Critical phenomena disrupt the mathematical determination at a given level by couplings between scales, leading to a new perspective on levels of organization.
Abstract
Biological thinking is structured by the notion of level of organization. We will show that this notion acquires a precise meaning in critical phenomena: they disrupt, by the appearance of infinite quantities, the mathematical (possibly equational) determination at a given level, when moving at an “higher” one. As a result, their analysis cannot be called genuinely bottom-up, even though it remains upward in a restricted sense. At the same time, criticality and related phenomena are very common in biology. Because of this, we claim that bottom-up approaches are not sufficient, in principle, to capture biological phenomena. In the second part of this paper, following the work of Francis Bailly, we discuss a strong criterium of level transition. The core idea of the criterium is to start from the breaking of the symmetries and determination at a “first” level in order to “move” at the others. If biological phenomena have multiple, <i>sustained</i> levels of organization in this sense, then they should be interpreted as <i>extended</i> critical transitions.
Keywords: bottom-up, extended criticality, levels of organization, organism, renormalization, singularity
Cette thèse se place dans le contexte d’une démarche théorique en biologie, s’inspirant, sans toutefois s’y réduire, des méthodes d’objectivation utilisées en physique. Pour cela, nous rapportons les possibles symétries et invariants biologiques sous forme de “lois d’échelles” empiriques (allométrie...
Abstract
Cette thèse se place dans le contexte d’une démarche théorique en biologie, s’inspirant, sans toutefois s’y réduire, des méthodes d’objectivation utilisées en physique. Pour cela, nous rapportons les possibles symétries et invariants biologiques sous forme de “lois d’échelles” empiriques (allométrie et fractales en particulier), ainsi que la variabilité associée. Nous abordons ensuite plusieurs aspects du temps biologique. Nous considérons une dimension temporelle supplémentaire, correspondant à l’autonomie de certains rythmes biologiques. Nous développons aussi une approche de la protension, comme principe d’organisation locale de la temporalité biologique.<br> La notion de symétrie ayant un statut fondationel pour les théories physiques, nous interrogeons ensuite leur rôles en biologie. Partant de la notion de criticité étendue, nous proposons que la dynamique du vivant soit régie par une omniprésence des changements de symétries, constituant dès lors une historicité irréductible et conférant un statut théorique particulier à l’object et à la mesure en biologie. Nous appréhendons aussi la notion d’anti-entropie comme mesure d’un potentiel de variabilité.<br> Nous nous intéressons ensuite à la question des niveaux d’organisation, par deux voies complémentaires. Nous l’abordons dans un premier temps par la notion de clôture organisationnelle. Ensuite nous la considérons comme associée à des singularités fortes, telles que dans les situations critiques. Enfin, nous esquissons un schème opératoriel de l’unité de l’organisme, qui combine un grand nombre des aspects préalablement exposés.
Keywords: criticité, symmétries, historicité, variabilité, temps biologique, organisms, mesure, renormalization
