De l'ADN moléculaire à l'ADN électromagnétique
4. La musique de l'ADN et des protéines
Alain Boudet
Dr en Sciences Physiques
4. La musique de l'ADN et des protéinesRésumé: La structure de l'ADN et des gènes sous-tend une harmonie que certains artistes et compositeurs ont transcrite en musique. Au-delà de ces visions d'artiste, la physique quantique montre, grâce à Joël Sternheimer, qu'à chaque acide aminé composant une protéine est associée une onde d'échelle, qui peut être transcrite en note de musique. Par la musique des protéines ou protéodies, il est possible d'entrer en dialogue intime avec l'organisme, ce qui ouvre des perspectives passionnantes et nouvelles en agriculture et en médecine.
| Contenu de la quatrième partie | Annexes
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Dans les parties précédentes de cette étude sur l'ADN, nous avons fait connaissance avec la molécule d'ADN au sein des cellules. Dans leur noyau, nos cellules renferment 23 paires de chromosomes, qui sont chacun constitués d'un filament d'ADN, décoré d'autres éléments tels que les grosses protéines appelées histones. Un filament ou molécule d'ADN est formé de l'enroulement en hélice de 2 brins qui se font face. La totalité des filaments d'ADN de l'ensemble des chromosomes s'appelle le génome.
Chaque brin d'ADN est constitué de l'enchainement en grand nombre de nucléotides. Un nucléotide désigne l'assemblage d'une base azotée, du "pentagone" sur lequel elle est fixée (voir figure 1) qui représente le désoxyribose, et du groupement phosphate de la chaine centrale. Les bases azotées sont prises parmi 4 types qu'on représente par les lettres C (cytosine), A (adénine), T (thymine), G (guanine). Les deux brins du filament sont associés chimiquement par les bases face à face. Celles-ci se révèlent être complémentaires l'une de l'autre, car la base C s'associe à G et la base A s'associe à T.
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| Fig.1- Schéma d'un brin d'ADN. Il est composé d'une chaine centrale, faite de l'assemblage linéaire de motifs identiques (les pentagones oranges représentant le désoxyribose, articulés par le groupement phosphate P ), sur laquelle sont fixés des groupements C, A, T et G Merci à G. Bourbonnais |
Certains fragments d'un brin d'ADN, appelés gènes, portent des instructions pour le fonctionnement et le développement physique du corps. L'ensemble de ces instructions est appelé le code génétique. Il contrôle la production des protéines, grosses molécules qui sont les ouvrières du fonctionnement et de la croissance du corps. Le code génétique n'occupe que 10% environ de la molécule d'ADN. On connait très peu le rôle des autres parties, dites "zones non-codantes", mais nous avons remarqué que la succession des nucléotides comportait des structures ordonnées répétitives ou satellites et qu'on pouvait mettre en évidence une architecture dans la chaine d'ADN (Architecture de l'ADN).
Certains artistes ou biologistes ont cherché à mieux percevoir l'architecture de l'ADN ou de segments d'ADN en leur associant des sons musicaux. Le but est de faciliter l'analyse et la comparaison de séquences de nucléotides et plus particulièrement celles des gènes.
Par exemple, on peut associer une note à chacun des 4 types de base, et transcrire la suite des bases d'un gène ou d'une portion d'ADN en la succession des notes correspondantes. Le procédé ne diffère pas de celui qui consiste à associer des couleurs aux bases, tel qu'effectué dans la figure 1 de cet article. Dans cette figure, chaque base a une couleur différente, ce qui permet de mieux mettre en évidence l'ordre de leur succession. On peut faire de même en utilisant des sons.
Bien évidemment, la correspondance entre bases et couleurs, ou entre bases et sons est arbitraire. C'est pourquoi les systèmes proposés sont divers. Toutefois, le concepteur cherche à ce que le résultat soit parlant, c'est-à-dire qu'il touche notre sensibilité. De même que les couleurs de la figure 1 sont choisies pour être bien distinctes les unes des autres tout en montrant les similitudes entre bases, et pour être agréables à l'?il, de même les compositions musicales devront se placer dans le champ de perception claire de l'oreille. Le plus souvent, ces artistes ont tenté de nombreux systèmes de conversion différents, avant d'en trouver un qui les satisfasse.
Comme le disent Rie Takahashi et Jeffrey H. Miller (département de microbiologie, immunologie et génétique moléculaire à l'université de Los Angeles): Dans le contexte de la recherche fondamentale, la conversion de séquences génomiques en musique peut offrir un moyen pour présenter aux étudiants les concepts de séquences d'ADN et de protéines par leurs caractéristiques telles que durée, tempo et dynamique. Le but de notre travail est de trouver un mode de conversion des séquences génomiques (zones codantes et aussi non-codantes) en notes de piano qui sonnent de façon acceptable à l'oreille d'un musicien, tout en restant fidèle à la science des séquences de protéines.
L'association la plus simple et la plus évidente est de faire correspondre 4 notes aux 4 bases azotées. C'est ce qu'ont fait par exemple Nobuo Munakata et Kenshi Hayashi qui, à G, C, T, A, associent Ré, Mi, Sol, La. Comme cela restait un peu pauvre, ils ont étendu le système aux protéines en associant 20 notes aux 20 acides aminés (I isoleucine, V valine, L leucine, F phénylalanine, C cystéine, M méthionine, A alanine, G glycine, T thréonine, S sérine, W tryptophane, Y tyrosine, P proline, H histidine, N asparagine, Q glutamine, D aspartate, E glutamate, K lysine, R arginine). Un acide aminé est représenté aussi bien par sa note que par la suite de notes de ses bases.
Fig.2. La table de correspondance entre notes et acides aminés de M.A.
Clark n'est pas identique à celle de Munakata.
Cliquez ici pour entendre la gamme des acides aminés
La durée de chaque note varie en fonction du nombre de codons différents associés à l'acide aminé. Les codons sont représentés par une harpe qui joue les 3 bases de chaque codon sous-tendant l'acide aminé. Les 3 derniers codons qu'on entend sont des codons stop et ne correspondent pas à un acide aminé.
Merci à M.A. Clarck
La mélodie de la protéine comporte autant de notes que d'acides aminés (voir fig.2). Mais comment choisir l'ordre d'attribution des notes aux acides aminés? Les compositeurs les ont classés par leur degré d'attirance ou de répulsion pour l'eau, une propriété physique qui a une importance considérable dans l'assemblage et la forme des molécules.
En anglais, les notes de musique La à Sol sont désignées par les lettres A à G (voir Sensations sonores: hauteur et fréquences). A désigne donc à la fois la base Adénine et la note La, C désigne la Cytosine et le Do et G la Guanine et le Sol. Aussi il était tentant d'associer les deux. C'est ce qu'a fait R. D. King (Université du Pays de Galles) pour sa Musique des protéines. Pour la 4e base, il a assigné à T la note E (Mi). Il superpose une autre ligne mélodique qui correspond aux codons et aux acides aminés, selon une correspondance analogue à celle de Munakata. Des variations d'octave y sont ajoutées (écouter un exemple musical).
Aurora Sánchez Sousa, à la fois microbiologiste et musicienne à Madrid, a porté son attention sur les rythmes ternaires créés par le regroupement par 3 des bases en codons, et d'autres rythmes pour les introns.
Rie Takahashi et Jeffrey H. Miller (département de microbiologie, immunologie et génétique moléculaire à l'université de Los Angeles) définissent des rythmes par la durée des notes en rapport avec l'abondance du codon dans l'organisme. Pour donner un aspect plus musical, Rie, qui est musicienne, remplace les notes par des accords de 3 notes. De plus, différents instruments sont affectés à différentes parties du génome: gènes, zones intergènes, séquence de régulation, etc.
Certains, n'étant pas satisfaits de cette correspondance arbitraire, ont recherché une correspondance qui tienne compte des caractéristiques physiques des bases et des acides aminés. Dans la musique de Peter Gena, en collaboration avec le généticien Charles Strom, la hauteur de la note représentant un acide aminé dépend de la composition des codons en bases, son intensité varie avec le nombre de liens hydrogène entre les deux brins d'ADN, et sa durée est fonction du poids moléculaire de l'acide aminé (exemples sonores dans son site).
En décrivant l'enchainement des bases du filament d'ADN et celui des acides aminés dans la protéine, on ne considère que la forme déroulée, étirée de la molécule, que les biologistes nomment la structure primaire. Or dans la réalité, ce fil se replie et se recroqueville. On a vu que l'ADN s'enroule en hélice, mais c'est également vrai pour les protéines qui forment des hélices, des enroulements ou des plissements, qu'on nomme la structure secondaire. Des artistes ont cherché à introduire cet aspect dans leur représentation musicale des protéines.
La biologiste M. A. Clark (Université du Texas), en collaboration avec l'artiste et informaticien John Dunn, a composé des musiques pour représenter non seulement la structure primaire, mais aussi la structure secondaire. Pour la structure primaire, la hauteur des notes est en rapport avec le poids moléculaire et le volume des acides aminés tandis que les 3 aspects de la structure secondaire sont représentés par 3 instruments différents (exemple sonore dans son site The Music of Protein Sequences). De plus, elle a pris soin dans son site, d'inventorier tous les projets de recherche sur la musique génétique et d'expliquer leur démarche. Je lui dois beaucoup pour cette partie de l'article.
Linda Long, qui est à la fois biochimiste et musicienne à Bristol (Angleterre), utilise la position des atomes dans l'espace (leurs coordonnées), déterminée par la diffraction aux rayons X, qui décrit la structure secondaire. Elle en tire des compositions musicales qui lui servent à enseigner les structures de protéines complexes. Elle compose aussi des musiques représentant les protéines de plantes aromatiques et médicinales et du corps humain destinées à la relaxation et aux soins (Exemples sonores dans son site Molecular Music).
L'intégration des caractéristiques physiques s'est révélée fructueuse sur le plan pédagogique et a constitué un bon support pour l'inspiration des artistes. Toutefois, le choix des correspondances entre les notes et les caractéristiques physiques reste arbitraire, et soumis à l'imagination du compositeur. Les molécules n'émettent-elles pas elles-mêmes une musique, ou tout au moins des ondes qui pourraient être retraduites en sons? La réponse est oui. Les atomes, les groupes d'atomes, les molécules sont des édifices électriques et électromagnétiques qui vibrent, et par là-même émettent des ondes électromagnétiques qu'on peut mesurer par spectroscopie (voir L'ADN électromagnétique).
La compositrice Susan Alexjander (Oregon, USA) et le biologiste David Deamer ont mesuré les rayonnements infrarouges de chacune des 4 bases individuellement. La lumière infrarouge s'étend sur une large gamme de fréquences. Lorsqu'on éclaire un agglomérat d'une des bases avec ce rayonnement, certaines des fréquences sont absorbées. Chacune des bases est caractérisée par le nombre et la valeur de ces fréquences absorbées (son spectre de fréquences). Elles correspondent aux vibrations des liens chimiques entre les atomes ou groupes d'atomes composant la base. Pour les traduire en note, chacune des fréquences est divisée par 2, c'est-à-dire qu'on descend d'une octave, 36 fois de suite pour tomber dans la gamme des fréquences des sons audibles. C'est avec les notes obtenues, qui ne se situent pas dans l'échelle de la gamme tempérée habituelle (voir L'intonation juste), qu'a été composée la musique Sequencia (1990) (exemples sonores dans le site Our Sound Universe).
Ce qu'ignorent probablement les artistes, ainsi que la majorité des scientifiques, c'est que chaque acide aminé émet une onde caractéristique, autre que les ondes infrarouges. L'existence de ces ondes appelées ondes d'échelle a été démontrée par la physique quantique. C'est le physicien Joël Sternheimer qui les a découvertes et mises en évidence. Il en a proposé des applications pratiques nouvelles en agriculture et en médecine qui respectent l'environnement et les organismes. Avec les ondes d'échelle, on quitte le domaine artistique et pédagogique pour entrer dans le dialogue intime avec la nature et avec l'ADN.
Dr en physique théorique, Joël Sternheimer a été l'élève de Louis de Broglie, prix Nobel de physique en 1929, puis a poursuivi des recherches sur la physique des particules à Princeton, aux États-Unis. Il est professeur à l'Université européenne de la recherche, à Paris.
C'est au cours de la construction d'une protéine que les acides aminés émettent une onde d'échelle spécifique. Tout d'abord, le gène est transcrit en un ARN messager, après élimination des introns, comme nous l'avons vu dans la partie précédente. Sa structure est faite de la succession de codons, groupes de 3 nucléotides. Puis cet ARN messager sort du noyau de la cellule, et voyage jusqu'à l'usine de fabrication, une structure nommée ribosome, sur lequel il s'amarre. C'est à cet endroit que les acides aminés sont apportés un à un, dans l'ordre de leurs codons correspondants et déposés sur l'ARN messager.
C'est dans ce bref moment du dépôt que l'acide aminé émet un signal ondulatoire, une onde dont on peut calculer la fréquence vibratoire. Au fur et à mesure de la synthèse de la protéine par apport successif et assemblage des acides aminés, chacun d'eux émet son signal, de sorte que la protéine dans son ensemble produit une succession de fréquences. Ces ondes sont nommées ondes d'échelle parce que la théorie quantique montre qu'elles sont liées aux différentes échelles d'observation, de l'acide aminé à la protéine (voir en annexe).
Cette succession de fréquences rappelle une succession de notes de musique, d'autant plus que les rapports de ces fréquences sont analogues aux demi-tons de la gamme musicale (voir Gammes et modes). On peut donc désigner cette suite par le terme de mélodie quantique, sauf que ses notes se situent bien loin des fréquences audibles.
J. Sternheimer a eu l'idée de transposer cette mélodie quantique en une mélodie audible par changement d'octave, c'est-à-dire en divisant les fréquences par 2 un nombre suffisant de fois, en l'occurrence 76 fois. Par ce moyen, à chaque acide aminé correspond une note de musique spécifique.
Les protéines, qui sont constituées de dizaines ou de centaines d'acides aminés, génèrent une véritable mélodie. Chaque protéine est caractérisée par sa propre mélodie baptisée protéodie. La durée des notes est fixée par l'intervalle de temps qui s'écoule réellement entre l'adjonction de 2 acides aminés. Puisque de très nombreuses séquences d'acides aminés sont connues et disponibles sur différentes banques de données, comme celle de la National Biomedical Research Foundation aux États-Unis, Joël Sternheimer a pu ainsi composer les mélodies spécifiques d'un grand nombre d'entre elles.
Ainsi les protéines émettent une mélodie quantique. Inversement elles sont sensibles à la musique qu'elles reçoivent. Une protéine résonne avec sa propre protéodie. Lorsqu'on lui joue cette protéodie musicale, par exemple avec un enregistrement diffusé par des hauts-parleurs sur des cellules contenant cette protéine active, la protéine réagit par une accélération de sa synthèse.
Un autre phénomène étonnant est qu'il est possible de composer une mélodie "contraire" à cette protéodie et que la protéodie contraire a une action inhibitrice sur la synthèse. Elle se déduit de la protéodie directe en remplaçant les mouvements ascendants par des mouvements descendants et inversement selon des règles précises.
L'intensité des actions stimulatrice et inhibitrice dépend du nombre de fois où la protéodie est répétée, de son volume sonore, de son timbre, de sa vitesse (sur les caractéristiques d'un son, voir Hauteur d'un son; Volume d'un son; Timbre d'un son).
Les premières démonstrations de l'interaction entre la protéodie et la synthèse de la protéine ont été effectuées avec des légumes. La croissance des plantes est dépendante d'une protéine, responsable de la synthèse d'une hormone de croissance qui diffère pour chacune plante, ce qui fait que chacune nécessite une protéodie spécifique pour activer sa croissance.
On soumet la jeune plante à la musique par l'intermédiaire de hauts-parleurs. Le nombre de moments d'exposition est variable, une ou plusieurs fois par jour, et la durée peut varier elle-aussi, par exemple de 30 s à quelques minutes. Le son atteint les feuilles et se diffuse à l'intérieur du milieu cellulaire qui est liquide, jusqu'à la protéine concernée.
En mai 1993, dans un jardin en Ariège (Sud de la France), différents légumes d'origines identiques ont été plantés en même temps: tomates, poivrons, carottes, haricots verts, ognons, poireaux, courgettes, betteraves, aubergines, coriandre. Une partie, cultivée sans protéodies, a servi de témoin. L'autre a reçu la même préparation, les mêmes conditions de culture, avec en plus des protéodies. Une séquence sonore, différente pour chaque légume, correspondant à des protéines qui interviennent dans leur croissance, a été diffusée environ 1 min 30, une ou deux fois par jour, et ceci jusqu'en aout. Les résultats, estimés d'après la taille de la plante, le nombre de fleurs et de fruits, et d'autres observations, sont très significatifs. Par exemple, les tomates sur pied début aout étaient 2 fois plus nombreuses que sur les témoins (voir les détails dans le compte-rendu).
D'autres série d'expériences dans une serre en Suisse en 1994 ont porté sur la résistance de la tomate à la sécheresse. Il existe une protéine, la TAS14, qui contrôle cette résistance. Du 26 juillet au 11 août, la protéodie de la TAS14 a été diffusée 3 minutes par jour à un lot expérimental. Les résultats sont sans équivoque. Les feuilles des tomates normales séchaient, tandis que les tomates traitées par protéodie restaient vertes. L'expérience a été renouvelée au Sénégal en juillet 1996. Les mesures ont porté sur l'évolution de la hauteur des plants, le nombre de fruits, leur grosseur, la résistance aux insectes, Le rendement d'un pied est environ multiplié par 4.
Une autre expérience sur des haricots verts en laboratoire avec des lycéens a porté sur le rôle précis du temps d'exposition à la protéodie, de son volume sonore, et de sa vitesse. L'influence inhibitrice de la protéodie contraire a été démontrée. (voir d'autres exemples en annexe)
Un virus est composé d'une molécule d'acide nucléique (ADN ou ARN) entourée d'une coque de protéines appelée la capside. Selon le même procédé, il est possible de définir une protéodie inhibitrice correspondant à la capside. Il est intéressant de savoir si l'action inhibitrice est capable d'enrayer la virulence de virus nocifs.
Une expérience a été effectuée en 1996 à Bruailles, à côté de Lons-Le Saulnier, sur une maladie des tomates, qui se manifeste par le recroquevillement des feuilles. Toutes les feuilles exposées à la protéodie inhibitrice sont redevenues vertes et belles.
En juin 1992, Joël Sternheimer a déposé un brevet concernant ce procédé en stimulation ou en inhibition, intitulé: Procédé de régulation épigénétique de la synthèse protéique. Le terme épigénétique signifie que le procédé ne modifie pas le gène lui-même, mais intervient sur son mode d'expression en augmentant ou diminuant le débit de production de la protéine (voir article L'ADN et ses modes d'expression)
Des industriels se sont montrés très intéressés par la mise en pratique du procédé. Au Japon, la société Gomei-kaisha Takada a déposé un brevet en 1991 qui a pour but d'améliorer la fermentation des levures employées pour la fabrication des assaisonnements de tamari et de miso. En France, la société Genodics (Pedro Ferrandiz) a pour objet de développer et mettre en œuvre les applications de la génodique (relations entre le génome et les protéodies) dans les domaines agro-alimentaire, énergétique et environnemental.
Film de 18 min -Merci à France3 Centre Val de Loire
Aimer, extrait de la comédie Roméo et Juliette
Il se trouve que certaines musiques populaires contiennent des protéodies, bien entendu sans que son compositeur en soit conscient. C'est par exemple le cas du thème de O Sole Mio (Oh mon soleil!), une chanson populaire de Naples rendue célèbre par le ténor Enrico Caruso. Il correspond à la stimulation d'une protéine qui a un rôle d'accumulation d'énergie dans les cellules du tournesol (tourne au soleil). Comme le dit le site japonais bekkoame: Que c'est amusant quand on pense que le tournesol stocke assidûment de l'énergie dans ses cellules lorsque nous lui chantons 'O Sole Mio' sous le soleil brillant de l'été!
C'est aussi le cas du Canon de Pachelbel dont le thème correspond à une protéine anti-stress, et de la chanson Aimer, extraite de la comédie musicale Roméo et Juliette, dont le thème correspond à une protéine qui favorise la fertilité. Effectivement, il y a eu un accroissement de la natalité à l'époque (en 2000). D'autres exemples de protéodies incluses dans des musiques sont donnés dans la section anglaise du site japonais Bekkoame.
J. Sternheimer, quelles sont les applications de vos recherches ?
La réalisation concrète de ce dialogue, c'est-à-dire la possibilité de calmer un virus par exemple, ou une affection, via une action par résonance sur la biosynthèse des protéines impliquées, et qui prend une forme musicale, spécifique pour chacune. Par exemple, pour le virus H1N1, pour lequel les autorités envisagent aujourd'hui, paraît-il, une campagne de vaccination massive? Baudelaire faisait-il de l'ombrage à Pasteur lorsqu'il trouvait les mots pour calmer sa douleur ?
Extrait d'un article pour la revue Sommets
Ces derniers exemples rapportent des protéodies qui concernent les protéines de l'être humain. Il est donc tentant d'imaginer qu'on peut employer certaines d'entre elles à la manière de médicaments pour juguler une pathologie. Ce à quoi s'oppose J. Sternheimer qui défend une idée de la science dans laquelle l'homme n'est pas un sujet qui opère sur des objets et sur la nature en se considérant à l'extérieur d'eux, mais où le sujet et l'objet sont reliés par des interactions dans les deux sens. C'est d'ailleurs cette réflexion appliquée à la physique des particules qui a conduit à la découverte des ondes d'échelles.
Ainsi, si un homme détruit un arbre ou un virus, c'est parce qu'il s'imagine indépendant de cet arbre ou de ce virus. Cette ignorance est source de non-respect de la vie et de violence vis-à-vis des autres et de soi-même, ce qui a des conséquences incalculables pour la planète et l'univers (voir Catastrophes naturelles et pollution mentale). Le scientifique qui casse la matière et les molécules pour les étudier est dans la même violence, le même aveuglement. Il ne peut pas accéder à des réalités globales, celles qui émergent à d'autres niveaux, liées aux interactions et aux échanges. Un organisme est quelque chose de bien plus vaste qu'un assemblage de morceaux séparés. Dans une approche relationnelle de la vie, il y existe des dialogues entre les différentes parties d'un organisme, des dialogues entre l'organisme et l'environnement. La protéodie est une façon de communiquer et d'échanger avec l'organisme dans le respect et dans l'unité.
Comment des protéines peuvent-elles être sensibles à certaines mélodies musicales telles que les a mises en évidence le physicien Joël Sternheimer?
L’explication fait appel à des recherches approfondies dans le domaine de la physique quantique, ainsi qu’aux mécanismes biologiques précis de la synthèse des protéines.
Ces recherches ont des répercussions dans plusieurs domaines.
En mécanique classique, les mouvements des corps matériels sont le plus souvent calculés par les formules de Newton, largement enseignées. Toutefois elles ne sont pas la seule façon de décrire mathématiquement les lois régissant ces mouvements. Le principe de moindre action ou principe de Hamilton en donne une formulation plus générale, proposée par le mathématicien Joseph Louis Lagrange (1736 - 1813). Elle est aussi plus élégante, car elle rend symétriques les coordonnées de position et de vitesse, en introduisant les coordonnées généralisées d'un système de particules. En conséquence, cette formulation lagrangienne est invariante si l'on change le système de coordonnées. C’est ce qui fait sa puissance. (voir mon article Matière et rayonnements)
Pour un système physique fermé, même si son état varie avec le temps, l'invariance des lois physiques dans certaines transformations de symétries entraine des lois de conservation (théorème de Emmy Noether, mathématicienne allemande, 1882 - 1935).
La conservation de l'énergie du système est la conséquence de l'uniformité du temps (invariance du lagrangien dans le temps)
La conservation de la quantité de mouvement ou impulsion (produit de la masse par la vitesse) est la conséquence de l’homogénéité de l’espace (invariance dans la translation)
La conservation du moment angulaire ou moment cinétique (produit de l’impulsion par le rayon de la rotation) est la conséquence de l’isotropie - mêmes lois quelle que soit l’orientation - de l’espace (invariance dans la rotation).
La théorie de la relativité restreinte d’Einstein est issue de l’invariance des lois physiques par rapport au temps. Ensuite il a fondé la relativité générale sur l’invariance des lois physiques par rapport à l’espace.
Or, il existe une autre invariance très rarement citée et généralement oubliée, celle de l’échelle d’observation.
C’est-à-dire que les lois ne changent pas, que vous décriviez un système physique à une échelle microscopique ou à une échelle astronomique. Mathématiquement, cela se traduit par des lois qui ne changent pas si on redimensionne les longueurs, par exemple en multipliant l’unité de mesure par un même nombre scalaire (du latin scala=échelle).
En 1918, le mathématicien allemand Hermann Weyl a étendu la théorie de la relativité générale pour tenir compte de cette invariance d’échelle. Actuellement, on appelle cette invariance invariance de jauge./p>
Un exemple d’invariance d’échelle existe en musique lorsqu’on considère les notes d’une gamme, plus exactement les intervalles entre les notes (mesurés en tons et demi-tons). Les intervalles ne varient pas si on joue les notes à l’octave supérieure. Dans la gamme tempérée, les intervalles ne changent pas même si on décale la gamme de quelques tons ou demi-tons (voir mon article Tons et tempéraments)
L’invariance d’échelle entraine l’existence d’ondes d’échelle, qui relient les niveaux successifs dans l’organisation de la matière. Cela a été démontré par J. Sternheimer grâce à des outils avancés de la physique quantique. L’onde d’échelle assure la cohérence entre le niveau microscopique et le niveau macroscopique « de la même façon que les ondes de la mécanique quantique permettent d’assurer la cohérence entre les descriptions d’une particule ou d’un système physique en différents points de l’espace-temps. » (Extrait de: Ondes d'échelle. I. Partie physique - théorie linéaire, Joël Sternheimer, 1992, également consultable dans ce site)
Un peu plus tard, J. Sternheimer confirma l’existence théorique des ondes d’échelles en suivant un autre raisonnement sur des bases plus philosophiques. En physique quantique, remarque-t-il, on est toujours ramené à des mesures, par exemple les positions et vitesses de particules - les objets - dont les valeurs sont prédites par des ondes de probabilité. Mais alors, cela implique qu’il y a quelqu’un qui mesure, un sujet actif qui ne fait pas partie de la théorie.
Cela se traduit par une asymétrie dans les équations mathématiques de la physique quantique. Y introduire le sujet, c’est introduire une relation réciproque entre sujet et objet, c’est rendre les équations homogènes en leur ajoutant deux dimensions, en plus des 4 dimensions de l’espace-temps. C’est de ces 2 dimensions supplémentaires que sont issues les ondes d’échelle qui relient entre elles les différents niveaux du système décrit par le sujet.
Cette extension de la physique quantique présente un autre intérêt: c’est de porter un regard totalement différent sur notre monde, dans lequel le sujet est impliqué. En effet, dit. J.S., avec la physique quantique actuelle, « On a toujours une science qui ne décrit que des objets alors qu’elle prétend décrire l’univers entier et donne l’origine du monde comme un big bang. En toute logique, elle s’arroge ensuite le droit de manipuler ces objets, d’en faire ce qu’elle veut et cela donne les manipulations transgéniques que l’on connait. Malgré ou peut-être à cause de ses succès, elle reste fondamentalement ignorante et irrespectueuse du sujet et de son autonomie. Je suis alors amené à considérer […] quel doit être le rapport entre le sujet et l’objet pour que ce sujet mesure toujours la même chose. » (Extrait de Dialoguer avec le vivant, interview par Anne de Grossouvre, Alliance n° 3, 2005, également consultable dans ce site)
Pour plus de détails, voir aussi: Génodique
appliquée à la guérison des écosystèmes, Joël Sternheimer, Colloque Serge Winogradsky, Colombes, 2006; Le
lieu de la distinction sujet-objet dans les sciences de la nature, Joël Sternheimer, Conférence: Colloque Prospective III, Cerisy-la-Salle, 2001
Le concept d’onde d’échelle est particulièrement fructueux en biologie, appliqué à la formation des protéines. Comme décrit dans le premier chapitre de cet ouvrage, de l’ARN messager (ARNm) se moule sur un petit fragment de l’ADN, puis émigre en-dehors du noyau vers le cytoplasme qui entoure celui-ci, où il est pris en charge par un ribosome (molécule complexe spécialisée dans l’assemblage des acides aminés pour produire des protéines).
Là, il fournit l’information relative à l’ordre d’assemblage des acides aminés qui arrivent portés par un petit ARN, l’ARN de transfert (ARNt). À ce moment, l’acide aminé s’accroche au bout de la chaine protéique en formation. (voir schéma ci-contre)
« Ce qui nous intéresse plus particulièrement ici, c’est ce qui se passe au moment précis où l’acide aminé porté par son ARNt vient s’accrocher sur le ribosome. Il se passe quelque chose … à savoir que l’acide aminé, à ce moment-là, émet un signal … et qui s’appelle précisément une onde d’échelle … en fait, elle relie de façon précise l’échelle de chaque acide aminé à l’échelle de la protéine en formation. Ce signal a une certaine fréquence, une certaine longueur d’onde. » (Extrait de Exposé à l'Académie des Sciences de Tokyo-Kanagawa, J. Sternheimer, 1993, également consultable dans ce site)
Le principe d’associer une onde à une particule ou une molécule est issu des découvertes du physicien français Louis de Broglie (1892 - 1987 - prononcez de Breuil).
Depuis les travaux d’Einstein (1879 - 1955), on sait qu’à une onde électromagnétique on peut associer une particule de masse nulle appelée le photon. De Broglie a généralisé cette association onde+particule à des objets de masse non nulle auxquels il a associé une onde de fréquence f=mc2/h, et de longueur d'onde λ = h/mv où h est la constante de Planck, m la masse de l’objet, et v sa vitesse. (voir mon article Physique quantique: les concepts fondamentaux ainsi que Musique des particules élémentaires: invariance d'échelle, quantification et lois musicales dans la matière, J. Sternheimer, Séminaire Lichnerowicz, Collège de France, Paris, 1984)
Qu’en est-il pour un acide aminé? La molécule d’un acide aminé a une taille de l’ordre de 3 Å (angström - 1 angström = 0,1 nanomètre = 10−10 mètre). Lorsqu’il est en liberté dans le cytoplasme, il est soumis à une agitation thermique (vibration de chaleur), donc à une vitesse d’oscillation, qui se traduit par une onde correspondante, de longueur d’environ 0,2 Å « Sa longueur d'onde de de Broglie est alors négligeable au regard de sa taille. Mais lorsqu'il s'accroche sur le ARNt, ce n'est plus tout à fait le cas: fixé par un seul degré de liberté, il conserve une relative autonomie, tout en étant déjà fortement ralenti vis-à-vis de l'agitation thermique. Sa longueur d'onde, inversement proportionnelle au produit de sa masse par sa vitesse, cesse alors d'être négligeable [environ 0,84 Å] et ses propriétés quantiques commencent à apparaitre. Et lorsque le ARNt qui le porte vient se fixer sur le ribosome, la stabilisation vis-à-vis de l'agitation thermique devient considérable, et la longueur d'onde de l'acide aminé [environ 15 Å] dépasse sa taille de plusieurs ordres de grandeur: son comportement est alors celui d'une onde, ce qui signifie que, pendant le bref instant où cela se produit, l'acide aminé émet un signal. » (Extrait de Exposé à l'Académie des Sciences de Tokyo-Kanagawa, J. Sternheimer, 1993, également consultable dans ce site)
Décrivant l’équation de cette onde d’échelle, J.S. a montré que « Cette onde est la superposition d’ondes de vitesses différentes, sous-multiples entiers de la plus rapide, et qui vont donc relier l’échelle de chaque acide aminé à l’échelle au-dessus (la protéine) en des temps multiples entiers du temps mis par cette dernière: on va donc avoir des superpositions périodiques des vibrations (contenant elles-mêmes des harmoniques) associées aux acides aminés, qui vont ainsi induire des propriétés musicales dans la succession des fréquences associées aux acides aminés. » (Ondes échelle II. Aperçu de théorie non-linéaire et d'applications biologiques, J. Sternheimer, 1984, également consultable dans ce site)
On est donc passé d’une description en longueur d’onde à une description en fréquences. L’ordre de grandeur des fréquences associées aux acides aminés est environ de 1025 hertz. L’amplitude de l’onde est donnée par le nombre de protéines de même nature synthétisées simultanément.
Si nous revenons à la succession des accrochages d’acides aminés qui forment la chaine protéique, il y a donc une succession rapide des ondes d’échelle propres de chaque acide aminé. Il en résulte que « L’onde d’échelle que [l’acide aminé] émet alors va interférer, à l’échelle de la protéine, avec les ondes analogues préalablement émises par les autres acides aminés, ce qui va entrainer des contraintes de type musical » (Procédé de régulation épigénétique de la biosynthèse des protéines par résonance d'échelle, Joël Sternheimer, Brevet européen: EP 0 648 275 B1)
La distribution très particulière des masses de ces acides aminés fait que leurs fréquences sont distribuées selon des rapports très proches de ceux des notes de la gamme tempérée. On peut donc dire que ces fréquences sont musicales et étagées selon la gamme tempérée (voir mon article Tons, tempéraments et intonation juste).
Par transposition d’échelle, possible à cause de l’invariance d’échelle, en descendant d’un certain nombre d’octaves, On peut les amener à une fréquence audible, donc située entre 20 et 2000 Hz. Pour cela il faut descendre de 76 octaves environ. Il s’ensuit qu’à chaque acide aminé correspond une note musicale. Une protéine étant constituée d’une suite d’acides aminés, il lui correspond une suite de notes, donc une mélodie. J. Sternheimer l’a nommée une protéodie (protéine mélodie).
Il existe 22 acides aminés constituant des protéines, mais seulement 21 sont présents chez les eucaryotes. À chacun d’eux correspond une note, mais une même note peut correspondre à plusieurs acides aminés (voir le tableau des correspondances).
| Correspondance entre acide aminés et notre de musique de la gamme tempérée | ||||
| Acide aminé | Symbole | Code-lettre | Stimulation | Inhibition |
| Glycine | Gly | G | La 2 (220 Hz) | Fa 4 |
| Alanine | Ala | A | Do 3 | Ré 4 |
| Sérine | Ser | S | Mi 3 | Sib 3 |
| Proline Valine Thréonine Cystéine | Pro Val Thr Cys | P V T C | Fa 3 | La 3 |
| Leucine Isoleucine Asparagine Acide aspartique | Leu Ile Asn Asp | L I N D | Sol 3 | Sol 3 |
| Glutamine Acide glumatique Lysine Méthionine | Gln Glu Lys Met | Q E K M | La 3 | Fa 3 |
| Histidine | His | H | Sib 3 | Mi 3 |
| Phénylalanine Sélénocystéine | Phe SeC | F U | Si 3 | Mib 3 |
| Arginine Tyrosine | Arg Tyr | R Y | Do 4 | Ré 3 |
| Tryptophane | Trp | W | Ré 4 | Do 3 |
Merci aux élèves du lycée Théodore Aubanel à Avignon
Les valeurs exactes des fréquences ne sont pas strictement celles de la gamme, même si elles en sont très proches. Elles dépendent « des proportions des groupements d’acides aminés dans la population des ARN de transfert environnant la biosynthèse de la protéine, et peuvent être calculées à chaque fois. » (brevet européen)
La composition de la protéodie est bien plus compliquée qu’une simple correspondance de notes. Il faut aussi déterminer le volume (intensité de la note), les rythmes, les timbres et le phrasé (voir mes articles Sensations sonores). Pour le volume, on est guidé par l’addition de séquences identiques qui réagissent les unes sur les autres dans l’organisme considéré. Les rythmes sont influencés par les intervalles de temps qui s'écoulent réellement entre l'adjonction de 2 acides aminés. (voir À propos du décodage des musiques de protéines, J. Sternheimer, 1990)
Selon wikipedia, la prolactine est une protéine constituée de 199 acides aminés chez l'être humain… C’est une hormone sécrétée par les cellules lactotropes de la partie antérieure de l'hypophyse. Ses rôles sont multiples, elle intervient notamment dans la lactation, la reproduction, la croissance, l'immunité et le comportement. Voici le début de sa protéodie directe:
Lorsqu’on diffuse la protéodie à l’organisme considéré, on peut constater - et c’est révolutionnaire - qu’elle a une action stimulante sur la synthèse de la protéine correspondante, même émise 76 octaves plus bas que la fréquence d’origine, par résonance d’échelle. Comme la synthèse de la protéine est sous le commandement d’un gène correspondant dans le filament d’ADN, on peut dire que la protéodie permet de réguler simplement l’expression du gène, sans changer ce gène, donc par épigénétique. La discipline qui étudie l’expression des gènes (synthèse de protéines) associée aux ondes d’échelle est nommée génodique.
J. Sternheimer a également découvert le moyen d’inhiber la synthèse de la protéine par une protéodie en opposition de phase à la protéodie stimulante. Cela a lieu lorsque les notes sont symétriques (en hauteur donc en fréquence) par rapport à la fréquence moyenne ou centrale (le SOL) de la protéodie stimulante (voir figure ci-dessus).
En appliquant la génodique aux êtres vivants et particulièrement aux plantes, J. Sternheimer a inventé un procédé de régulation de la synthèse de protéines au moyen de diffusions sonores de protéodies adéquates, qui a fait l’objet d’un brevet (Brevet européen: EP 0 648 275 B1, Procédé de régulation épigénétique de la biosynthèse des protéines par résonance d’échelle; date de dépôt: 02.06.1993; date de publication et mention de la délivrance du brevet: 29.08.2007)
Pour une plante qui subit des agressions ou attaques de virus, bactéries ou champignons, ce procédé consiste à stimuler certaines protéines qui renforcent ses métabolismes et ses défenses naturelles, et à inhiber des protéines de l’agresseur. Par exemple, plusieurs expériences sur le terrain ont montré qu’il est possible d’améliorer la culture des tomates, des courgettes, de la vigne et autres plantes. Cela a consisté à stimuler l’enzyme (une protéine) qui régule la résistance à la sécheresse des tomates, ou encore réduire la croissance des champignons de l’esca, maladie qui affecte les vignes. (voir Synthèse des campagnes d’expérimentation in situ et utilisations pratiques de la méthode de régulation épigénétique de la synthèse protéique développée par J. Sternheimer, dans le domaine agricole: Étude des cas Vigne (champignons : Esca et Mildiou), Endive (bactérie : Erwinia) et Courgette (virus : WMV2, ZYMV), V. Prévost, M. Duhamel, P. Ferrandiz, H.Bonnet, J. Sternheimer, Experiment Findings, 2020)
« En France, en Europe et en Afrique notamment, des essais ont été effectués sur différentes plantes depuis une douzaine d’années. Les résultats sont spectaculaires, tomates plus grosses, résistant mieux à la chaleur et aux maladies, stimulation de la photosynthèse chez des algues, résistance à une maladie pour les pieds de vigne évitant d’avoir recours à un traitement chimique... Il y a donc là des voies réellement alternatives par rapport à celle proposée par la science actuellement avec l’introduction des OGM. » (Dialoguer avec le vivant, interview de J.S.par Anne de Grossouvre, Alliance n° 3, 2005)
Cette méthode est développée et commercialisée par la société Genodics, dont le but est, selon son site web, de « Renforcer et soigner les cultures avec des ondes sonores spécifiques » et « permettre aux plantes et aux élevages de résister à des maladies, de s’adapter aux variations climatiques et de renforcer des métabolismes. »
Et voici un témoignage paru dans Sud-Ouest en 2010: « Michel Haury, propriétaire du château La Grange-Clinet, à Saint-Caprais, a eu connaissance de ce traitement et a voulu tester le dispositif sur son domaine. « Cela fait un an que j'ai installé le diffuseur de musique au milieu d'une parcelle infestée par l'esca, explique-t-il. Tous les jours, à 19 heures précises, la musique se met à jouer automatiquement durant sept minutes à 65 décibels. Cela suffit pour traiter. » Le boîtier, alimenté à l'énergie solaire grâce à un panneau photovoltaïque, est entièrement automatisé. « Le résultat est stupéfiant, s'exclame Michel Haury. La maladie n'a plus évolué sur les pieds comme on aurait dû s'y attendre et aucun nouveau cas ne s'est déclaré. » (Quand la musique soigne, 2010)
Diffuseur de protéodie dans une vigne
Merci à Genodics
Accéder aux autres parties
1. La molécule d'ADN et le code génétique. De la cellule aux gènes, en passant par les chromosomes et l'ADN, vous êtes invités à visiter les rouages du programme génétique qui commande notre développement physique. Comment fonctionne-t-il? Jusqu'à quel point nous contrôle-t-il? Quel est son langage? Vous pourrez le découvrir sans notion de biologie ou de chimie en observant le paysage, tel un voyageur qui s'aventure dans le monde des molécules.
2. L'ADN et ses modes d'expression. Contrairement à l'idée répandue selon laquelle nous sommes programmés par notre code génétique, des scientifiques ont montré que celui-ci est en réalité un stock de données qui peuvent être activées ou non selon nos conditions de vie (nutritionnelles et psychiques). La science de l'épigénétique a montré que cette activation était due à des modifications chimiques réversibles du gène. Chacun de nous est donc dans un état épigénétique qui lui est propre et qui se modifie avec l'âge. Dans certaines circonstances, cet état est transmissible à la descendance, et cela bouleverse les idées figées des scientifiques sur l'évolution des espèces par la sélection naturelle. D'autres observations nous démontrent que l'ADN et les gènes ne sont pas des assemblages constitués de façon fixe et définitive. L'ADN se recompose en partie lorsque certains fragments (les transposons) changent de place. La plasticité des cellules nerveuses est un autre exemple qui montre combien nos cellules ne sont pas constituées une fois pour toutes, mais possèdent la capacité étonnante de s'adapter au changement et d'inventer de nouvelles formes.
3. Architecture et structure de l'ADN. Les parties codantes des gènes de l'ADN, qui détiennent les codes de fabrication des protéines qui régulent notre corps, n'occupent que 1,3% environ de la totalité de l'ADN. Les zones non-codantes dans et entre les gènes intriguent les scientifiques par leur présence énigmatique. Ayant abandonné l'idée que ces zones sont inutiles, ils commencent à mettre en évidence leurs fonctions possibles. Ils ont des rôles de régulation et de contrôle. Les zones intergènes comportent des séquences caractéristiques pour chaque individu, au point qu'elles ont été retenues par la législation comme base de l'empreinte génétique. Il existe donc une architecture significative dans l'ADN. Par des méthodes d'analyse statistique, des mathématiciens ont mis en évidence un ordre fractal qui varie selon le type d'ADN.
5. L'ADN électrique. On représente habituellement la molécule d'ADN sous forme de volumes géométriques: hélices, rubans et segments. Au-delà de son occupation dans l'espace, une vie électronique intense se manifeste dans les molécules, responsable de leurs attirances, associations et assemblages. De nombreuses recherches ont été conduites sur la conductivité électrique de l'ADN nu, donc en-dehors du corps. Récemment, il a été démontré que l'ADN est électro-conducteur et peut être considéré comme un minuscule fil électrique. Ces recherches sont motivées par la possibilité d'utiliser l'ADN comme constituant de nano-circuits électroniques (à l'échelle du nanomètre). Des ordinateurs à base d'ADN ont été construits et testés. L'ADN participe ainsi à la grande course des nanotechnologies qui permettent de fabriquer des puces et autres dispositifs de taille très inférieure à celles élaborée avec le silicium. Une technologie qui se répand pour le meilleur et pour le pire.
6. L'ADN électromagnétique et la communication entre molécules. Depuis une centaine d'années, des scientifiques de plusieurs pays (Gurwitsch, Kaznacheev, Gariaev, Inaba, Popp, et d'autres) ont montré que les organismes vivants émettent de la lumière (biophotons) à très faible intensité. Tel un laser, l'ADN est à la fois la source et le lieu de stockage de ces photons. L'ensemble des biophotons de l'organisme constitue un champ cohérent porteur d'information, sous forme d'hologrammes, qui dirige les processus vitaux de l'organisme et maintient son intégrité. Grâce à ces rayonnements, les cellules communiquent entre elles et envoient des informations sur leur état énergétique et sanitaire. D'autres informations constituent un code génétique électromagnétique holographique qui assure et coordonne le développement de l'organisme. Cela explique des phénomènes inexplicables par la génétique moléculaire comme la différentiation des cellules. Des applications pratiques de ce phénomène ont été conçues pour évaluer la qualité des aliments et améliorer l'état de santé des êtres vivants par des techniques non destructrices.
Genodics.com, développement d'applications agro-alimentaires et environnementales. La génodique est une discipline nouvelle, située à l'intersection de la physique fondamentale, de la musique et de la biologie, qui étudie des aspects ondulatoires de l'expression du génome. Une page pour expliquer simplement les principes de la génodique.
Anatomie de la musique; invitation aux mélodies de protéines. Section en langue française du site japonais Bekkoame. Propose une liste d'articles fondamentaux. Avec un article très développé d'Éric Bony sur La musique et les plantes, paru dans Nouvelles Clés n°14, été 1997. La section anglaise propose d'autres articles sur les protéodies.
Le site de Joël Sterheimer, genodics.net. Quelques liens concernant la génodique, les protéodies et leurs applications. En particulier une liste de références sur les ondes d'échelles. On y retrouve l'article La musique et les plantes, et un autre Dialoguer avec le vivant, paru dans la revue Alliance n°3, 2005(consultable aussi dans ce site)
Dans le site Fangpo consacré à la musique, deux articles: Partie 1: Médecine ondulatoire: la protéodie, ou le rôle de la musique dans les processus de vie. Partie 2: De la musique quantique comme engrais, Nick Begish, reproduit de la Revue Nexus n°40 p.45, 2005, traduit du site anglais Earthpulse, French Physicist Creates New Melodies - Plant Songs
Une présentation de Joël Sternheimer dans le site Quanthomme
Le site de la biologiste M. A. Clark, avec une belle introduction à la musique des protéines, et un remarquable panorama des travaux sur ce sujet.
La musique des gènes, le site de Nobuo Munakata
Our Sound Universe, the Music of Susan Alexjander
Molecular Music, Linda Long
Gene2music. Convertir des séquences de protéine en notes musicales.
Procédé de régulation épigénétique de la biosynthèse des protéines par résonance d'échelle, Joël Sternheimer, Brevet français n° 92-06765, 1992
Les langages secrets de la nature, Jean-Marie Pelt, éd. Fayard. Les plantes ont bien une sensibilité qui leur est propre. D'où naturellement des possibilités de communication avec l'homme, maintes fois soulignées, mais jamais, jusqu'à ces toutes dernières années, scientifiquement prouvées. La fameuse " main verte " trouve désormais des justifications scientifiques ; comme d'ailleurs la sensibilité des plantes à la musique. Langages de la nature, sensibilité des plantes, communications secrètes mais efficaces, fondées sur des faits scientifiques récents et dûment établis, nous dévoilent dans cet ouvrage une vision du monde vivant radicalement neuve, où tous les êtres communiquent et communient dans un rapprochement inattendu entre la plante, l'animal et l'homme.
Good vibrations give plants excitations, Andy Coghlan, New scientist 28 mai 1994
Protéodie, la symphonie du vivant, Vincent Crousier, Nexus n°48 p.51
Texte conforme à la nouvelle orthographe française (1990)
13 novembre 2009 - ajout de l'annexe, février 2023
