I. — LE PRINCIPE DE LA CONSERVATION DE LA MATIÈRE

et de l’énergie appliqué aux êtres vivants.

Pour nous faire une première idée de cette succession de phénomènes, essayons de suivre dans leurs grandes lignes les transformations que subissent les matériaux, que le monde minéral ambiant fournit incessamment aux êtres vivants, et pour cela, faisant d’abord abstraction de toute différenciation morphologique, considérons les mutations de ces matériaux au cours de leur circulation à travers l'ensemble des êtres vivants envisagés comme un tout unique, à travers la matière vivante. Nous serons ainsi amené à poser une première formule, très large à la vérité et très générale, sorte d’équation des mutations de la matière chez les êtres vivants, et, en même temps, à envisager le côté thermique de ces mutations, c’est-à-dire les transformations d’énergie qui accompagnent ces métamorphoses de la matière.

Les éléments qui entrent dans la constitution des êtres vivants peuvent essentiellement se ramener aux suivants: carbone, hydrogène, oxygène, azote, soufre et phosphore. L’observation montre que ces matériaux sont empruntés au règne minéral sous la forme d’acide carbonique, d’eau, d’ammoniaque (et d’azote), d’acides sulfurique et phosphorique, et qu’ils passent dans la matière vivante, par un cycle de réactions qui débute par un dégagement d’oxygène libre, et par la synthèse de corps organiques complexes, à poids moléculaire élevé, tels que les matières albuminoïdes, les hydrates de carbone et les corps gras. Ces matériaux organiques et leurs dérivés, après avoir subi le travail d’adaptation propre à chaque être, deviennent finalement les principes immédiats dont sont constitués les organismes vivants. Puis, par une série de simplifications moléculaires, au cours desquelles il y a fixation d'oxygène, ces produits de synthèse se défont peu à peu, se morcellent en des fragments à poids moléculaire de plus en plus faible, jusqu’à ce que celle série de dislocations aboutisse aux termes les plus simples d'une destruction totale, à l’eau, l’acide carbonique, l'ammoniaque, etc...., c’est-à-dire que ce cycle de réactions se referme par la réapparition — et le retour au monde minéral — des substances mêmes par lesquelles on l’a vu débuter.

Les phénomènes chimiques de la vie à la surface du globe pourraient donc être résumés en un système de deux grandes équations chimiques: t° La première, qui serait une équation de synthèse , comprendrait dans son premier membre de l’eau, de l’acide carbonique, de l’ammoniaque, de l’acide sulfurique, etc..., dans son second membre, de l’oxygène libre et des matériaux organiques complexes (matières albuminoïdes, graisses, etc...). Cette équation exprimerait que de l’oxygène a été arraché à des matières minérales complètement oxydées, et qu’à ce phénomène de réduction a succédé un processus de synthèse aboutissant à la production de composés organiques plus riches en carbone et en hydrogène, moitjs riches en oxygène, que le couple H^+CO’ qui servait de point de départ. 2° La seconde équation, qui serait la précédente prise en sens inverse, correspondrait à un vaste phénomène de décomposition. Elle exprime-

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rait que 1 oxygène libre a été précipité sur des composés organiques dont la décomposition a abouti finalement à ta production de matières minérales complètement oxydées, telles que l’eau, l’acide carbonique, l’acide sulfurique (l’azote abouiissant à l’état d’ammoniaque ou d’azote libre).

Tel est le cycle rotatif que parcourt la matière durant sort passage à travers les êtres vivants. Il convient d’ajouter immédiatement que tous les êtres vivants ne participent pas à la totalité de ce cycle, c’est-à-dire que les matériaux dont ils sont constitués ne parcourent pas chez chacun d’eux le cycle entier que nous venons d’indiquer. Nous verrons, par exemple, que ce n’est guère que chez les plantes vertes que l’assimilation du carbone et de l’hydrogène se fait en partant de l’eau, de l’acide carbonique, les autres êtres vivants ne pouvant assimiler ces éléments que sous la forme de corps plus complexes. En d’autre's termes, si tous les êtres vivants accomplissent ce double travail d’organisation et de désorganisation qui est une loi physiologique générale, ils ne parcourent pas nécessairement tous les degrés de l'échelle des synthèses ou de l’échelle des décompositions. Souvent le travail des uns ne commence que là où se termine celui des autres. Ce point sera précisé dans un instant.

Ainsi tous les matériaux qui constituent l’être vivant sont empruntés au milieu minéral ambiant, et font retour à ce milieu après avoir parcouru un cycle déterminé d’opérations chimiques. En d’autres termes, les êtres vivants ne créent ni ne détruisent rien, comme on l’a cru autrefois. Les métamorphoses chimiques, qu’ils subissent incessamment dans toutes leurs parties, sont soumises, comme toutes les transformations chimiques, à la loi de la conservation de la matière. Pour chaque organisme pris en particulier, on peut à l’aide de la balance dresser le bilan exact de ses échanges de matière avec le monde extérieur, et, selon qu’il est dans une période d’accroissement ou de déclin, constater que les entrées l’emportent sur les sorties, ou inversement, et que la différence se retrouve exactement dans l’augmentation ou la diminution du poids total de l’être. Rien ne nous paraît aujourd’hui plus simple que l’application méthodique de ce principe à l’étude des échanges nutritifs, mais l’acquisition de cette notion n’en marque pas moins, il importe de le faire ressortir ici, l’une des étapes les plus importantes de l’histoire des sciences biologiques. Conçue déjà par Lavoisier et nettement énoncée par ce grand chimiste, la méthode en question reçut tout son développement entre les mains de Boussingault, de Liebig,.. qui l’appliquèrent à l’étude de l’ensemble même des phénomènes de la nutrition chez les animaux et les végétaux. On verra dans la suite de cet ouvrage combien cette méthode a été fructueuse.

La double équation par laquelle nous avons résumé sommairement le cycle des transformations chimiques de la matière vivante — à supposer même qu’elle fût connue dans toutes ses parties — ne représenterait, comme il arrive du reste pour toute équation chimique, qu’un côté du phénomène, celui qui est relatif aux masses réagissantes et à la nature des transformations quç ces masses subissent. Elle ne rendrait pas compte du côté thermique de Ces réactions, où entérinés plus généraux, des transformations d’énergie qui sont corrélatives avec ces transformations chimiques. En effet, la construction des matériaux

organiques complexes aux dépens des éléments purement minéraux, eau, acide carbonique, etc..., avec séparation d’oxygène libre, est endothermique. Elle s’accomplit avec absorption de chaleur, c’est-à-dire qu'elle correspond à l'accumulation dans les matériaux ainsi formés d’une certaine somme d’énergie dont on dira l’origine dans un instant. Au contraire, la décomposition de ces matériaux est exothermique : à mesure que les édifices moléculaires ainsi construits subissent cette désagrégation progressive qui correspond à la phase de simplification, à mesure que, fixant de nouveau l'oxygène libre, ils descendent degré par degré l'éclielle des destructions, l’énergie accumulée en eux redevient libre et disponible.

On touche ici à la source de toute activité vitale. C’est cette énergie libérée au cours de la dislocation des principes immédiats organiques qui est utilisée par les organismes pour l’accomplissement de leurs actes vitaux. Toute manifestation vitale, à la considérer au point de vue physico-chimique, présente ce double aspect : Elle est d’une part une dépense de force; elle s’accompagne d’autre part d'une désagrégation plus ou moins profonde des matériaux organiques dont dispose l’être vivant. Celui-ci fait descendre à une partie de ces substances l’échelle des destructions de la matière organique, et utilise pour l’acte vital qu’il doit accomplir la force qui lui est fournie par cette transformation chimique. Cette énergie est dépensée sous des formes diverses. Si nous considérons d’abord l’animal, nous voyons qu’il exécute un certain nombre de travaux mécaniques, ceux qu’il accomplit par exemple en vue de la poursuite, de la préhension et de l’ingestion de ses aliments.il dépense en outre pour le maintien de sa température une certaine quantité de chaleur. Dans ses muscles et dans ses nerfs il se fait, par suite des phénomènes électriques dont ces tissus sont le siège, une dépense d’énergie sous la forme d 'énergie électrique, dépense qui, chez certains animaux (les torpilles par exemple) se manifeste, grâce à des organes particuliers avec une intensité remarquable. Enfin quelques espèces spéciales (lampyres, pyrophores) ont le pouvoir de produire à volonté une lumière souvent fort intense, c'est-à-dire, que ces animaux dépensent, sous la forme d’énergie lumineuse, une partie de l’énergie dont ils disposent. D’une manière générale, le fonctionnement de tous les tissus et de tous les systèmes consomme de l’énergie sous une forme ou sous une autre. La plante n’échappe pas à cette loi générale. Activité fonctionnelle et dépense d’énergie sont deux phénomènes inséparables. Or, l’énergie ainsi dépensée, on le démontrera plus loin, a toujours sa source dansl’énergie chimique des matériaux organiques dont dispose l’être vivant, et ainsi nous constatons que le fonctionnement de la vie se résume en deux ordres de phénomènes qui en sont à la fois l'effet et la cause première. D’une part l’activité vitale a pour conséquence une usure de matériaux organiques, et d’autre part, c’est par cette usure qu’est fournie l’énergie nécessaire à la manifestation de cette activité.

Une dernière remarque se place naturellement ici. Nous avons montré tout à l’heurel’être vivant soumis à la loi de la conservation de la matière. On prévoit dès maintenant que la même conclusion s’impose pour ce qui regarde les transformations de l’énergie. Les organismes ne créent aucune partie de l’énergie dont ils disposent. Il ne peuvent rjuc restituer la force qui leur a été fournie par un

MUTATIONS DE MATIÈRES CHEZ LES ÊTRES VIVANTS, agent extérieur. C est là un fait que nous déduisons immédiatement du principe de la conservation de l’énergie et que vérifient d’ailleurs toutes les découvertes delà physique et do la chimie biologiques. Expliquons ceci par un exemple très simple : Élevons, je suppose, à une certaine hauteur II un poids P, et suspendons ce poids à un (il. Si l’on vient à couper le fil, le corps tombe et exécute un certain travail exprimé numériquement par le produit du poids P, qui représente la force, parla hauteur de chute II, qui représente le chemin parcouru. En élevant ce poids, on lui a donc donné la capacité de fournir du travail. Cette capacité que-possède un corps de fournir du travail a reçu le nom d 'énergie potentielle ou simplement d’énergie. Dans l’exemple choisi, le travail dépensé pour élever le corps est égal à celui que fournit le corps en retombant; quand le travail ainsi rendu par un système matériel est précisément égal à celui que l'agent extérieur a accompli pour fournir au système l'énergie que celui-ci possédait, on dit que le système est conservatif. Il rend tout ce qu’on lui a donné. En physique on admet que tous les systèmes sont conservatifs. C’est là le principe de la conservation de l’énergie. Partant de ce principe, on peut dire que l entretien de la vie ne consomme aucune énergie qui soit propre à la vie (Berthelot). Cette énergie est empruntée tout entière au monde extérieur, et doit se retrouver tout entière dansl’énergie dépensée au dehors par l’être vivant.

En résumé, si l’on suit les métamorphoses chimiques de la matière dans son passage à travers les êtres vivants, on constate .que les substances fournies aux organismes par le milieu minéral subissent deux procès inverses l’un de l’autre. Ee premier est un phénomène de complication moléculaire avec accumulation dans les produits complexes formés d’une certaine quantité d’énergie, qui est -empruntée à un agent extérieur; le second est un phénomène de simplification, de dislocation moléculaires avec restitution, mise en liberté de l'énergie qui a été empruntée précédemment.

Etudions de plus près ces deux grands processus physico-chimiques de la vie.