Despite its radical importance in the development of organicism, embryology remains philosophically underexplored as a theoretical and empirical resource to clarify the nature of organisms. In my presentation I will discuss how developmental biology can help develop the organizational definition of the organism as a differentiated, functionally integrated, and autonomous system. I distinguish two views of development that yield two different organicist conceptions of living beings. The life history view claims that organisms can be considered as such during their whole ontogeny; the constitutive view distinguishes two periods in life history, namely the period of generation and the period of self- maintenance of a constitutive organization. I will argue that the organizational criteria for the definition of organism (i.e., differentiation, functional integration, and autonomy) can be applied to the developmental system only when it has entered the period of self-maintenance of a constitutive organization. In the light of current research in developmental biology, I will show that it is possible to make explicit how organisms come to be as organisms. To this end, I explore key ontogenetic events in vertebrate development that help us clarify the core aspects of animal organization and allow us to identify the developmental stage (the fetal or the larval stage in the case of vertebrates) that marks the ontological transition between an organism in potency and an organism in actuality. |
15 mars 2011
Jean-Jacques Kupiec
(Inserm, Centre Cavaillès, ENS)
" Ontophylogenèse "
| Résumé |
La biologie reconnait deux entités dont l’existence semble une donnée immédiate de la perception et non une élaboration théorique ou le résultat d’une démarche expérimentale. Ces entités premières sont l’espèce et l’individu, dont la biologie cherche à expliquer la genèse et le fonctionnement. Cette reconnaissance structure la biologie dans ses champs disciplinaires et dans ses théories. En effet, elle aboutit à une séparation : d’un côté les disciplines qui concernent l’espèce (les sciences de l’évolution, la systématique …), de l’autre côté celles qui expliquent l’individu (l’embryologie, la physiologie …). Du même coup, le développement des organismes individuels (ontogenèse) et l’évolution des espèces
(phylogenèse) sont considérés comme deux phénomènes distincts supposant deux mécanismes distincts n’ayant pas de rapport causal direct et nécessitant donc deux théories distinctes pour les expliquer : D’une part, la théorie de la sélection naturelle explique l’évolution des espèces et d’autre part, celle du programme génétique explique le développement des organismes individuels.
Au cours du séminaire je soutiendrai que cette manière de scinder la biologie n’est plus tenable au regard des données expérimentales acquises récemment et j’avancerai une nouvelle théorie dite de l’ontophylogenèse qui, au contraire, l’unifie. Dans son cadre, l’évolution des espèces et le développement embryonnaire sont tous les deux le résultat d’un seul processus de sélection naturelle étendue. Ce nouveau cadre théorique suppose une réévaluation des entités premières qui structurent la biologie. Ainsi, l’espèce et l’individu sont les deux facettes d’une seule réalité : la lignée généalogique. Il implique également un nouveau modèle de différenciation cellulaire : les gènes fournissent les protéines, mais leurs interactions sont probabilistes et elles sont triées par les contraintes sélectives aux niveaux, cellulaire, multicellulaire et environnemental. Les cellules changent de phénotype à cause d’événements stochastiques au niveau de l’expression des gènes et elles sont stabilisées par les interactions avec leur environnement.
Ce modèle est testable et donne lieu à un programme de recherche expérimentale ainsi qu’à des simulations numériques. |
Lundi 2 mai 2011
Franck Varenne
(Université de Rouen et GEMASS, UMR 8598 / CNRS / Paris Sorbonne)
" Les biologies théoriques relationnelles au 20ème siècle: diversité des enjeux et évolutions"
| Résumé |
Prôner l’avènement d’une biologie pleinement « relationnelle » est devenu récurrent dans différents contextes de la biologie théorique au 20ème siècle. Aujourd’hui encore, la primauté de la relation – et de ses diverses formes – sur les termes de la relation (molécules, matières, organes, forces, dimensions…) est nettement affirmée par un certain nombre de biologistes théoriciens. Pour quelles raisons ? Pour quels enjeux ? Méthodologiques, épistémologiques ou plus fondamentaux encore ? Cet exposé mènera l’enquête en revenant sur quelques figures majeures du passé récent. On trouve cette incitation à passer du physicalisme au relationnisme aussi bien, avant-guerre, chez Joseph Henry Woodger (dans le contexte d’une embryologie théorique influencée par l’épistémologie de l’empirisme logique), qu’après-guerre (dans un contexte, bien différent celui-ci, de biologie théorique mathématique et de biotopologie), en particulier chez Nicholas Rashevsky puis chez Robert Rosen. A travers l’évocation succincte du travail de ces trois chercheurs, et en se fondant notamment sur les analyses présentées dans (Varenne, 2010), cet exposé tentera de mettre en lumière la signification et les enjeux de tels appels aux relationnel, dans leur diversité, comme dans leurs évolutions, en particulier sous l’effet de la concurrence croissante, dans l’après-guerre, des approches modélistiques, cybernétiques puis computationnelles. Avec cette proposition d’interprétation et de mise en perspective, la question de la pertinence et du caractère actuel de ces appels au relationnel pourra également être posée avec plus de précision.
Références :
Rashevsky, N. : Mathematical Principles in Biology and their Applications, Springfield, C.C. Thomas Publisher, 1961.
Rosen, R. : Life Itself, New York, Columbia University Press, 1991.
Varenne, F. : Du modèle à la simulation informatique, Pais, Vrin, 2007.
Varenne, F. : Formaliser le vivant : lois, théories, modèles ?, Paris, Hermann, 2010.
Woodger, J. H. : The Axiomatic Method in Biology, London, Cambridge University Press, 1937. |
 En raison de l'atelier "Self-organization in biology : scope and limits ", il n'y aura pas de séance le mardi 24 mai 2011.
Vendredi 27 mai 2011,14h00-17h00, séance exceptionnelle :
Conférence " Différentes facettes de la complexité du vivant "
ISC-PIF, 57-59 rue Lhomond, 75005 Paris
21 juin 2011
Gertrudis van der Vijver
(Centre for Critical Philosophy, Department of Philosophy and Moral Science, Ghent University, Belgique)
Titre à préciser
Pour toute information, merci de contacter Matteo Mossio.
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Les activités publiques du CREA sont sur le site du RISC.
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