Comment la nourriture alimente votre corps

De James Somer

On m'a toujours dit que j'avais un métabolisme rapide. Je reste mince peu importe ce que je mange; ce n'est qu'au cours des dernières années, alors que j'ai atteint la mi-trentaine, que j'ai connu une croissance horizontale. Je joue au squash quelques fois par semaine, je cours avec un ami le jeudi et je promène le chien. Sinon je passe des journées entières devant l'ordinateur, puis sédentaire sur le canapé, puis endormie. Et pourtant, je reste dégingandé et j'ai facilement la « faim » ; l'après-midi, après un copieux petit déjeuner et deux portions au déjeuner, je pars chercher un autre repas. Je me réveille parfois affamé au milieu de la nuit. Où va toute la nourriture ?

Notre corps a besoin de beaucoup de calories, et la plupart d'entre elles sont dépensées pour faire fonctionner la machine. Vous ne sentez pas particulièrement votre foie, mais bien sûr, il est toujours là, le foie ; de même vos reins, votre peau, vos intestins, vos poumons et vos os. Nos cerveaux sont de gros consommateurs d'énergie, consommant environ un cinquième de notre apport calorique alors qu'ils ne représentent qu'un cinquantième de notre poids corporel en moyenne. Peut-être que le mien est moins efficace que le vôtre : j'ai l'esprit anxieux - je rumine - et c'est peut-être comme courir sur place. Je me sens parfois lent en écrivant, après avoir travaillé un paragraphe dans ma tête, et j'avais l'habitude de supposer que cela signifiait que j'avais besoin de caféine. Finalement, j'ai découvert qu'un sandwich fonctionnait mieux. L'effort de réflexion avait épuisé mes calories, et il était temps de jeter une autre bûche sur le feu.

Le feu n'est pas simplement une métaphore du métabolisme. Au XVIIIe siècle, le chimiste français Antoine-Laurent de Lavoisier a mené une série d'expériences ingénieuses pour prouver que notre force vitale était le feu. D'abord, il a compris de quoi l'air était fait; il montra ensuite, par des mesures précises, que le feu enlevait l'oxygène de l'air et le déposait sous forme de rouille. Plus tard, il a fabriqué un appareil dans lequel de la glace emballée entourait un compartiment qui pouvait être rempli soit d'une flamme allumée, soit d'un petit animal ; en mesurant la quantité de glace fondue, il pouvait relier l'énergie brûlée par la flamme à celle "brûlée" par la créature. Il a même créé un "respiromètre", un appareil composé de tubes et de jauges qui mesurait avec précision la consommation d'oxygène d'une personne lorsqu'elle effectuait diverses tâches. Il conclut que "la respiration n'est rien d'autre qu'une combustion lente du carbone et de l'hydrogène, semblable en tous points à celle d'une lampe ou d'une bougie allumée". Les flammes et les êtres vivants échangent de l'énergie et des gaz dans ce qu'on appelle une réaction de combustion. Dans le cas d'un incendie, cette réaction est rapide et incontrôlable : l'énergie est extraite du combustible avec un violent abandon, et la quasi-totalité de celle-ci est libérée immédiatement, sous forme de lumière et de chaleur. Mais la vie est plus méthodique. Les cellules puisent l'énergie de leur carburant avec un contrôle exquis, dirigeant chaque dernière goutte vers leurs propres objectifs. Presque rien n'est gaspillé.

Il a fallu encore plusieurs centaines d'années pour éclaircir la manière exacte dont cela était accompli. La percée a eu lieu dans les années 1930, lorsqu'un brillant chimiste hongrois du nom d'Albert Szent-Györgyi a réalisé une étude sur les muscles de la poitrine des pigeons. Le muscle, qui était assez fort pour maintenir les oiseaux en vol, s'est avéré être métaboliquement hyperactif même après avoir été pulvérisé. Szent-Györgyi a mis du tissu broyé dans un plat, puis a effectué des mesures minutieuses du gaz et de la chaleur émis lors de l'introduction de divers produits chimiques. Il a découvert que certains acides augmentaient le taux de métabolisme du muscle plus que quintuplé. Étrangement, ces acides n'étaient pas eux-mêmes consommés dans les réactions : Szent-Györgyi pouvait retirer autant de la boîte qu'il en avait mis. Les acides, réalisa-t-il, participaient à une sorte de rond-point chimique, accélérant ou catalysant le métabolisme alors même qu'ils étaient constamment décomposés et reconstruits.

Quelques années plus tard, un biochimiste allemand du nom de Hans Krebs a décrit plus complètement ce cycle chimique, et aujourd'hui il est connu sous le nom de cycle de Krebs. Vous vous souvenez peut-être vaguement du cycle de Krebs du cours de biologie du lycée, ou peut-être l'avez-vous oublié juste après le test. Pendant longtemps, le cycle de Krebs a été le symbole de ce que je n'aimais pas à l'école, un parfait emblème de l'ennui et de l'égarement. Assis à des bureaux disposés en rangées, on nous indiquait les noms monstrueux de ses composants - succinate, pyruvate, acétyl-CoA, cytochrome c - tandis que, sur le tableau noir, nous comptions les NAD+ et les FADH2, et suivions les réactions "redox" au fur et à mesure qu'ils "oxydaient" ou "réduisaient" les éléments. J'ai mémorisé les schémas du manuel - flèches, petits caractères, minuscules signes plus et moins - sans jamais vraiment comprendre à quoi servait le cycle. Je n'étais pas seul dans mon incompréhension. Au cours des trente-huit années du "Jeopardy!" moderne, le cycle de Krebs n'a été interrogé que six fois environ. Il a perplexe les trois joueurs sur scène à deux reprises.

C'est dommage que la chimie organique ait de telles associations redoutables, alors qu'il y a tellement de beauté là-dedans. Comme l'écrit le biochimiste Nick Lane, dans son livre "Transformer : The Deep Chemistry of Life and Death", le cycle de Krebs est particulièrement magique - c'est le fondement non seulement du métabolisme mais de toute vie complexe sur terre. Et ce n'est pas vraiment difficile à saisir. De nos jours, même ceux d'entre nous qui ont sauté AP Bio connaissent les gènes ; grâce à la pandémie, nous savons peut-être même de quoi nous parlons lorsque nous utilisons des mots comme « protéine » et « ARNm ». Lane soutient que notre connaissance de l'ADN est en fait une forme de chauvinisme génétique. Le secret de la vie n'est pas entièrement inscrit dans nos gènes ; cela a aussi à voir avec la façon dont nous extrayons l'énergie du monde - avec notre combustion lente continue et permanente. Comprendre le cycle de Krebs en vaut la peine car il vous aide à mieux comprendre ce que signifie être en vie.

C'est à travers le cycle de Krebs que nous obtenons l'énergie de la nourriture que nous mangeons. Pour comprendre le fonctionnement du cycle, il est utile de se rappeler de quoi sont faits les aliments. Comme tout le reste de l'univers, ce que nous mangeons est composé d'atomes. Un atome est comme un petit système solaire, avec un noyau en son centre. Les électrons orbitent autour du noyau comme des planètes autour d'un soleil. (Bien qu'en fait, selon la mécanique quantique, vous ne pouvez pas savoir exactement où se trouve un électron à tout moment - et donc vraiment cette orbite est moins un chemin fixe qu'une sorte de nuage de positions possibles.) Il pourrait y avoir un électron ou plusieurs dans un atome donné ; ils orbitent à certaines distances typiques, connues des chimistes sous le nom de coquilles orbitales. Seul un nombre fini d'électrons peut occuper une coquille orbitale à un moment donné : deux dans la première coquille, huit dans la seconde, dix-huit dans la troisième, trente-deux dans la quatrième, etc. - un modèle qui définit la disposition des lignes du tableau périodique. Toute la chimie dépend du fait que les électrons qui ne font pas partie de coquilles entièrement remplies sont moins stables, d'autant plus qu'ils s'éloignent du noyau. C'est comme si un électron n'était pas destiné à errer trop loin de chez lui.

De temps en temps, quelque chose heurte un atome. S'il s'agit d'un photon, une particule de lumière, l'énergie de la collision propulse les électrons d'un atome sur des orbites plus éloignées du noyau. Ces électrons «à haute énergie» sont comme des billes posées sur le rebord d'un bol - ils veulent libérer leur énergie potentielle en redescendant vers le centre ou, si un autre atome est proche, en se déversant dans son bol. La direction dans laquelle ils tombent dépend de l'équilibre précis des instabilités dans chaque atome - en d'autres termes, de celui dont la coquille est la plus désespérée à remplir. Lorsqu'un atome prêt à abandonner un électron énergétique se rapproche d'un voisin désireux de le prendre, cet électron roule de la lèvre d'un bol vers l'autre. En tombant, il libère de l'énergie. Aussi abstrait que cela puisse paraître, c'est l'essence même de la vie. Les photons provenant du soleil se transforment en électrons dans la chlorophylle des plantes ; une série de réactions chimiques transfère ces électrons énergisés d'un atome à l'autre, jusqu'à ce qu'ils soient finalement stockés à l'intérieur des sucres ou des amidons dans les fruits, les tiges et les graines.

Au niveau moléculaire, une pomme de terre n'est pas si différente du pétrole : elle contient des molécules riches en électrons de haute énergie. Grâce à notre métabolisme, nous espérons capter l'énergie possédée par ces électrons d'une manière gérable. Szent-Györgyi est souvent crédité d'avoir dit que la vie n'est rien d'autre qu'un électron à la recherche d'un endroit pour se reposer ; les billes roulent et la vie use de leur force. La difficulté est que les électrons avec le plus d'énergie disponible ne se présentent pas simplement pour la prise. La nourriture est compliquée et pleine de molécules différentes, dont beaucoup contiennent des matières premières que nous recyclons dans les structures physiques de nos cellules. Trouver les atomes particulièrement denses en énergie à l'intérieur de notre nourriture, c'est comme passer au crible un tas de voitures accidentées pour trouver les batteries encore chargées.

Une quantité surprenante de ce tamisage se produit avant même que nous n'avalions notre nourriture, car la salive dans notre bouche décompose ses amidons. (Essayez de cracher dans une tasse de pudding Jell-O et voyez ce qui se passe.) Nous commençons à nous sentir rassasiés bien avant de digérer, car notre bouche dit à notre cerveau que l'énergie arrive et qu'il est sûr de libérer des réserves à court terme. Entre-temps, les acides de l'estomac et les enzymes de l'intestin grêle commencent à traiter ce qui est arrivé. Au moment où elles sont terminées, les molécules riches en énergie dans les aliments ont vu leurs électrons les plus agités remaniés et emballés dans du glucose, un sucre simple. Le glucose est comme un conteneur d'expédition de produits chimiques. C'est un transporteur d'électrons idéal, en partie parce qu'il est de grande capacité, de forme pratique et facile à ouvrir. Il est également exceptionnellement soluble, ce qui signifie qu'il se déplace bien dans le sang. Et il se compose uniquement d'atomes de carbone, d'oxygène et d'hydrogène. Les deux derniers types d'atomes sont hautement réactifs - il y a une raison pour laquelle les réservoirs d'hydrogène et d'oxygène sont marqués "inflammables" - et de nombreux électrons instables entourent chaque atome de carbone, désireux de se déplacer dans d'autres molécules. Notre cerveau, dont les parties ont des besoins énergétiques particulièrement imprévisibles - lorsque les neurones s'activent, crée des pics de demande - dépend presque exclusivement du glucose pour l'énergie. Les colibris, qui ont le métabolisme le plus rapide de tous les animaux et qui n'ont pas de temps à perdre pour alimenter leurs battements d'ailes, se nourrissent également d'un mélange de glucose pur et de saccharose.

Lorsque le glucose atteint nos cellules, il est, contrairement à un conteneur d'expédition, systématiquement démantelé. Une série de réactions enlève ses électrons les plus énergétiques et les utilise pour former une petite "molécule porteuse" connue sous le nom de NADH. Si le glucose est comme un conteneur d'expédition, alors les NADH sont comme des camions de livraison. Le processus de chargement des électrons dans les camions s'appelle la glycolyse. C'est ancien; en fait, c'est ainsi que les cellules de levure récoltent l'énergie. Lorsque la glycolyse se produit en l'absence d'oxygène, on parle de fermentation. Si vos muscles sont poussés à leur limite et qu'il n'y a pas assez d'oxygène dans votre circulation sanguine, vos cellules fermentent le glucose comme mesure provisoire pour la production d'énergie.

S'il y a de l'oxygène impliqué, la décomposition du glucose devient beaucoup plus raffinée. L'oxygène est si avide d'électrons - sa coque externe n'en a besoin que de deux de plus pour obtenir un ensemble complet - qu'en fait, il les entraîne tout au long du cycle de Krebs, qui est la véritable centrale électrique de notre métabolisme. Le cycle lui-même est complexe, avec des séquences de formules chimiques qui semblent spécialement conçues pour traumatiser les étudiants. Mais, essentiellement, le glucose est cassé en deux et ses moitiés sont introduites dans une série de réactions qui les séparent en parties ; les dorsales sont ensuite réutilisées pour un autre tour de cycle. L'essentiel est qu'en cours de route, des électrons riches en énergie soient décollés et chargés sur encore plus de NADH, bien plus que dans la glycolyse seule. Presque aucune énergie n'est perdue en chaleur; au lieu de cela, il est préservé et transformé. Tout électron qui avait une orbite haute dans le glucose est également en équilibre à son plein potentiel dans le NADH.

Ces molécules de NADH seront ensuite transformées. À l'intérieur d'une cellule typique de votre corps se trouvent des centaines de milliers de mini-cellules appelées mitochondries - des structures censées provenir d'une bactérie flottant librement qui a été ingérée par l'un de nos ancêtres il y a longtemps et cooptée. Une mitochondrie est divisée en une chambre interne et externe par une bordure alambiquée avec de nombreux plis, qui créent une immense surface. Les protéines dépassent de cette membrane comme des lapins qui passent la tête à travers une haie. Ces protéines capturent un NADH, puis tirent ses électrons vers la chambre intérieure, où ils finissent par se reposer dans des molécules d'oxygène. (Lorsque l'oxygène n'est pas présent, les électrons reculent et le travail s'arrête.) Le mouvement de chaque électron est chronométré et arrangé de manière à ce qu'un proton sous la forme d'un ion hydronium, qui est chargé positivement, se dirige dans la direction opposée. Au moment où la protéine tire chaque électron vers l'intérieur, elle dégorge également le proton, le poussant de la chambre interne vers la chambre externe. Cette extrusion se produit partout à travers la membrane. Le résultat est que de nombreux protons chargés positivement s'accumulent à l'extérieur, séparés par un mur des électrons chargés négativement retenus à l'intérieur. Un champ électrique se crée. Littéralement, chaque mitochondrie devient une batterie, attendant de se décharger.

"Cette charge est géniale", écrit Lane dans "Transformer". Le champ électrique généré par le processus, explique-t-il, a une force d'environ trente millions de volts par mètre, "l'équivalent d'un éclair à travers chaque nanomètre carré de membrane". A tout instant, dans chacune de vos cellules, les nuages ​​s'amoncellent, crépitant de potentiel. Et pourtant, même cela sous-estime la folie absolue du métabolisme ; c'est fou ce qui arrive à ces protons. Tirés par le courant électrique, ils veulent désespérément retourner à l'intérieur de la mitochondrie, là où se trouvent les électrons. Leur seul moyen de retour, cependant, est de se faufiler à travers de minuscules conduits en forme de champignon qui jonchent la membrane. En 1962, les scientifiques ont découvert que ces conduits sont en fait de petites turbines. Vus dans les moindres détails au microscope électronique, ils ressemblent à des roues hydrauliques ; les protons les font tourner sur leur passage.

Chez les ours en hibernation et les nouveau-nés humains, les turbines génèrent de la chaleur, qui est stockée dans les graisses. Plus communément, cependant, chaque tour de roue assemble une molécule d'adénosine triphosphate, ou ATP, la monnaie énergétique de nos cellules. En raison de sa structure, l'ATP est extrêmement disposé à abandonner son énergie, mais il en est empêché par quelques ralentisseurs moléculaires contrôlables avec précision, comme un ressort chargé retenu par un verrou. La génération d'ATP équivaut à la génération d'ordre à partir du chaos. Dans notre alimentation, l'énergie est stockée de manière arbitraire. Mais chaque molécule d'ATP est dotée d'une quantité standard d'énergie, créée par le mouvement physique d'un engrenage moléculaire. L'ATP est utilisé dans tous les types de cellules, où il est converti en énergie cinétique, chimique ou électrique. Nos muscles se contractent lorsqu'une protéine appelée myosine grimpe le long d'une microfibre, la croquant plus étroitement - chaque pas le long de la fibre coûte un ATP. Dans nos reins, l'ATP alimente une pompe chimique qui récupère les ions de notre urine. Dans notre cerveau, l'ATP confère aux neurones leur charge électrique. Les nuages ​​orageux de nos mitochondries sont embouteillés, expédiés et débouchés.

Lane écrit que la "force motrice des protons" de ces petites turbines est l'un des rares mécanismes présents dans toutes les formes de vie. En vous et moi et tout ce qui vit, les électrons de haute énergie sont lentement dépouillés de leur verve. Le métabolisme accomplit quelque chose de miraculeux : par des transformations atomiques laborieuses, il extrait de pratiquement n'importe quel produit chimique organique une unité universelle d'énergie, déployable dans chaque recoin de chaque cellule, et il le fait en ne gaspillant rien. L'utilisation par la vie d'une partie standardisée comme l'ATP est presque tayloriste ; les efficacités sont insondables. Un corps ingère des particules chargées et les envoie à travers de minuscules moulins à vent ; un cerveau crépitant de cent trillions de connexions électriques peut être alimenté toute une journée par un sandwich.

C'était audacieux de la part de Lane d'écrire un livre entier sur le cycle de Krebs. Bien que "Transformer" s'adresse aux profanes, ce n'est pas une lecture particulièrement facile : il y a des diagrammes de réactions chimiques à côté de parler de succinate, d'oxaloacétate, et de la réduction de ceci et cela. En le lisant, j'ai dû consulter Wikipedia et Khan Academy. Et pourtant Lane est passionné par la biochimie complexe qu'il décrit, en partie parce qu'il pense que la compréhension du métabolisme pourrait nous aider à comprendre beaucoup plus, du cancer aux origines de la vie.

Les biologistes sont quelque peu obsédés par les gènes depuis la découverte de la double hélice, en 1953. Le dogme central de la biologie moléculaire - on l'appelle en fait ainsi, le dogme central - place l'information au cœur de la vie et décrit comment elle circule de l'ADN à l'ARN et aux protéines. Dans les années 90, la vue d'ensemble des gènes a culminé avec le projet du génome humain de plusieurs milliards de dollars, qui promettait que le séquençage génétique à grande échelle répondrait à de nombreuses questions les plus épineuses de la biologie et de la médecine. Les chercheurs sur le cancer ont donc eu tendance à adopter une approche centrée sur les gènes pour étudier la maladie : un effort majeur dans le style du Projet du génome humain, l'Atlas du génome du cancer, a répertorié des millions de mutations potentiellement cancérigènes sur des dizaines de milliers de gènes. Du côté du traitement, la plus grande percée de la mémoire récente, l'immunothérapie, peut impliquer la modification génétique des cellules du système immunitaire afin qu'elles ciblent les tumeurs qui expriment une séquence d'ADN unique. L'approche a "vraiment révolutionné la thérapie", m'a dit Raul Mostoslavsky, codirecteur scientifique du centre de cancérologie du Massachusetts General Hospital. Mais les gènes ne sont qu'une partie de l'histoire. "Il est très bien établi que les caractéristiques uniques des métabolismes sont essentielles dans le cancer et le vieillissement", a déclaré Mostoslavsky. Au cours des dernières décennies, il y a eu "une explosion de la recherche effectuée dans ce domaine". Peut-être parce qu'il est plus récent et enraciné dans la biochimie plutôt que dans la génétique, il a eu moins de succès dans l'imagination du public.

Une grande partie des nouveaux travaux est centrée sur l'effet Warburg, du nom d'Otto Heinrich Warburg, un biologiste allemand qui a remporté un prix Nobel pour ses recherches sur la respiration cellulaire. L'effet Warburg décrit le fait particulier que les cellules cancéreuses ont tendance à se comporter comme si elles étaient en situation d'urgence métabolique. Lorsque les cellules normales manquent d'oxygène, les turbines mitochondriales ralentissent; la glycolyse anaérobie, ou fermentation, prend le relais. Ce qui est étrange, c'est que les cellules cancéreuses font cela même lorsque l'oxygène est abondant. L'effet Warburg est considéré comme presque universel dans tous les cancers; un signe relativement courant de la présence d'une tumeur est une accumulation de lactate, causée par la fermentation des cellules cancéreuses. On ne sait pas si cette fermentation est une cause ou une conséquence de la maladie. Les cellules cancéreuses fermentent-elles parce qu'elles se développent de manière incontrôlable ou est-ce que la fermentation est le moteur de la croissance ?

C'est peut-être les deux, mais Lane soupçonne que nous accordons trop peu d'attention à cette dernière possibilité. Il soutient que cela pourrait expliquer la corrélation démesurée entre le cancer et le vieillissement. De vingt-quatre à cinquante ans, votre risque de cancer est multiplié par quatre-vingt-dix et continue de croître de façon exponentielle à partir de là. Une hypothèse populaire soutient que la cause profonde de ce risque croissant est l'accumulation de mutations génétiques. Mais certains scientifiques ont fait valoir que le taux d'accumulation n'est pas assez rapide pour expliquer la trajectoire extraordinaire que prend le risque de cancer au cours d'une vie. Le point de vue du gène n'explique pas non plus pourquoi certaines tumeurs cessent de croître lorsqu'elles sont déplacées dans un environnement différent. Pour Lane, ces faits suggèrent que le cancer est mieux considéré comme un dérèglement du métabolisme.

En vieillissant, vos mitochondries accumulent l'usure. Souvent, la cause est une inflammation, qu'elle provienne d'une maladie, d'une blessure ou de périodes de stress. L'inflammation elle-même devient chronique avec l'âge, pour des raisons encore mal connues. Pendant ce temps, un processus connu sous le nom de mitophagie, dans lequel les anciennes mitochondries sont mangées par le corps afin que de nouvelles puissent se développer à leur place, ralentit. Le résultat de tout cela est que nos mitochondries se fatiguent et font un travail un peu moins bon. "Globalement", écrit Lane, "nous avons moins d'énergie, avons tendance à prendre du poids, avons plus de mal à entrer en action explosive et souffrons d'inflammation chronique de bas grade." ("Vieillir, hein !", note-t-il.) Les conditions sont propices au cancer : les déchets mitochondriaux commencent à s'accumuler, comme dans une chaîne de montage en panne ; peut-être que si cela devient suffisamment grave, une cellule pourrait croire que la sauvegarde est due à un manque d'oxygène. Des signaux d'alarme seront envoyés au noyau pour actionner une série d'interrupteurs épigénétiques - "nous étouffons !" - qui mettront la cellule en mode de fermentation. Dans ce mode, lorsque le glucose arrive, la priorité devient de le dépouiller non pas pour ses électrons à haute énergie mais pour les éléments constitutifs moléculaires. La cellule revient à l'un de ses premiers programmes, actif au cours du développement embryonnaire, dans lequel la consigne première n'est pas de travailler mais de grandir. « Qu'est-ce qui rend une cellule cancéreuse ? » demande Lane. Un environnement cancéreux pourrait "être induit par des mutations, des infections, de faibles niveaux d'oxygène... ou le déclin du métabolisme associé au vieillissement lui-même".

En tant que chercheur, Lane s'intéresse principalement à l'origine de la vie, et ici aussi, l'accent mis sur le métabolisme offre un récit radicalement révisionniste. Lorsque nous pensons à la façon dont la vie a commencé, nous avons tendance à nous raconter une histoire sur les gènes. On dit qu'à l'origine, les bassins peu profonds du bord de mer étaient remplis d'une soupe chimique primordiale ; parmi les produits chimiques se trouvait l'ARN, une version simple brin moins stable de l'ADN. L'ARN avait la capacité de catalyser la construction d'autres molécules, et finalement une version est apparue qui pourrait catalyser sa propre copie. Une source d'énergie doit avoir alimenté ces réactions chimiques, peut-être la foudre ou la lumière ultraviolette du soleil. Quoi qu'il en soit, disons-nous, une fois que la copie a commencé, les mutations qui ont conduit à une réplication plus rapide ou plus robuste l'ont emporté. Le métabolisme n'est apparu que plus tard, lorsque les ancêtres de nos cellules ont appris à digérer d'autres produits chimiques organiques à proximité.

Cette histoire a été quelque peu compliquée par la découverte, en 1977, de la vie dans certaines des parties les plus profondes et les plus sombres de l'océan. Les biologistes marins ont découvert que d'énormes vers tubicoles vivaient dans des endroits sans lumière ni plantes à manger. Comment les vers ont-ils survécu ? Cela a pris des décennies, mais les scientifiques ont finalement découvert le premier maillon de cette sombre chaîne alimentaire. Des foules de bactéries primitives vivent le long des évents volcaniques dans le fond marin, et elles sont inhabituelles pour être des "autotrophes". Le mot décrit le fait que ces bactéries, comme les plantes, construisent leur biomasse non pas en se nourrissant mais directement à partir de matières inorganiques, telles que des molécules de dioxyde de carbone flottant dans l'eau. Pour que l'autotrophie fonctionne, une source d'énergie stable est nécessaire. Les plantes utilisent la lumière du soleil. Mais ces bactéries vivent dans l'obscurité totale. Comment pourraient-ils être des autotrophes ?

Il s'avère qu'à l'interface entre la mer et le manteau, l'eau salée réagit avec la terre dans un processus appelé serpentinisation. La serpentinisation produit des produits chimiques riches en énergie, et Lane suppose qu'ils étaient la source d'énergie primordiale qui alimentait les ancêtres des autotrophes. Dans nos métabolismes, le cycle de Krebs fonctionne dans un sens : les molécules alimentaires entrent et l'énergie sort. Mais le cycle peut en fait tourner dans les deux sens, comme une plaque tournante. Les bactéries entourant les évents en haute mer exécutent le cycle de Krebs à l'envers, absorbant l'énergie des évents et l'utilisant pour assembler la matière de leur corps à partir de pièces plus simples. Ils sont comme des bougies qui ne brûlent pas. Ce n'est que plus tard, lorsque les membranes se sont avérées enfermer ces réactions, que le besoin d'ARN s'est fait sentir. Lorsque les premières proto-cellules s'éloignèrent des évents, elles perdirent le contact avec leur source d'énergie ; seuls ceux qui portaient le bon type d'ARN auraient eu les outils nécessaires pour survivre. Le travail de l'ARN aurait été d'aider à catalyser des réactions qui dépendaient auparavant des évents. Au cours des prochains milliards d'années, les descendants de ces organismes primitifs auraient commencé à cracher de l'oxygène dans l'atmosphère en tant que déchet. Ce n'est qu'alors que le cycle de Krebs tel que nous le connaissons aurait vu le jour : en inversant le métabolisme des autotrophes, un organisme pourrait profiter de tout cet oxygène et transformer son corps en une sorte de fournaise. C'est cette inversion, affirme Lane, qui a engendré l'explosion cambrienne, une énorme prolifération dans la variété et la complexité de la vie qui a eu lieu il y a environ cinq cents millions d'années.

Tout livre sur une seule chose, surtout si l'auteur a l'impression qu'il n'a pas reçu suffisamment d'attention, court le risque de devenir une théorie de tout. L'impression que j'ai eue avec "Transformer" était que le cycle de Krebs était la clé non seulement de la vie et de ses origines, mais aussi du vieillissement, du cancer et de la mort. Plus probablement, ce n'est qu'une partie de toutes ces choses.

Pourtant, il y a quelque chose à dire pour l'immersion. Récemment, j'ai passé un long week-end dans une petite maison en location à quelques heures au nord de New York. Pendant tout ce temps, j'avais un métabolisme sur le cerveau. Un matin, un ami et moi sommes allés dans un restaurant en plein air pour un petit déjeuner tardif. La voiture manquait de carburant; moi aussi. Pendant que nous attendions le serveur, je me suis assis tranquillement, me sentant un peu aigre et déprimé. Le soleil tapait sur mon dos – des électrons sous la mauvaise forme. Ce n'est qu'après les premières bouchées de mes œufs brouillés que j'ai senti le flot de glucose et que je suis redevenu moi-même. Je pouvais imaginer ce qui se passait dans mes cellules. L'image aurait plu à un philosophe du XVIIIe siècle : j'étais un homme d'horlogerie qui se chargeait à travers la rotation d'un milliard de minuscules roues hydrauliques.

Plus tard, de retour à la maison, nous avons joué au basket dans l'allée. Combien d'ATP coûte un jump shot ? Après avoir couru vers le panier pour un lay-up, j'ai pensé à tout ce qu'il avait fallu pour lancer mon corps dans les airs : une tension composée de protons, un million de décharges simultanées à travers les fentes synaptiques. Chaque mouvement était un coup de foudre délicieusement contrôlé.

Après le match, en fin d'après-midi, nous avons observé de petits oiseaux par la fenêtre, leurs battements de cœur s'accélérant. J'imaginais la rapidité de leur monde. Si votre métabolisme s'accélère suffisamment, est-ce que le temps ralentit ? Est-ce pour cela qu'il est si difficile d'attraper un insecte entre les mains ?

Nous avons décidé de faire des s'mores ce soir-là. Un ami et moi avons allumé le feu. Nous avons recueilli des électrons d'un tas de bois à proximité, les avons libérés avec un peu de butane et une étincelle, puis avons regardé le soleil se coucher. Il était étrange d'imaginer que l'énergie de la fusion à quatre-vingt-douze millions de kilomètres avait maintenant pris la forme d'une guimauve. Heureusement, j'en ai mis un dans ma bouche. ♦