Origine de la vie

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L'approche scientifique de l'origine de la vie est aussi appelée "Évolution chimique" pour la distinguer des conceptions philosophiques ou religieuses. On nomme "Évolution chimique" à l'étude des processus qui auraient permis aux éléments chimiques constituants des organismes vivants d'atteindre le degré d'organisation structurelle e fonctionnelle qui caractérise la matière vivante. Le fait que ces processus demandent des conditions déterminées, qui ne peuvent exister que dans des endroits spécifiques de l'univers, relie l'étude de l'origine de la vie à celui de l'astrobiologie. Les modèles proposés pour l'origine de la vie sont des tentatives de recréer l'histoire de cet évolution. Il est important de faire remarquer qu'il n’existe pas, dans la plupart des étapes de ce processus, aucun consensus parmi les scientistes.

La présence de l'eau dans l'état liquide est un facteur fondamental pour la vie dans nôtre planète, et aussi, jusqu'à ce qu'on peut concevoir, une condition essentielle pour la vie dans n'importe quel point de l'univers.

Hypothèse hétérotrophique (ou classique).

Le premier jalon du raisonnement scientifique moderne concernant l'origine de la vie peut être placé dans les expériences de Louis Pasteur, qui a prouvé hors doute que la formation des organismes vivants à partir de la matière inanimée (génération spontanée) ne pouvait pas être, contrairement à ce qu'on croyait alors, un phénomène trivial. Désormais, les scientistes se sont tournés à l'idée que la recherche a propos de l'origine de la vie devrait focaliser les conditions très spéciales requises pour ce processus spécifique, qui n'auraient probablement prévalu qu'au début de l'histoire de la planète Terre. Les premiers essais d'approcher le problème ont eu pour base le questionnement de la nature probable des premières entités vivantes. La survie dans un environnement primordial demanderait, ou bien que ces organismes primitifs fussent capables de produire ses aliments (c'est à dire, qu'ils fussent "autotrophiques"), ou qu’ils disposaient d'une source externe de composés organiques (dans le cas où ils seraient "hétérotrophiques"). La plus grande complexité des organismes autotrophiques, qui doivent être capables non seulement de consommer, mais aussi de produire les matériaux dont ils constitués, ont suggéré aux scientistes des années 1920 que la Terre primitive devrait être un environnement enrichi de composés organiques (Hypothèse hétérotrophique). La découverte de la composition chimique des atmosphères des planètes externes, qui contenaient de l'hydrogène, du méthane et de l'ammoniac, des composés organiques qui sont constitués des mêmes éléments que la matière vivante, a suggéré a Oparine, un des premiers rechercheurs a s'occuper de cette question, qu'aussi nôtre planète aurait eu une atmosphère semblable. Elle ne pourrait pas donc contenir de l'oxygène, puisque sa présence aurait causé la décomposition des composés organiques par oxydation. Quelques années plus tard, tout en travaillant indépendantment, Haldane a perfectionné le modèle en suggérant que, sous l'action des foudres ou de la radiation ultraviolette, ces composés auraient étés formés dans l'atmosphère et menés par les pluies aux océans, où ils se seraient accumulés jusqu'a la consistance d'un "bouillon chaud et dilué" (hot thin soup). Une autre contribution théorique importante fut celle de Bernal, qui a posé la question de la nécessité de concentration de ces composés et a suggéré, comme des facteurs importants la présence de surfaces d'évaporation telles que les lagunes côtières et l'absorption par des composés minéraux en contact avec les océans primitifs. Il a également avancé le concept de biopoèse, une approche systématique qui cherche de présenter le développement de la complexité du vivant dans des étages successifs. Ces formulations ont conquis une extraordinaire crédibilité après ce que Stanley Miller en 1953, travaillant sous l'orientation du Prix Nobel Harold C Urey a réussi d'obtenir, dans une expérience historique, une variété d'aminoacides. Dans nos jours, la réelle importance de ce travail est très disputée. Ni la composition atmosphérique employée semble plausible sous un point de vue géochimique, ni les résultats obtenus semblent proches d'illuminer les étapes suivantes de l'histoire de la vie.

Le rôle des argiles.

En s'appuyant sur quelques idées de Bernal, Graham Cairns-Smith a développé l'hypothèse qui propose que les minéraux argileux pourraient avoir été, non seulement une espèce d'échafaud, mais aussi le système génétique de la vie primitive, supplanté plus tardivement par des composés organiques, les acides nucléiques. Son argumentation rappelait la possibilité de réplication des surfaces cristallines, préservant des défauts et irrégularités, et aussi la complexité des polymères participant des processus reproductifs d'aujourd'hui.

Les modèles hydrothermales.

La découverte de la Fossé des Galápagos (1979, Corliss, Baross et Hoffman), un riche écosystème alimenté par des composés produits par l'activité hydrothermale, et donc indépendant des processus photosynthétiques, a été la base d'une hypothèse autotrophique chimiosynthétique pour l'origine de la vie. Parmi les plusieurs variations de cette proposition, c'est Wächtershäuser qui a fourni la plus élaborée, postulant une période primitive du métabolisme où les processus biochimique auraient été structurés sur une matrice bidimensionnelle, sur les surfaces du pyrite (FeS₂), un minerai abondant dans ces environnements.

Modèles théoriques.

Plusieurs conceptions à propos de l'origine de la vie traitent le problème d'une façon plutôt abstraite o générique. Au lieu de partir de la nature des constituants chimiques du vivant, elles sont guidées surtout par ses propriétés fonctionnelles. Parmi les plus célèbres de ces modèles on pourrait citer les hypercycles, proposés par Manfred Eigen comme des cycles métaboliques primitifs prototypiques. D'autres propositions qu’évitent la spécificité de postuler une biochimie primitive sont le "monde sac d'ordure" (Garbage bag world), présenté par Freeman Dyson, et défendu par Robert Shapiro et le modèle de la complexité de Stuart Kauffman. Selon Dyson, des vésicules contenant des collections de composés chimiques formées à l'hasard auraient participé d'une compétition jusqu'à ce qu’une serait formé avec toutes les propriétés d'un organisme primitif. Dans ce contexte, il évoque la possibilité d'une formation cellulaire indépendante pour le métabolisme et la reproduction. Kauffman propose, employant des modèles purement mathématiques, que des collections suffisantment complexes de composés chimiques pourraient "cristalliser" des cycles métaboliques.

Modèles métaboliques - Le monde du thioesther.

L'idée que le métabolisme des organismes d'aujourd’hui peut offrir d'importantes pistes pour la compréhension de la biochimie des processus primitifs est la base d'une vision "métabolique" de l'origine de la vie, poursuivie par des scientifiques tels que Harold Morowitz et Christian de Duve. De Duve a même avancé un modèle plus précis, postulant la congruence entre le métabolisme primitif et la biochimie d'aujourd’hui, où le rôle central de l'Acetyl-S-Coenzyme A dans le métabolisme énergétique aurait été précédé par celle des composés dérivés de l'estérification des acides carboxyliques (RCOOH) avec les thiols (RSH), les thioesters (RCOSR).

Le monde de l'ARN.

La proposition d'un monde de l'ARN, présentée par Walter Gilbert en 1986, s'appuie sur la découverte que les molécules de l'ARN ont la capacité non seulement de porter de l'information (tel que l'ADN dans la plupart des organismes d'aujourd'hui), mais aussi de promouvoir des réactions métaboliques (tout comme les enzymes modernes, de nature protéique). À côté des évidences expérimentales qui indiquent un riche répertoire d'activités catalytiques et la capacité de réplication et évolution de ce matériel, il existe, dans le fonctionnement des organismes un grand nombre de pistes de ce "monde de l'ARN". On pourrait citer, par exemple, la nature chimique des co-facteurs enzymatiques, structurellement semblables aux monomères de l'ARN et les processus de réproduction de plusieurs types de virus. La période plus récente de l'origine de la vie, celle qui est traitée dans l'hypothèse du monde de l'ARN, est considérée par la plupart des scientistes la mieux connue, et peut-être la seule où le domaine de la spéculation a été clairement dépassé.

Le modèle de l'Écopoèse.

Le modèle de l'Écopoèse [1] (Félix de Sousa, R.A., 2000, 2006) propose que les cycles géochimiques des éléments biogéniques, conduits par une atmosphère primitive riche en oxygène, ont été la base d'un métabolisme planétaire qui a précédé et conditionné l'évolution graduelle de vie organismale. Cette vision contrarie les idées traditionnelles qui postulent que l’action des organismes est la grande responsable pour les caractéristiques principales de l’environnement terrestre. Elle est aussi consistante avec les croissantes évidences d’une atmosphère oxydante depuis les premiers jours de la formation de nôtre planète te avec l’antiquité du métabolisme aérobique, comparée à la photosynthèse oxygénique.