Dans les livres de biologie, on apprend que le système nerveux se compose de neurones connectés par des synapses, indispensables à nos capacités de cognition. Jusqu’à très récemment, les synapses étaient un élément incontournable de tous les systèmes nerveux connus. Mais voilà que des chercheurs ont observé un système différent, sans synapses, chez d’intrigants animaux marins, les cténophores. Cette avancée suscite les débats chez les scientifiques.

Aux prémices de la neurobiologie moderne, au début du XXᵉ siècle, une rivalité d’anthologie opposa Camillo Golgi, médecin italien, pionnier et figure tutélaire de la microscopie cellulaire, et l’Espagnol Santiago Ramón y Cajal, génie de la neuroanatomie. L’Italien avançait que le système nerveux formait un réseau unique et continu : un syncytium. L’Espagnol y voyait plutôt un réseau discontinu, fait de cellules indépendantes se contactant par des synapses.

Cent vingt ans après l’attribution du même prix Nobel de physiologie aux deux scientifiques, le succès de Cajal apparaît total : les synapses constituent une pièce maîtresse de notre compréhension actuelle du fonctionnement du système nerveux. De fait, ces structures submicrométriques innombrables dans le cerveau (près d’un demi-million de milliards de synapses chez l’humain) forment le support des capacités de computation, d’apprentissage et de mémorisation.

Mais si, envers et contre l’histoire de la neurobiologie moderne, Golgi avait pu aussi avoir raison ? Et si le système nerveux d’un organisme pouvait également fonctionner en syncytium ?

C’est précisément ce que des chercheurs ont découvert en 2023, en imageant un cténophore par tomographie électronique. Les cténophores sont des créatures marines translucides, familières de presque tous les environnements marins, qui se distinguent par de délicates ondulations irisées à leur surface. Certains cténophores peuvent sembler, à première vue, être de proches cousins des méduses. Cependant, l’étude publiée en 2023, dans la revue Science, révèle que la partie centrale du réseau neural de cténophore est continu, un cas sans équivalent dans le monde vivant.

Le syncytium neural de Golgi se trouvait en fait… dans les mers.

Les cténophores n’en sont pas à leur première originalité

Contredisant leur apparente ressemblance, l’étude du génome des cténophores indiquait déjà en 2013 qu’ils sont plus éloignés des cnidaires (méduses) que ces dernières ne le sont de nous. Plusieurs études scientifiques placent désormais le groupe des cténophores comme ancêtres des animaux (on appelle le groupe des animaux les « Métazoaires »), avant même les éponges ! Mais ce classement reste encore aujourd’hui très débattu.

Pourquoi une telle querelle entre spécialistes ? Parce que l’ancestralité des cténophores chez les animaux (Métazoaires) complexifie le scénario d’émergence du système nerveux.

En effet, les classifications du vivant considéraient jusque-là que notre ancêtre commun, Eumétazaoire, a acquis un système nerveux après la séparation du groupe des éponges, qui, elles, seraient demeurées dépourvues de système nerveux. Le repositionnement des cténophores dans l’arbre du vivant bouscule complètement ce scénario : il impliquerait l’émergence multiple et séparée de systèmes nerveux potentiellement différents, couplée ou non à la disparition du système nerveux chez certaines espèces (par exemple, chez les éponges).

L’état actuel des recherches ne permet d’exclure aucun des deux scénarios. Le scénario initial a pour lui une grande simplicité (on parle de scénario « parcimonieux »), permettant aisément d’envisager un assemblage progressif de la complexité du système nerveux. Le scénario nouvellement remanié est porté par l’évolution exceptionnelle des données de séquençage de génome et des outils d’analyse bio-informatique. Ce nouveau scénario a le bénéfice et l’attrait de la nouveauté. Mais, pour convaincre, il lui reste encore à élaborer un mécanisme évolutif convaincant de formation du système nerveux.

C’est là qu’intervient la découverte de la singularité du système nerveux des cténophores, appuyant l’originalité biologique de ces discrets organismes marins parmi les animaux (Métazoaires). Si, à ce stade, elle ne permet pas formellement de trancher entre les deux théories, cette découverte offre un aperçu des possibilités insoupçonnées d’organisation du système nerveux dans le vivant. Par là même, elle ouvre les chemins des possibles évolutifs, ceux qui faisaient défaut aux scénarios complexes de co-émergence de systèmes nerveux.

Les cténophores déterrent le débat entre Golgi et Cajal

Mais revenons à l’autre débat, celui d’il y a plus de cent ans, entre Cajal et Golgi – ou, désormais transposé à la biologie marine, la distinction d’organisation neurobiologique entre cténophores et cnidaires. Que peut bien apporter une organisation neurale en syncytium par rapport à celle bien connue basée sur des synapses (et vice versa) ?

Pour l’instant, on ne sait encore presque rien du fonctionnement de ce syncytium neural des cténophores, seulement qu’il connecte les cellules excitables sensorielles et motrices de l’animal. En attendant les résultats de futures investigations, nous en sommes aujourd’hui juste réduits à spéculer sur ce qu’un tel réseau pourrait procurer : une économie d’énergie ? Un gain de rapidité de réponse ?

Le rôle des synapses, des méduses aux humains

Dans les organismes neuraux, les synapses constituent la base des capacités d’encodage complexe du signal au sein du réseau. L’importance de leur capacité d’adaptation (appelée aussi plasticité) et l’étendue de leur diversité constituent des champs d’investigation actifs de la neurobiologie actuelle. Plusieurs décennies de recherche intensive nous ont appris que, selon leur type et leur environnement cellulaire, les synapses modulent la force, la dynamique et même la nature des signaux transmis au neurone qu’elle contacte.

Ces propriétés sont vraisemblablement à l’origine des possibilités d’expansion et de complexification des réseaux neuronaux des organismes à synapses, comme chez nous autres Vertébrés. In fine, ce sont cette expansion et cette complexification qui ont permis de supporter le développement de comportements et d’apprentissages élaborés, jusqu’aux prouesses des transmissions culturelles humaines.

Embrasser la complexité du vivant

Alors, système à syncytium ou à synapses ?

Si juger (neurobiologiquement) de l’efficacité relative d’organisations si différentes n’a guère de sens, un regard sur les chiffres de population des espèces concernées révèle une profonde asymétrie. Seule une centaine d’espèces de cténophores est référencée alors qu’il existerait plus d’un million d’espèces d’animaux neuraux. Le succès évolutif des organismes à synapses – à la fois en termes de diversité que de biotopes occupés – est aussi incontestable que la postérité de Cajal.

Pourtant, après 600 millions d’années marquées par plusieurs extinctions massives, les cténophores continuent de cohabiter avec les autres espèces peuplant nos océans. La sélection naturelle n’a pas tranché entre système à syncytium et à synapses.

Et les cténophores, tels des clins d’yeux facétieux aux modèles de Golgi, persistent à tourner en dérision nos schémas simplistes, du fonctionnement neural au scénario de nos origines.

David Stroebel est un agent du CNRS, France. Il a reçu des financements de l'ANR (Agence Nationale pour la Recherche, France) ainsi que de la FRM (Fondation pour la recherche médicale).

La respiration n’a pas comme unique fonction de nous apporter de l’oxygène et d’éliminer du dioxyde de carbone. Loin de là. Elle sert aussi à communiquer de multiples manières : avec les autres explicitement ou implicitement ; avec soi-même ; et même avec des robots ou des œuvres d’art. Cette faculté est propre à la respiration : on ne communique avec son cœur ou ses tripes qu’au figuré.

Parmi les fonctions vitales, la respiration possède deux grandes particularités. La première est que nous pouvons en prendre temporairement le contrôle. Comment est-ce possible ? Parce que l’automatisme respiratoire ne vient pas des poumons eux-mêmes, comme c’est le cas pour les automatismes du cœur et de l’intestin, mais d’ailleurs : du système nerveux central. Pour respirer, il faut contracter des muscles « squelettiques » (qui font bouger des os), dont le plus connu est le diaphragme, la coupole musculaire qui sépare thorax et abdomen. Ces muscles respiratoires sont commandés par des neurones de la moelle épinière. Notre cortex cérébral y a accès pour en faire ce que nous voulons, en court-circuitant temporairement les structures automatiques qui assurent le rythme respiratoire (des oscillateurs neuronaux du tronc cérébral). Ce phénomène n’existe pour aucune autre fonction vitale.

Pour parler (ou chanter, ou siffler, ou jouer d’un instrument à vent), il faut pouvoir arrêter la respiration automatique, prendre une grande inspiration pour une voix forte ou une phrase longue, segmenter son souffle pour moduler sa prosodie. Une fois dit, cela paraît évident. Mais aviez-vous vraiment conscience que sans contrôle de la respiration, c’est le silence ?

Respirer, c’est communiquer

Deuxième particularité de la respiration : elle se voit et elle s’entend. Nous pouvons communiquer impatience, lassitude, colère, fatigue, soulagement, surprise, ou peur par des soupirs expressifs. Mais il y a plus subtil.

La respiration est branchée sur notre état physiologique (le sommeil ou l’effort), notre santé, nos émotions. Tous ces sentiments caricaturés explicitement par les soupirs appuyés, la respiration les traduit implicitement par des modifications de son amplitude et de sa fréquence, et des sons de notre « soufflet ».

Respiration lente, régulière et profonde de l’apaisé qui somnole. Respiration superficielle, rapide, monotone de la crise d’anxiété. Respiration saccadée, irrégulière de la joie et de l’excitation. Que nous en ayons conscience ou pas (plus souvent « pas », d’ailleurs), nous envoyons aux autres un flux continu d’information sur nous-mêmes par le simple fait de respirer. C’est d’ailleurs une source d’alliance : la synchronisation respiratoire, implicite ou explicite, peut créer un lien, favoriser la coopération. Nous avons même chacun notre signature motrice respiratoire : en effet, la façon dont notre poitrine se gonfle et se dégonfle nous est propre, comme l’est notre démarche.

Par ailleurs, notre cerveau est bombardé en permanence de milliers de messages qui proviennent de notre appareil respiratoire. Il se sert de ces messages comme d’un échafaudage pour coordonner des aires cérébrales impliquées dans de multiples fonctions cognitives : mémoriser ou décider, par exemple. Des recherches ont montré que nous enregistrons mieux une image si elle nous est présentée pendant l’inspiration que pendant l’expiration.

Ainsi, par la respiration, nous communiquons avec nous-mêmes. Et nous pouvons agir sur notre cerveau, en particulier l’apaiser, en changeant notre façon de respirer, une propriété largement mise à profit par la plupart des approches psychocorporelles.

Faire respirer les robots

Mais revenons à cette respiration qui se voit et qui s’entend, qui renseigne sur vous, qui dit en fait « Regarde, écoute, je suis vivant », et ce, dès notre tout premier cri, jusqu’à notre dernier souffle.

Pour savoir si quelque chose est vivant, les enfants utilisent trois indices : ça bouge ; ça respire ; ça grandit (mais celui-ci demande du temps). Donc pour savoir tout de suite si c’est vivant, même si cela ne bouge pas : est-ce que cela respire ?

Au laboratoire de physiopathologie respiratoire de l’unité de recherche UMRS 1158 Inserm-Sorbonne Université, et en collaboration avec l’Institut des systèmes intelligents et de robotique de Sorbonne Université, nous avons mobilisé ce concept pour l’appliquer à une problématique très spécifique, celle des interactions humains-robots.

Est-ce qu’un robot qui « respire » est plus « engageant » qu’un robot « normal » ? Ceci avait déjà été observé par d’autres chercheurs qui avaient animé un bras mécanique de mouvements cadencés ressemblant à une respiration. Les humains, qui travaillaient avec le robot sur une chaîne de coproduction humains-machines, avaient trouvé le « bras respirant » plus « vivant », plus « humain », plus « intelligent », plus « aimable » et plus « rassurant », selon un outil d’évaluation très utilisé en robotique (le questionnaire « Godspeed »). Mais notre question s’adressait davantage à ces robots humanoïdes qui seront peut-être nos compagnons, nos interlocuteurs de demain. Faire respirer un robot déjà très attractif par sa morphologie, est-ce mieux ? Ou au contraire, est-ce dérangeant ?

Pour tester cela, nous avons programmé deux robots « Pepper » (un petit humanoïde bourré de capteurs qui ressemble à un enfant d’une dizaine d’années) pour qu’ils puissent converser avec des humains. Nous en avons animé un de petits bruits et mouvements aléatoires que l’on injecte souvent dans le comportement des robots pour les rendre plus « vivants ». Nous avons animé l’autre d’un mouvement associant redressement du torse et rotation des épaules (comme ce qui se passe lorsque nous inspirons) ainsi que d’un discret souffle. Le résultat a été probant. Alors que la plupart des participants ne réalisaient pas consciemment que l’un des deux robots respirait, ils trouvaient celui-ci « plus vivant » et « plus intelligent ».

Surtout, l’interaction changeait : les participants passaient davantage de temps à regarder la tête et le visage du robot (« temps de regard ») et l’échange durait plus longtemps. Statistiquement, deux facteurs seulement étaient significativement associés au temps de regard : la respiration du robot d’une part et le niveau de sollicitude empathique de son interlocuteur de l’autre.

Un humain s’implique plus dans une interaction avec un robot si le robot « respire ». Donc, la respiration est un vecteur de communication même avec le « non-vivant ». Une piste si l’on souhaite humaniser toujours plus robots, intelligences artificielles et autres agents virtuels ?

Quand l’art respire

C’est selon ce principe d’animéité respiratoire que notre unité de recherche s’est intégrée à une équipe multidisciplinaire, réunie par Samuel Bianchini, artiste et enseignant-chercheur à l’École nationale supérieure des arts décoratifs, équipe dont les efforts ont convergé vers la création d’une œuvre d’art respirante.

Réespiration combine création artistique, robotique souple, ingénierie mécanique, intelligence artificielle, physiologie, design textile, design sonore, et bien d’autres choses encore, en une entité qui respire comme un humain (grâce à l’entraînement d’un algorithme spécialisé et qui peut synchroniser son rythme respiratoire à celui de son spectateur, voire l’influencer. Les réactions du public et les premières données de recherche montrent qu’en présence de Réespiration, les corps se détendent, les cerveaux s’apaisent. Ils vagabondent même, en chemin vers un état modifié de conscience.

Les robots respirants en général, et Réespiration en particulier, auront-ils des applications médicales ? Apaiseront-ils l’anxiété, aideront-ils à soulager la souffrance des patients atteints de maladies respiratoires chroniques ? C’est la prochaine question…

L’UMRS 1158 et le projet Réespiration sont soutenus par la Fondation du Souffle, www.lesouffle.org

La recherche de vie ailleurs que sur Terre n’est pas de la science-fiction, mais un domaine très sérieux de recherche : l’exobiologie. Découvrez les techniques qui pourraient permettre, un jour, une rencontre du troisième type.

Sommes-nous seuls dans l’Univers ? Pendant longtemps, cette question relevait surtout de la philosophie. Chacun pouvait avoir son intuition. Kant disait même qu’il parierait toute sa fortune sur l’existence d’une vie ailleurs dans l’Univers. Il ne prenait pourtant pas un très grand risque : à son époque, il était impossible de tester cette hypothèse.

Aujourd’hui, la situation a profondément changé. Grâce aux progrès de l’astronomie, de la biologie, de la chimie et de la géologie, la recherche de la vie extraterrestre est devenue une véritable discipline scientifique : l’exobiologie. Des milliers de chercheurs tentent désormais de répondre expérimentalement à une question qui semblait encore hors de portée il y a quelques décennies.

Plusieurs approches sont explorées. L’idée est d’apprendre ce que l’on peut du cas terrestre avant d’extrapoler à d’autres mondes. Ainsi, certaines équipes cherchent à comprendre comment la vie est apparue sur Terre afin d’identifier les ingrédients indispensables à son émergence. D’autres étudient son évolution vers des organismes plus complexes.

Les astronomes, eux, s’intéressent à une autre question : si la vie existe ailleurs, comment pourrions-nous la détecter ?

Deux grandes stratégies se dessinent. La première consiste à rechercher des biosignatures, c’est-à-dire des traces laissées par des organismes vivants. La seconde vise les technosignatures, des indices qui pourraient révéler l’existence d’une civilisation suffisamment avancée pour développer une technologie détectable.

Chercher la vie dans le système solaire

La façon de rechercher la vie dépend avant tout de la distance. Dans notre système solaire, nous pouvons envoyer des sondes pour analyser directement des roches, des glaces ou des océans cachés sous la surface. Autour d’autres étoiles, en revanche, nous sommes condamnés à observer les planètes à distance et à interpréter la faible lumière qui nous parvient.

Mars reste l’une des cibles les plus étudiées. Le rover Perseverance ne cherche pas à photographier d’éventuels organismes vivants, mais à identifier des biosignatures fossiles : des traces chimiques ou géologiques qui indiqueraient qu’une vie microbienne a existé lorsque Mars possédait des lacs et des rivières il y a plusieurs milliards d’années. Les échantillons qu’il collecte devraient être rapportés sur Terre dans les prochaines décennies – sûrement avec beaucoup de retard à cause de coupes budgétaires sévères de l’administration Trump – afin d’être analysés avec les instruments les plus performants.

D’autres mondes suscitent également beaucoup d’espoir. Les lunes glacées Europe, autour de Jupiter, et Encelade, autour de Saturne, abritent un océan d’eau liquide sous leur croûte de glace. Encelade projette même dans l’espace des panaches d’eau provenant de son océan, offrant une occasion unique d’en analyser directement la composition. Les missions Europa Clipper et Juice, actuellement en route, permettront de mieux comprendre si ces océans réunissent les conditions favorables à l’apparition de la vie.

Au-delà du système solaire, cette approche directe devient impossible. Les astronomes doivent alors rechercher les traces que la vie pourrait laisser dans l’atmosphère ou à la surface des exoplanètes.

Les biosignatures : rechercher les empreintes laissées par la vie

Sur Terre, les êtres vivants modifient profondément leur environnement. Certaines bactéries produisent de l’oxygène, d’autres du méthane. Les plantes absorbent certaines longueurs d’onde de la lumière pour réaliser la photosynthèse. Toutes ces activités laissent des signatures qui pourraient, en principe, être détectées à des dizaines d’années-lumière.

On pourrait croire qu’il suffit de détecter de l’oxygène dans l’atmosphère d’une exoplanète pour conclure à la présence de vie. Malheureusement, la nature sait produire de l’oxygène sans intervention biologique. Il existe de nombreux mécanismes dits abiotiques capables d’imiter certaines signatures du vivant.

On recherche donc des indices plus subtils : des déséquilibres chimiques. Sur Terre, par exemple, l’oxygène et le méthane coexistent alors qu’ils devraient rapidement réagir entre eux pour former du dioxyde de carbone. S’ils restent présents simultanément, c’est parce que les organismes vivants les renouvellent en permanence. Une telle combinaison constitue une biosignature beaucoup plus convaincante qu’une seule molécule prise isolément.

L’actualité récente illustre parfaitement cette difficulté. En 2025, des observations réalisées avec le télescope spatial James-Webb sur l’exoplanète K2-18 b ont révélé la présence possible de molécules comme le sulfure de diméthyle (DMS), un composé qui, sur Terre, est principalement produit par le phytoplancton marin. L’annonce a suscité un immense enthousiasme, mais aussi de nombreuses réserves : les données restent limitées et les conclusions ont sans doute été tirées un peu trop rapidement. De plus, il est possible que ces molécules puissent être produites par des processus non biologiques. Cette étude rappelle qu’aucune molécule, à elle seule, ne peut aujourd’hui être considérée comme une preuve de l’existence de la vie. Il faudra réunir plusieurs indices indépendants et convergents avant de pouvoir revendiquer une détection crédible.

Une autre approche consiste à observer directement la lumière réfléchie par une planète. Sur Terre, les végétaux absorbent fortement la lumière rouge pour alimenter la photosynthèse, puis réfléchissent très efficacement le proche infrarouge. Cette transition brutale, appelée le « bord rouge » de la végétation (vegetation red edge), est visible lorsqu’on observe notre planète depuis l’espace. Si une biosphère extraterrestre exploitait elle aussi l’énergie de son étoile grâce à un processus analogue, elle pourrait laisser une signature similaire, même si ses organismes étaient très différents des plantes terrestres.

Aucune de ces observations ne suffira, à elle seule, à démontrer l’existence de la vie. Les astronomes devront croiser plusieurs indices : la composition de l’atmosphère, la présence éventuelle d’eau liquide, la nature rocheuse de la planète, son champ magnétique ou encore les propriétés de son étoile. Comme dans une enquête policière, c’est l’accumulation de preuves indépendantes qui permettra de construire un scénario crédible.

Les technosignatures : rechercher des civilisations plutôt que des microbes

On pourrait penser que les astronomes devraient concentrer tous leurs efforts sur la recherche de vie microbienne, probablement beaucoup plus abondante que les civilisations technologiques. Pourtant, les deux approches sont complémentaires.

Les biosignatures sont sans doute plus fréquentes, mais souvent ambiguës. Les technosignatures, elles, seraient probablement beaucoup plus rares, mais aussi beaucoup plus difficiles à expliquer autrement. Si nous recevions un signal radio contenant les décimales du nombre π ou une suite de nombres premiers, le doute serait permis bien moins longtemps.

Depuis les années 1960, les recherches regroupées sous le nom de SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) scrutent le ciel à la recherche de signaux radio artificiels. L’idée est qu’une civilisation pourrait chercher à communiquer avec d’autres ou laisser s’échapper involontairement des émissions, comme nos propres transmissions radio et télévisées fuient dans l’espace depuis près d’un siècle.

À ce jour, aucune détection n’a été confirmée. Le célèbre « signal Wow ! », enregistré en 1977 par un radiotélescope de l’Ohio State University, est une émission radio de 72 secondes très intense et de bande étroite provenant de la constellation du Sagittaire. Son caractère inhabituel a suscité de nombreuses spéculations, mais son origine demeure inconnue. Surtout, l’absence de toute nouvelle détection similaire empêche d’y voir une preuve convaincante d’une civilisation extraterrestre.

Aujourd’hui, des chercheurs explorent un éventail beaucoup plus large de technosignatures. Une planète couverte d’éclairages artificiels pourrait produire une émission lumineuse inhabituelle. Une civilisation très avancée pourrait construire d’immenses infrastructures destinées à exploiter l’énergie de son étoile, comme les sphères de Dyson, un hypothétique immense ensemble de satellites collecteurs répartis autour de l’étoile pour en récupérer une grande partie de l’énergie. Il est également envisageable de rechercher des polluants industriels impossibles à produire naturellement, des faisceaux laser utilisés pour communiquer, voire des constellations de satellites semblables au réseau Starlink.

Une quête qui ne fait que commencer

Le télescope spatial James-Webb inaugure une nouvelle ère en permettant de sonder les atmosphères d’exoplanètes avec une précision jamais atteinte. Mais les instruments actuels restent encore limités.

La prochaine révolution viendra probablement de l’Extremely Large Telescope (ELT), actuellement en construction au Chili. Avec son miroir de 39 mètres de diamètre, il pourra analyser en détail l’atmosphère de petites planètes rocheuses situées autour d’étoiles proches. Les futurs observatoires spatiaux iront encore plus loin. Ensemble, ils permettront de tester des biosignatures toujours plus subtiles et d’éliminer progressivement les explications alternatives.

La découverte d’une vie extraterrestre ne prendra probablement pas la forme d’une photographie spectaculaire ou d’un unique signal mystérieux. Elle résultera plutôt d’une accumulation patiente d’indices, confrontés pendant des années à toutes les explications possibles.

Pour la première fois de l’histoire, la question « Sommes-nous seuls dans l’Univers ? » n’appartient plus seulement à la philosophie. Elle est devenue une question scientifique. Et les prochaines décennies pourraient enfin nous apporter les premiers éléments de réponse.

Pour en savoir plus sur cette quête de la vie extraterrestre, vous pouvez consulter le livre de Quentin Kral, Les Astronomes à la recherche de la vie extraterrestre, aux éditions Ellipses, 2025.

Quentin Kral est l'auteur de l'ouvrage : « Les astronomes à la recherche de la vie extraterrestre » aux éditions ellipses.