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Qui était Alan Turing ? - Matière et Révolution
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Qui était Alan Turing ?

jeudi 15 novembre 2012, par Robert Paris

"Turing est sans doute la seule personne à avoir apporté des contributions qui ont changé la face du monde dans les trois types d’intelligence les plus fines : humaine, artificielle et militaire", écrivait la revue scientifique "Nature" dans un récent éditorial.

Pourtant, Turing est mort à l’âge de 41 ans, empoisonné au cyanure, après avoir été condamné en 1952 pour "outrage aux bonnes moeurs" en raison de son homosexualité, encore illégale en Grande-Bretagne à l’époque, et contraint à la castration chimique.

En 1936, Turing, qui avait annoncé vouloir "construire un cerveau", publie un article décrivant "la machine universelle Turing". Il était ainsi le premier à envisager de fournir des programmes à une machine sous forme de "données" pour lui permettre d’accomplir les tâches de plusieurs autres en même temps, à l’instar de nos ordinateurs.

Lorsqu’elle fut effectivement construite par d’autres scientifiques en 1950, la première version de l’Automatic Computing Engine (ACE) de Turing était le calculateur le plus rapide au monde.

Passionné de biologie, Turing appliquera ses talents de mathématicien à la morphogenèse, ou comment les animaux et végétaux développent certains modèles de formes, comme les rayures du zèbre ou les taches d’une vache. Des théories sur lesquelles planchent encore aujourd’hui les chimistes.

Chaque goutte d’encre, dans un verre d’eau, dessine ses improbables arabesques... mais le phénomène se termine toujours par une eau uniformément grise. En 1951, dans un article resté célèbre, Alan Turing prévoit pourtant, grâce aux mathématiques, que des formes identifiables - taches, rayures, labyrinthes - peuvent apparaître dans une solution et se maintenir. Son intuition : ainsi naîtraient certaines formes biologiques. Une explication possible de la morphogénèse est née.

Alan Turing, une fois de plus, s’attaque à un problème de taille ! En biochimie, à cause du phénomène de diffusion, les formes tendent à se mélanger et à disparaître : alors pourquoi, en biologie, sont-elles persistantes ? « Les molécules se déplacent aléatoirement quand elles sont en solution dans l’eau (on dit qu’elles diffusent), parce qu’elles sont soumises à des chocs répétés avec les molécules d’eau - celles-ci étant animées d’une vitesse aléatoire par le phénomène d’agitation thermique (mouvement Brownien). La diffusion s’oppose donc à la construction de structures spatiales stables ; elle produit de l’uniformité : c’est l’inverse de la morphogénèse ! », souligne Hugues Berry, chercheur dans l’équipe de recherche Beagle à Inria. La réponse à ce paradoxe est donnée par Turing, dans « The Chemical Basis of Morphogenesis », considéré comme l’article fondateur d’un courant de pensée et de recherche scientifique toujours vivace.

Ce que modélise mathématiquement Turing, c’est que si on couple cette diffusion avec une réaction chimique ayant certaines caractéristiques, des formes vont néanmoins apparaître. L’explication : de très faibles fluctuations des quantités de réactifs, d’origine aléatoire, se trouvent amplifiées par le phénomène de réaction-diffusion, faisant apparaître des motifs spatiaux assez réguliers. Les figures de Turing, parfois spectaculaires, changeantes, sont aujourd’hui bien connues des chimistes et de quelques artistes.

Turing était passionné par la chimie mais comme le souligne Hugues Berry : « L’intuition de génie de Turing l’oriente d’emblée vers la morphogénèse en biologie, et en particulier le développement de l’embryon (embryogenèse), ce que son article annonce dès les premières lignes ». Il imagine des « morphogènes » : molécules diffusives dont certaines sont activatrices et d’autres inhibitrices. De leurs interactions naissent des formes identifiables et stables, malgré le phénomène de diffusion. « C’est une intuition de nature biologique et mathématique tellement novatrice... qu’elle reste totalement inaperçue des biologistes. Il faudra attendre une trentaine d’années pour que les biologistes identifient de « vrais » morphogènes (c’est-à-dire des protéines intervenant au cours du développement embryonnaire par des mécanismes basés sur leur diffusion) et que les physiciens et les mathématiciens développent notre connaissance des systèmes à réaction-diffusion en chimie ».

On s’est alors posé la question de savoir si la notion de diffusion-réaction « à la Turing » pouvait expliquer l’embryogénèse. « Depuis quelques années, la plupart des biologistes tendent à penser que ce n’est pas le cas. Le système de Turing permet de prévoir la largeur des bandes sur le pelage d’un animal, par exemple, mais il ne peut pas prédire où, exactement, sera chaque bande. Or, dans l’embryon, cette position est rigoureusement contrôlée et n’est pas d’origine statistique (dépendante des fluctuations initiales), comme dans un système de réaction-diffusion « à la Turing ». Mais le modèle de Turing (ou ses dérivés) reste parfaitement valide pour décrire et produire des phénomènes comme certaines réactions intracellulaires, la présence de motifs sur la peau d’animaux ou certaines structurations des populations de cellules ou d’animaux. », précise Hugues Berry.

Pour sa part, l’équipe de recherche Beagle s’intéresse aux processus dynamiques qui se déroulent dans les cellules, et principalement aux interactions chimiques et biochimiques entre gènes, protéines, et diverses molécules. Une approche classique consisterait à ne s’intéresser qu’à l’aspect temporel de cette dynamique. « En complément de cette approche, nous explorons deux principes qui nous apparaissent fondamentaux : la dynamique évolutionnaire (déterminée par l’évolution naturelle des espèces et leurs gènes), et le rôle joué par la structure spatiale interne de la cellule (qui conditionne les réactions chimiques qui s’y déroulent et notamment l’apparition de formes). Au final, on peut considérer que l’ensemble de notre démarche est bien le prolongement des idées d’Alan Turing. »

Alan Turing, mathématicien et martyr

Turing, l’ordinateur et la morphogenèse

Une biographie

1 Message

  • Qui était Alan Turing ? 15 novembre 2012 18:55, par moshe

    Or, dans l’embryon, cette position est rigoureusement contrôlée et n’est pas d’origine statistique (dépendante des fluctuations initiales), comme dans un système de réaction-diffusion « à la Turing ». Mais le modèle de Turing (ou ses dérivés) reste parfaitement valide pour décrire et produire des phénomènes comme certaines réactions intracellulaires, la présence de motifs sur la peau d’animaux ou certaines structurations des populations de cellules ou d’animaux. », précise Hugues Berry.

    Pour sa part, l’équipe de recherche Beagle s’intéresse aux processus dynamiques qui se déroulent dans les cellules, et principalement aux interactions chimiques et biochimiques entre gènes, protéines, et diverses molécules. Une approche classique consisterait à ne s’intéresser qu’à l’aspect temporel de cette dynamique. « En complément de cette approche, nous explorons deux principes qui nous apparaissent fondamentaux : la dynamique évolutionnaire (déterminée par l’évolution naturelle des espèces et leurs gènes), et le rôle joué par la structure spatiale interne de la cellule (qui conditionne les réactions chimiques qui s’y déroulent et notamment l’apparition de formes). Au final, on peut considérer que l’ensemble de notre démarche est bien le prolongement des idées d’Alan Turing. »

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