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2015
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1) THÉORIES SUR L’ORIGINE DU VIVANT LA SYNTHÈSE PRÉBIOTIQUE L’HYPOTHÈSE D’OPARIN Au début du XXème siècle, l’hypothèse d’une apparition de la vie sur Terre à partir de processus chimiques spontanés n’était pas la plus en vue. A la fin du XIXème, des gens très sérieux comme Lord Kelvin ou Hermann von Helmoltz penchaient plutôt pour une autre théorie, celle de lapanspermie, selon laquelle la vie aurait été apportée par des météorites. Un des arguments contre l’hypothèse d’une apparition spontanée de la vie était que les molécules de bases du vivant, comme les protéines ou l’ADN, sont très facilementdégradées en présence d’oxygène. C’est un des paradoxes de notre métabolisme, et c’est d’ailleurs pour cela que notre organisme a besoin d’antioxydants. Dès lors comment les premières molécules auraient-elles pu apparaître et se développer dans une atmosphère terrestre pleine d’oxygène ? Dans les années 1920,le biochimiste russe Alexander Oparinpropose une hypothèse audacieuse : il y a quelques milliards d’années, l’atmosphère terrestre était peut être différente, dénuée d’oxygène; et dans ces conditions les molécules de base du vivant auraient pu se former et s’assembler sans être dégradées.
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THÉORIESSURL’ORIGINEDUVIVANT
LASYNTHÈSEPRÉBIOTIQUE
L’HYPOTHÈSED’OPARIN
Au début du XXème siècle, l’hypothèse d’une apparition de la vie sur Terre à partir de processus chimiques spontanés n’était pas la plus en vue. A la fin du XIXème, des gens très sérieux comme Lord Kelvin ou Hermann von Helmoltz penchaient plutôt pour une autre théorie, celle de lapanspermie, selon laquelle la vie aurait été apportée par des météorites.
Un des arguments contre l’hypothèse d’une apparition spontanée de la vie était que les molécules de bases du vivant, comme les protéines ou l’ADN, sont très facilementdégradées en présence d’oxygène. C’est un des paradoxes de notre métabolisme, et c’est d’ailleurs pour cela que notre organisme a besoin d’antioxydants. Dès lors comment les premières molécules auraient-elles pu apparaître et se développer dans une atmosphère terrestre pleine d’oxygène ?
Dans les années 1920,le biochimiste russe Alexander Oparinpropose une hypothèse audacieuse : il y a quelques milliards d’années, l’atmosphère terrestre était peut être différente, dénuée d’oxygène; et dans ces conditions les molécules de base du vivant auraient pu se former et s’assembler sans être dégradées. Cela peut paraître étrange d’imaginer la vie sur une Terre initialement dépourvue d’oxygène, mais on sait maintenant que c’est précisément l’apparition de la vie, et en particulier la photosynthèse, qui a enrichi l’atmosphère terrestre en oxygène il y a environ 2 milliards d’années !
L’hypothèse d’Oparin permet donc d’imaginer des réactions chimiques ayant lieu au contact d’une atmosphère non oxydante, et pouvant produire de manière stable les premières molécules indispensables à la vie. Il fallut pourtant attendre 30 ans avant de voir cette hypothèse testée, grâce aux expériences de Miller et Urey.
L’EXPÉRIENCEDEMILLER
En 1952 Stanley Miller, alors étudiant de Harold Urey, a réalisé une expérience fascinante prouvant la crédibilité de l’hypothèse d’Oparin. L’idée semble toute simple :recréer en laboratoire les conditions régnant sur Terre à l’époque de l’apparition de la vie!
Pour cela, Miller utilisa 3 ingrédients :un mélange de gazcensés représenter l’atmosphère terrestre primitive (hydrogène, méthane et ammoniac, et bien sûr pas d’oxygène !);une fiole remplie d’eau chauffée, pour simuler l’océan;des décharges électriques, sous forme d’étincelles pouvant représenter l’impact d’éclairs.
Le schéma de l’expérience est représenté ci-contre. En réalisant une circulation de l’atmosphère et en la soumettant à des éclairs, Miller a d’abord constaté des changements de couleur : le liquide collecté est devenu rose. Puis au bout d’une semaine d’expérience, il a analysé le contenu de la soupe ainsi formée.
Stanley Miller a pu mettre en évidence dans sa fiole la présence de11 types différents d’acides aminés. Avec du gaz, de l’eau et des éclairs, Miller avait reconstitué les premières briques élémentaires de la vie sur Terre !
LESACIDESAMINÉSFORMÉS
Dans notre organisme, la plupart des fonctions sont assurées par des protéines. Celles-ci sont toutes assemblées à partir des mêmes briques :les acides aminés. Le terme «acide aminé» désigne en fait un ensemble particulier de molécules organiques qui sont toutes conçues sur le même modèle. Le schéma
ci-contre en montre la formule générique : un groupe COOH (l’acide, à droite), un groupe NH2 (l’amine, à gauche), et au milieuun radical Rpeut désginer à peu près ce que l’on veut à base de C, N, H ou de S., où R
Par exemple, le radical R le plus simple est un unique atome d’hydrogène : on obtient alors l’acide aminéglycine. Si R vaut CH3, vous obtenez l’alanine. Et on peut utiliser des R bien plus compliqués. En théorie, il existe une grande quantité d’acides aminés possibles (autant que de manière de choisir R). En pratique, la vie telle que nous la connaissons utilise seulement20 acides aminés.
Initialement, Stanley Miller n’en avait trouvé que 11 différents dans sa soupe. Mais depuis, on a analysé les résultats de son expérience avec des méthodes plus fines, et l’on s’est rendu compte qu’il en avait en fait créé environ 25, dont certains types ne sont pas utilisés par les organismes vivants de la Terre !
Un autre point intéressant concerne lachiralité des molécules. En raison de sa forme, une molécule d’acide aminé peut en principe exister sous deux formes distinctes : la forme « gauche » et la forme « droite ». Ces deux versions de la même molécule sont l’image l’une de l’autre dans un miroir (voir ci-contre pour les deux variantes de l’alanine).
Dans son expérience, Miller avait produit autant de molécules « gauches » que « droites ». Et pourtantdans la vie telle que nous la connaissons, on ne trouve que des acides aminés « gauches ». Un mystère qui n’est pas à ce jour résolu !
L’EXPÉRIENCEDEJOANORO
En 1960 Joan Oro, dans les mêmes conditions, à partir de la condensation d’acide cyanidrique (HCN) soumis au bombardement de certains photons, a obtenu l’adénine qui est une des briques élémentaires des acides nucléiques ADN et ARN
LAMÉTÉORITEDEMARCHISON
Tombée en Australie en 1969,la météorite Murchisontrès primitive est l’une des chondrites carbonées les plus étudiée. Très vite, de nombreuses molécules organiques constituant les bases des protéines, de l’ADN et de l’ARN ont été découvertes sous formes de traces.Il a été montré que Murchison contient notamment des purines, des pyrimidines et plus de 70 acides aminés, dont certains n’existent pas dans le monde vivant sur Terre. Cette météorite a transformé nos connaissances au sujet du matériel organique dans l’univers. Murchison prouve que ces molécules peuvent se former dans l’espace par des processus purement chimiques.
Plus de 14 000 molécules organiques différentesont été détectées impliquant les 6 éléments principaux associés à la Vie, C, H, O, N, S (et P).
La météorite de Murchison abriterait des millions de molécules organiques différentes. Ces résultats suggèrent que la diversité et la complexité des espèces chimiques extraterrestres, lors de la formation du Système Solaire, était bien plus élevée que sur Terre !
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LACHIMIOAUTOTROPHIE
En 1988 - G Wachtershauser précédé par JD Bernal et AG Cairns-Smith, propose l’hypothèse qui s’appuie sur le rôle des surfaces minérales (argiles et sulfure de fer) dans l’origine de la vie en participant à la création des molécules chimiques clés. L’idée est que les premiers organismes étaient chimioautotrophes. Ce scénario s’appuie sur l’existence des cônes volcaniques présents au fond des océans et tapissés de pyrites (sulfure de fer) qui aurait réagi avec de l’hydrogène sulfureux.
