Une découverte fascinante révèle que la théorie des nombres, branche pure des mathématiques, est encodée dans nos gènes. Des chercheurs viennent de mettre en lumière comment les mutations génétiques suivent des modèles mathématiques précis. Cette connexion inattendue entre nombre théorique et biologie moléculaire pourrait transformer notre compréhension de l’évolution.
La nature nous surprend constamment par sa capacité à s’organiser selon des principes mathématiques. De la suite de Fibonaccisuite de Fibonacci visible dans les tournesols aux fractalesfractales qui façonnent nos côtes, les mathématiques semblent être le langage secret de notre universunivers. Une équipe interdisciplinaire de chercheurs vient de franchir un pas décisif en dévoilant comment la théorie des nombres – cette discipline mathématique abstraite qui étudie les propriétés des entiers – gouverne secrètement les mécanismes de l’évolution au niveau moléculaire.
La robustesse mutationnelle : clé mathématique de l’évolution
Au cœur de l’évolution se trouvent les mutations génétiques, ces erreurs qui s’introduisent progressivement dans le génome des organismes au fil du temps. Contrairement à ce que l’on pourrait penser, toutes les mutations n’entraînent pas de changements observables chez les organismes. Ces mutations dites neutres constituent environ deux tiers des changements génétiques chez les protéines étudiées.
Cette capacité à tolérer des erreurs sans altérer la fonction biologique, appelée « robustesse mutationnelle », représente un facteur crucial pour l’évolution. Sans elle, les organismes ne pourraient pas accumuler suffisamment de diversité génétique pour s’adapter à leur environnement.
« Nous savions depuis longtemps que de nombreux systèmes biologiques présentent une robustesse phénotypique remarquablement élevée, sans laquelle l’évolution serait impossible, explique Ard Louis, mathématicienmathématicien à l’Université d’Oxford et auteur principal de l’étude. Ce que nous ignorions, c’était la limite maximale possible de cette robustesse ».
Fractales et courbes de blanc-manger dans notre ADN
Pour étudier cette question, les chercheurs ont concentré leurs efforts sur deux structures biologiques fondamentales :
- Le repliement des protéines, où une séquence d’ADN détermine la forme finale de la protéine.
- Les structures secondaires d’ARN, ces brins génétiques flottants qui participent à la synthèse des protéines.
Grâce à des simulations numériquessimulations numériques sophistiquées, l’équipe a calculé les limites théoriques de robustesse mutationnelle que ces structures pourraient atteindre. Leurs résultats, publiés dans le Journal of The Royal Society Interface, ont révélé quelque chose d’extraordinaire : la nature ne se contente pas d’approcher ces limites théoriques, elle les atteint parfois avec une précision mathématique stupéfiante.
Plus surprenant encore, cette limite maximale suit un motif fractal auto-répétitif connu sous le nom de courbe de blanc-manger et se révèle proportionnelle à un concept fondamental de la théorie des nombres appelé « fraction de somme de chiffres ».
« Nous avons trouvé des preuves claires dans la correspondance entre séquences et structures secondaires d’ARN que la nature atteint parfois exactement la limite maximale de robustesse, affirme Vaibhav Mohanty de la Harvard Medical School. C’est comme si la biologie connaissait intuitivement la fonction fractale de somme des chiffres ».
Les mathématiques, langage universel du vivant
Cette découverte s’inscrit dans une longue tradition de connexions inattendues entre mathématiques et phénomènes naturels. La suite de Fibonacci, que l’on retrouve dans les pommes de pin, les ananas et les graines de tournesol, n’est qu’un exemple parmi d’autres des motifs numériques qui sous-tendent notre monde.
La beauté de cette nouvelle découverte réside dans sa profondeur : au niveau moléculaire le plus fondamental, la vie semble optimisée selon des principes mathématiques abstraits que nous commençons tout juste à comprendre. Cette convergence entre théorie des nombres et génétique évolutive pourrait ouvrir de nouvelles perspectives pour comprendre comment la complexité biologique émerge à partir de règles simples.
Ces résultats suggèrent que les mathématiques ne sont pas seulement un outil que nous utilisons pour décrire la nature, mais qu’elles constituent véritablement le langage dans lequel sont écrites les lois fondamentales du vivant. L’ADNADN porteporte en lui non seulement le code génétique, mais aussi les échos d’une harmonie mathématique universelle qui transcende les frontières entre disciplines scientifiques.
