Les "fumeurs noirs", ou l'origine de la vie exobiologique.

[Geb]

Salut MarioB,

et si " vie exobiologique signifiait " vie biologique en dehors de notre système solaire" ? cela réconcilierait tout le monde et avec la logique aussi ! La redondance est une figure de rhétorique qui n'est pas désuète de charme...

Oui, seulement si on aime les néologismes.

Pour en revenir à ton message inaugural, lorsque tu dis que "ce processus est considéré comme un mécanisme possible ayant pu donner naissance à la vie dans les océans", j'aurais envie de te répondre : "oui, il est considéré comme tel par certains chercheurs, mais pas par André Brack !".

Un des chercheurs favorables à cette idée est notamment le Dr. Marc Fontecave, professeur au Collège de France, qui pose une question à la fin de la conférence d'André Brack.

Cordialement.
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[MarioB]

Bonjour Geb,

oui, en effet, dans mon passé de jeune étudiant, M. André Brack nous a en effet exposé ses doutes quant à cette hypothèse; mais c'était à l'époque de l'année 1978 ! Depuis bien de l'eau a coulé sous les ponts et dans la vidéo, je n'ai pas ressenti le moindre doute dans sa conférence à l'Académie des Sciences ! Je pense meme que cette hypothèse qui est beaucoup mieux confortée de nos jours ne semble plus le rebuter; il faut comprendre que les fumeurs noirs sont une découverte récente à cette époque qui correspond à la compréhension des travaux des premières campagnes océanographiques du Glomar Challenger et suivantes, qui apportait une vision géophysique nouvelle horizontaliste de la Terre, qui est la théorie de la tectonique des plaques qui apportait un support scientifique nouveau à l'hypothèse la Dérive des Continents de Wegener;

les fumeurs noirs, à l'époque semblaient encore plus révolutionnaires et suspects comme origines possibles des débuts de la vie car, en fait il n'y avait que peu de faits connus à leur sujet, mais c'était il y a 34 ans ! Quant aux théories des origines de la vie, elles étaient toutes liées à des expériences plus anciennes de Miller sur la synthèse des acides aminés dans une atmosphère de méthane, que nous savons aujourd'hui incompatibles avec la réalité de l'atmosphère de CO2 de la Terre du passé mais M André Brack l'ignorait et l'hypothèse des fumeurs noirs comme origines marine de l'énergie nécessaire à une apparition des molécules de la vie semblait hautement improbable.

[Geb]

Bonjour MarioB,

Depuis bien de l'eau a coulé sous les ponts et dans la vidéo, je n'ai pas ressenti le moindre doute dans sa conférence à l'Académie des Sciences !

Et pourtant...

André Brack a consacré la totalité de sa carrière à l'idée de la "soupe primordiale", à la cosmochimie et à une variante de la théorie de la panspermie qui soutien l'idée qu'un ensemencement en molécules organiques principalement issu des bombardements de météorites et de comètes est à l'origine de la vie. Les papiers qu'il a signé ces 10 dernières années soutiennent l'idée d'un excès énantiomérique provoqué par l'irradiation des acides aminés contenus dans les météorites par un rayonnement UV dans l'espace, qui aurait servi de précurseur à l'homochiralité des molécules du vivant.

Pour t'en convaincre, je te suggère de regarder une conférence ultérieure d'André Brack, datée du 1er avril 2011 :

Originalites de la vie 2011 - Andre Brack

Tu devrais l'entendre parler des micrométéorites à partir de 11:42...

Maintenant, revenons à la conférence qui a été le prétexte au lancement de ce fil de discussion.

Après la présentation de Jean Salençon (jusqu’à 2:15) et en omettant "l’entracte" dû à une erreur entre 5:33 et 7:10, la conférence dure en tout 33 minutes (jusqu’à 36:30). En outre, la seule partie qui parle de l’hypothèse des fumeurs noirs pour l’origine de la vie ne dure que de 16:36 à 28:08 (avec une digression relativement longue, de 18:02 à 21:20 sur les particularités du couple eau/carbone).

Qu’avait le temps de dire Brack en 8 minutes et 14 secondes ? En gros, pas grand-chose.

À 17:21, il dit en substance que la réduction du dioxyde de carbone dans les fumeurs noirs forme des hydrocarbures (avec une chaîne qui compte jusqu’à 29 atomes de carbone).

À 21:20, il dit qu’ils ont cherché des acides aminés dans ces fumeurs mais ils sont d’origine biologique. Pas de formation in situ d’acides aminés. Par contre il pourrait y avoir polymérisation (jusqu’à 8 résidus de glycine par trempe thermique). Cependant, dans les expériences de polymérisation la circulation de l'eau est beaucoup plus rapide que dans le réel (on "triche" comme dit Brack). En outre, les supports issus des fumeurs ne semblent pas être de bons catalyseurs de surface.

À 27:10, il dit que Wächtershäuser est parvenu à faire un type d’acide aminé en utilisant la réaction de H2S avec FeS, mais en forçant les conditions trouvées dans la réalité. On est encore loin des briques du vivant.

Je te suggère également d’écouter les réponses d'André Brack aux questions de Marc Fontecave à partir de 45:05 dans la vidéo.

Résultat, je ne vois pas une seule once d'optimisme dans le discours de Brack au sujet de l'hypothèse des fumeurs noirs de l'origine de la vie.

Cordialement.

[MarioB]

Bonjour Geb,

oui, M André Brack exprime très clairement sa préférence pour une origine des acides aminés cosmique qui peut aussi expliquer la sélection de la forme lévogyre des acides aminés impliquée dans les proteines des etres vivants terrestres. La recherche d"acides aminés dans les fumeurs noirs n'a pas non plus permis d'y en trouver.

Mais il n'est pas exclu pour autant que la vie elle-meme se soit formée et est peut-etre apparue au voisinage de sources hydrothermales comme les fumeurs noirs. L'origine de la vie et l'origine des acides aminés lévogyres ne sont surement pas les memes.

[dr.Garou]

"Geb le tueur", cela dit je suis tout à fait d'accord sur l'interprétation, quoiqu'on risque d'avoir une ou deux surprise sur le sujet au cas où on en discuterait avec le conférencier lui même.

[Geb]

Bonsoir et joyeuses fêtes à tous,

Mais il n'est pas exclu pour autant que la vie elle-meme se soit formée et est peut-etre apparue au voisinage de sources hydrothermales comme les fumeurs noirs.

Je n'ai pas dit que le fait "que la vie elle-même se soit formée ou soit apparue au voisinage de fumeurs noirs" soit exclu. Je voulais simplement fournir des arguments qui semblent en faveur de l'hypothèse selon laquelle André Brack ne semble pas un des chercheurs favorables à l'hypothèse des fumeurs noirs de l'émergence de la vie.

Quant à moi, j'ai déjà donné mon avis sur la question au message #24 de cette discussion.

"Geb le tueur", cela dit je suis tout à fait d'accord sur l'interprétation, quoiqu'on risque d'avoir une ou deux surprise sur le sujet au cas où on en discuterait avec le conférencier lui même.

Je ne souhaite à personne d'être affublé du sobriquet de "le tueur" dans les décennies ou les siècles à venir.

Cordialement.

[MarioB]

Bonjour Geb et tout le monde,

Il existe en effet plusieurs sources hydrothermales cataloguées ainsi que le révèle cet article de FS:

http://www.futura-sciences.com/fr/de...hermale_10993/

La dialectique selon laquelle M André Brack est ou non favorable aux fumeurs noirs comme origine de la vie et peut-etre de la vie exo-biologique extraterrestre n'est peut-etre qu'une futilité qui masque un trop vite l'importance du sujet. C'est un peu comme la problématique de celui qui croit au ciel et celui qui n'y croit pas.

Et peut-etre qu'on ne devrait pas réduire ce sujet aux croyances d'untel mais plutot se concentrer sur le savoir objectif qualitatif et quantitatif que les grands scientifiques élaborent en dépit de leurs croyances ainsi qu'il en était pour Pasteur qui laissait Dieu à la porte du laboratoire quand il y entrait ou de Laplace qui na pas eu besoin de l'hypothèse de Dieu et de ses croyances perso pour élaborer ses théories en Mécanique Céleste !

[Geb]

peut-etre qu'on ne devrait pas réduire ce sujet aux croyances d'untel mais plutot se concentrer sur le savoir objectif qualitatif et quantitatif que les grands scientifiques élaborent en dépit de leurs croyances

Je suis parfaitement d'accord. Le fait qu'André Brack semble accordé peu de crédit à l'origine hydrothermale de la vie ne constitue en rien un argument objectif pour rejeter cette hypothèse. Le problème des fumeurs noirs est qu'ils sont trop chaud (entre 250 et 400°C) et qu'ils ne durent pas assez longtemps (environ 100 ans) pour présenter un intérêt à mes yeux, sans parler du pH trop acide des fluides hydrothermaux (inférieur à 1,0).

Ce qui n'empêche pas ma préférence pour l'origine hydrothermale de la vie, mais plutôt au sein des fumeurs blancs de l'Hadéen, qui sont des sources hydrothermales alcalines (pH de ~9,0 à ~11,0) dont la température est plus clémente (strictement inférieure à 150°C et plus généralement de 40°C à 90°C) et qui durent un temps considérable. Le premier et le plus ancien des systèmes hydrothermaux alcalins actifs découverts à ce jour (le 4 décembre 2000 par l'équipe de Deborah Kelley), dure déjà depuis 30000 ans et peut-être 100000 ans. Rien n'indique que ce type de fumeurs ne pourrait pas fonctionner plusieurs millions d'années en continu.

C'est pour quoi je suis particulièrement séduit par le modèle de l'origine hydrothermale alcaline de l'apparition de la vie, dont "l'inventeur" est le géologue Britannique Michael John Russell. J'ai lancé une discussion au sujet de sa théorie sur le forum, que j'ai mis en lien au message #24 de cette discussion.

Cordialement.

[Pfhoryan]

Ce qui n'empêche pas ma préférence pour l'origine hydrothermale de la vie, mais plutôt au sein des fumeurs blancs de l'Hadéen

Est-ce que l'on a retrouvé des traces d'activité hydrothermale de ce type dans des roches de l'hadéen?

[Geb]

Est-ce que l'on a retrouvé des traces d'activité hydrothermale de ce type dans des roches de l'hadéen?

Pas à ma connaissance. Ce qui ne nous empêche pas, comme je l'ai dit par ailleurs, de penser qu'une telle activité était extrêmement répandue par le passé. Tous types d'activités hydrothermales confondues, les premiers vestiges que nous en avons datent du début de l'Archéen. C'est ce qu'on appelle aujourd'hui les ceintures de roches vertes.

Les roches les plus anciennes découvertes à ce jour sont les gneiss d’Acasta au Canada, qui ont été datés à 4,03 milliards d’années. Étant donné que l’on s’intéresse à des phénomènes de géodynamiques qui ont eu lieu avant cette époque, la seule chose à faire est de considérer ce que les processus actuels ont à offrir pour nous permettre de comprendre les conditions à la surface et à l’intérieur de la Terre à l’Hadéen.

L’analyse isotopique de l’oxygène contenu dans les plus vieux zircons connus laisse supposer qu’un océan avait déjà condensé à la surface de la Terre il y a ~4,4 milliards d’années. À l’époque, l’atmosphère était riche en CO2 et une partie de ce CO2 atmosphérique, dissout dans l’eau, rendait l’océan acide (pH 5,5 à 6,0).

Ce sont les fumeurs noirs qui ont permis l’enrichissement de l’eau de l’océan en métaux de transition et en phosphates. Une partie du Fe2+ dissous dans l’eau était photo-oxidé et se condensait sous la forme de flocons insolubles de FeOOH à la surface de l’océan.

On estime que la quantité de chaleur émise par la Terre il y a 4,2 milliards d’années était supérieur d’un facteur 5 à la valeur actuelle. On suppose également que la température du manteau terrestre était supérieure de plusieurs centaines de degrés. Puisque les réactions de déshydratation qui contrôlent la quantité d’eau recyclée dans le manteau dépendent de la température, le manteau à l’Hadéen était plus sec que son équivalent actuel.

Hors, les modèles les plus récents de formation des planètes telluriques semblent indiquer que la quantité totale d’eau sur Terre était au moins égale et probablement supérieure (d’un facteur 2 à 4) à la quantité d’eau actuelle. De plus, comme la plupart de cette eau était dans l’océan de surface, non pas dans le manteau terrestre, la Terre était probablement, il y a 4,4 milliards d’années, une Terre-océan, avec une monocouche d’eau en surface dont la profondeur moyenne était supérieure à 4 km et approchait probablement plutôt 10 km.

La croûte océanique était beaucoup plus épaisse à cette époque. Parce que l’océan de surface était plus volumineux, une plus grande quantité d’eau pénétrait dans les anfractuosités de la roche. Si l’on extrapole les observations actuelles pour des fumeurs noirs comme Rainbow, la quantité de Fe2+ perfusée dans l’océan devait être de 20 mM, pour une quantité global de Fe2+ qui atteignait, dans ces conditions anoxiques favorables, des concentrations estimées à entre 1 mM et 4 mM dans l’océan primitif (contre 0,05 nM et 2 nM actuellement).

Étant donné la quantité négligeable de sulfate en solution dans l’eau à l’Hadéen, (il faudra attendre les microorganismes sulfato-réducteurs et la météorisation de continents émergés pour que sa concentration dans l’eau augmente de manière significative), les fumeurs noirs ne fumaient pas à l’époque.

La température de l’eau à l’Hadéen est incertaine. Tout ce que les zircons nous disent c’est que dans les conditions de pression estimées du début de l’Hadéen, la température de l’eau était inférieure à 200°C. Hors, la théorie de Russell s’accommode d’une température au niveau du plancher océanique inférieure à 30°C (contre ~2°C actuellement). Cependant, la réaction de carbonatation au niveau de la jeune croûte océanique offre un mécanisme rapide de séquestration du dioxyde de carbone, ce qui pourrait permettre d’atteindre les températures requises hors épisodes d’impacts météoritiques.

Cordialement.

[carracas]

Hors, les modèles les plus récents de formation des planètes telluriques semblent indiquer que la quantité totale d’eau sur Terre était au moins égale et probablement supérieure (d’un facteur 2 à 4) à la quantité d’eau actuelle.

Tu parles de la quantité d'eau de surface ou de la quantité d'eau totale contenue sur la terre ( surface + roche ) ?
Si c'est la quantité totale, qu'est-il advenu du reste de l'eau, elle s'est échappée dans l'espace ?

[Geb]

Tu parles de la quantité d'eau de surface ou de la quantité d'eau totale contenue sur la terre ( surface + roche ) ?

Le modèle récent de formation des planètes telluriques sur lequel j'ai choisi de m'appuyer s'appelle le "Grand Tack" :

On en avait déjà discuté ici : Création du système solaire

Quant à la quantité d'eau sur Terre tôt après sa formation, je te suggère de lire la section 9 page 13 d'une publication co-écrite par le célèbre Alessandro Morbidelli, de l'équipe de Nice, parue en 2010 :

Building Terrestrial Planets (Morbidelli et al., 2010)

In fact, the mass of the water contained in the Earth's crust (including the oceans and the atmosphere) is 2.8x10^-4 Earth masses; the mass of the water in the present-day mantle is estimated to be in the range 0.8-8x10^-4 Earth masses (Lecuyer et al. 1998). Thus, the current bulk water-content on Earth is presumably in the range 5x10^-4 – 10^-3. However, a larger quantity of water might have resided in the primitive Earth and been subsequently lost during core formation and impacts.

Donc le contenu actuel total d'eau de la Terre est, bien que mal contraint, estimé à entre 0,05 et 0,1% de la masse de la Terre.

In the Grand Tack scenario, the primitive asteroids (like the C-types) were implanted into the asteroid belt from in between and beyond the orbits of the giant planets. In Walsh et al.’s (2011) simulations, for every primitive planetesimal implanted in the outer asteroid belt, 10–30 planetesimals ended up on orbits that crossed the terrestrial planet forming region, for a total of 3–11x10-2 Earth masses. O’Brien et al. (2010) showed that, in this situation, the Earth could accrete about 0.5-2% of its mass from these objects, enough to supply a few times the current amount of water on our planet (assuming that the primitive planetesimals were 5-10% water by mass). Notice that Walsh et al. and O’Brien et al. did not consider primitive planetary embryos in their simulations, so in principle the total amount of primitive material supplied to the Earth could be somewhat larger than the reported estimate. In view of its smaller yield, the Grand Tack scenario avoids the geochemical inconsistencies that arise from the delivery of a too large amount of carbonaceous chondritic material, characteristic of the classical scenario with giant planets on quasi-circular orbits.

A common feature of the classical and Grand Tack scenarios for the asteroidal delivery of water to the terrestrial planets is that the water is accreted during the formation of the planets and not in a late veneer fashion (i.e. after that the planets have already achieved their final masses). The accretion of water, though, is not uniform throughout the planet accretion history; instead it accelerates towards the end, as shown in Fig.6.

Si c'est la quantité totale, qu'est-il advenu du reste de l'eau, elle s'est échappée dans l'espace ?

Je parlais effectivement de la quantité totale. À l'époque, de l'eau s'échappe dans l'espace à chaque impact météoritique important. On pense aujourd'hui qu'après le Grand Bombardement Tardif, la phase d'impact a duré plus longtemps (jusqu'à il y a ~1,7 milliards d'années) avant de retrouver une fréquence équivalente à ce que l'on observe actuellement.

Voir par exemple la conférence de Bill Bottke disponible ici : Création du système solaire

Cordialement.

[carracas]

Merci de l'info geb, je me pose 2 questions a ce propos, désolé si je suis HS:

- On perd de l'eau avec les impacts météoritiques, mais avait on des impacts cométaires qui pouvait en amener ? ce modele théorise t il si le nuage de oort etais deja créé ? et si on recevait un bombardement cometaire a cette epoque ? ce qui pourrait modifier la balance perte / ajout ?

- L'eau perdue de cette manière, une grosse quantité quand même, peut-elle avoir participé a la création du nuage de oort ( oui les deux questions se croisent ) ? je suppose que non parce que ça induirait une vitesse tres importante pour s' éloigner du soleil et arriver au confins du SS.

[Geb]

On perd de l'eau avec les impacts météoritiques, mais avait on des impacts cométaires qui pouvait en amener ?

En réalité, d'après les modèles actuels, les bombardements cométaires ont été relativement rare dans l'histoire de la formation terrestre. À ma connaissance, l'eau des comètes n'entre pas en ligne de compte dans le modèle du "Grand Tack".

Il faut également se rendre compte que ce modèle commence à une époque où Saturne avait une masse de 30 masses terrestres, contre 95 à l'heure actuelle. Il s'agit d'une époque à laquelle, initialement, les 8 (proto-)planètes étaient encore concentrées à 8 UA autour du Soleil (Neptune est à ~30 UA à l'heure actuelle).

Pour les simulations d'accrétion de l'eau terrestre, elles commencent à une époque où la Terre ne fait que ~24% de sa masse actuelle et se terminent avant l'impact qui a formé la Lune, lorsque la Terre fait un peu moins de 90% de sa masse finale.

ce modele théorise t il si le nuage de oort etais deja créé ?

Si tu veux plus d'infos à ce sujet, Alessandro Morbidelli a écrit un papier (dont le brouillon est disponible sur arXiv) à propos de la formation du nuage d'Oort :

Origin and Dynamical Evolution of Comets and their Reservoirs

et si on recevait un bombardement cometaire a cette epoque ? ce qui pourrait modifier la balance perte / ajout ?

Comme je l'ai dit plus haut, relativement au bombardements d'astéroïdes, les impacts cométaires semble avoir été (d'après les modèles), à ma connaissance, extrêmement rares.

- L'eau perdue de cette manière, une grosse quantité quand même, peut-elle avoir participé a la création du nuage de oort ( oui les deux questions se croisent ) ?

Non, ou en tout cas, pas à ma connaissance. Les objets qui se trouveraient actuellement dans le nuage d'Oort se seraient formés, pour les plus proches, au voisinage de Jupiter et au-delà.

Cordialement.

[Pfhoryan]

Pas à ma connaissance.
Ce qui ne nous empêche pas, comme je l'ai dit par ailleurs, de penser qu'une telle activité était extrêmement répandue par le passé. Tous types d'activités hydrothermales confondues, les premiers vestiges que nous en avons datent du début de l'Archéen. C'est ce qu'on appelle aujourd'hui les ceintures de roches vertes.

Justement, les greenstones contiennent des vestiges de sources hydrothermales alcalines à l'Archéen: "Highly alkaline, high-temperature hydrothermal fluids in the early Archean ocean" Precambrian Research 182 (2010) 230–238.
Mais je me demandais si il y avait l'équivalent à l'Hadéen.

On estime que la quantité de chaleur émise par la Terre il y a 4,2 milliards d’années était supérieur d’un facteur 5 à la valeur actuelle.

En fait, des zircons de l'Hadéens (Jack Hills) permettent d'estimer un flux de chaleur de 75 mW/m2 lors de leur formation, assez faible, mais ils se seraient alors formés dans un contexte de subduction où le flux de chaleur est plus faible à proximité de la fosse (voir article).

La croûte océanique était beaucoup plus épaisse à cette époque. Parce que l’océan de surface était plus volumineux, une plus grande quantité d’eau pénétrait dans les anfractuosités de la roche.

Je ne comprends pas le rapport entre épaisseur de croûte et volume des océans? Où alors tu pensais à la partie de la croûte océanique serpentinisée?

[Carcharodon]

Je suis parfaitement d'accord. Le fait qu'André Brack semble accordé peu de crédit à l'origine hydrothermale de la vie ne constitue en rien un argument objectif pour rejeter cette hypothèse. Le problème des fumeurs noirs est qu'ils sont trop chaud (entre 250 et 400°C) et qu'ils ne durent pas assez longtemps (environ 100 ans) pour présenter un intérêt à mes yeux, sans parler du pH trop acide des fluides hydrothermaux (inférieur à 1,0).

Pour ce qui est du PH et de la température, on peut dire que ça n'a cependant pas empêché pas la vie d'avoir fondé une chaine alimentaire autour de cet "écosystème".
En sachant "l'approcher" progressivement le long d'un processus d'interdépendance d'espèces spécialisées : en "créant", structurant et enrichissant progressivement un nouveau biotope.
Mais a mon sens (je n'ai pas de boule de cristal et les éléments restent succins, mon avis reste donc personnel), il ne peut s'agir que d'adaptation et non du foyer originel de création.

Le temps est effectivement le critère absolument rédhibitoire : on s'est aperçu que la vie autour des fumeurs noirs est brêve, et est toujours d'origine migratoire a ses débuts.
Le cheminement le plus logique, c'est d'imaginer que la vie a pu s'adapter progressivement jusqu'a réussir a s'approcher au plus près des fumeurs afin d'en faire finalement leur seule source d'existence, et passe de colonies en colonies migratoires qui émergent et disparaissent en quelques siècles.
On a alors beaucoup de mal a imaginer que ça puisse être ça, l'origine du biologique terrestre.
D'autant plus que ça deviendrait alors très difficile d'incorporer ce schéma dans le développement postérieur (d'ou viennent les archées alors ? et l'oxygène de l'air qui en découle).

Les fumeurs noirs, ça a tout d'un exemple magnifique d'adaptation du vivant a des environnements extrêmes, une fois que la vie a suffisamment évolué sur une planète, après avoir eu le temps d'y apparaitre dans des conditions très stables (comptez en centaines de millions d'années, pas en siècle) et parfaitement adéquate (la liste de ces conditions reste mystérieuse, tout du moins incomplète).

C'est une démonstration superbe de sa capacité de conquête de milieu, ce n'est pas une piste pour la création de la vie terrestre.
Rappelons, c'est important, de signaler que l'origine de la vie terrestre a une souche unique.
Et ce n'est donc pas celle là, qui est une branche postérieure.

[MarioB]

Un bon article de FS sur les fumeurs qui met l'accent sur le gradient d'ions (protons) entre le fumeur et l'eau de mer acide comme source d'énergie de l'apparition de structures organiques biochimiques primitives des cellules:

" lorsque l’eau à pH basique à proximité des cheminées entre en contact avec l’eau plus acide de l’océan, une variation naturelle de la concentration en protons se produit. Sur les parois des fumeurs, on trouve de fines couches minérales poreuses riches en sulfures de fer et aux propriétés catalytiques. Cette multitude de cavités microscopiques fournirait de bonnes conditions pour convertir du dioxyde de carbone et de l’hydrogène en molécules organiques. Ces dernières peuvent réagir entre elles pour former des molécules clés de la vie, comme les nucléotides ou les acides aminés. Les cavités favoriseraient des variations du taux de protons et concentreraient les molécules organiques simples, permettant ainsi la synthèse de structures organiques plus complexes."

"Ces protocellules, minérales, auraient donc abrité les premiers signes de vie sur Terre. Elles auraient conduit à la mise en place des réactions biochimiques de base exploitant un gradient de concentration ionique pour la formation de l’ATP. Ce mécanisme aurait ensuite pu fonctionner de part et d'autre d'une membrane, ces protocellules pouvant alors se passer des fumeurs. Les bactéries et les archées vivant en conditions extrêmes utilisent justement des protéines qui contiennent du sulfure de fer pour convertir l’hydrogène et le dioxyde de carbone en molécules organiques."

http://download.cell.com/pdf/PIIS009...ermediate=true

[Geb]

Bonjour et bonne année 2013 à tous,

Il me semble que la première chose à établir, c’est si les fumeurs noirs auraient pu représenter, à l’Hadéen, un milieu propice à la synthèse abiotique des 4 constituants principaux du vivant sur Terre : les protéines, les glucides, les lipides et les acides nucléiques.

Hors, nous savons que même dans les conditions actuelles, ce type de source hydrothermale à plutôt tendance à cataboliser les biomolécules issues des écosystèmes qui l’entoure plutôt que l’inverse. Étant donné les conditions de température, il y a peu de chance que ces conditions soient favorables à la synthèse organique abiotique à l’époque de l’émergence de la vie terrestre. Ce que des expériences en laboratoire semblent confirmer : dans le cas des fumeurs noirs, on a affaire à une destruction plutôt qu’à une synthèse.

Cela dit, là où les fumeurs noirs revêtent une importance capitale, c’est vraisemblablement dans l’enrichissement de l’eau de l’océan primitif en métaux. En effet, à ce jour, on n’a identifié que 13 métaux dans les centres actifs des enzymes connues : calcium, magnésium, sodium, potassium, vanadium, manganèse, fer, cobalt, nickel, cuivre, zinc, molybdène et tungstène. Justement, dans les fluides hydrothermaux des fumeurs noirs actuels, on observe encore aujourd’hui des concentrations en molybdène (par exemple) environ 30 fois supérieures aux concentrations moyennes dans le reste des océans.

De ce point de vue, sans fumeurs noirs pas de vie.

Par contre, en 2009, Jan Amend et Tom McCollom ont publié un papier intéressant au sujet de la synthèse abiotique supposée, non pas au sein des fumeurs noirs, mais au sein des fumeurs blancs dans les conditions de l’Hadéen. En voici le résumé (abstract) :

Energetics of Biomolecule Synthesis on Early Earth

Among the most plausible environments for the origin of life are marine hydrothermal systems, where geochemical energy sources and refugia from sterilizing meteorite impacts would have been plentiful. Here, values of Gibbs energy were calculated for the formation of individual cellular building blocks from inorganic reactants. In our model, corresponding redox reactions occurred at the interface between two end-member fluids—low temperature (25 °C), mildly acidic (pH 6.5), relatively oxidized (Eh -0.30 mV) seawater and moderately hot (140 °C), alkaline (pH 9), reduced (Eh -0.71 mV) hydrothermal vent fluid. The thermodynamic calculations demonstrate that biomass synthesis is most favorable at moderate temperatures, where the energy contributions from HCO3- and H+ in seawater coupled to the reducing power in hydrothermal fluid are optimized. The models further show that the net synthesis of cellular building blocks may yield small amounts of energy over the ranges of temperature and chemical composition investigated. This is counter to conventional wisdom for anabolic processes and lends further support to marine hydrothermal systems as particularly favorable sites for the emergence of life.

Malheureusement, le papier n’est pas disponible gratuitement, mais on en apprend un peu plus au sujet de cette étude dans un autre papier plus récent :

Genome Networks Root the Tree of Life between Prokaryotic Domains (Dagan et al., 2010)

Amend and McCollom (2009) recently calculated that in geochemically promising environments for the origin of life, the Gibbs energy of reaction (ΔGr) toward the synthesis of total prokaryotic cell mass was unfavorable (+500 Joules per gram of cells) at 25 °C but exergonic at 50, 75, and 100 °C, with values of –1,016, –873, and –628 Joules per gram of cells, respectively, dropping sharply again at 125 °C (Amend and McCollom 2009). Clearly, the synthesis of the first cells must have entailed a fundamentally exergonic reaction, as life cannot have arisen against the laws of thermodynamics.

Autrement dit, en simulant l’interaction d’un océan primitif anoxique à 25°C, légèrement acide (pH 6,5) et relativement oxydée avec les fluides d’un fumeur blanc (une source hydrothermale alcaline), avec une température de 140°C, basique (pH 9) et réduit, les réactions de synthèse abiotique sont, en théorie, thermodynamiquement favorables (c’est-à-dire qu’elles peuvent avoir lieu de manière spontanée). On pourrait aussi dire que théoriquement, dans les conditions des fumeurs blancs de l’Hadéen, la synthèse des briques du vivant produit de l’énergie (toutes les réactions sont globalement exergoniques) à partir du moment ou le fluide hydrothermal atteint une température comprise entre 50°C et 125°C.

De mon point de vue, même si tout cela reste extrêmement théorique, l'hypothèse selon laquelle les premières formes de vie seraient apparues au sein des sources hydrothermales alcalines (ces fameux "fumeurs blancs") est a priori vraisemblable. En outre, la proximité des sources de métaux en solution (les fumeurs noirs) avec les lieux supposées de synthèse abiotique (les fumeurs blancs) une dizaine de kilomètres plus loin, implique une synergie de ces deux types de sources hydrothermales, l'une n'allant pas sans l'autre pour fournir une théorie vraisemblable de l'apparition de la vie sur Terre.

Cordialement.

[MarioB]

Pour compléter le message #47, la chimiosmose semble etre le phénomène à la mode comme origine de la vie au voisinage des fumeurs ou en leur sein; un article de wikipédia explique ce phénomène complexe dont le découverte à donner la théorie chimiosmotique de Mittchel récompensée du prix Nobel.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Chimiosmose

bonne lecture

[Geb]

http://download.cell.com/pdf/PIIS009...ermediate=true

J'imagine que tu as bien compris la nuance, mais pour être sûr, dans ce papier il est question d'une source hydrothermale alcaline (autrement dit un "fumeur blanc"), pas d'un fumeur noir.

Cordialement.

[Pfhoryan]

J'imagine que tu as bien compris la nuance, mais pour être sûr, dans ce papier il est question d'une source hydrothermale alcaline (autrement dit un "fumeur blanc"), pas d'un fumeur noir.

Cordialement.

Cette confusion est latente dans toute la discussion. Il faut dire que le titre n'aide pas. Ne serait-il pas possible d'en changer?

[Geb]

Cette confusion est latente dans toute la discussion. Il faut dire que le titre n'aide pas. Ne serait-il pas possible d'en changer?

Tu veux parler du titre de l'article de F-S ? Je l'ai suggéré dans la page de discussion liée à l'Actu, en attendant les échos de la rédactrice :

Actu - La vie est-elle apparue dans les fumeurs noirs ?

Wait and see.

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Bonjour,

André Brack a été à nouveau invité à présenter l'hypothèse des fumeurs noirs de l'origine de la vie le 5 juin 2012 à l'Espace des Sciences de Rennes :

Les fonds océaniques et l'origine de la vie (durée : environ 2 heures)

Malheureusement, André Brack ne parle pas de l'hypothèse des sources hydrothermales alcalines (fumeurs blancs). Il évoque seulement leur existence à travers la toile du peintre Yves Tanguy à la fin, cher à Michael Russell (le chercheur qui a émis l'hypothèse des fumeurs blancs de l'origine de la vie).

Voici un rapide résumé des sujets abordés dans la conférence :

- découverte du premier écosystème abyssal en 1977.
- découverte des cheminées hydrothermales baptisés "fumeurs noirs".
- mécanisme donnant naissance aux fumeurs noirs.
- vie florissante en absence de lumière, donc sans photosynthèse possible.
- comparaison du métabolisme des bactéries photosynthétique et des bactéries utilisant la chimiosynthèse à partir d'oxygène et de sulfure d'hydrogène (H2S) dans les fumeurs.
- évocation des hyperthermophiles (record : Pyrolobus fumarii, multiplication jusqu'à 113°C)
- les hyperthermophiles seraient apparues tard dans l'histoire de la Terre
- arguments en faveur de l'hypothèse des fumeurs noirs de l'origine de la vie
- roches les plus anciennes qui renfermeraient des bactéries fossiles
- les plus anciens microfossiles retrouvés (3,45 et 3,234 Ga à Pilbara) vivaient à proximité des sources hydrothermales
- l'eau et la chimie du carbone
- l'eau est un solvant très particulier (liaisons hydrogène
- la Terre a la bonne taille et est à la bonne distance du Soleil pour abriter de l'eau liquide et une atmosphère
- un zircon apporte l'indice de la présence d'eau dans le manteau terrestre vers 4,4 Ga
- Brack rappelle l'impact géant qui aurait formé la Lune et adopte l'hypothèse du "late veneer" de l'origine de l'eau sur Terre
- évocation de l'hypothèse des argiles
- c'est l'eau qui est le réactif dans la synthèse de glycine avec du formaldéhyde, de l'ammoniac et du cyanure d'hydrogène
- le carbone a au moins deux propriétés intéressantes : la tétravalence et l'hydrophobicité (possibilité de former des membranes
- participation de Brack à l'étude du fumeur noir Rainbow en juin 2001
- composition du fluide hydrothermal
- présence d'hydrocarbures, jusqu'à C29
- présence d'acides aminés d'origine biologique et pas abiotique
- hypothèse de la catalyse de surface, avec l'avantage de réduire les degrés de liberté des réactifs
- seulement, pas de polymérisation d'acides aminés avec la catalyse de surface dans les fumeurs noirs (donc échec)
- vertus thermodynamiques de la trempe thermique dans les fumeurs
- simulation des fumeurs noirs en labo à Nagaoka (Japon), qui grâce à la trempe à permis d'obtenir de l'octaglycine avec du sel de cuivre
- distinction entre deux types : fumeur noir de type "cheminé" et de type "ruche"
- deuxième partie : la recherche d'une vie extraterrestre
- recherche de vie sur Mars
- lac de glace d'eau de Vastitas Borealis (découvert par Mars Express en 2005)
- Echus Chasma, ancienne région humide de Mars
- "rivière" de Nepenthes Mensae
- le cratère Gusev vu par le rover Spirit
- le rover Opportunity découvre du grès dans Meridiani Planum
- découverte de concrétion d'hématite dans Meridiani Planum (preuve de présence d'eau liquide)
- confirmation de présence d'eau dans le cratère Victoria
- présence d'eau sur Mars confirmé par le spectromètre OMEGA
- essai de Viking, plus de molécules carbonées à récolter en surface, parce qu'elle est oxydée
- parmi 51 météorites d'origine martienne (dont ALH84001) qui contienne des molécules carbonées
- mission du Mars Science Laboratory
- l'Exomars européen pour 2018 ?
- la Terre primitive bénéficiait de 3 spécificités (activité tectonique, champ magnétique permanent, gros satellite naturel) que la Mars primitive n'avait pas
- la vie sous la glace d'Europe (satellite de Jupiter) ?
- présence de fumeurs noirs sous la glace d'Europe?
- blocs de glace d'eau à la surface de Titan
- océans de méthane et d'éthane photographié par Huygens
- geyser de glace depuis Encelade photographié par la sonde américaine Cassini
- plus de 100 molécules carbonés détectées par radioastronomie dans les nuages moléculaires
- analyse des planètes extrasolaires par transit avec CoRoT et Kepler
- exoplanètes de la taille de la Terre (seulement 4 pouvant abriter de l'eau liquide en surface)
- Gliese 667Cc pourrait abriter de l'eau à sa surface
- l'interféromètre spatial Darwin (analyses spectroscopiques) en 2020 ?
- analyser les différences entre transit primaires et secondaires
- conclusion : Pourquoi explorer les fonds marins ?
- applications pratiques : ADN polymérases thermostables obtenues grâce aux organismes hyperthermophiles, les exopolysaccharides (sucres fabriqués par les bactéries des fumeurs)
- toile visionnaire du peintre Yves Tanguy en 1927
- photo de la sonde Voyager en 1990 (Pale Blue Dot) et le texte que Carl Sagan a écrit à cette occasion
- séance de questions

Finalement, les sujets abordés par André Brack sont très similaires à ceux évoqués dans sa conférence de 2010 qui a motivé la création de cette discussion.

Cordialement.