Fig1.
Cet article s'inscrit dans une série de vulgarisation, une ode à la vie permettant d'entrevoir la place de l'Homme dans l'Univers, de la création de ce dernier à l'évolution des espèces animales.
Parties précédentes :
Dans mon article de Lundi dernier, je posais les bases vulgarisées de la création de la matière "classique", telle que nous la connaissons.
Six conditions pour une vie que nous ne pouvons définir
Lors de la création de notre système Solaire, les nombreuses variables du système constitué et constituant de l'Univers ont permis la naissance d'une planète que nous connaissons plutôt bien : la Terre.
Sur cette planète, la vie sous la forme que nous connaissons à pu se développer via 6 conditions1 :
- La présences d'éléments essentiels à la genèse de molécules organiques, éléments produits par la nucléosynthèse primordiale et stellaire comme le carbone, l'hydrogène et l'oxygène,
- Une taille et une masse planétaire appropriée pour permettre la rétention d'eau sous forme liquide et des gaz de l'atmosphère sans pour autant rendre la planète hostile,
- Une température adéquate pour éviter les cassures de liaisons moléculaires liées à une température importante ou éviter le ralentissement des réactions métaboliques lié au froid,
- Une source d'énergie pour maintenir la température et permettre la survie des organismes,
- Une protection contre les ultraviolets et les diverses radiations,
- Une stabilité temporelle des conditions précédentes permettant l'évolution de micro-organismes depuis des molécules complexes.
Mais avant tout, qu'est-ce que la vie ?
La Science elle-même souffre de troubles pour l'expliquer. En 2004, Philip Ball - rédacteur pour Nature - s'exprimait sur le sujet en expliquant qu'il n'y avait pas de frontière entre le vivant et le non-vivant, qu'une recherche de définition était sans issue et une perte de temps pour les philosophes et scientifiques.
Philip Ball prit l'exemple des virus : sont-ils vivants ou non ? Pouvant se reproduire et évoluer, étant complexes et organisés, ils ne restent néanmoins que des parasites inactifs hors d'hôtes adéquats, utilisant les organismes pour répliquer, réparer, transcrire et traduire leur ADN.
J'écrivais il y a quelques mois sur la découverte au Brésil des Tupanvirus2,3 plus gros que certaines bactéries, s'offrant une certaine autonomie avec pas moins de 1,5 millions de paires de bases nucléotidiques et assez de matériel génétique pour permettre la synthèse de 1425 types de protéines.
Mais reprenons depuis le début.
(A)biogenèse
Deux théories s'opposent quant aux origines de la vie actuelle : la biogenèse, et l'abiogenèse.
La biogenèse - notamment défendue par Louis Pasteur - consiste en le fait que la vie ne peut venir que de la vie. Au 19e siècle, Louis Pasteur démontra l'impossibilité de la génération spontanée de la vie dans la biosphère terrestre.
Omne vivum ex vivo, Omnis cellula e cellula.
Effectivement, tout être vivant aujourd'hui a des parents, mais je ne pense pas que cette vision reflète la réalité, car elle ne résiste pas à la raison ni même à la réflexion : si la vie est aujourd'hui, la vie a dû toujours exister ouvrant la porte aux hypothèses fort peu scientifiques comme la panspermie (qui ne fait que repousser le problème, cf.: section "pour aller plus loin"), ou le créationnisme.
Comme je l'écrivais Lundi dernier, après le Big Bang et la synthèse des diverses particules via la nucléosynthèse primordiale, la vie que nous connaissons n'existait pas (du moins, j'attends l'explication sur le fait que de l'Helium 4He est vivant :P).
S'il y a de la vie aujourd'hui, et qu'il n'y en avait pas avant, la vie vient de la non-vie. C'est la théorie de l'abiogenèse explicitée par Oparin dans son livre The Origin of Life6.
Soupe prébiotique
Il y a 4.5Ga (4.5 x 109) années, naissait la terre.
Juste après l'accrétion, la chaleur de cette masse amenait la roche à son point de fusion, forçant son expulsion et le dégazage de la planète par d'immenses éruptions volcaniques.
De surcroît frappée par des objets atteignant aisément la taille de nos montagnes, ce n'est qu'un milliard d'années plus tard que l'eau liquide à pu exister4.
Complètement dépourvue de matière organique, des composés organiques prébiotiques ont pu être synthétisés. De nombreuses (vraiment très nombreuses) théories scientifiques existent quant à l'apparition de cette soupe prébiotique : il n'y a pas consensus, et la suite de l'article repose uniquement sur du Proof-of-Concept sans certitude aucune.
Il est aujourd'hui impossible de reproduire en laboratoire une genèse spontanée comme le faisait remarquer Pasteur, notamment car cette genèse à pu mettre plusieurs millions d'années à survenir. Plus que l'histoire de l'Humanité (l'espèce, pas le journal7).
Robert Shapiro reprit la théorie d'Heldane et Oparin en résumant la soupe prébiotique en 4 étapes1 :
- Une atmosphère réductrice (i.e. très limité en oxygène),
- Synthèse de monomères (i.e. composés organiques simples),
- Accumulation des composés dans des localisations données,
- Évolution vers de polymères, composés organiques plus complexes et finalement, naissance de la vie.
Dans les années 1950, Stanley Miller démontra expérimentalement que l'apparition spontanée de composés organiques était possible. Bien qu'utilisant une atmosphère différente de "l'atmosphère primordiale", il s'agit là d'une preuve de concept8,9.
Fig3. Expérimentation de Miller : synthèse de composés organiques.
Via le principe de l'évolution explicité par Charles Darwin et le concept du "survival of the fittest", il est possible que certains monomères aient subi une polymérisation. C'est notamment possible par réchauffement d'acides aminés, provoquant leur polymérisation en formant des polypeptides8.
De surcroît, la réplication de matière inorganique est possible, c'est notamment le cas pour certains cristaux salins comme l'explique Lee Cronin dans sa conférence que je vous ai mis en lien plus bas. Le principe peut être étendu aux composés organiques inertes via la réplication par pyrites de fer.
Réplication par pyrites de fer
En 1988, Günter Wächtershäuser publiait un papier où il expliquait que la formation de cristaux de pyrite de fer via du fer et du sulfure d'hydrogène dans des eaux proches des vents sous-océaniques, pouvait libérer les électrons nécessaires à la réduction des composés organiques10.
La surface cristaline chargée pourrait alors promouvoir la formation et la polymérisation des acides aminés et mener à la création de réplicateurs nucléotidiques.
Ce concept ne reste qu'en un stade de conjecture faute d'expérimentations viables.
ADN, ARN ou AXN ?
La vie telle que nous la connaissons existe via l'ADN, porteur de l'information génétique.
L'ADN est répliqué dans toutes nos cellules et sert de modèle à la synthèse de protéines via un intermédiaire plus simple et généralement à un seul brin : l'ARN**.
De par sa complexité et nécessitant des ribosomes, l'ADN est exclu comme étant présent à l'origine des premiers organismes vivants.
L'ARN - plus simple - est alors envisagé11.
La pensée "traditionnelle" était que si l'on pouvait assembler un sucre ribose, une nucléobase et un phosphate, alors un nucléotide pourrait naître par la création d'une liaison glycosidique et d'une liaison phosphoester. Si les nucléotides étaient alors activés chimiquement sous une forme quelconque, ils pourraient se polymériser en une chaîne d'ARN. - Higg, 2014.
Un problème se lève alors : l'ARN est instable en milieu aqueux12.
Il est alors envisageable que d'autres chaînes - plus simples encore - aient été synthétisées à partir d'autres sucres comme le threose (formant l'ATN), le glycérol (formant l'AGN).
Ces variantes reposantes sur des molécules "acid-like" sont nommées AxN.
Voici la naissance du RNA-World, un monde où la vie se résume à l'ARN capable de servir de catalyseur pour sa propre réplication, une première dans l'apparition des caractéristiques des cellules.
Références
- John Hands, Cosmosapiens.
- Jônatas Abrahão et al. Tailed giant Tupanvirus possesses the most complete translational apparatus of the known virosphere, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-03168-1
- Clément POIRET, Tupanvirus https://scienceexploits.com/2018/03/03/tupanvirus/
- Lluis Ribas de Pouplana, The Genetic Code and the Origin of Life. Molecular Biology Intelligence Unit.
- Biogenèse - Wikiwand
- Oparin. The Origin of Life, 1967.
- Private Joke, coucou Bruce d'e-penser <3
- Geoffrey M. Cooper, Robert E. Hausman, The Cell: A Molecular Approach.
- Stanley L. Miller. A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions. DOI: 10.1126/science.117.3046.528.
- Wächtershäuser, G. Before Enzymes and Templates: Theory of Surface, 1988.
- Paul G. Higgs, Niles Lehman. The RNA World: molecular cooperation at the origins of life.
- Joyce, G. F. The antiquity of RNA-based evolution, 2002.
Pour aller plus loin
Panspermie - Wikiwand
Lee Cronin: Making matter come alive | TED Talk
Table des illustrations
- Fig1 : Illustration personnelle, CC BY-SA-ND Clément POIRET,
- Fig2 : Illustration CC0 - Pixabay
- Fig3 : CC BY-SA Geoffrey M. Cooper.
Merci aux communautés SteemSTEM et FrancoSTEM pour leur aide et leur soutient ! <3