Comment une cellule E. coli détecte et cherche sa nourriture

Ce que dit la source

L'article pose la question : comment une cellule sans cerveau, bien plus simple qu'une cellule humaine, peut-elle manifester quelque chose ressemblant à l'odorat, la motivation, voire la mémoire ? En réponse, il dépeint la chimiotaxie de E. coli comme un système de détection et de navigation chimique d'une précision remarquable : la cellule détecte des variations infimes de concentration en attractants (moins de trois molécules par volume cellulaire) et ajuste ses mouvements en conséquence, tout en conservant la capacité à rester sensible même lorsque la concentration change de cinq ordres de magnitude. L'auteur présente cela comme un cas d'école de la biologie des systèmes, en même temps qu'une réponse à la question plus vaste de savoir comment des processus chimiques sans intention peuvent générer du comportement.

• >La cellule nage en "run" (nage rapide) ou en "tumble" (rotation aléatoire) selon la concentration détectée ; tous les rotors flagellaires tournent dans le même sens pour un run, mais un seul qui s'inverse suffit à déclencher un tumble.
• >La molécule CheY, signalisatrice clé, se phosphoryle en CheY-p à un taux constant ; lorsque les récepteurs détectent un attractant, ce taux ralentit, moins de CheY-p se lie aux rotors, et la cellule prolonge ses runs.
• >Le système amplifie les signaux plus de 50 fois : une variation de 2 % de la saturation des récepteurs peut produire une variation de 100 % de la réaction des moteurs.
• >L'adaptation se fait par méthylation des récepteurs : la cellule traite la concentration actuelle comme la nouvelle normale, ce qui lui permet de rester sensible aux variations sur une plage d'un million de fois.
• >La phosphorylation cyclique (ajout et retrait de groupes phosphate) coûte une molécule d'ATP à chaque cycle, ce qui semble inefficace mais fournit à la cellule un mécanisme flexible et rapidement ajustable pour ses calculs.

• >Plusieurs commentateurs refusent le vocable « intelligence » pour décrire un mécanisme de régulation chimique automatique, estimant que le terme dénature ce qu'on entend habituellement par intelligence.
• >Un commentaire soulève l'hypothèse d'une course aux armements évolutive : le coût métabolique de la phosphorylation rapide pourrait être un équilibre de théorie des jeux, où chaque E. coli doit investir massivement dans la détection rapide de nourriture pour ne pas perdre face à ses concurrentes, un argument que l'article ne mentionne pas.
• >Quelques commentateurs établissent un parallèle entre la chimiotaxie et les réseaux de neurones artificiels, notant que le neurone biologique possède des propriétés que les neurones des ANN n'ont pas, et questionnant si ces propriétés sont exploitables pour améliorer l'IA.
• >Une objection porte sur la puissance explicative : comment l'évolution évite-t-elle les optima locaux pour assembler des systèmes aussi complexes ? Le mécanisme d'adaptation reste difficile à concevoir de manière constructive.