Imaginez que vous puissiez arrêter d'être à taille humaine pendant un certain temps et réduire à la taille d'une bactérie, environ un millionième de votre stature actuelle. A cette échelle, vous cesseriez d'être lié par la gravité et découvririez plutôt que la viscosité est le facteur dominant, donner à l'air l'impression de nager dans un marais glauque.

Des hordes de vos camarades bactéries bourdonnent, alimentés par des moteurs rotatifs réversibles qui les propulsent jusqu'à 20 fois la longueur de leur corps par seconde. C'est le genre de vitesse qui, relativement parlant, vous auriez besoin d'un moteur pour réaliser dans le monde humain.

La nourriture est facile à trouver; les nutriments atterrissent simplement sur votre surface par diffusion moléculaire. D'autres aspects de la vie bactérienne sont peut-être plus familiers :les bactéries, tout comme des créatures plus grandes, sont pourchassés par des prédateurs et en proie à des agents pathogènes.

Ces univers Tom Thumb n'ont pas beaucoup de sens pour nous les humains, qui sont plus habitués à traiter avec des choses que nous pouvons voir et toucher. En effet, nous étions inconscients du monde microbien jusqu'à ce que Robert Hooke invente le microscope en 1665 - un exploit rendu possible par l'avènement du verre de haute qualité et la science émergente de l'optique.

La vie est pleine de surprises

De ce réveil a jailli une compréhension de la complexité de la vie. C'est quelque chose avec quoi nous luttons encore aujourd'hui, comme le montre le fait qu'une cuillère à café moyenne d'eau, le sol ou la glace regorge de millions de microbes qui n'ont jamais été comptés ou nommés.

Cette diversité vertigineuse gagne activement sa vie dans tous les coins et recoins imaginables de la Terre. Dans ta bouche il y en a jusqu'à 100, 000 bactéries sur chaque dent seule. Il y a un véritable zoo bactérien qui se régale de nos dépôts quotidiens sur les rambardes des trains et des bus, sièges et autres accessoires – sans parler des bactéries mangeuses de chair.

C'est assez dur pour comprendre, mais reste avec nous pendant que nous descendons dans un beaucoup plus petit, arène plus complexe et tout à fait plus étrange.

Plus petit encore

En bas à l'échelle fréquentée par les particules subatomiques, la viscosité n'entre pas en ligne de compte - les choses sont orchestrées par des principes quantiques où la causalité, la localité et le réalisme sont par la fenêtre.

Ici, à quelques femtomètres, ou millionièmes de milliardième de mètre, les particules comme les électrons ne sont pas des particules au sens traditionnel du terme. Ils peuvent effectivement se trouver à plusieurs endroits (et se déplacer dans plusieurs directions) à la fois et se comporter comme des ondes – une propriété qui a ouvert la voie aux microscopes électroniques.

Cela peut sembler pas plus tangible ou pertinent que les gribouillis sur le tableau blanc d'un physicien, mais l'évidence de sa réalité est là à voir, à la fois sous la forme de démonstrations expérimentales d'effets d'ondes de particules et dans la gamme de la technologie moderne qui utilise des effets quantiques tels que les horloges atomiques ou d'autres pratiques, si effrayant, les usages.

Peut-être qu'un jour bientôt nous aurons même des ordinateurs quantiques (demandez simplement à Justin Trudeau, bien qu'en vérité, il se débat aussi avec les détails).

Processus vivants à l'échelle subatomique

Mais qu'est-ce que la physique quantique a à voir avec les êtres vivants ?

Alors que les microscopes conventionnels mettaient au point l'échelle micrométrique (suivie de la version électronique, qui étend la résolution de plusieurs ordres de grandeur), ici, au 21e siècle, nous pouvons regarder à l'échelle atomique du nanomètre, ou des milliardièmes de mètre, grâce aux lasers à rayons X.

Cette technologie a déjà enregistré des aperçus spectaculaires des processus moléculaires qui sous-tendent certaines des fonctions les plus élémentaires de la vie, comme la photosynthèse et la détection de la lumière.

Des films réalisés à partir d'images instantanées aux rayons X (qui peuvent prendre 100 000 milliards d'images par seconde) montrent le fonctionnement interne de la machine moléculaire pendant la photosynthèse - un processus où les atomes de magnésium, entouré de protéines, diviser l'eau et digérer le dioxyde de carbone comme nourriture dans toutes les plantes vertes. La nature utilise ce même mécanisme, en combinaison avec des réactions de transfert d'électrons, pour générer pratiquement tout l'oxygène respiré sur Terre.

Des films similaires montrent ce qui se passe lorsque la lumière frappe votre rétine et s'engage avec une protéine photosensible.

Cela équivaut à plus qu'une simple curiosité - l'imagerie de cette manière peut fournir des informations sur un large éventail de molécules biologiquement et pharmaceutiquement importantes, ce qui à son tour peut potentiellement aider au développement de médicaments plus efficaces. Et cela sans parler des implications pour l'écologie d'arriver à une compréhension fine de la photosynthèse, la salle des machines du règne végétal et les myriades de créatures qui en dépendent.

Ces technologies mettent à nu les liens complexes entre les processus subatomiques et écologiques.

Une toute nouvelle industrie fondée sur de petites

Le domaine en développement rapide des nanosciences et de la technologie - une autre retombée des principes quantiques - a donné lieu à de nombreuses utilisations potentielles. Cela inclut la promesse de la nanobiotechnologie pour développer de nouvelles, des médicaments plus efficaces pour des conditions telles que l'hypertension artérielle, assistée par la vue de ces molécules offerte par les lasers à rayons X.

Ensuite, il y a la bionanoscience plus proactive qui vise, entre autres, pour simuler les mécanismes biologiques avec une telle précision que vous pouvez désormais vous promener virtuellement dans une cellule cancéreuse pendant qu'elle est attaquée par des nanoparticules contenant des médicaments.

Nous entrons ainsi dans une ère de « fabrication moléculaire ». Et à l'horizon se trouvent les "nanobots" - des chevaux de travail à l'échelle moléculaire suffisamment petits pour manipuler les processus moléculaires au sein des cellules. Peut-être qu'un jour, ils seront suffisamment sophistiqués pour administrer des médicaments à des sites moléculaires spécifiques ou même effectuer des interventions chirurgicales.

La force invisible

Ce ne sont pas des conceptions avec lesquelles les humains peuvent interagir directement, notamment parce qu'ils fonctionnent dans un environnement que nous pouvons à peine commencer à imaginer compte tenu de notre échelle métrique, réalité de bon sens. Cela signifie également que si ces processus ont un revers nuisible, nous ne savons pas vraiment comment les gérer.

Sauvegardez l'échelle de taille, nous avons des procédures comme les évaluations d'impact environnemental, la gestion des produits et les tests de toxicologie. Comment de tels concepts s'adaptent-ils, le cas échéant, avec l'avènement des nanostructures moléculaires ? Il est tout à fait possible que nos poubelles électroniques dans les centres de recyclage (ou même les décharges) se retrouvent un jour pleines de nanostructures complexes avec des conséquences environnementales inconnues.

C'est peut-être fantaisiste, mais il existe néanmoins des problèmes potentiels avec les nanoparticules minérales déjà présentes dans les cosmétiques, des peintures, vêtements et autres produits. Certains ont des chemins bien définis vers le monde extérieur, sortant de nos douches et lavabos pour se faufiler dans les stations d'épuration. Ce qu'ils pourraient faire étant « devenus sauvages » dans les cours d'eau et les sols est une énigme, bien que certaines indications puissent venir de leurs grands frères comme les limons fins ou les microplastiques, dont les surfaces peuvent devenir porteuses de polluants inorganiques et organiques.

Ces questions ne sont actuellement pas écrites en gros pour l'industrie de l'eau. Même les usines de traitement des eaux usées de classe A tant vantées ne traitent que des agents pathogènes, peu d'intérêt pour les nutriments, produits chimiques, microplastiques ou nanoparticules.

Mais la taille des nanoparticules, forme, superficie, l'agglutination et le comportement dans l'environnement au sens large font qu'il est difficile de concevoir la meilleure façon de les réguler. De plus, il y a eu peu d'études réglementaires sur les nanoparticules dans lesquelles danger et exposition ont été considérés ensemble, il est donc difficile de fournir une évaluation complète des risques.

Et ce sont des variantes relativement « inertes ». Le manque de connaissances pourrait devenir plus pressant si les nanobots deviennent sauvages.

Rien ne s'en va

Nous devrions être suffisamment avancés en tant que société pour réaliser que tout ce que nous fabriquons doit être pris en compte. Rien ne "s'en va" - même des choses beaucoup trop petites pour être vues.

Contrairement au smog ou aux détritus, c'est le chemin, en bas dans ce monde invisible, rendant difficile la formation d'une circonscription politique autour de la question.

Néanmoins, progrès dans notre compréhension des liens profonds entre les processus à l'échelle atomique et les molécules biologiques dans ce minuscule, petit monde sert à approfondir, sinon transformer, la façon dont nous considérons les processus écologiques - et, par implication, "les êtres vivants", peu importe à quel point il est invisible.

Cette histoire est publiée avec l'aimable autorisation de The Conversation (sous Creative Commons-Attribution/Pas de dérivés).