Le scénario de l'origine de la vie enfin déterminé ?

[Geb]

Bonjour à tous,

Je crois que j'ai découvert la publication scientifique la plus intéressante que j'ai pu lire depuis un très long moment. Dans ce papier, les choses semblent s'agencer naturellement concernant les origines de la vie terrestre.

Le papier est disponible ici : On the origin of biochemistry at an alkaline hydrothermal vent

En voici le plan :

1. Introduction
2. Acetogenesis and methanogenesis: homologous chemical conversions
3. Carbon dioxide, then cofactors, then the RNA world
4. An inorganic start: how, and where to reduce CO2?
5. Acetyl phosphate, the original phosphoryl donor
6. Carbon metabolism, fixing one more CO2
7. The tricarboxylic acid (Krebs) cycle: forward, reverse and incomplete reverse
8. Difficult D-sugar phosphates
9. A fountain of youth?
10. Pterins, GTP and cofactors
11. Some important reactions of acetyl phosphate occur without enzymes
12. Nitrogen: carbamoyl phosphate and a critical acyl phosphate intermediate
13. This n incorporation delivers the constituents of purine and pyrimidine
14. Pushing out of a racemate and into an RNA world
15. Carbamate, molybdenum cofactor and carbonyl sulphide: biochemical relicts?
16. The early formyl pterin problem
17. Bioenergetic steps from rocks to microbial communities
18. Conclusion

Je dois dire que n'étant pas scientifique, il y a pas mal de notions qui me restent relativement abstraites, donc je n'aurai sans doute pas fini de l'analyser (avec votre aide) avant un bon bout de temps. Cela dit, j'ai l'impression que ça y est : nous avons là une théorie cohérente sur l'origine de la vie et le début de son histoire évolutive. Qu'en pensez vous ?

Bonne lecture.
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[Geb]

Bonsoir,

J'ai fait une petite synthèse de l'introduction, qui n'entre pas encore dans la biochimie (l'aspect le plus fascinant de ce papier), et est donc plus facile à retranscrire.

Depuis décembre 2000, on a découvert des systèmes hydrothermaux désormais appelés "fumeurs blancs" dont les conditions physico-chimiques sont très différentes des "fumeurs noirs" découverts précédemment (en 1977). Ces deux types de systèmes hydrothermaux sont situés à quelques kilomètres des dorsales océaniques. L'eau à la sortie des fumeurs blancs est très riche en dihydrogène et est beaucoup moins chaude, entre 40 et 90°C, que celle des fumeurs noirs (jusqu'à 400°C). Le pH est alcalin (basique) et l'eau est réduite (ionisée). Elle contient également des composés soufrés.

Quelque chose d'intéressant, est que l'un des coauteurs de l'étude (le géologue britannique Michael Russell) avait prédit l'existence des fumeurs blancs, et proposé dès 1994 que l'apparition de la vie ait eu lieu en leur sein.

La structure interne poreuse des cheminées hydrothermales des fumeurs blancs consiste en des micro-compartiments en forme de bulle, d'environ un micron de diamètre. Cette compartimentation inorganique en trois dimensions de précipités de métaux soufrés fossilisés aurait constitué le précurseur fonctionnel des membranes cellulaires. Cette structure aurait permis la présence, en concentration suffisante, des briques organiques permettant la formation des premiers systèmes chimiques auto-réplicateurs. La vivant aurait donc pour lieu d'origine les fonds océaniques de l'Hadéen, au sein de ces précipités de sulfure ferreux (FeS) des cheminées hydrothermales basiques baignant dans un gradient d'oxydo-réduction, de pH et de température entre un fluide hydrothermal riche en composés soufrés et une eau riche en fer(II).

La compartimentation aurait restreint la diffusion des produits de réaction chimique dans les océans, permettant la présence de composés organiques en concentration suffisante pour permettant à quelque chose comme le monde à ARN d'émerger. Une des suggestion de cette théorie est que LUCA n'aurait pas été une cellule vivante autonome pourvue d'une membrane, mais plutôt confinée dans le compartiment en sulfure ferreux (FeS) duquel elle est née.

Une autre différence majeure avec les fumeurs noirs est que les cheminées des fumeurs blancs son bien plus vieilles (elle durent plus longtemps). Certaines cheminées hydrothermales du premier site de fumeurs blancs découverts, baptisé The Lost City, auraient environ 30000 ans.

Dans les systèmes hydrothermaux, le dihydrogène interagit avec le CO2 dissous dans les océans à partir de l'atmosphère primitive (riche en CO2), ce qui apporte un potentiel non-négligeable d'oxydo-réduction. C'est un milieu favorable à la synthèse de composés carbonés réduits, les constituants essentiels de la vie.

Il y a quelque chose qu'il faut constamment avoir à l'esprit en lisant ce papier. Il y a 4 milliards d'années, l'atmosphère et l'océan ne contenaient pas d'oxygène moléculaire. Aujourd'hui, il y a une grande concentration d'oxygène dissout dans l'eau. Les systèmes hydrothermaux actuels (qu'ils s'agissent de fumeur noirs ou blancs) ne sont donc en aucun cas des équivalents des systèmes hydrothermaux à l'origine de la vie. De plus, les concentrations en nickel et en fer dissous dans l'eau de mer était bien supérieures (par exemple, ~400 nM pour le nickel, contre ~9 nM actuellement) dans ces systèmes hydrothermaux sous-marins très anciens. Pour le fer, cette haute concentration est dûe au fait que les oxydes de fer n'ont pas encore précipités sous la forme de grand gisements de fer rubané.

Parmi les autotrophes anaérobies, les bactéries acétogènes suivies de près par les archéobactéries méthanogènes représenteraient les formes de vie les plus anciennes. Celles-ci utilisent un métabolisme basé sur le voie dite de Wood–Ljungdahl (ou voie acetyl-coenzyme A) pour fixer le dioxyde de carbone de manière autotrophe (mais sans la photosynthèse).

Dans le papier :

A hydrothermal origin (with concentration of the products from prebiotic syntheses catalysed by metal sulphides within naturally forming microcompartments at a warm, alkaline hydrothermal vent) is highly compatible with the view that the acetyl-CoA pathway of carbon fixation might be the most primitive biochemical pathway of CO2 reduction.

Une voie métabolique (abbréviée en acétyl-coA), que l'on pense être, depuis 1989, la plus ancienne voie métabolique du vivant, pour les raisons suivantes :

- elle est présente chez les anaérobies et les extrêmophiles,
- elle est présente chez les eubactéries et les archéobactéries,
- elle requiert très peu d'énergie,
- elle utilise le monoxyde de carbone, le formate, le formaldéhyde et le méthanol en plus du dioxyde de carbone,
- l'obligation de l'omniprésence de coenzyme, mais avec des structures variées cela dit,
- l'importance des métaux dans la catalyse de la fixation et de la réduction du dioxyde de carbone,

En outre, la voie de l'acétyl coenzyme A :

- est une réaction très exergonique,
- elle n'implique aucun intermédiaire stéréochimiquement défini* (c-à-d pas de molécules homochirales),
- elle opère avec des composés de départ très simples (dihydrogène, dioxyde de carbone et composés soufrés),
- ces composés de départs sont présents dans les cheminées hydrothermales (le dihydrogène et les composés soufrés dans le fluide hydrothermal et le dioxyde de carbone dans l'océan,
- elle implique des composés soufrés à partir de métaux de transition qui auraient également été présents au sein des cheminées hydrothermales,
- elle produit un thioester très réactif (l'acétyl coenzyme A) comme produit initial.

* La stéréochimie dynamique s'intéresse aux relations entre le déroulement des réactions chimiques et la stéréochimie des composés impliqués dans ces réactions. L'analyse conformationnelle fait partie intégrante de la stéréochimie dynamique.

Personnellement, je vois un peu la découverte récente des fumeurs blancs actuels, comme la pierre de Rosette des origines de la vie, bien qu'ils soient je le rappelle, d'un point de vue conditions physico-chimiques, relativement différents de leurs homologues de l'Hadéen. Le simple fait qu'il existe, et le travail remarquable du Dr Russell à leurs propos, va permettre à plein de géologues, de biochimistes et de microbiologistes, de s'intéresser à cette hypothèse dans le cadre des origines de la vie. Le fait qu'ils n'aient été découvert que fin 2000 signifie que des expériences de tests et d'analyses en laboratoire vont suivre, et pourront nous permettre de vérifier par l'expérience toutes les étapes proposées de l'apparition des premières bactéries acétogènes et archéobactéries méthanogènes, notamment dans cette publication.

Cordialement.

[Geb]

J'ai trouvé une publication précédente de Russel & Martin (2003), le même duo à la base du papier qui a motivé la création de ce fil de discussion. Cette publication, disponible gratuitement, a également éveillé mon intérêt, c'est pourquoi je la poste ici :

On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells

J'ai également trouvé un article d'un certain Richard Robinson, daté de novembre 2005 :

Jump-Starting a Cellular World: Investigating the Origin of Life, from Soup to Networks

Il contient une vulgarisation d'un papier un peu plus ancien de Russell & Martin (2004) intitulé "The rocky roots of the acetyl-CoA pathway". Ce passage vulgarisé est retranscrit ci-après.

Metabolism More Ancient than Replication?

In 1988, even while the RNA world was enjoying its intellectual honeymoon, a German biochemist and patent attorney, Günther Wächtershäuser, proposed a radical alternative theory of the origin of life based on, of all things, fool's gold. Iron disulfide—pyrite or fool's gold—can catalyze a variety of crucial biochemical reactions. There are iron sulfide or iron–nickel sulfide clusters at the heart of several ancient and vital enzymes in use in all cells today. Wächtershäuser proposed that the earliest living system was not a nucleotide-based replicator but a mineral-based metabolizer, converting simple and abundant inorganic compounds—carbon dioxide, hydrogen sulfide—into more complex organic ones on the surface of a pyrite crystal, probably at deep-sea hydrothermal vents.

This metabolism-first model has a strong champion in Harold Morowitz, who paints the two major models for life's origin as “heaven and hell.” Miller-type scenarios, including the genes-first model, rely on a wealth of precursors raining down from above. The standard model of the RNA world, he says, “requires an environment that is impossibly improbable.” The alternative is a much smaller set of molecules, at much higher concentrations, bubbling up from below. “I really like theories that go from simplicity to complexity,” Morowitz says.

The possibility that metabolism first began at hydrothermal vents has been advanced most recently by Michael Russell, Research Professor of Geology at the Scottish Universities Environmental Research Centre in Glasgow, and William Martin, Professor at the University of Düsseldorf. Russell and Martin propose that life's metabolism developed not on a two-dimensional pyrite surface but within tiny cavities lined with iron monosulfide, through which percolated an energy-rich mix of hydrogen and carbon dioxide dissolved in seawater.

In the early 1980s, Russell discovered fossil fields of iron sulfide “chimneys,” formed on the ocean floor 350 million years ago. Unlike the more famous and much larger “black smokers”—deep-sea hydrothermal vents found in mid-ocean ridges that spew hot, mineral-rich water out of their sulfide chimneys—each of Russell's chimneys is no more than ten centimeters high and little more than a centimeter across. The entire field covers tens of square meters, and is composed, in part, of many thousands of millimeter-sized cavities, formed by outgassing of hydrogen and carbon dioxide, which bubbled up through cracks in the crust. While the particular structures Russell discovered formed well after life's origins, similar ones almost certainly existed in the prebiotic ocean, Russell says. Each would have remained stable over the course of thousands of years, a little experimental reaction vessel at the bottom of the sea.

And unlike the 400 °C water spewing out of a black smoker, the water flowing up through these vents was much cooler, not much more than 100 °C. Outside the chamber, the ocean would have been much cooler still, and more acidic and more oxidized than the solution within, creating a set of strong temperature and electrochemical gradients across the microscopically porous surface of the chamber. “Life loves to live at the gradients,” says Russell.

The slow trickle of hydrogen and carbon dioxide through such chambers and across the iron sulfide catalyst promotes formation of acetate, according to Russell and Martin. Acetate is a key intermediate in virtually all biosynthetic pathways, and in modern cells, enters these reactions tethered to sulfur. In modern bacteria, the two enzymes that make acetate depend on a catalytic core of iron, nickel, and sulfur, arranged almost exactly as they are in the free mineral itself. “In other words,” Russell and Martin have written, these enzymatic metal clusters “are not inventions of the biological world, rather they are mimics of minerals that are indisputably older, and which themselves have catalytic activity in the absence of protein”.

These chambers also suggest a radical solution to a heretofore stubborn problem, one with no other obvious resolution. Modern cells without nuclei are grouped into two domains, the Eubacteria and the Archaebacteria. These ancient lineages share the same energy metabolism and the same genetic code, presumably reflecting a single common ancestor. But they differ profoundly in how they synthesize the lipids in their membranes. One explanation, which Martin dismisses, is that the common ancestor had a membrane, probably similar to the eubacterial structure, and the archaebacterial ancestor “had to completely reinvent its cell wall chemistry.” Such proposals are “completely decoupled from microbial physiology,” he says. The alternative favored by Russell and Martin is that these lipid differences reflect a divergence in the two lines after the last common ancestor already had its carbon biochemistry and genetic code intact, but before the development of lipid membranes. The chambers served as the original cell compartment, and were only replaced by lipids after the eubacterial and archaebacterial lines split.

Russell and Martin's model also provides a solution to another thorny issue in jump-starting life, that of concentration. An essential feature of all cells is their ability to maintain high concentrations of materials that are in short supply in the world around them. In the absence of a cell membrane, how did proto-life forms collect raw materials, and prevent products from dissipating into the vastness of the environment around them? Russell's chambers solve this problem in essentially the same way modern cells do, with an external boundary that is permeable to small reactant molecules, but much less so to larger product ones. In Russell's and Martin's scenario, then, the stable metabolism that developed within these chambers eventually gave rise to a genetic system, probably dependent on RNA, which encoded simple proteins, probably through direct accretion of RNA and amino acids on the surface of a mineral catalyst. Finally, these proto-organisms developed membranes, completing their evolution into recognizable cells.

This metabolism-first model is not an alternative to life based on RNA. “We can't work without an RNA world either,” says Martin. But it does propose that geology at hydrothermal vents provided the structure in which life emerged, and suggests that understanding prebiotic organic chemistry at these vents may provide the key to understanding the emergence of life from nonlife.

Cordialement.

[Geb]

J'ai trouvé un peu plus de publications téléchargeables...

Tout d'abord sur une page web maintenue à jour par Michael Russell, sur le site internet de son premier employeur, l'Université de Glasgow (Royaume-Uni) :

The Geochimical Origins of Life by Michael J. Russell & Allan J. Hall

Sur le même site, des publications scientifiques téléchargeables et des articles de presse écrits ou co-écrits par Michael Russell, remise à jour récemment (mai 2011).

The Origin of Life research project

Sa page web sur le site de son dernier employeur en date, le Joint Propulsion Laboratory du prestigieux California Institue of Technology à Pasadena (��tat de Californie, USA).

Cette dernière contient notamment un exemplaire de son curriculum vitae, avec une liste impressionnante de ses publications.

Cordialement.

[Geb]

J'ai trouvé la page personnelle du co-auteur de la publication initiale, William Martin, professeur à l'Université de Düsseldorf (Allemagne).

Il y a également une liste de publications de ce même labo.

Pour moi c'est clair, Russell et Martin (et sûrement quelques autres que je ne connais pas) sont à la pointe de la recherche sur les origines de la vie.

La vitesse avec laquelle la connaissance évolue dans ce domaine depuis 10 ans (depuis la découverte des fumeurs blancs de Lost City) m'incite à citer à nouveau quelques lignes de l'article de vulgarisation que j'ai mis en lien plus haut :

While the past half century has seen an explosion of knowledge about the evolution of life after it began, there has been relatively little progress in the past half century on how it began���the so-called origin question. In part, the problem is financial: research money has flooded many other areas in biology, but remains in short supply in this one. ���The funding is a big part of it,��� says Jack Szostak, a Howard Hughes investigator and Professor of Genetics at Harvard Medical School. As a result, there is a shortage of researchers willing to commit their professional careers to finding out how life began. ���This is a risky field to be involved with. The problems are hard. You can train students, but there may not be jobs waiting for them afterwards.��� To that end, Harvard University recently announced a plan to fund origin-of-life research to the tune of one million dollars per year, which Szostak says is a good start.

Alors, à quand un effort international de grande envergure pour recréer des fumeurs blancs de l'Hadéen en laboratoire ?

Cordialement.

[Geb]

Pour ceux qui ne connaissent que peu de choses aux recherches concernant l'abiogenèse, je recommande la lecture du dossier écrit par André Brack pour Futura-Sciences :

L’exobiologie : de l'origine de la vie à la vie dans l'Univers

J'ai pris la peine d'analyser en profondeur le dossier d'André Brack. Il peut être résumé en 22 questions parmis celles qui ont un intérêt pour ce fil de discussion. André Brack y apportent des réponses partielles dans l'état actuel de ses connaissances scientifiques en date de 2006.

1) La vie a t-elle démarré plusieurs fois ?
2) La vie a t-elle survécu au grand bombardement tardif ?
3) La vie peut-elle être synthétisée "en tube à essais" ?
4) Quel était la composition de l'atmosphère terrestre primitive ?
5) De quand datent les roches les plus anciennes ?
6) Comment est apparue l'homochiralité des molécules d'origine biotique actuelles ?
7) Une vie racémique est-elle possible ?
8) Les acides aminés contenus dans les micro-météorites survivent-ils à la traversée de l'atmosphère ?
9) Comment sont apparues les molécules de compartimentation (membranes) ?
10) Comment sont apparues les molécules catalytiques (enzymes) ?
11) Comment sont apparues les molécules de l’information (ARN puis ADN) ?
12) Comment sont apparus les nucléotides (et indépendamment, sucre, base et groupement phosphate) ?
13) D'où vient le phosphore contenu dans les molécules biotiques ?
14) Y a t-il eu une vie primitive plus simple que la cellule ?
15) Le monde à ARN a t-il existé ?
16) Comment former de l'ARN dans des conditions prébiotiques ?
17) Les mimivirus à ADN ont-ils infectés les organismes vivants ?
18) Le monde à ARN a t-il été précédé par des systèmes autocatalytiques plus simples ?
19) L'acide nucléique à thréose a t-elle précédé l'ARN ?
20) L'autocatalyse s'est-elle développée sur des surfaces minérales ?
21) De quand datent les micro-organismes fossiles les plus anciens découverts à ce jour ?
22) Dans quelles conditions vivaient les micro-organismes fossiles les plus anciens ?

Les travaux du géologiste britannique Michael Russell et de son collègue William Martin, exposés dans le papier de fin 2006 mis en lien, se rapprochent de la question n°20 :

L'autocatalyse s'est-elle développée sur des surfaces minérales ?

Cependant, dans son dossier, André Brack ne parle que de l'hypothèse de 1988 de Wächtershäuser, que l'on a déjà évoqué plus haut :

Certains pensent que l'autocatalyse s'est développée sur des surfaces minérales. Ils favorisent l'hypothèse selon laquelle des systèmes chimiques utilisant directement le dioxyde de carbone comme source de carbone, à l'instar des plantes et de certaines bactéries. Ces organismes vivants primitifs sont décrits comme des molécules organiques autocatalytiques se développant sur des surfaces minérales de pyrite (FeS2). La réaction du fer ferreux (FeS) sur l'hydrogène sulfureux (H2S) produit d'une part de l'hydrogène qui réduit le dioxyde de carbone et de la pyrite qui sert de support minéral à la croissance autocatalytique du réseau organique. De ce fait, il y a croissance simultanée du réseau organique et du support minéral (Wächtershäuser, 1994; Wächtershäuser, 1998). Le départ des molécules organiques de la surface minérale au profit de molécules mieux adaptées à la surface permet au système d'évoluer en se perfectionnant. L'idée d'une participation active des surfaces minérales, émise dès 1953 par l'Anglais J. Desmond Bernal (Bernal, 1949), connait depuis peu un regain d'intérêt et de nombreux laboratoires se sont lancés dans cette chimie "on the rocks" (Hill Jr. et al, 1998).

Malgré la qualité de ce dossier, il est (déjà) "obsolète" sur quelques points importants, et même, "muet" sur les avancées faites au moins depuis 2003 par M. Russell et W. Martin. Il est évident que même un scientifique renommé dans le domaine ne peut malheureusement pas tout connaître.

Je remarque également que parmi les nombreuses références bibliographiques fournies par André Brack, la plus récente date de 2006 (pour un dossier mis en ligne le 7 janvier 2008) et il n'y a qu'un seul papier cité pour cette même année, celui de Westall & Southam intitulé "The early record of life". Pour information, la géologue d'origine sud-africaine Frances Westall avait justement succédé depuis 2003 à André Brack à la tête du groupe d'exobiologie au centre de biophysique moléculaire d'Orléans.

Cordialement.

[invite231234]

Salut Geb ! Difficile de te louper sur ce fil !

les bactéries acétogènes suivies de près par les archéobactéries méthanogènes représenteraient les formes de vie les plus anciennes.

Sait-on ... à combien estime-t-on cette phase en millions d'années ?

[Geb]

Bonjour arxiv,

Difficile de te louper sur ce fil !

C'est vrai que jusqu'ici ça ressemblait plus à un blog personnel qu'à un fil de discussion sur un forum. J'imagine que le côté "hermétique" de la biochimie n'incite pas les gens à lire et à commenter le papier.

De simples articles de vulgarisation me paraissaient trop sommaires, et j'ai pensé que les papiers des chercheurs intéresseraient plus de monde. La vulgarisation c'est je crois ce qui fait dire à certains des membres de ce forum qu'on ne connaît "absolument rien" sur les origines de la vie sur Terre. Un avis qui selon moi ne reflète pas la réalité, et surtout depuis que j'ai découvert la publication de 2007 de Russell et Martin.

les bactéries acétogènes suivies de près par les archéobactéries méthanogènes représenteraient les formes de vie les plus anciennes.

Ce ne sont évidemment pas les termes qu'ils emploient, et comme souvent quand je m'exprime sur la biologie, j'ai peut-être reformulé avec un peu trop d'emphase. Ce serait plutôt dans le texte (à propos des acétogènes et des méthanogène utilisant la voie de l'acétyl-CoA) :

[...] the modern biochemistry of their CO₂ reduction might mirror the most ancient forms of carbon chemistry.

Sait-on ... à combien estime-t-on cette phase en millions d'années ?

On en est pas encore à pouvoir indiquer des échelles de temps entre les dates d'apparition de ces 2 domaines distincts.

D'une manière générale, la méthode proposée par Martin & Russell pour distinguer l'ordre chronologique de l'évolution biochimique de l'inerte au vivant, est en tout point similaire à l'idée que l'ARN est plus ancienne que l'ADN parce que la synthèse de cette dernière nécessite la première. Dans le texte :

[...] similar to the conventional reasoning that RNA is older than DNA, because the synthesis of the latter requires the former.

C'est ainsi qu'à partir des conditions initiales, un fumeur blanc de l'Hadéen, ils espèrent identifier toutes les étapes jusqu'à la première eubactérie acétogène.

Le modèle de Martin & Russell est un modèle de "métabolisme d'abord" par opposition au camp du "gènes d'abord". D'après cette école de pensée, l'apparition du métabolisme à précédé l'apparition du matériel génétique. En outre, l'approche de Martin & Russell est originale par son postulat que les premières formes de vie n'auraient pas été confinées dans une membrane cellulaire, mais plutôt dans les cavités naturelles en FeS et en NiS d'une source hydrothermale. Hors, les membranes des archées sont très différentes de celles des eubactéries. La proposition de Martin & Russell est de ne pas s'intéresser aux différences membranaires (qui se seraient développées de manières complètement indépendante), mais plutôt aux différences métaboliques, pour expliquer (et non pas dater, du moins pas encore) la divergence entre les eubactéries et les archées. Au-delà de ça, les 2 chercheurs prennent également position sur d'autres débats :

- ils sont en faveur de l'hypothèse que l'ARN précède l'ADN.
- ils proposent que l'acétyl-phosphate précède l'ATP.
- ils proposent que l'homochiralité soit apparue après et par l'intermédiaire des premiers métabolismes.
- ils sont en faveur de l'hypothèse que les composés minéraux de métaux comme le fer et le nickel ont constitué les premiers catalyseurs biochimiques avant la synthèse des premiers cofacteurs, puis des premières enzymes.
- ...

Le papier de Martin & Russell indique, comme d'autres avant lui que la voie de l'acétyl-coenzyme A est probablement la voie métabolique la plus ancienne. Hors, cette voie de l'acétyl-coenzyme A est utilisée à la fois par les eubactéries (acétogènes) et les archées (méthanogènes). Il faut donc s'intéresser d'une manière plus détaillée à leurs différences métaboliques pour pouvoir dire lequel des 2 domaines à précédé l'autre.

Du point de vue métabolique, il y a une seule différence fondamentale qui est mentionnée dans le papier de Martin & Russell. Il s'agit de l'utilisation d'une coenzyme (dans les 2 cas, une ptérine) de nature légèrement différente dans le cycle métabolique. Les acétogènes utilisent le tétrahydrofolate, tandis que les méthanogènes utilisent la tétrahydrométhanoptérine. Cette dernière a pour caractéristique de posséder un potentiel d'oxydoréduction légèrement supérieur à celle du tétrahydrofolate. Cela veut donc dire que l'utilisation de la méthanoptérine permet au méthanogènes de retirer un peu plus d'énergie du cycle de l'acétyl-CoA, et ainsi, de fournir un travail biochimique un peu plus important.

Auparavant, on pensait que l' acétogenèse était réservée au domaine des eubactéries. Depuis 2004, on connaît une seule exception : l'archée Methanosarcina acetivorans C2A. En présence de CO₂, elle produit du méthane comme les autres archées basées sur la même voie métabolique. Cependant, elle est capable de croître et de produire des quantités substantielles d'acétate en présence de CO plutôt que de CO₂ et d'H₂. Le fait que cette archée méthanogène ait besoin de CO pour produire de l'acétate (devenir acétogène) conforte l'idée que les bactéries acétogènes seraient plus anciennes.

La démarche cohérente de Martin & Russell m'incite à penser qu'on n'a désormais un moyen d'expliquer un jour l'apparition des premières bactéries (qui seraient donc acétogènes). On sait au moins à quoi le puzzle de l'inerte au vivant (la première cellule) devrait ressembler une fois terminé.

Pour moi, c'est un peu comme lorsque Gamow à démontrer en 1928 que les réactions nucléaires étaient théoriquement bien plus faciles (grâce à l'effet tunnel) que ce que l'on pensait auparavant. Il n'a fallu attendre que 4 ans, pour assister à la première expérience de scission d'un atome (du lithium). Il faudra sans aucun doute bien plus longtemps pour seulement envisager l'expérience de l'abiogenèse. Mais selon moi, les travaux de Russell et de ses collègues m'incite à penser que ce soit possible avant la fin du siècle.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Cela fait quelques semaines que je prend le temps de regarder les cours de Marc Fontecave sur le site du Collège de France.

1) Leçon inaugurale du 26 mars 2009
Chimie des processus biologiques

2) Cours du 8 avril 2009
L'âme des enzymes : le mystère de la biocatalyse

3) Cours du 6 mai 2009
Les métaux : des origines aux biocatalyseurs d'aujourd'hui

4) Cours du 13 mai 2009
Les ions métalliques: pèlerinages cellulaires

5) Cours du 20 mai 2009
L'oxygène moléculaire : origines et paradoxes

6) Cours du 27 mai 2009
Vers la photosynthèse artificielle : des catalyseurs bioinspirés

7) Cours du 3 juin 2009
La cytochrome oxydase : l'enzyme de la réduction de l'oxygène moléculaire

8) Cours du 7 avril 2010
Introduction : hydrogène et autres carburants solaires ; de l'eau, du soleil et des catalyseurs

9) Cours du 14 avril 2010
Les hydrogénases : des biocatalyseurs pour la production et l'oxydation de l'hydrogène

10) Cours du 5 mai 2010
Nouveaux développements vers la (photo)réduction de l'eau en hydrogène

11) Cours du 12 mai 2010
Nouveaux développements vers la (photo), oxydation de l'eau en oxygène

12) Cours du 19 mai 2010
Des catalyseurs moléculaires à des matériaux d'électrodes

13) Cours du 26 mai 2010
CO2, une source de carbone abondante : activation et réduction

14) Cours du 27 avril 2011
Du monde à ARN au monde à ADN : les ribonucléotide réductases

15) Cours du 4 mai 2011
Biosynthèse des précurseurs de l���ADN chez les organismes aérobies : du fer, de l���oxygène et des radicaux libres

16) Cours du 11 mai 2011
Biosynthèse des précurseurs de l���ADN chez les organismes anaérobies : du fer, de la S-adénosylméthionine et des radicaux libres

17) Cours du 18 mai 2011
Une découverte récente en enzymologie : la famille des métalloenzymes ''Radical-SAM (S-AdénosylMéthionine)''

18) Cours du 25 mai 2011
Une chimie radicalaire et des centres fer-soufre pour la biosynthèse de produits naturels soufrés

19) Cours du 1er juin 2011
Du monde à ARN au monde à ADN, quelle ribonucléotide réductase ?

Le 3e et le dernier cours, que j'ai mis en lien, m'ont paru particulièrement intéressants pour le sujet de ce fil.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Pour ceux que le sujet intéresse, je viens de regarder une conférence (72 minutes) très intéressante de Patrick Forterre sur l'origine virale de l'ADN, qui date de 2008 :

Nouvelles questions et hypothèses sur l'origine et l'évolution des génomes

Cordialement.

[pourquoipourquoipourquoi]

c'est gentil de ta part mais moi je ne connais pas l'anglais et j'aurais aimé que me la trduise afin que je connaisse le sujet de cette maniere on pourai en discuter
merci a +

[Alhec]

Les travaux de ce labo t'intéresseront je crois
http://molbio.mgh.harvard.edu/szostakweb/

[Geb]

Bonjour,

c'est gentil de ta part mais moi je ne connais pas l'anglais et j'aurais aimé que me la trduise afin que je connaisse le sujet de cette maniere on pourai en discuter
merci a +

Salut Pourquoi', je te souhaite la bienvenue sur les forums de Futura-Sciences. Pour lancer une discussion, je pense avoir été assez explicite aux messages #2 et #8 de cette discussion. En outre les vidéos de Marc Fontecave et de Patrick Forterre que j'ai mise en lien sont en français, et peuvent éventuellement être discutées elles aussi.

Les travaux de ce labo t'intéresseront je crois

En effet, et je t'en remercie. Il est toujours intéressant d'avoir une autre source d'information sur les recherches qui sont en train d'être menées, même si ce labo ne va pas du tout dans le sens exploré par Russell et ses collaborateurs.

Le seul papier dans lequel une publication de Russell est cité (à ma connaissance), en l'occurence celle de 2003, que j'ai mentionné au message #3 de cette discussion, est celui-ci :

The origins of cellular life (Schrum et al., 2010)

More recent experiments suggest a very different geochemical scenario leading to the assembly of similar protocell-like structures. The hollow channels within the rocks of the alkaline off-axis hydrothermal vents provide a protected compartmentalized environment where it has been suggested that primitivemetabolic activities might have originated (Martin and Russell 2003). Recent theoretical studies suggested that the strong thermal gradients present in hydrothermal vents, together with the thin channels produced by mineral precipitation, could greatly concentrate small organic molecules such as nucleotides as well as larger nucleic acids from a very dilute external reservoir (Baaske et al. 2007).

Comme tu peux le remarquer, l'hypothèse de Russell est seulement citée, et présentée comme un "scénario très différent" de celui exploré par le labo.

Il y a d'autres papiers de Russell et al., plus récents (2005, 2006 et 2008 respectivement), qui ont également éveillé mon intérêt :

Sites for phosphates and iron-sulfur thiolates in the first membranes : 3 to 6 residue anion-binding motifs (nests)

The onset and early evolution of life

Le papier suivant rassemble, en quelque sorte, le travail des deux autres papiers précédents :

Predicting the conformations of peptides and proteins in early evolution

Ce dernier discute la possibilité de former de manière abiotique des proto-ferrédoxines, des proto-tétrapyrroles (essentielles pour la branche méthanogène de la voie acétyl-CoA), ainsi que des canaux à protons, à potassium et à eau pouvant être incorporés dans la proto-membrane en greigite et en mackinawite (des sulfures de fer) de notre proto-cellule incorporée dans le précipité minéral d'une source hydrothermale de type fumeur blanc. Il indique également que la cystéine serait apparue dans un second temps et qu'elle aurait pu être précédée par des centres actifs composés de métaux soufrés.

Un autre papier, souvent cité dans les papiers de Russell et al., est intéressant pour comprendre quels ont été les premiers codons à apparaître (à savoir GGC et GCC, pour la glycine et l'alanine respectivement) et l'apparition, par ordre chronologique, des autres codons.

En outre, il établi plusieurs étapes, quant à la coévolution entre les séquences de gènes codants pour ces acides aminés/peptides/protéines et la composition/conformation des protéines correspondantes, et il fait évidemment des rapprochements avec les conformations protéiniques et génomiques de procaryotes actuels.

Distinct Stages of Protein Evolution as Suggested by Protein Sequence Analysis

�� lire...

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Je viens de terminer la lecture d'un article de Pratt & Phil, publié en 2010 :

Evolutionary Steps to the Origin of Life on Earth


Ce qui a retenu d'avantage mon attention se trouve à la fin de l'article et est reproduit ci-après :

Fidelity of Information Reproduction and Nucleic Acids

As highlighted by Eigen and Schuster (1977, 1978a, 1978b), the fidelity of reproduction of biochemical information plays a critical role in the emergence and evolution of complex life. The final key breakthrough to life was the discovery of macromolecules which were capable of carrying information but which had regular physical properties that are independent of precise composition and sequence. Benner (2004) has pointed out that it is the polyanionic nature of nucleic acids, together with the similar, but not identical nature of the four basic building blocks that underpins their development as genetic molecules. So how did these molecules become integrated with the evolving autocatalytic networks?

Once sugar phosphate derivatives became available as components of soluble proto-metabolism they, like other molecules, could undergo further chemistry. Phosphate chemistry is useful in channelling sugar chemistry into interesting metabolites (Muller et al., 1990) opening the way to nucleotides (Powner, Gerland and Sutherland, 2009) These derivatives, like other proto-metabolites could undergo dehydrative couple to generate oligomers and functional oligomers could be selected and evolve. Initially the selection would be based on the catalytic capabilities of these molecules (Gesteland, Cech and Atkins, 2006; White, 1976) but then a second property emerged, namely the templated synthesis (Sievers, and Kiedrowski, 1994) that underpins genetic replication mechanisms. For the first time oligomers could be made with reliable sequences. A modified version of the RNA world (Koonin and Martin, 2005) was at hand.

When amino acids linked to these simple oligonucleotides as ester derivatives, they could undergo a new type of templated peptide synthesis which could piggy back on the increased level of sequence control inherent in RNA formation. Thus began the journey to the ribosome (Hsiao et al., 2009). The succeeding journey further illustrates the importance of reproduction fidelity as a key selection pressure in the generation of entities with the complexity of microbial life. The conversion of RNA to DNA to provide more chemically stable oligomers, capable of carrying greater amounts of genetic information, and the development of modified bases in DNA to increase the effectiveness of DNA repair processes all pay testament to Eigen’s key insights into error thresholds and the selection pressure of information.

Il est souvent reproché à la théorie de Russell et al. de ne pas intégrer une explication plausible de l'apparition du code génétique en tandem avec l'explication convaincante de l'apparition du métabolisme que ce modèle du moteur hydrothermal permet d'apporter. Si j'ai bien tout compris, cet article semble y intégrer un modèle d'apparition du code génétique qu'on doit à un papier de Benner publié en 2004.

Quelqu'un aurait-il plus de détails sur les travaux de Benner sur ce point précis ?

Je suis en train de lire le papier de Koonin et Martin (2005) cité dans l'article, afin d'y voir plus clair :

On the origin of genomes and cells within inorganic compartments

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Je suis en train de lire le papier de Koonin et Martin (2005) cité dans l'article, afin d'y voir plus clair :

On the origin of genomes and cells within inorganic compartments

Je vous conseille également la lecture de la référence [84] de l'article de Koonin & Martin (2005), qui est disponible ici :

"A mechanism for the association of amino acids with their codons and the origin of the genetic code" Copley et al. (2005).

Aussi, j'ai trouvé une interview de Michael Russell par Leslie Mullen, pour Astrobiology Magazine, datée du 21 avril 2008 :

The Present is the Key to the Past

Il explique bien à la fin la difficulté de reproduire les conditions d'un fumeur blanc de l'Hadéen en laboratoire :

AM: Can you set up a Miller/Urey-type experiment with those conditions?

MR: We are trying to recreate these submarine hydrothermal conditions at JPL, but it’s extremely difficult. At the time of life’s origin on Earth, the carbon dioxide in the atmosphere was about 10 bars, and this made the ocean carbonic, with the pH of Cocoa Cola. You also need hydrogen, but hydrogen doesn’t dissolve in water that’s near the surface, so in the lab you need 100 atmospheres bearing on the water to get the hydrogen into solution. You don’t want the carbon dioxide and hydrogen fluids invading each other too quickly. Also, the bubbles are rather flimsy affairs, and you need to keep protons on the outside and alkaline solutions on the inside.

Another difficulty is keeping DNA out of the system. This planet is hopelessly compromised by living organisms. The people who try to sterilize space vehicles know how difficult that is. In addition, there wasn’t any oxygen on the early Earth, so we have the problem of oxygen invading the system. So it’s extremely hard to model, but I think it is possible to do it, and I think the Jet Propulsion Laboratory is the right place for that because we have common interests and concerns. [...]

J'ai également lu avec beaucoup d'intérêt un papier de Nick Lane intitulé :

Chance or Necessity? Bioenergetics and the Probability of Life

Il résume d'une façon plus littéraire (autrement dit sans passer par la biochimie) la théorie de Russell et al., la compare avec beaucoup d'autres théories de l'apparition de la vie (pour conclure que celle de Russell est la meilleure et même la seule possible), puis explique longuement (à partir du point 4) pourquoi, même si les conditions nécessaires et suffisantes pour l'apparition de la vie procaryote étaient relativement simples, l'apparition des eucaryotes, et par la même, de la vie "complexe" est extrêmement difficile.

J'espère que ça ne va pas mener à un hors-sujet vers l'exobiologie, mais j'aime assez la conclusion de son article :

6. Conclusion

This bioenergetic perspective provides an insight into the evolution of life, not just on Earth but also elsewhere in the universe. The origin of life is theoretically probable on any wet rocky planet, as the common geological process of serpentinization is predicted to give rise to alkaline vents on a global scale. Alkaline vents provide an ideal incubator for life, meeting all the conditions needed for life to evolve – specifically a thermodynamic driving force, stability, a steady supply of hydrogen, CO2 and reduced nitrogen, the catalysts needed to drive primordial metabolism, a means of concentration in cell-like micropores, and natural proton gradients enabling the evolution of chemiosmotic coupling, the only means of powering free-living chemolithotrophic cells in anaerobic oceans. But even if the origin of prokaryotes is probable on any wet rocky planet, the very fact that prokaryotes necessarily depend on chemiosmotic coupling constrains evolution. Only a rare and stochastic endosymbiosis can free prokaryotes from the energetic constraints of respiring across the plasma membrane. On Earth this was apparently a singular event, and prokaryotes otherwise show little tendency to evolve greater complexity. The same constraints must face life on other planets too, because chemistry, and the principles of thermodynamics and energetics, are universal. The unavoidable conclusion is that the universe should be full of bacteria, but more complex life will be rare – and perhaps surprisingly similar to us. Aliens will have mitochondria too.

Cordialement.

[Geb]

Alors, à quand un effort international de grande envergure pour recréer des fumeurs blancs de l'Hadéen en laboratoire ?

Si j'en juge par ce papier cosigné par Michael Russell, l'effort ne serait malheureusement pas international, mais américain et à vraisemblablement commencé au Joint Propulsion Laboratory (le JPL, actuel employeur de Michael Russell depuis 2006) :

Design, Fabrication, and Test of a Hydrothermal Reactor for Origin-of-Life Experiments (2011)

Malheureusement, seul le résumé (l'abstract) est publiquement disponible :

We describe a continuous high-pressure flow reactor designed to simulate the unforced convective interaction of hydrothermal solutions and ocean waters with submarine crust on early Earth���conditions appropriate to those that may have led to the onset of life. The experimental operating conditions are appropriate for investigating kinetic hydrothermal processes in the early history of any sizable wet, rocky planet. Beyond the description of the fabrication, we report an initial experiment that tested the design and investigated the feasibility of sulfide and silica dissolution in alkaline solution from iron sulfide and basaltic rock, and their possible subsequent transport as HS⁻ and H₂SiO₂⁻⁴ in hot alkaline solutions. Delivery of hydrogen sulfide and dihydrogen silicate ions would have led to the precipitation of ferrous hydroxide, hydroxysilicates, and iron sulfides as integral mineral components of an off-ridge compartmentalized hydrothermal mound in the Hadean. Such a mound could, we contend, have acted as a natural chemical and electrochemical reactor and, ultimately, as the source of all biochemistry on our planet. In the event, we show that an average of ~1 mM/kg of both sulfide and silica were released throughout, though over 10 mM/kg of HS⁻ was recorded for ~100 minutes in the early stages of the experiment. This alkaline effluent from the reactor was injected into a reservoir of a simulacrum of ferrous iron-bearing ���Hadean Ocean��� water in an experiment that demonstrated the capacity of such fluids to generate hydrothermal chimneys and a variety of contiguous inorganic microgeode precipitates bearing disseminations of discrete metal sulfides. Comparable natural composite structures may have acted as hatcheries for emergent life in the Hadean.

Je sais que la recherche est internationale, mondiale même. Mais je trouve agaçant le fait que ce soit un laboratoire américain qui fait office de pionnier dans ces recherches alors que Russell est un géologue britannique. Rien ne bouge en Europe malgré l'importance de ces recherches (les origines de la vie !) et l'utilité que pourrait avoir la mise au point d'un tel "réacteur hydrothermal" également en Europe, pour la recherche fondamentale en biologie...

Cordialement.

[invite875434567890]

J'ai trouvé un article qui me parait intéressant. Il date de 20 ans.... sur le hasard dans les origines de la vie.
>> ici <<

[Geb]

Salut Senide,

Comme tu l'as remarqué, le texte date de 1991. J'apprécie ta participation, mais le texte n'apporte, à mon humble avis, rien de neuf. Il rappelle simplement la découverte par Wächtershäuser (en 1988 il me semble) des propriétés catalytiques des sulfures de fer et de nickel (repris dans la théorie de Russell et al.).

C'est ce sentiment qui me pousse à te demander : qu'est-ce qui t'a paru "intéressant" dans cet article ? En outre, je tiens à préciser quelque chose, qui est un peu hors-sujet...

Je ne sais pas si tu l'as compris comme ça, mais je tiens à dire qu'Antoine Danchin, le généticien interviewé, passe toute l'interview à dire que le terme hasard n'est pas du tout approprié pour expliquer ce qui se passe dans l'apparition de la vie, et dans le fonctionnement des cellules vivantes en général.

Danchin répète sans relâche l'idée que le hasard est une très vieille idée, aujourd'hui (et depuis longtemps) considérée comme erronée, en désaccord avec les modèles actuels (comme celui de Russell et al). Il parle constamment de "contraintes extrêmement strictes", de "tri sélectif très puissant", "très loin du hasard" pour qualifier se qui se passe.

Danchin utilise plus volontiers le terme de "contingence", pour qualifier le fait que certaines familles de réactions et de molécules des systèmes vivants actuels semblent avoir été "piégées dans les premiers choix qu’elles ont faits". Revient ici l'idée de tri sélectif, mais pas de hasard. Il parle de "non-contrainte au début, qui impose des contraintes".

Il considère également le terme "opportunisme moléculaire", dans le cadre de l'évolution moléculaire, pour qualifier le fait que "certaines molécules, qui, apparemment, ont une fonction très bien définie et pour laquelle on a l’impression qu’elles sont admirablement adaptées, vont brutalement être détournées vers quelque chose qui n’a rien à voir et pour quoi, finalement, elles se révéleront aussi bien adaptées".

Il prend l'exemple convergence évolutive de protéines différentes du cristallin des vertébrés, qui finalement remplissent une même fonction. Ce n'est pas du hasard. C'est, d'après les termes d'Antoine Danchin, de la contingence, de l'opportunisme, pas du tout du "hasard".

Cordialement.

[invite875434567890]

C'est un fait, une hypothèse, qui me parait intéressante sur les origines de la vie. La contingence.
C'est un peu comme la loterie. Pour que la vie apparaisse, il a fallu les bonnes combinaisons, et elles sont apparues.
Ce qui me parait être un point important, non mentionné, c'est le facteur temps.
Les briques du vivant étant présentes, arrive un jour ou la bonne combinaison forme le premier polymère de la vie.
Pour en revenir au loto, j'ai très peu de chance de gagner, mais si j'essaye régulièrement, arrive un jour ou je gagne.
Le temps offre la probabilité pour que l'événement vie apparaisse.

[Geb]

C'est un peu comme la loterie.

C'est inexact. C'est justement le contraire que les propos de Danchin favorisent. L'apparition de la vie, ce n'est pas du tout comme la loterie. Je te suggère de relire le texte, ou mon message précédent.

Cordialement.

[invite875434567890]

Je ne suis pas d'accord avec vous, mais cela n'est que mon interprétation. Je distingue deux phases:
La première qui ne tient purement qu'au hasard. La vie apparaît suivant une orientation qui ne doit qu'aux concours de circonstances favorables certes, car tous les éléments propices sont là ainsi que les règles et les lois physiques le permettant. La promiscuité hasardeuse fait que tel scenario voit le jour plutôt qu'un autre. S'en suit ensuite une longue évolution ou entre en ligne la contingence, la vie se veut intelligente par nécessité sinon elle disparait.

[Geb]

Je distingue deux phases [...]

Je tiens à préciser quelque chose. J'ai créé cette discussion pour discuter ici de la théorie du moteur hydrothermal de l'apparition de la vie, de Michael Russell. Je ne compte pas discuter de toutes les hypothèses, si ce n'est pour les confronter à celle du moteur hydrothermal.

Tu as proposé un texte. Je ne souhaite pas me répéter, puisqu'on glisse manifestement dans le hors-sujet, mais ce même texte incite sur des termes comme "contraintes extrêmement strictes", "tri sélectif très puissant", ou encore "très loin du hasard" pour qualifier ce qui se passe.

Ceci étant dit, je ne vois aucune raison de prendre le hasard type "loterie" en exemple. En outre :

Pour en revenir au loto, j'ai très peu de chance de gagner, mais si j'essaye régulièrement, arrive un jour ou je gagne.

Jouer souvent à la loterie n'augmente pas les chances de gagner... à chaque tirage les probabilités sont les mêmes.

Je ne souhaite pas entrer dans ce hors-sujet du rôle du hasard dans l'apparition de la vie. Si tu veux discuter de ça, je te suggère de le faire ici :

http://forums.futura-sciences.com/bi...e-cellule.html

Cordialement.

[noureddine2]

il considère également le terme "opportunisme moléculaire", dans le cadre de l'évolution moléculaire, pour qualifier le fait que "certaines molécules, qui, apparemment, ont une fonction très bien définie et pour laquelle on a l���impression qu���elles sont admirablement adaptées, vont brutalement être détournées vers quelque chose qui n���a rien à voir et pour quoi, finalement, elles se révéleront aussi bien adaptées".

Il prend l'exemple convergence évolutive de protéines différentes du cristallin des vertébrés, qui finalement remplissent une même fonction. Ce n'est pas du hasard. C'est, d'après les termes d'Antoine Danchin, de la contingence, de l'opportunisme, pas du tout du "hasard".

Cordialement.

salut , ce mot :"opportunisme moléculaire" ressemble et donne l'impression à un algorithme .
alors je suppose que l'inerte est régit par des lois physiques et des équations .
et que le vivant est régit en plus par des algorithmes écrits dans l'ADN .
car pour moi je ne vois pas d'opportunisme dans les lois physiques de l'inerte .

[Geb]

Bonjour noureddine2,

Après la loterie, la fameuse "analogie des algorithmes" de noureddine2...

Je suis désolé, mais tes antécédents dans d'autres discussions m'incitent à t'inviter d'emblée à quelque chose. Si tu veux participer à cette discussion, dont le sujet est bien délimité, tu dois d'abord lire et surtout, comprendre, les publications à l'origine de cette discussion :

On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells

On the origin of biochemistry at an alkaline hydrothermal vent

Bonne lecture.

[Jean-GUERIN]

Bonjour Geb, Bonjour à toutes et à tous,

Pour en revenir à la question du message 16, je partage le point de Geb : c'est très frustrant que l'Europe en général et la France en particulier soient absentes du démarrage de cette approche. elle sera certainement fructueuse, même si les résultats obtenus finalement diffèrent très nettement de ceux attendus aujourd'hui.

Je suis convaincu que les recherches en biologie fondamentale et en biotechnologies - particulièrement marines - sont une des clés de notre avenir à moyen et long terme. Or, en France, on a du mal à se lancer dans cette voie, si j'en juge par les difficultés de ceux qui essaient de faire quelque chose dans ce secteur. En outre, les besoins en financement sont énormes dans ces disciplines pour "faire quelque chose", ce qui nécessite de fait un financement public ou par quelque(s) très riche(s) mécène(s) très convaincu(s).

Amitiés, merci Geb pour ce "fil" très intéressant ... et avec mes excuses pour le côté un peu "HS" de mon propos.

Jean

[Geb]

Bonjour,

Pour en revenir à la question du message 16, je partage le point de Geb : c'est très frustrant que l'Europe en général et la France en particulier soient absentes du démarrage de cette approche. elle sera certainement fructueuse, même si les résultats obtenus finalement diffèrent très nettement de ceux attendus aujourd'hui.

En fait, de ce que j'en connais, l'Europe à simplement d'autres centres d'intérêt. L'Union Européenne est par exemple sur le point de financer le Human Brain Project à hauteur de ~60 millions d'euros par an sur dix ans, si je me souviens bien. Comme ça, de prime abord, le choix de l'UE est logique : les retombées économiques et technologiques sont a priori plus importantes...

Mais ce qui me désole le plus, c'est surtout la "fuite des cerveaux" (en l'occurrence, celui de Michael Russell ) et ensuite le prestige qu'apporterait la mise au point d'une "source de vie" artificielle en laboratoire. Russell a mis 15 ans pour intéresser les biologistes moléculaires intéresser par l'apparition de la vie à sa théorie. De plus, Russell étant britannique et ayant d'abord travaillé à l'Université de Glasgow, pour moi, c'est clairement une occasion manquée pour l'Europe ! Je dirais même près d'un quart de siècle d'occasions manquées (depuis 1988)... Bien sûr, ceci étant de la recherche fondamentale, on ne sait pas si ça fonctionnera comme prévu. Mais étant donné l'enjeu...

Cordialement.

[Geb]

Pour en revenir à l'origine hydrothermale de la vie, j'aimerais préciser quelque chose. Je voudrais ajouter à ma liste de conférences intéressantes, toutes les conférences du géologue Hervé Martin, disponibles sur Dailymotion et ailleurs. La plus récente d'entre elles (février 2012) :

L'hadéen : les tous premiers âges de la Terre

En outre, les conférences de H. Martin sont très didactiques et très agréables à regarder (à ceci près qu'il utilise constamment le terme français "évidence" dans le sens anglo-saxon de "preuve/indice" ). Les conférenciers francophones aussi doués sont rares, mais Nikos Prantzos à aussi, à mon avis, le même talent.

Ce qui m'intéresse vraiment beaucoup dans ces conférences, c'est qu'elles expliquent un peu le contexte planétaire dans lequel la vie est apparue. Elles répondent à la question : "�� quoi ressemblait la Terre il y a ~4 milliards d'années ?"

Moins agréable à regarder, mais tout aussi intéressante, il y a aussi la conférence de la géologue sud-africaine Frances Westall, à propos de laquelle j'avais déjà parlé au message #6 de cette discussion :

La recherche des origines de la vie

De 7:09 à 9:00, elle dit quelque chose d'intéressant :

[…] Si on veut penser à la Terre primitive, c'était une Terre très différente, comme je l'ai dit. Pas avec les continents, des grands continents comme aujourd'hui, mais des toutes petites terres qui étaient sorties de l'eau : les pics des volcans par exemple. C'était une Terre sans "vert", parce qu'il n'y avait pas les plantes. Il n'y avait pas d'oxygène. L'atmosphère était plutôt riche en CO2, avec quelques autres gaz. C'était une Terre où les terres étaient noires. […] La terre ressemblait à ces laves noires. C'était une Terre avec un ciel gris, plein de poussières volcaniques, plein de poussières à cause des impacts des météorites (des comètes, des astéroïdes). […] les terres étaient pleines de sources hydrothermales, de volcanisme. C'était une Terre beaucoup, beaucoup plus chaude. Pour vous donner une idée : à 3,5 milliards d'années, on a fait des analyses qui démontrent que la température de l'océan était beaucoup plus élevée que 50°C, c'était entre 70°C et 80°C. ��a c'était la température ambiante de l'eau de mer ; très chaude. Les sables étaient noires. Mais c'est sur cette Terre que la vie est apparue et sur les restes de cette Terre que nous avons les premières traces de vie. […]

J'ai trouvé aussi d'autres infos intéressantes. Une liste de 25 questions-réponses datant de 1998 et posées à Michael J. Russell et Allan J. Hall sur et autour de la théorie :

Origin of Life Resesarch

Une explication du modèle de l'origine de la vie de Russell et al. pour les non-spécialistes, écrite en janvier 2000 et basée sur une de ces publications datant de 1997 :

The Origin of Life research project

Une vue d'ensemble également vulgarisée de ce papier de 1997 :

The emergence of life from iron sulphide compartments

Le papier original (en pdf) :

The emergence of life from iron sulphide compartments at a submarine hydrothermal redox and pH front

Ce dernier date un peu et je conseille toujours aux courageux d'entre vous de lire les papiers plus récents (et à mon avis plus intéressants) de 2003 et 2007. Mais puisque celui de 1997 a été "vulgarisé"...

Je n'ai pu m'empêcher de remarquer que dans la sphère francophone, Michael Russell est un pur inconnu. Sa théorie n'a à ma connaissance jamais fait l'objet d'une vulgarisation sur un site francophone à vocation scientifique. Dois-je mettre ça sur ma liste de Noël destinée, non pas au Père Noël, mais aux rédacteurs de Futura-sciences ?

Cordialement.

[Geb]

Je viens de lire quelques infos supplémentaires sur les travaux de Michael Russell et son équipe au Jet Propulsion Laboratory :

Hydrothermal Labs

Overview

The hydrothermal labs are given to experiments testing the JPL origin of life theory under the auspices of Dr. Isik Kanik. A continuous high-pressure flow reactor has been designed at JPL to simulate the interaction of hydrothermal solutions and ocean waters with submarine crust on the early Earth -- conditions appropriate to those that probably obtained at the onset of life. The experimental operating conditions are appropriate for investigating kinetic hydrothermal processes in the early history of any sizable wet rocky planet. It tests the feasibility of dissolution of particular molecules and their transport toward a hydrothermal mound. The effluent from the reactor is injected into a reservoir of a simulacrum of the 4 billion year old 'Hadean Ocean' water in experiments that demonstrated the capacity of such fluids to generate hydrothermal chimneys and a variety of compartments precipitates bearing metal sulfides catalysts. Comparable natural composite structures may have acted as hatcheries for emergent life on any wet, rocky world, and as such informs on the likelihood of other worlds hosting life.

Ongoing Research Projects

Primary Tasks:

1. generation of hydrothermal fluids deduced to reproduce the chemistry of those exhaling beneath the ocean over 4 billion years ago,
2. production of precipitate mounds and membranes with morphologies and properties comparable to those obtaining at the origin of life.,
3. analyses by environmental scanning electron microscopy (ESEM), energy dispersive X-ray spectrometry (EDS), X-ray diffraction, XRD, Raman Spectrometry, iCAP 6300a inductively coupled plasma optical emission spectrometer (ICP-OES) and Varian 7000 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR).

Un cours article de Michael Russell écrit le 2 novembre 2010 pour le Astrobiology Institute de la NASA (NAI) :

Metals, Sulfide and Phosphate Bring Wet Rocky Worlds to Life

The structures of wet/icy rocky worlds are comparable to that of autotrophic prokaryotes��� reduced inside and somewhat oxidized outside. Apart from water, the exterior of rocky bodies initially comprise CO2>>N2>SO42->NO3-. Interactions within the top few kilometers partially reduces these entities to H2>CH4>H2S/HS->NH3 in a hundred years or so. Reduction is facilitated as transition metals are oxidized, but their re-reduction is tardy. Autotrophs quicken the reduction of electron acceptors more than a billion fold. We can think of the first autotrophic metabolizing systems hydrothermally bubbling off from the crustal surface of such worlds. Certain d-block elements partly comprise the walls of the inorganic bubbles, commonly in the form of sulfide. Here they are presented to both electron acceptors and hydrogen such that they can be readily oxidized and then re-reduced. Thus the same redox reactions are now focused over a few microns rather than a few kilometers��� the electron carrier H2 is fed by a hydrothermal spring to the interior of the expanding and reproducing bubbles, while the electron acceptors bathe the exteriors. Being the dominant soluble acceptor, CO2 is reduced to carboxylic acids, which in turn are aminated to amino acids. A proton gradient from outside to inside helps in the initial stages of the reduction of CO2 and drives pyrophosphate formation (catalyzed by Mg2+) in the bubble walls. The pyrophosphate drives the condensation of amino acids to produce short peptides that then sequester the phosphates and the ready-made transition metal sulfide clusters, to produce proto-phosphatase and proto-metalloezymes respectively.

Le résumé d'un article écrit par Russell à l'occasion du premier Workshop (qui a eu lieu du 1er au 3 mars 2011 en Espagne) du groupe "Thermodynamics Disequilibrium and Evolution" du NAI dont Russell fait partie :

On the Emergence of Life through ���Negative��� Entropy Trapping

Microbes both at the bottom of the evolutionary tree and the base of the food chain hydrogenate carbon dioxide. Four billion years ago our water-world could do the same (as it does still)���abiotically generating methane like an inorganic methanogen, though not nearly so quickly. More rapid reduction appears to be life���s raison d���être. So how did life begin? We can think of life���s emergence as being, in part, enabled by a series of selforganizing ���negative��� entropy traps with serpentinization the first ���demon���, transferring energy from the mafic crust to open-system convecting ocean water in the form of heat, hydrogen, methane, ammonia as well as hydroxyl and sulfide ions (Martin et al., 2008, Nature Rev Microbiol, 6, 806). The initial trap would be set across the inorganic membrane, formed spontaneously at the site of exhalation of the reduced alkaline fluid now differentiated and separated from its mother liquor���the acidulous, phosphate- and ferrous iron-bearing carbonic ocean (Nitschke and Russell, 2010, J. Cosmol, 10, 3200; Simoncini et al. J. Cosmol, 10, 3325). Inorganic transition metal sulfides could act as precursor catalysts to hydrogenase, nitric oxide reductase, carbon monoxide dehydrogenase and acetyl coenzyme-A synthase, while phosphate could be polymerized to pyrophosphate by protons streaming through the spontaneously precipitated inorganic membrane, in turn condensing and polymerizing the first organic products of hydrogenation and amination. Resulting highly flexible uncoded and heterochiral peptides could locally also lower entropy by sequestering inorganic sulfide and phosphate clusters, thereby improving and tuning their catalytic and energy-storage propensities. Thus, such a system would already be capable of evolution through the survival of those peptides that nested or otherwise interacted with the inorganic entities within the compartments (Milner-White and Russell, 2010, J. Cosmol, 10, 3217; Kurland, 2010, Bioessays 32, 866). Products not taking part in further interactions would tend to be entrained in the slowly diffusing effluent and be lost to the system. In further conceptual steps Dieter Braun and collaborators (e.g., Baaske et al., 2007 PNAS, 104, 9346) have demonstrated how convectively-driven polymerase chain reactions whereby DNA molecules that are replicated, albeit with the involvement of taq polymerase, are concentrated against entropy in ���cold traps��� within inorganic compartments through thermal diffusion driven by thermal gradients acting across the margins of a hydrothermal mound. We know entropy traps are also required for the onset of the RNA world. For example, Sievers et al. (2004, PNAS, 101, 7897) show that the peptide bonding rapidly effected in the ribosome is mainly a result of juxtaposing the substrates���perhaps aided
by an unfolded peptide���to the partial exclusion water (and see Hsiao et al., 2009, Nucl Acids Res, 37, 3134; Wallin and ��qvist, 2010, PNAS, 107, 1888).

Cordialement.

[JPL]

The hydrothermal labs are given to experiments testing the JPL origin of life theory

Non je n'ai aucune théorie privilégiée à défendre !

Promis je ne recommencerai plus.

[Geb]

Bonsoir JPL,

Non je n'ai aucune théorie privilégiée à défendre !

Bon ok, je t'ai tendu la perche... Pour ce qui est de la défense, d'autres ont commencé sans nous.

J'ai adoré ce petit tableau d'un papier de Nick Lane :

Comparison of models for the origin of life

La publication est ici :

Chance or Necessity? Bioenergetics and the Probability of Life

Vous l'aurez compris, Nick Lane est un fervent partisan de l'hypothèse de Russell et al. Il y a aussi le site internet de Nick Lane, avec de nombreuses publications scientifiques et articles de vulgarisation qui intéressent cette discussion :

Nick Lane - Publications

Et je t'en prie, recommence. J'ai parfois l'impression d'être "seul sur mon blog" dans cette discussion.

Cordialement.

[Geb]

Dans le tableau de Nick Lane, il est intéressant de noter les 15 paramètres différents qu'il prend en compte :

1) Thermodynamic driving force,
2) Geological evidence,
3) Stability/Duration,
4) Continuous supply of precursors,
5) Experimental support for abiotic chemistry,
6) Congruence of abiotic chemistry to biochemistry,
7) Catalysis (pre RNA),
8) Congruence of catalysts to biochemical pathways,
9) Source of energy,
10) Congruence of energy to living systems today,
11) Integrity/cell structures,
12) Concentration,
13) Replication,
14) Relevance of replicator to biological inheritance,
15) Group selection for traits other than selection speed.

Même pris isolément, tous ces paramètres sont autant d'arguments en faveur de l'hypothèse de Russell et al., lorsqu'ils sont ainsi comparés aux autres théories.

Il existe un papier disponible gratuitement, cosigné par Michael J. Russell et qui est entièrement consacré au douzième paramètre, que les créationnistes se plaisent à appeler le "paradoxe de la concentration" :

Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems

Pour résumer rapidement les choses, je vous propose une partie du texte de la "figure 2" :

The accumulation increases exponentially with the size of the molecule. Whereas single nucleotides are accumulated 7-fold in a short cleft of aspect ratio 10:1, double-stranded DNA comprising 1,000 base pairs accumulates 10¹⁵-fold. The equilibration takes 9 min for single nucleotides and 14 min for single stranded RNA comprising 22 bases. For DNA polynucleotides of 100 and 1,000 bp it takes 18 or 33 min, respectively. (b) Elongation of the cleft exponentially increases the accumulation. For example, the accumulation of single nucleotides is raised to a 10¹⁰-fold level in a pore with an aspect ratio of 125:1. A linear concentration scale is used in both plots, scaled to the respective maximal concentration. The time to reach steady state is 9 min for r = 10, 4 h for r = 50 and 23 h for r = 125.

Un peu plus loin dans le texte :

Notably, all these times are extremely short compared with the lifetime of a typical vent chimney, or even the Lost City vent system, which operates at least for 30,000 years (20, 28).

On voit que d'après les simulations, plus les molécules organiques sont complexes, plus les concentrations (et donc la probabilité des réactions) permises par le système augmentent (de façon exponentielle). En outre, tout cela est extrêmement rapide : quelques minutes à quelques dizaines d'heures tout au plus.

Quand je pense qu'il y en a encore qui évoquent le hasard type loterie dans ce contexte... Malgré tout le respect que j'éprouve pour son auteur, le livre Le Hasard et la Nécessité de Jacques Monod, publié en 1970, a manifestement fait beaucoup de mal. Pas étonnant que ce bouquin soit régulièrement cité par les créationnistes.

�� la décharge de son auteur, les sources hydrothermales ont été découvertes en 1977 (7 ans après la publication de l'ouvrage). Le premier à s'intéresser à ces dernières dans le cadre de l'origine de la vie fut John B. Corliss en 1981. Avec ses collègues John Baross et Sarah Hoffman, il publie cette année-là un célèbre papier intitulé : "An Hypothesis Concerning the Relationship Between Submarine Hot Springs and the Origin of Life on Earth".

C'est en 1983 que Michael Russell et ses collègues Boyce et Coleman rapportent la découverte d'une source hydrothermale alcaline fossile, âgée de ~360 millions d'années. Voir le papier correspondant, publié dans Nature :

Formation of fossil hydrothermal chimneys and mounds from Silvermines, Ireland

C'est de cette découverte fortuite que Russell doit son travail à propos des origines de la vie. La première source alcaline non-fossile (baptisée "Lost City") ne sera découverte qu'en décembre 2000.

Pour les autres sources du même genre, voir un papier plus récent (novembre 2008), toujours de Russell et al. (notamment co-écrit avec John Baross) :

Hydrothermal vents and the origin of life

On y retrouve (en page 3) l'estimation de la durée de vie des évents alcalins :

Mixing of warm, high-pH fluids with sea-water results in carbonate precipitation and the growth of chimneys that tower up to 60 metres above the surrounding seafloor. ¹⁴C radioisotopic dating indicates that hydrothermal activity has been ongoing for at least 30,000 years¹⁹, whereas recent uranium–thorium dating indicates that venting has been active for ~100,000 years²⁵.

Cordialement.
-----

[Geb]

Cette question de la durée de vie relativement courte (30000 à 100000 ans) des évents hydrothermaux basiques de la théorie de Russell me pousse à faire un parallèle avec la période durant laquelle la vie aurait pu (dû ?) apparaître. Déjà en 1998, Michael Russell et Allan Hall avait une idée relativement claire sur la question :

17. How long after the Earth formed did life begin?

Perhaps about 300 Myr. First the magma ocean enveloping the Earth had to have solidified and the aqueous ocean condensed and cooled before metabolism would onset. Because medium enthalpy hydrothermal convection operates in the crust at 200° to 250°C, we consider that the acidic ocean had to have cooled to ~100°C to give the thermal contrast required for steady hydrothermal convection systems of this kind to ensue. Currents of ocean water at this temperature would have cooled the sulfide mound deposited over the seepage site to between about 120° to 150°C. Thus we surmise that protometabolism would have 'kicked in' somewhere within this temperature range. This corresponds to the temperature window deduced by Shock and his coworkers (1998) for a "geochemical metabolism" to ensue. The Hadean ocean probably reached this temperature about 4.3 to 4.2 Ga. Once life had emerged, colonised other deep ocean vents and followed the descending redox fronts in convective down-draw zones, it was unlikely to have been extinguished, even by the giant impactors assumed to have assailed the Earth for the next 400 million years.

En prenant l'âge de la Terre comme étant de 4600 millions d'années, Michael Russell et Allan Hall estiment que la vie aurait pu apparaître dès que les conditions étaient réunies, c'est-à-dire il y a entre 4,3 et 4,2 milliards d'années, soit 300 à 400 millions d'années après la formation de la Terre. Ceux qui ont pris le temps de regarder la conférence de Hervé Martin sauront que durant ~150 millions d'années, la Terre fut recouverte d'un océan de magma, comme Russell et Hall le mentionnent.

Aussi, Russell et Hall ne considèrent pas que le Late Heavy Bombardment ait pu stériliser la Terre au point de provoquer l'extinction totale de la vie née au niveau des sources hydrothermales au fond des océans.

20. Would the life-producing mechanism have been commonplace on the early Earth?

Yes. At least in the initial stages. All life appears to have evolved from a common ancestor, named the "progenote". So all life on the Earth appears to be related genetically. Either there was a unique event en route to self-replicating reproducing and evolving DNA-based unicellular life, or there was a process whereby one "strain" of life survived at the expense of others at an early stage in evolution. One way of achieving this, rather than by "survival of the fittest" is by mixing of the gene pool, i.e. by cells exchanging strands of DNA. Some bacteria can do this. The chemistry of the ocean and atmosphere could well have changed rapidly, within hundreds of millions of years, so the opportunity for life to emerge was relatively short in the history of the Earth (4,600 million years old).

"[...] so the opportunity for life to emerge was relatively short in the history of the Earth". Cette idée que la fenêtre d'opportunité était finalement relativement courte (et remonte à très peu de temps après la formation de la Terre), est étudiée avec un peu plus de détails dans un papier qui à fait l'objet d'une "Actu" sur Futura-sciences, qui remonte à fin septembre 2011 :

La vie est peut-être née dans la serpentinite des fumeurs blancs

Il mentionne l'article (disponible gratuitement) duquel l'Actu est tirée (Sleep et al.) :

Serpentinite and the dawn of life

Cordialement.

[Geb]

Peut-être avez-vous entendu parlé de la théorie récente "concurrente" de Armen Y. Mulkidjanian. Le lien vers l'article original (le pdf est gratuit) :

Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields

Le débat entre les chercheurs partisans de la théorie de Russell et les co-auteurs de la théorie de Mulkidjanian et al. a fait l'objet d'un article dans Nature :

Debate bubbles over the origin of life

En tout cas, Nick Lane, dont nous avons déjà parlé, est plutôt sceptique sur cette nouvelle hypothèse :

Nick Lane, a biochemist at University College London, UK, points out that the geothermal-pool hypothesis is problematic both biologically and geologically. ���There was almost certainly very little land 4 billion years ago and terrestrial systems would have been unstable, short-lived, and severely limited in distribution,��� Lane says. Such conditions would have made it difficult for early life to gain a foothold, he says.

Lane also notes that the study has a significant conceptual flaw. ���To suggest that the ionic composition of primordial cells should reflect the composition of the oceans is to suggest that cells are in equilibrium with their medium, which is close to saying that they are not alive,��� Lane notes. ���Cells require dynamic disequilibrium ��� that is what being alive is all about.���

Jack Szostak, dont on a également parlé au début de cette discussion est également sceptique :

Molecular biologist Jack Szostak of Harvard Medical School in Cambridge, Massachusetts, says that ���geothermal active areas provide numerous advantages��� and are a plausible staging area for the origin of life, but points out that we can���t be sure that the chemistry of modern cells reflects the chemical conditions in which the first cells emerged. He disputes Mulkidjanian's claim that the high potassium-to-sodium ratio in modern cells is a sign of deep history, saying that instead, ���it could still be that cells evolved the ability to generate and maintain a high potassium-to-sodium ratio in their cytoplasm for functional reasons, independent of the nature of their initial or early environment.���

Cela dit, parmi les co-auteurs du papier de Mulkidjanian et al. se trouve également Eugene Koonin, en ex-partisan de la théorie de Russell et al. qui a écrit plusieurs papiers avec William Martin.

Cordialement.

[Geb]

J'ai trouvé un article paru dans Nature Reviews – Microbiology, daté de juillet 2012 :

The early evolution of lipid membranes and the three domains of life

En page 2 :

[…] hydrothermal systems are largely transient in nature, with timescales ranging between 1 and 10,000 years for complete hydrothermal fields and typically of less than 100 years for the individual chimneys. As mineral-bounded cells would not have had the capacity to move between different chimneys, the whole evolutionary pathway between the origin of life and the emergence of complex archaeal and bacterial cells would have to have occurred in the same unique hydrothermal chimney at a surprising speed. […]

Typiquement moins de 100 ans... Ce qui est cohérent (tout comme la durée de vie des systèmes hydrothermaux de 1000 à 10000 ans) avec les durées de vie dans les conditions actuelles. En lisant cela, je me suis tout de même demandé si la durée de vie des cheminées hydrothermales n'aurait pas pu être supérieure à l'Hadéen.

Donc, j'ai regardé à nouveau une conférence d'Hervé Martin, datée du lundi 24 septembre 2007 :

L'environnement de la Terre primitive

Cette conférence a eu lieu à Propiano (en Corse) à l'occasion de l'évènement ExoBio' 07. Toutes les conférences sont disponibles ici :

Vidéos intervenants – Exobiologie 2007 – Propiano

Certaines de ces interventions présentent un intérêt particulier pour cette discussion. J'y reviendrai ultérieurement.

Pour en revenir à la conférence d'Hervé Martin, je retranscris ici le discours d'Hervé Martin, de 16:42 à 19:50 :

[…] Je vais essayer maintenant de dire quelques mots sur la façon dont on imagine le mode de fonctionnement de la Terre et en particulier la tectonique des plaques à l'Archéen. Aujourd'hui, l'essentiel de la chaleur interne est évacuée au niveau des rides océaniques, essentiellement par l'hydrothermalisme et le magmatisme. Si on regarde ce diagramme, qui donne la production de chaleur terrestre en fonction du temps (ramenée à 1 pour aujourd'hui), on s'aperçoit par exemple qu'à 4 milliards d'années la production de chaleur devait être de l'ordre de 4 fois supérieure à la production de chaleur actuelle (donc, une Terre beaucoup plus chaude). Cette chaleur a été évacuée. Sinon, si elle avait été exploitée, la Terre aurait fondu. Hors, à part l'épisode d'océan magmatique, qui est extrêmement précoce dans l'histoire de la planète, on a pas "d'évidence" de fusion généralisée de la planète, donc, cette chaleur a été évacuée. Ce qui veut dire qu'on devait avoir des systèmes de rides beaucoup plus efficaces : plus rapides et probablement une plus grande longueur de ride. Si maintenant on considère que la surface de la Terre est constante, si vous augmentez la longueur de ride, vous allez nécessairement diminuer la taille des plaques. Et donc, ce que l'on imagine c'est qu'aujourd'hui on a des plaques dont la dimension caractéristique c'est quelques milliers de kilomètres, et bien à l'Archéen, avec une plus grande longueur de rides, on va avoir des plaques qui vont être beaucoup plus petites. Donc, on avait probablement une tectonique des plaques mais avec des plaques qui étaient beaucoup plus petites que des plaques actuelles. Alors, pour ça il y a un truc qui est assez marrant, c'est d'aller regarder ce qui se passe aujourd'hui sur Terre dans le bassin Nord-Fidjien. Donc, vous avez ici le bassin Nord-Fidjien, ici : donc avec Vanuatu, les Fidji, la Nouvelle-Calédonie, etc... Donc pourquoi aller regarder là-bas ? Et bien c'est l'endroit aujourd'hui sur la planète où le flux de chaleur est le plus important. Et on atteint, je ne sais plus... de l'ordre de 250 mW par m² ici. Donc, c'est l'endroit, aujourd'hui, sur la planète, où la planète évacue le plus de chaleur. Et bien qu'est-ce que l'on voit là, on voit que on a des rides (les rides sont représentées ici en rouge), que l'on a une longueur de ride anormalement importante, à ce niveau-là. Je crois que c'est de l'ordre de vingt fois plus (si on reporte la longueur de ride à l'unité de surface c'est 20 fois que dans le reste de la plaque Pacifique). Et surtout, on voit qu'à cet endroit-là où la Terre évacue beaucoup de chaleur, et bien cette grande longueur de ride fabrique plein de microplaques (ici). Donc, on a aujourd'hui un analogue actuel : là où la Terre évacue beaucoup de chaleur, et bien elle l'évacue comment ? En augmentant la longueur de ride et en faisant plein de microplaques. Alors, autre chose, qui est lié à ça, c'est que si on a une longueur de rides qui est beaucoup plus importante, et bien les rides actuellement, c'est des zones qui sont en général qui sont, en général, très fracturées. Dans ces fractures l'eau de mer peut pénétrer et on a des circulations d'eau qui sont très importantes et on a un hydrothermalisme qui est très important. Et donc, si on avait à l'Archéen une longueur de rides plus importante, l'hydrothermalisme aussi devait être beaucoup plus important. Et c'est un peu ce qu'on voit avec les ceintures de roches vertes avec ces cherts qui sont très abondants […]

J'en déduis que les systèmes hydrothermaux étaient bien différents il y a 4 milliards d'années.

Cordialement.

[Geb]

Je viens de trouver un article récent :

The RNA world hypothesis: the worst theory of the early evolution of life (except for all the others)

Extrait intéressant :

Due perhaps to the molecular complexity of nucleic acids, metabolism-first models (as opposed to replication-first models such as the RNA world hypothesis) highlight the importance of the initial generation of small molecules through chemical or metabolic cycles. Establishment of a plausible energy source is a critical aspect of these models, some of which propose that life arose in the vicinity of hot alkaline (pH 9���11) under-sea hydrothermal vents, with energy provided by pH and temperature gradients between the vent and the cooler, more acidic ocean [23-26]. In some ways, metabolism-first models appear not to conflict with the RNA world hypothesis, as they potentially offer a solution to the difficulty of ribonucleotide and RNA synthesis. A large point of difference, however, comes with the claim that such nucleic acid-free systems are capable of Darwinian evolution. Addressing this claim, Vasa et al. [27] have reported a lack of evolvability in such systems, while Benner and colleagues have noted the lack of experimental support from specific chemical models [14]. A more recent paper by Vasa et al. [28], while seemingly contradicting their earlier paper, uses a computational modeling approach without reference to a real-world chemical system (something noted by two of the reviewers in their published reviews).

Je mets les références de l'article ci-après :

[23] Russell MJ, Hall AJ: The emergence of life from iron monosulphide bubbles at a
submarine hydrothermal redox and pH front. J Geol Soc London 1997, 154:377���402.

[24] Martin W, Russell MJ: On the origin of biochemistry at an alkaline hydrothermal
vent. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 2007, 362:1887���1925.

[25] Martin W, Baross J, Kelley D, Russell MJ: Hydrothermal vents and the origin of life.
Nat Rev Microbiol 2008, 6:805���814.

[26] Sleep NH, Bird DK, Pope EC: Serpentinite and the dawn of life. Philos Trans R Soc
Lond B Biol Sci 2011, 366:2857���2869.

[27] Vasas V, Szathmáry E, Santos M: Lack of evolvability in self-sustaining autocatalytic
networks constraints metabolism-first scenarios for the origin of life. Proc Natl Acad Sci
USA 2010, 107:1470���1475.

[28] Vasas V, Fernando C, Santos M, Kauffman S, Szathmáry E: Evolution before genes.
Biol Direct 2012, 7:1.

[14] Benner SA, Kim HJ, Carrigan MA: Asphalt, water, and the prebiotic synthesis of ribose, ribonucleosides, and RNA. Acc Chem Res 2012,  : ���. Epub ahead of print].

Les trois dernières références (14, 27 et 28) sont évidemment les plus intéressantes, puisqu'elles n'ont pas encore été abordées dans cette discussion et surtout, car elles vont à l'encontre de la théorie de Russell et al. (du moins en apparence).

La référence 27 aurait apparemment mis en évidence une absence d'évolutivité. La référence 28, des mêmes auteurs (à l'exception de Kauffman et Fernando) semble en accord avec la théorie de Russell, mais on lui reproche l'usage d'un modèle informatique qui pourrait apparemment ne pas être réaliste. Quant à la référence 14, elle reproche aux modèles "métabolisme d'abord" desquels la théorie de Russell et al. fait partie, le manque de données expérimentales pour certains des modèles chimiques supputés (notamment concernant la synthèse d'ARN).

Cordialement.

[Geb]

Voici quelques articles de vulgarisation de Nick Lane :

The cradle of life

Life: Inevitable or fluke?

Dans l'article "Cradle of life" (berceau de la vie), Nick Lane suggère que l'hypothèse de Russell n'a été prise au sérieux que depuis qu'il a éveillé l'intérêt d'un biologiste du nom de William Martin, en 2002.

Then, around 2002, Martin came across the work of Russell. Until that time, Russell had been a lone voice. His geochemical ideas about the origin of life didn���t go down well with the molecular biologists who dominated the field. From the early 1990s, Russell had been exploring the possibilities of a very particular kind of hydrothermal vent, called an alkaline vent, at the time known only from remnants found in ancient rocks.

En effet, c'est à cette date qu'ils ont publiés ensemble l'article qui suit, fruit d'une première collaboration : On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells.

La presse scientifique anglo-saxonne semble corroborer les dires de Nick Lane. Par exemple, Science Daily titre le 4 décembre 2002, à la sortie de l'article de Martin & Russell :

Revolutionary New Theory For Origins Of Life On Earth

Ce qui n'est pas surprenant, étant donné que les tenants de cette théorie (Russell et Martin en tête) ont fait des déclarations plutôt révolutionnaires (c'est le mot !) à l'époque, du style :

Life, they say, is a chemical consequence of convection currents through the earth's crust and in principle, this could happen on any wet, rocky planet.

Hors, à la fin de cet article de ScienceDaily, on peut lire :

The research by Professor Martin and Dr Russell is backed up by another paper The redox protein construction kit: pre-last universal common+ ancestor evolution of energy-conserving enzymes by F. Baymann, E. Lebrun, M. Brugna, B. Schoepp-Cothenet, M.-T. Giudici-Orticoni & W. Nitschke which will be published in the same edition.

Voir ici :

The redox protein construction kit: pre-last universal common ancestor evolution of energy-conserving enzymes.

Il y a un autre article sympathique sur ScienceDaily, toujours à propos de la théorie de Russell et al. :

New Research Rejects 80-Year Theory of 'Primordial Soup' as the Origin of Life

Bonne lecture.

[LXR]

Ta démarche est toute à ton honneur, mais cette discussion est devenu un monologue. Vu que nous sommes à la rubrique "débats scientifiques", on est d'une certaine façon hors-sujet. Si tu arrivais à faire une sorte de synthèse de ces informations pour que les origines de la vie puissent être véritablement discutée à la lumière de ces publications, cela serait appréciable.

[Alhec]

Il faut dire que le sujet est complexe et peu (voir pas) enseigné, même en fac de bio... En tout cas c'est super comme travail documentaire. J'ai commencé à lire certaines choses. Merci beaucoup.

Tiens je me disais, dans certains forums, on a des topics épinglés du style "le big-bang"... Pourquoi ne pas épingler celui-ci dans la section biologie (après éventuellement relecture par un spécialiste)? Il me semble que ce serait sympa pour Geb.

[Geb]

Ta démarche est toute à ton honneur, mais cette discussion est devenu un monologue.

Merci pour ton soutien LXR. J'aurai même été plus pessimiste que toi, en disant que cette discussion n'est pas "devenue" mais n'a, à mon grand désarroi, jamais été une discussion.

Vu que nous sommes à la rubrique "débats scientifiques", on est d'une certaine façon hors-sujet.

J'en conviens et encore une fois, ça me désole. Cela dit, comme je l'ai dit au moins une fois, et comme le confirme Alhec, c'est un sujet très complexe, ce qui pourrait expliquer pourquoi les membres du forum semblent "déserter" cette discussion.

Donc, il est vrai que j'ai tendance à concevoir bien malgré moi cette discussion comme un blog où je poste des publications que j'ai lu sur le sujet, en attendant qu'un spécialiste ou que quelqu'un d'aussi passionné que moi daigne lire ces publications, afin que nous en débattions.

Même en étant spécialiste, cela demande du temps rien qu'en lecture. Donc je comprends le désintérêt relatif pour les longues publications de Russell et des autres.

Si tu arrivais à faire une sorte de synthèse de ces informations pour que les origines de la vie puissent être véritablement discutée à la lumière de ces publications, cela serait appréciable.

En fait, n'étant pas spécialiste moi-même, bien que véritablement passionné par ce nouveau modèle de Russell, c'est peut-être moi qui aurait besoin de l'aide d'un spécialiste pour vulgariser le modèle de Russell et de ses collègues.

�� vrai dire je ne sais plus trop comment faire. Au-delà de ça, si tu considères que ce sujet n'a pas (plus) sa place dans le forum "Débats scientifiques", je ne vois aucune objection, je dirais même que je serais enclin à ce qu'il soit au moins déplacé (à défaut d'être épinglé) dans le forum "Biologie".

Cordialement.

[LXR]

Cette discussion ne motivant pas le débat scientifique, elle a plus sa place en biologie où elle fait l'état des lieux des connaissances sur le modèle d'apparition de la vie de Russell.

Discussion déplacée en biologie.

LXR pour la modération

[Geb]

Hors, à la fin de cet article de ScienceDaily, on peut lire :

The research by Professor Martin and Dr Russell is backed up by another paper The redox protein construction kit: pre-last universal common+ ancestor evolution of energy-conserving enzymes by F. Baymann, E. Lebrun, M. Brugna, B. Schoepp-Cothenet, M.-T. Giudici-Orticoni & W. Nitschke which will be published in the same edition.

Voir ici :

The redox protein construction kit: pre-last universal common ancestor evolution of energy-conserving enzymes

La publication de Baymann et al. susmentionnée émane du laboratoire français de bioénergétique et ingénierie des protéines de l'institut de biologie structurale et microbiologie de Marseille, dont le site internet est ici :

BIP : Bioénergetique et Ingénierie des Protéines

Dans la liste des publications récentes, on remarque que le laboratoire mentionne à 4 reprises une collaboration de Michael Russell (particulièrement avec Wolfgang Nitschke) :

1) Nitschke, W. and Russell, M.J. , "Redox bifurcations : Mechanisms and importance to life now, and at its origins. A widespread means of energy conversion in biology unfolds���" BioEssays (2012) 34, 106-109

2) Schoepp-Cothenet, B., van Lis, R., Philippot, P., Magalon, A., Russell, M.J. and Nitschke, W. "The ineluctable requirement for the trans-iron elements molybdenum and/or tungsten in the origin of life" Scientific Reports (2012) 2, 263

3) Nitschke, W. and Russell, M.J., Just like the universe the emergence of life had high enthalpy and low entropy beginnings, J. Cosmology (2010) 10, 3200-3216

4) Nitschke, W. and Russell, M.J. ; Hydrothermal focusing of chemical and chemiosmotic energy, supported by delivery of catalytic Fe, Ni, Mo/W, Co, S and Se, forced life to emerge. J Mol Evol, (2009) 69 (5), 481-496

Les publications #1 et #4 ne sont malheureusement pas disponibles gratuitement. On a déjà mentionné la publication #3 auparavant dans cette discussion, donc je vais citer la fin de la publication #2, dans l'espoir d'éveiller votre intérêt :

[...] Two scenarios can reconcile the results of molecular phylogeny and paleogeochemistry. (i) The ancestral CISM enzyme exclusively used W which was later replaced by Mo. (ii) CISM-catalyzed reactions in early life used Mo supplied by alkaline hydrothermal vents, proposed as cradles for life. The exclusiveness for Mo of many CISM-members as well as findings that primary productivity involving Mo has been comparable to the present since the geological record began at 3.8 Ga lead us to favor the second scenario.

The results described above thus require that certainly tungsten and most likely molybdenum ought to be added to the list of metals vital already to earliest life on Earth . Both Mo and W are heavier than Fe and thus aren���t bred in standard stellar fusion reactions. Their nucleosynthesis requires the much higher energies only attained in rapidly spinning gas giants and during supernova explosions.

Intriguingly, astrophysical data indicate a crucial role of a nearby supernova in the birth of our solar system. The origin of life on our and any other wet rocky world may thus have been assisted by (and potentially depended on) supernova-generated elements. [...]

�� ma connaissance, le labo de Marseille est un des 2 seules en France à avoir ne serait-ce que cité le modèle de Michael Russell dans une de ces publications, le deuxième étant le LCCP (Laboratoire de Cristallographie et Cristallogenèse des Protéines) de l'Institut de Biologie Structurale (IBS) de Grenoble, comme le suggère cette publication d'août 2010 :

The RNA World and the Origin of Life: An Ancient Protein Fold Links Metal-Based Gas Reactions with the RNA World

Bonne lecture.

[Geb]

J'ai trouvé une publication beaucoup plus optimiste sur la durée de vie des systèmes hydrothermaux alcalins à l'Hadéen de la théorie de Russell (on parle non plus d'une dizaine de milliers d'années, mais plutôt de millions d'années). En outre, elle ne tarit pas d'éloges sur le modèle de Russell :

Earliest Seafloor Hydrothermal Systems on Earth: Comparison with Modern Analogues

Submarine hydrothermal systems provide physically and chemically diverse habitats for microbial and other life and are chemically reactive environments that support abiotic synthesis of carbonaceous compounds. The widespread occurrence of hydrothermal systems in the early Precambrian has led to the suggestion that such environments may have constituted the cradle of life on Earth, largely because the chemistry of the H redox pair in seafloor hydrothermal systems favours the synthesis of reduced carbon compounds, the essential constituents of life. However, it is also generally accepted that the emergence of life in a hydrothermal vent environment would have been constrained by temperature and most likely required long lived hydrothermal activity. As such, a low to mid temperature (≤110°C), freely convecting (non-magma driven), metalliferous seafloor hydrothermal seep or vent system like the Lost City hydrothermal field, located 30°N and some 15 km west of the Mid-Atlantic ridge (MAR) is a most likely milieu for emergence of life on Earth. In such environments, the serpentinisation of ophiolite complexes driven by subsurface seawater circulation, produces a self-sustaining exothermic reaction, which, in the case of Lost City, has been in operation for at least 30,000 years, and may last for millions of years. Alkaline systems such as Lost City may be representative of very early Earth (Hadean) hydrothermal environments, where the eruption of Mg-rich komatiitic lavas was common. As such, these environments present as probably the most likely environment for the emergence of life given the thermodynamic and geochemical constraints imposed upon such a process.

J'en déduis donc que les auteurs de l'article, à savoir : Suzanne D. Golding, Lawrence J. Duck, Elisa Young, Kim A. Baublys, Miryam Glikson (tous collègues de l'Université du Queensland à Brisbane en Australie), et Balz S. Kamber (chercheur au département des sciences de la Terre de la Laurentian University à Sudbury au Canada) sont à ajouter à la désormais longue liste des "partisans" du modèle de Michael John Russell de l'apparition de la vie.

Cordialement.

[Geb]

Un autre papier, souvent cité dans les papiers de Russell et al., est intéressant pour comprendre quels ont été les premiers codons à apparaître (à savoir GGC et GCC, pour la glycine et l'alanine respectivement) et l'apparition, par ordre chronologique, des autres codons.

En outre, il établi plusieurs étapes, quant à la coévolution entre les séquences de gènes codants pour ces acides aminés/peptides/protéines et la composition/conformation des protéines correspondantes, et il fait évidemment des rapprochements avec les conformations protéiniques et génomiques de procaryotes actuels.

Distinct Stages of Protein Evolution as Suggested by Protein Sequence Analysis

�� lire...

L'URL de l'excellente publication d'Edward Trifonov et de ses collègues, intitulée "Distinct Stages of Protein Evolution as Suggested by Protein Sequence Analysis" est malheureusement mort. En voici donc un nouveau vers la même publication :

Distinct Stages of Protein Evolution as Suggested by Protein Sequence Analysis

J'en profite pour vous encourager encore une fois à la lire

En outre, je crois intéressant d'ajouter que notre ami Trifonov a écrit 2 bouquins de vulgarisation avec Michael J. Russell :

"Origins, Abiogenesis and the Search for Life in the Universe" avec pour auteurs : Michael Russell (en tant qu'éditeur et auteur), Nick Lane, Edward N. Trifonov, Pabulo H. Rampelotto, Stephen Freeland, John F. Allen, Eugenio Simoncini, Christof B. Mast, Andrew J. Pratt et Anne Volbeda.

et

"Origins of Life: How Life Began. Abiogenesis, Astrobiology" avec pour auteur : Michael Russell, Nick Lane, Edward N. Trifonov, Stephen Freeland, John F. Allen, Andrew J. Pratt, Anne Volbeda, Rudolf Schild et Carl Gibson.

Comme vous l'aurez sans aucun doute remarqué, 6 chercheurs ont réitéré leur collaboration avec Michael Russell pour les 2 ouvrages : Nick Lane, Edward N. Trifonov, Stephen Freeland, John F. Allen, Andrew J. Pratt et Anne Volbeda.

Hors, sans surprise, Nick Lane est, en dehors de Allan Hall ou William Martin, l'un des plus ardents défenseurs du modèle de l'apparition de la vie de Russell. Je pense qu'on peut raisonnablement compter John F. Allen parmi ces "ardents défenseurs", étant donné le nombre relativement important de ces publications dans lesquelles il cite le travail de Russell et de ses collègues. Au-delà de ça, ces 6 personnes ont tous consacré au moins 2 publications scientifiques à propos ou autour de la théorie de Russell (à l'exception de Trifonov je crois).

Pour finir, je rappelle qu'Anne Volbeda travaille actuellement au Laboratoire de Cristallographie et Cristallogenèse des Protéines de l'Institut de Biologie Structurale Jean Pierre Ebel de l'Université Joseph Fourier à Grenoble. Autrement dit, il s'agit à mon humble avis de la plus grande experte de la théorie de Russell en France à l'heure actuelle.

Cordialement.

[Geb]

Comme vous l'aurez sans aucun doute remarqué, 6 chercheurs ont réitéré leur collaboration avec Michael Russell pour les 2 ouvrages : Nick Lane, Edward N. Trifonov, Stephen Freeland, John F. Allen, Andrew J. Pratt et Anne Volbeda.

Nous avons déjà cité plusieurs articles dans cette discussion qui émanent du Journal of Cosmology :

Journal of Cosmology

La participation de Michael Russell à ce journal y est décrite de la manière suivante :

Michael Russell, Ph.D.,
Executive "Guest" Editor
Abiogenesis, Life's Origins

Donc, si j'ai bien tout compris, il est éditeur exécutif "invité" pour les articles traitant de l'abiogenèse et de l'émergence de la vie. La rubrique "Abiogenesis" du journal à donc attiré mon attention depuis un moment déjà (comme le prouve les liens dans cette discussion).

Je viens de terminer la lecture des 29 articles de la rubrique. Parmi ceux-ci, il y en a 14 qui ont pour sujet, ou qui citent de manière récurrente la théorie de Russell.

- Polyphosphate-Peptide Synergy and the Organic Takeover at the Emergence of Life (E. J. Milner-White & M. J. Russell, 2010)

- Just Like the Universe the Emergence of Life had High Enthalpy and Low Entropy Beginnings (W. Nitschke & M. J. Russell, 2010)

- The Alkaline World and the Origin of Life (A. R. Mellersh & P. M. Smith, 2010)

- The RNA World and the Origin of Life: An Ancient Protein Fold Links Metal- Based Gas Reactions with the RNA World (A. Volbeda, Y. Nicolet, J. C. Fontecilla-Camps, 2010)

- Evolutionary Steps to the Origin of Life on Earth (A. J. Pratt, 2010)

- On the Emergence of Pre-Genetic Information (E. Di Mauro, 2010)

- Chance or Necessity? Bioenergetics and the Probability of Life (N. Lane, 2010)

- Disequilibrium First: The Origin of Life (C. B. Mast, N. Osterman, D. Braun, 2010)

- The Emergence of Life: Thermodynamics of Chemical Free Energy Generation in Off-Axis Hydrothermal Vent Systems and its Consequences for Compartmentalization and Life's Origins (E. Simoncini, A. Kleidon, E. Gallori, 2010)

- How Life Began: The Emergence of Sparse Metabolic Networks (S. D. Copley, E. Smith, H. J. Morowitz, 2010)

- Viruses and Life: Can There Be One Without the Other? (M. Jalasvuori, J. K. H. Bamford, 2010)

- What Can the Origin of Life on Earth Tell Us About the Cosmos? (S. Freeland, G. K. Philip, 2010)

- Life's Origins: Potential for Radical Mediated Cyanide Production on the Early Earth (S. E. McGlynn, T. E. Beard, J. B. Broderick, J. W. Peters, 2010)

- Redox Homeostasis in the Emergence of Life. On the Constant Internal Environment of Nascent Living Cells (J. F. Allen, 2010)

Il y a aussi un quinzième article écrit par le fameux Edward Trifonov, qui présente également un intérêt pour cette discussion (même si l'article ne cite pas la théorie de Russell).

- Reconstruction of the Molecular Origin of Life (E. N. Trifonov, 2010)

Je n'ai pas pu m'empêcher e remarquer que comme auteurs de ces 15 intéressants articles, on retrouve pas moins de 9 des 13 auteurs des 2 bouquins, à savoir "Origins, Abiogenesis and the Search for Life in the Universe" et "Origins of Life: How Life Began. Abiogenesis, Astrobiology", que j'ai mentionné dans mon précédent message.

Bonne lecture.

[Geb]

Une autre info intéressante (à mon avis) que l'on peut tirer de ces seules publications du Journal of Cosmology, c'est qu'outre les ��tats-Unis, il y a pas mal d'Universités et de centres de recherches qui travaillent (ou ont déjà travaillé) sur la théorie de Russell : à Glasgow (là où Russell a "inventé" sa théorie), Derby et Londres (au Royaume-Uni), à Iliam (en Nouvelle-Zélande), à Rome et à Florence (en Italie), à Munich et à Jena (en Allemagne) et enfin, pour la France, à Marseille et à Grenoble.

Cordialement.

[Alhec]

Une petite parenthèse: j'ai entendu (enfin, lu) beaucoup de mal de "Journal of Cosmology"... Par ailleurs, il n'a pas de facteur d'impact. Je n'ai pas les connaissances pour juger les publi, mais ça m'incite à la méfiance. Quelqu'un pour éclairer?

Bon, pour que ce soit clair, je n'ai pas de raison particulière de croire que Russell est un farfelu qui publie n'importe quoi, mais la structure du "Journal of cosmology" pourrait peut-être (j'insiste bien sur le conditionnel, je n'accuse pas! Je m'interroge sincèrement) permettre cela.
Je veux dire, pourquoi publier dans ce genre de journal? Pour le lancer ou parce que les autres ne sont pas intéressés?

[Geb]

Une petite parenthèse: j'ai entendu (enfin, lu) beaucoup de mal de "Journal of Cosmology"... Par ailleurs, il n'a pas de facteur d'impact. Je n'ai pas les connaissances pour juger les publi, mais ça m'incite à la méfiance. Quelqu'un pour éclairer?

J'en suis tout à fait conscient. C'est la raison pour laquelle je me limite à la rubrique "Abiogenesis", dont Russell est l'éditeur. �� mon avis, avec un éditeur du calibre de Russell, les articles présentés ne peuvent être que de qualité. Ce qui me semble confirmé par les articles que j'ai lu dans cette rubrique jusqu'à présent.

Mais les articles dans d'autres rubriques laissent effectivement à désirer, et justifient amplement la mauvaise réputation de JoC ! D'ailleurs, si tu veux connaître un farfelu qui publie pas mal d'articles fumeux dans JoC, je crois que le plus assidu est le docteur Rhawn Joseph... C'est à se demander comment ce Dr Joseph a eu son doctorat Un de ces articles (juste pour rire et sans vouloir alimenter un hors sujet) :

The Infinite Universe vs the Myth of the Big Bang: Red Shifts, Black Holes, Acceleration, Life.

Rien que le titre de l'article doit te faire sourire (ou pleurer, c'est selon). �� sa décharge, Joseph est un fervent partisan de la théorie de la panspermie à la mode XIXe siècle. Dans ces conditions, il est "obligé" de postuler un Univers éternel sans début ni fin, et donc, de réfuter le modèle du Big Bang. Misère...

Je veux dire, pourquoi publier dans ce genre de journal? Pour le lancer ou parce que les autres ne sont pas intéressés?

Je n'en ai aucune idée. Mais je suggère que nous en revenions au contenu des articles, qui lui, me semble tout à fait digne d'intérêt. Le mieux serait d'en juger par toi-même.

Cordialement.

[Geb]

�� sa décharge, Joseph est un fervent partisan de la théorie de la panspermie à la mode XIXe siècle. Dans ces conditions, il est "obligé" de postuler un Univers éternel sans début ni fin, et donc, de réfuter le modèle du Big Bang.

Le principal problème étant (tu en conviendras j'imagine) qu'en théorie, un homme de science doit s'en tenir à la dure réalité des faits expérimentaux pour échafauder une théorie, et non pas tout foutre en l'air et faire "table rase" pour asseoir une théorie personnelle.

Enfin... Je préfère en rire qu'en pleurer.

[Alhec]

C'est justement parce que je me sentais pas capable d'en juger par moi-même que je demandais :S
Pourtant je suis biologiste de formation. Bon, j'ai commencé à lire certains articles, mais va me falloir du temps Je pense, cela dit, que publier dans ce journal décrédibilise... vu le lien que tu as posté, c'est à peu près comme si j'allais chercher des infos en biologie dans une revue publiant régulièrement que la théorie de l'évolution par sélection naturelle est fausse.

Je suis d'accord que seul le contenu des articles compte, mais je fais quand même attention à ce genre de choses et je dois dire que ça me gêne, surtout que étant dans un domaine que je ne connais pas, je me sens "vulnérable" aux fumisteries potentielles
C'était ma dernière intervention à ce propos dans la discussion, je vais me concentrer sur le sujet en lui-même.


EDIT: tu te réponds à toi-même? Je sais que il n'y a pas beaucoup d'intervenants sur ce fil, mais c'est pas une raison

[Geb]

EDIT: tu te réponds à toi-même? Je sais que il n'y a pas beaucoup d'intervenants sur ce fil, mais c'est pas une raison

Pas vraiment C'est quelque chose que je voulais ajouter dans ma précédente réponse, juste à la suite de mon auto-citation. Mais tu sais comme moi que nous n'avons que 5 minutes pour modifier un message, ça n'a pas été suffisant cette fois-ci, d'où l'auto-citation.

Au passage, lorsque je disais "tu en conviendras j'imagine", ça s'adressait à toi, Alhec.

Cordialement.

[Alhec]

Je suis effectivement bien d'accord avec toi

[Geb]

Bonsoir,

J'ai trouvé une courte interview (2 min 30 s) de Michael Russell publié le 18 février 2012 sur le réseau Lybba :

Jesse Dylan interviews Michael Russell

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Je viens de trouver un tout nouvel article de Russell et al. publié dans Biochimica et Biophysica Acta, mis en ligne le 13 septembre :

On the universal core of bioenergetics

Le résumé rend l'article particulièrement intéressant à mes yeux, même si le papier n'est malheureusement pas disponible gratuitement :

Abstract

Living cells are able to harvest energy by coupling exergonic electron transfer between reducing and oxidising substrates to the generation of chemiosmotic potential. Whereas a wide variety of redox substrates are exploited by prokaryotes resulting in very diverse layouts of electron transfer chains, the ensemble of molecular architectures of enzymes and redox cofactors employed to construct these systems is stunningly small and uniform. An overview of prominent types of electron transfer chains and of their characteristic electrochemical parameters is presented. We propose that basic thermodynamic considerations are able to rationalize the global molecular make-up and functioning of these chemiosmotic systems. Arguments from palaeogeochemistry and molecular phylogeny are employed to discuss the evolutionary history leading from putative energy metabolisms in early life to the chemiosmotic diversity of extant organisms. Following the Occam's razor principle, we only considered for this purpose origin of life scenarios which are contiguous with extant life. This article is part of a Special Issue entitled: The evolutionary aspects of bioenergetics systems.

Aussi, des chercheurs du Laboratoire de Bioénergétique et Ingénierie des Protéines de Marseille sont à nouveau impliqués.

La table des matières est également accessible. L'article est agencé en 8 sections :

1. Introduction
2. Chemiosmosis; Life's way to make ATP
3. The redox span and electrochemical regime of a substrate couple directs the makeup of bioenergetic chains
4. Availability of redox substrates through possibly a handful of exceptions; 4 billion years of life on Earth
5. Quinones and methanophenazines, crucial elements of almost all bioenergetic chains
6. The Redox Protein Construction Kit; 10 years later
7. Towards an elucidation of the evolutionary history and ultimately the common ancestor of bioenergetic chains
8. Uncited reference
Acknowledgements
References

On voit que la section 6 est consacrée au papier du labo de Marseille "The Redox Protein Construction Kit", publié en décembre 2002, que nous avions déjà évoqué.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

J'ai retrouvé l'article cité au message #16 de cette discussion, publié le 18 novembre 2010 dans le journal Astrobiology :

Design, Fabrication, and Test of a Hydrothermal Reactor for Origin-of-Life Experiments

Le réacteur utilise deux cylindres résistants à la pression de 3,8 litres chacun en alliage d'acier inoxydable baptisé 316epSS (pour 316 electro-polished alloy stainless steel). Ils servent de réservoirs pour les solutions : l'un pour la solution hydrothermale, l'autre pour l'océan Hadéen simulé. Des bobines de chauffage permettent de chauffé le fluide jusqu'à 140°C. Pour des raisons de sécurité, la pression était limité à 100 bars, soit l'équivalent d'une colonne d'eau (malheureusement relativement peu profonde) d'un kilomètre.

Le réacteur hydrothermal proprement dit mesure 508 mm de long, 25,4 mm de diamètre extérieur et 19,1 mm de diamètre intérieur. L'expérience aura duré 13200 minutes en tout , soit 9 jours et 4 heures, période au-delà de laquelle les bobines de chauffage ont été coupées.

L'expérience a dû être menée avec une roche basaltique plutôt que de la crysotile (idéale), puisque cette dernière est cancérigène et n'a donc pas, dans un premier temps, été utilisée.

Dans la conclusion :

We envisage the next experimental step as using the reactor in an attempt to synthesize methane and other organic intermediates while an alkaline hydrothermal solution that bears sulfide and hydrogen, as well as molybdenum and tungsten ions, is introduced to a simulacrum of the early ocean that bears carbon dioxide, ferrous iron, and minor nickel in solution. In these future experiments, natural sulfide minerals will be introduced to, or precipitated in, the reactor; and a safe protocol to use fibrous serpentinite minerals as packing and substrate will be developed. Carbon dioxide will be introduced to the ocean simulacrum to investigate the power of the system to reduce this gas, as occurs in the Lost City serpentinizing system

Bonne lecture.

[Geb]

Bonjour,

J'ai pris le temps de regarder une autre excellente conférence de Patrick Forterre, présentée le 1er avril 2011 à l'occasion du colloque Originalités de la vie 2011 :

Les mondes à ARN et ADN à hautes températures (26 minutes)

Je vous la conseille !

J'ai adoré son intervention sur l'homochiralité : d'après lui, il s'agit d'un faux problème. Les sucres sont droits (D), les acides aminés dans les protéines modernes sont gauches (L) et dans l'ARN (ainsi que dans l'ADN, apparu plus tard) le sucre (du RIBose, dont la structure a été déterminée au Rockefeller Institute of Biochemistry) est D. Pourquoi toutes les protéines actuelles sont faites avec des acides aminés L ? Simplement parce que le site actif en trois dimensions du ribosome ne reconnaît que les acides aminés L. S'il devait traiter des acides aminés D, il ne les reconnaîtrait pas.

En effet, le site actif en 3D d'une protéine est comme un gant : il ne peut reconnaître qu'une des deux formes. Il est très probable que dans les peptides ou les protéines qui existaient avant les protéines modernes, il y ait eu des proto-protéines avec des acides aminés D. Peut-être, pourquoi pas, existait-il certains organismes avec des énantiomères inversés par rapport au vivant actuel. Cependant, ces derniers auraient disparus, ceux étant restés (descendants du LUCA) sont issus d'un organisme ou d'une population d'organismes pourvu de ribosomes capables de reconnaître les acides aminés de formes L.

Une question à mon avis plus importante, qui reste à ma connaissance sans réponse, est la suivante : pourquoi dans l'ARN les sucres (c-à-d les riboses, dont la synthèse abiotique est, au passage, toujours une énigme) sont D ? Comme on ne sait pas encore déterminer le processus abiotique qui a formé l'ARN, on n'est pas encore en mesure d'y répondre. Tout ce qu'on peut dire, c'est que les premiers catalyseurs qui auraient fabriqué l'ARN avaient des sites actifs en 3 dimensions, ce qui les obligeait forcément à traiter un énantiomère plutôt qu'une autre (comme dans le cas des ribosomes actuels).

Il y a évidemment beaucoup d'autres sujets traités dans cette courte intervention à propos desquels nous pourrons discuter, pour ceux que ça intéresse.

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir,

J'ai trouvé un article daté du mois de mai 2009, publié dans Nature, à propos de Micheal Russell et de sa théorie :

Nascence man

Quelques avis intéressants exprimés dans l'article par d'autres scientifiques sur le travail de Russell :

Despite the rivalry, however, there is widespread recognition that Russell brings a much-needed dose of geological reality to research into the origin of life. ���What I respect most about Mike���s work is his keen insight into the early Earth���s geochemical environment,��� says Robert Hazen, a geochemist and origin-of-life researcher at the Carnegie Institution for Science in Washington DC. ���The origin of life is the story of the emergence of complexity, and you can���t have the emergence of complexity unless you have a complex environment. Mike, as much as anybody out there, has recognized this fact and incorporated it into his models. That���s his strongest contribution.���

In 1998, however, [Russell] saw a paper in Nature arguing that eukaryotes arose when a hydrogen-requiring archaeal cell engulfed a hydrogen-producing bacterium. Piqued by the mutual interest in hydrogen redox reactions as a biological energy source, Russell explained his ideas to one of the authors, William Martin. Martin, now at Heinrich Heine University in Dusseldorf, Germany, loved Russell���s ideas. ���I looked at it,��� says Martin, ���and I said ���Well, this is easy ��� the origin of life is basically solved.������

En ce qui me concerne, la réaction de William Martin est exactement la même que celle que j'ai eu après avoir lu l'article de 2007 qui a motivé la création de cette discussion.

Pour les curieux, voici l'article de 1998 pour lequel Bill Martin était co-auteur (avec Miklós Müller) :

The hydrogen hypothesis for the first eukaryote

Plus loin dans l'article de Nature :

What���s needed at this point is some evidence that will help to distinguish between the various hypotheses, says Robert Shapiro, a chemist at New York University. ���Basically, one has to provide a setup and demonstrate self-sustaining and evolving chemical cycles.���

It���s a high-risk strategy, says Hazen, because the early Earth would have had many sources of organic molecules, and many places where they could have become concentrated. He likens Russell���s approach of testing just one detailed possibility to starting a game of twenty questions by asking ���is it Winston Churchill?��� rather than ���is it a man?���. It is glorious if you���re right, but it doesn���t narrow things down much if you���re wrong. ���Mike Russell has a hunch, and there���s nothing wrong with that,��� he says. ���Maybe it���ll be like winning the lotto and his hunch wi l l be right, or maybe it wasn���t Winston Churchill after all, and that leaves the other 6 billion people on Earth to go through.���

Metabolism in acetogens and methanogens uses specialized enzymes, comments Eric Smith, a theoretical physicist and origin-of-life researcher at the Santa Fe Institute in New Mexico, and it is much more sensitive than other biological carbon-fixation pathways to changes in the isotope of carbon used. ���That says that you���re using a very carefully refined enzymatic reaction to do something difficult,��� he says. Instead, he and his colleagues believe that the initial biochemical pathway was the reductive citric-acid cycle.

Smith thinks that the metabolism-first viewpoint is making headway, especially with the focus on hydrothermal vents. ���The disagreements are really small compared with the basic orientation that we have in common,��� he says. He also thinks that the next move needs to be experimental; his colleagues are working to reproduce the reactions in the citric-acid cycle in vent-like laboratory conditions. Once someone gets their preferred pathway to work in the lab, ���everyone can quiet down and say ���this is something we can agree on.������

Bonne lecture.

[Geb]

Bonsoir,

J'ai trouvé une conférence (39 min) de Russell lui-même, présentée le 24 mai 2011, à l'occasion du Molecular Frontiers Symposium 2011, intitulé "Origin of Life and Molecular Evolution" :

On the emergence of life through ���negative��� entropy trapping

�� regarder absolument !

[Geb]

La conférence en lien plus haut apporte une nouveauté de taille dans l'évolution de la théorie de Russell (il y en a eu bien d'autres, au moins depuis le papier de 1997), sur laquelle je souhaite attirer votre attention.

Voici quelques retranscriptions des propos de Russell durant la conférence :

�� 7:37 :

I don't think methanogens were very early anymore.

�� 11:02 :

We've talked about methane and I just said that I don't think that this was an early reaction for biology.

�� 16:22, à propos du métabolisme des méthanogènes :

It's very complicated to get energy out of this, so I don't think that methanogens were early.

Autrement dit, il a abandonné l'idée que les premières archées étaient des méthanogènes ! Mais il propose autre chose à la place...

�� 19:15 :

I think that methanotrophy was probably very early as well. And what was the oxidant for methanotrophy? Probably nitric oxide or nitrate.

�� 36:37, Michael Russell continue sur cette idée :

Perhaps the first actual microbe, which we would assume was a bacteria emanating from the spring, not into the ocean by the way, but down into the deep biosphere. Because I think it's basically a desert in the ocean, and it's a dangerous desert, as we've seen. This first microbes would be generating acetate (or acetic acid), and then, there'd be some more minor reactions that would generate, using nitric oxide as the electron acceptor, carbone dioxide and nitrogen and water from this reaction. And this would become, to our minds, the methanotroph, the methanotrophic archea.

�� 5:32, faisant référence à l'impacteur qui a mené à la formation de la Lune :

After the impact, the ocean probably rained out around about 4.4 billion years ago, and life would have started very shortly thereafter, and it would be very hard to kill after that. I think that life probably started around about 4.4 and kept going

Selon Russell, la vie serait apparue il y a environ 4,4 milliards d'années (soit a peu près 140 millions d'années après la formation de la Terre).

Mais je pense qu'il y a une autre déclaration, sans doute la plus audacieuse, à 14:32, à propos de la durée de vie minimale estimée des fumeurs blancs (> 30000 ans) :

I would think it's plenty of time for life to start.

Selon Russell (si je n'interprète pas ces propos avec trop d'emphase), la vie aurait mis environ 30000 ans pour apparaître !

Je suppose que tout le monde admettra que c'est une durée extrêmement courte (qu'on a déjà évoqué cela dit). �� propos, Russell convertit cette durée en 10¹⁷ µs, alors que ce serait plutôt 10¹⁸ µs.

Cordialement.

[Geb]

Je souhaite continuer avec un article de vulgarisation, puisque d'aucun pense que c'est ce qui manque à ce fil. ��videmment, l'article que je vous propose est en anglais. Il est apparu dans l'édition de janvier-février 2006 du magazine "American Scientist" et a la particularité d'avoir pour auteur Michael Russell lui-même :

First Life

��videmment, il est un peu obsolète étant donné les derniers développement du modèle de Russell, mais il y a une formule amusante en bas des deux premières pages de l'article, qui a pour objectif de "résumer" (en quelque sorte) les conditions d'apparition de la vie :

{210CO₂+H₂PO₄^- + Fe, Mn, Ni, Co, Zn²⁺} ^ocean + {427H₂+10NH₃+HS^-} ^{hot spring} → {C₇₀H₁₂₉O₆₅N₁₀P (Fe, Mn, Ni, Co, Zn) S} ^proto-life + {70H₃C•COOH+219H₂O} ^waste

D'ailleurs, il manque le tungstène dans cette formule, considéré par Russell comme indispensable, au moins depuis 2011. Cette "formule" est commentée dans le texte :

[...] Aside from carbon, hydrogen and oxygen, slightly more complex chemical reactions involve nitrogen (as ammonia), sulfides, phosphates and trace amounts of several transition metals, including iron, nickel, manganese, cobalt and zinc. All of these raw ingredients would have been present in the early ocean, particularly near deep-sea hydrothermal vents, which emit hot water saturated with dissolved minerals. [...]

Bonne lecture.

[Pfhoryan]

Pour finir, je rappelle qu'Anne Volbeda travaille actuellement au Laboratoire de Cristallographie et Cristallogenèse des Protéines de l'Institut de Biologie Structurale Jean Pierre Ebel de l'Université Joseph Fourier à Grenoble. Autrement dit, il s'agit à mon humble avis de la plus grande experte de la théorie de Russell en France à l'heure actuelle.

Le plus grand "expert", Anne est un homme

[Geb]

Salut Pfhoryan !

Le plus grand "expert", Anne est un homme

Ah oui, en effet !

Anne Volbeda

Je te remercie de l'avoir mentionné.
-----

[Pfhoryan]

A ta décharge son prénom est trompeur, mais il est d'origine néerlandaise.

[Svenn]

La conférence en lien plus haut apporte une nouveauté de taille dans l'évolution de la théorie de Russell (il y en a eu bien d'autres, au moins depuis le papier de 1997), sur laquelle je souhaite attirer votre attention.

Voici quelques retranscriptions des propos de Russell durant la conférence :

�� 7:37 :
�� 11:02 :
�� 16:22, à propos du métabolisme des méthanogènes :
Autrement dit, il a abandonné l'idée que les premières archées étaient des méthanogènes ! Mais il propose autre chose à la place...

Les liaisons C-H du méthane sont extrêmement solides et comme la molécule est en plus parfaitement symétrique, il faut apporter beaucoup d'énergie pour l'activer chimiquement. Dans notre environnement oxydant une flamme est nécessaire alors dans un environnement réducteur, ça doit être encore une autre paire de manche. Par contre, je suis surpris qu'il élimine d'office des molécules très similaires déjà bien plus simples à activer. Si on regarde l'atmosphère de Titan, on trouve notamment de l'éthane, de l'acétylène et du diacétylène, les deux dernières étant assez réactives. Même si elles sont en quantité bien moins importantes, elles y sont régénérées en permanence dans l'atmosphère sous l'effet des UV et l'énergie est bien plus facile à extraire que celle du méthane.

J'ai eu juste un doute sinon quand tu parles des archées : tu parles d'archébactéries primitives ou des premiers organismes vivants sur Terre ? Pour moi, le "package" minimal des archées est bien plus complexe que celui des eubactéries et je pense donc que le dernier ancêtre commun des archées n'est pas LUCA, par contre je pense que le dernier ancêtre commun des eubactéries est LUCA (et donc que les archées sont issues des eubactéries).

Selon Russell (si je n'interprète pas ces propos avec trop d'emphase), la vie aurait mis environ 30000 ans pour apparaître !

Ca dépend sans doute de ce qu'on appelle par "temps mis par la vie pour apparaitre", si c'est l'intervalle de temps entre le moment où la température sur Terre est tombé sous les 100° et le moment où la première bactérie avec une membrane s'est divisé, ça me semble effectivement incroyablement court.

[Geb]

Bonsoir,

Par contre, je suis surpris qu'il élimine d'office des molécules très similaires déjà bien plus simples à activer. Si on regarde l'atmosphère de Titan, on trouve notamment de l'éthane, de l'acétylène et du diacétylène, les deux dernières étant assez réactives. Même si elles sont en quantité bien moins importantes, elles y sont régénérées en permanence dans l'atmosphère sous l'effet des UV et l'énergie est bien plus facile à extraire que celle du méthane.

Tout d'abord, je tiens à te remercier pour tes commentaires.

Dans la théorie de Russell, le seul composé atmosphérique qui a vraiment de l'importance, c'est le dioxyde de carbone. Les autres composés importants sont soit en solution dans l'océan, comme les ions métalliques (principalement du fer), soit synthétisé au sein des fumeurs blancs. C'est d'ailleurs une des plus grandes forces du modèles de Russell : jusqu'ici tous les composés organiques du vivant pourraient être synthétisés de manière spontanée et abiotique dans les évents hydrothermaux alcalins. Même le ribose pourrait se formé dans les fluides issus de la serpentinisation, en présence d'ions borate.

Cordialement.

[Geb]

J'ai eu juste un doute sinon quand tu parles des archées : tu parles d'archébactéries primitives ou des premiers organismes vivants sur Terre ? Pour moi, le "package" minimal des archées est bien plus complexe que celui des eubactéries et je pense donc que le dernier ancêtre commun des archées n'est pas LUCA, par contre je pense que le dernier ancêtre commun des eubactéries est LUCA (et donc que les archées sont issues des eubactéries).

Puisque tu as vraisemblablement vu la conférence de Russell présentée au message #57 de cette discussion, je te suggère de regarder (d'écouter surtout) à nouveau le passage de 19:13 à 19:36.

Comme le suggère Michael Russell dans ce passage précis, ce sont les bactéries acétogènes qui sont apparues les premières. Cependant, des archées méthanotrophes seraient également apparues peu de temps après et ces deux grands domaines du vivant (eubactéries et archées) seraient contemporains, apparus presqu'en même temps et dans les mêmes conditions abiotiques.

Je crois qu'il est important de signaler que dans la théorie de Russell, LUCA n'est pas un organisme indépendant et/ou mobile (il est décrit comme "endolithique"). Il apparaît et reste dans un premier temps dans les bulles en Fe(Ni)S qui forment les composées poreux (en FeS et NiS) des cheminées hydrothermales des fumeurs blancs alcalins de l'Hadéen.

En outre, la théorie de Russell faisant partie des théories du "métabolisme d'abord", c'est le fait que le métabolisme abiotique acétogène produit un peu de méthane (toujours de manière abiotique au début) qui produirait, plus tard, la séparation entre les deux grands domaines du vivant : bactéries acétogènes d'abord et archées méthanotrophes peu de temps après.

Le LUCA de Russell et Martin a d'ailleurs formé ces membranes cellulaires après, en quittant son mode de vie endolithique, expliquant certains paradoxes issus de la composition comparée des membranes des eubactéries et des archées, tellement dissemblables qu'elle les a poussé à postuler une synthèse indépendante a posterio des membranes cellulaires des deux domaines procaryotes.

Le papier de 2007 parle encore d'archées méthanogènes. La préférence accordée par Russell à la méthanotrophie est relativement récente. Mais ça montre que les détails de la théorie évoluent, ce qui est très encourageant il me semble. ��a permettra de tester son caractère prédictif grâce aux expériences en laboratoire, ce qui ferait de la théorie de Russell, un véritable modèle scientifique de l'apparition de la vie. Ce qui constituerait une petite révolution dans le domaine, derrière laquelle de nombreux chercheurs se sont déjà ralliés d'ailleurs, comme le montre, par exemple, l'enthousiasme de Nick Lane dans ses articles.

Cordialement.

[Geb]

Ca dépend sans doute de ce qu'on appelle par "temps mis par la vie pour apparaitre", si c'est l'intervalle de temps entre le moment où la température sur Terre est tombé sous les 100° et le moment où la première bactérie avec une membrane s'est divisé, ça me semble effectivement incroyablement court.

Pour qu'il y ait un gradient naturel de protons, essentiel à la théorie de Russell (et à la vie terrestre en général), il faut que l'ancien océan terrestre aient un pH inférieur à 6, au moins dans les premiers stades.

Il y a justement une publication scientifique qui a tenté de datée le moment à partir duquel cette condition était remplie, ainsi que la durée de la période présentant ces conditions idéales.

Voir le message #32 de cette discussion :

Cette idée que la fenêtre d'opportunité était finalement relativement courte (et remonte à très peu de temps après la formation de la Terre), est étudiée avec un peu plus de détails dans un papier qui à fait l'objet d'une "Actu" sur Futura-sciences, qui remonte à fin septembre 2011 :

La vie est peut-être née dans la serpentinite des fumeurs blancs

Il mentionne l'article (disponible gratuitement) duquel l'Actu est tirée (Sleep et al.) :

Serpentinite and the dawn of life

Rappelons brièvement la courte liste de ces conditions idéales, nécessaires à l'apparition de la vie (toujours selon la théorie de Russell). Il faut :

1) un océan d'eau liquide relativement profond, pour favoriser la dissolution de l'hydrogène moléculaire (idéalement >2500 mètres),
2) un processus de serpentinisation, donc, de la roche (comme l'olivine) chaude (mais pas en fusion, autrement dit pas un magma) et en contact avec cette eau issue de l'océan, par percolation à travers les craquelures de la roche,
3) une atmosphère anoxique (ou très pauvre en oxygène moléculaire, probablement <200 Pascals à l'Hadéen) et très riche en CO2 (assez pour maintenir le pH océanique en dessous de 6),
4) au moins 9 ions métalliques indispensables (magnésium, calcium, fer, nickel, manganèse, cobalt, zinc, molybdène et tungstène) en solution dans l'eau océanique acide et anoxique, ainsi que des sulfures de ces ions (notamment FeS et NiS) et du phosphate.

En gros, un océan d'eau liquide en contact avec de la roche chaude et un atmosphère riche en dioxyde de carbone.

L'article de Sleep et al. rappelle que la dissolution indispensable du fer et du phosphate est quasi négligeable au pH océanique actuel de 8 environ. Dans une eau anoxique et légèrement acide (pH ~6) par contre, Fe2+ était soluble.

Sleep et al. établi que l'eau océanique doit être à moins de 120°C et son pH inférieur ou égal à 6. L'impact qui a mené à la formation de la Lune, a vaporisé la surface terrestre, qui s'est refroidite sous forme de roche en fusion en approximativement 1000 ans. �� cet instant, l'atmosphère résiduelle aurait contenu environ 250 bars de vapeur d'eau et 100 bars de CO2. Il a fallu environ 10 millions d'années pour que le manteau terrestre supérieur ce solidifie et que la Lune s'éloigne suffisamment pour que son attraction gravitationnelle ne soit plus une source trop importante de chaleur. �� cet instant, les 100 bars de CO2 dans l'atmosphère chauffe un océan d'eau liquide à 500°C. La température en surface n'est pas passée en dessous de 120°C avant que le CO2 atmosphérique ne passe en dessous de 25 bars (par subduction et séquestration sous forme de carbonates). La température de surface était même clémente (environ 30°C) lorsque la quantité de CO2 dans l'atmosphère avoisina 1 bar. Le processus aurait mis entre 10 et 100 millions d'années pour passer d'une concentration de 100 bars à 1 bar de CO2. La phase d'apparition possible de la vie, lorsque la pression partielle de CO2 était encore comprise entre 25 bars et 1 bar, aurait duré, d'après cette publication, entre 2,5 et 25 millions d'années.

Donc en résumé, la vie aurait pu apparaître entre 17,5 et 85 millions d'années après l'impact qui a formé la Lune. Soit, si on prend la date estimée de l'impact avec Théia il y a 4,533 millions d'années , entre -4515,5 et -4513,0 millions d'années ou entre -4448,0 et -4423 millions d'années.

Dans tous les cas, (vraiment très) tôt dans l'histoire de la Terre.

Cordialement.

[Geb]

J'en profite pour poster ici quelques infos sur les méthanotrophes et en particulier, les archées méthanotrophes actuelles.

J'ai trouvé un article posté en 2003 ou 2004 sur le site du Max Planck Institute for Microbiology :

Background

J'ai mis en caractères gras ce qui me paraissait intéressant.

The subsurface seabed is a gigantic bioreactor and would also be a substantial source for methane on earth, if rising gases were not efficiently utilized by microbial methanotrophic guilds. More than 90 percent of the methane rising from the subsurface ocean is oxidized anaerobically with sulfate as electron acceptor. It is a striking fact that this process of unknown functioning, carried out by very few phylogenetic groups of archaea, substantially effects atmospheric concentrations of methane (Hinrichs and Boetius 2002).

The process of anaerobic oxidation of methane (AOM) results in the production of sulfide and carbonate in anoxic sediments. The sulfide formed by AOM nourishes chemosynthetic communities on the seabed, including giant sulfide-oxidizing bacteria, and symbiotic mussels and tubeworms (Boetius et al. 2000, Treude et al. 2003). The carbonate often precipitates and may form large cements, chimneys and crusts causing a permanent removal of the methane-derived carbon (Boetius and Suess, in press; Michaelis et al. 2002). So far, all anaerobic methanotrophs (ANME) mediating this process are Euryarchaeota, their closest relatives being methanogens. Three different phylogenetic clusters of ANME have so far been found in a variety of gassy sediments: above hydrate, at mud volcanoes, in hydrothermal sediments but also in coastal subsurface environments (Knittel et al. 2003). They occur mostly in consortium with sulfate reducing bacteria of different phylogenetic clades forming symbiotic aggregations of unknown functioning (Fig. 1, Putting microbes on the map – the diversity of anaerobic methane oxidizers ant their habitat). AOM consortia oxidize methane with equimolar amounts of sulfate, yielding carbonate and sulfide, respectively (Nauhaus et al. 2002). The intermediates, however, remain unknown (Nauhaus et al. 2002, Sørenesen et al. 2001), and the role of e.g. hydrogen has been viewed critically. A second archaeal group (ANME-1), distantly related to Methanosarcinales, has also been shown to mediate AOM (Hinrichs et al. 1999. Orphan et al. 2002, Michaelis et al. 2002). However, no organism that can consume methane anaerobically has ever been isolated and only little is known about AOM at the molecular level. In a recent study, Girguis et al. (2003) reported the enrichment of AOM-related biomass in the laboratory. Furthermore, the discovery of methane seeps in the Black Sea harbouring large amounts of microbial biomass (Michaelis et al. 2002), provided another promising starting point for physiological studies. On the side of in situ technologies major advances have been made by the combination or measurement tools with ROV deployments. This direction is chosen for the future work of MUMM because of the recent availability of a ROV system in Bremen.

The first phase of the project MUMM (Methan in Marinen Gashydrathaltigen Sedimenten-UMsatzraten und Mikroorganismen) of the ”Geotechnologien program ” of the BMBF ”Gas hydrates in the earth’s system” investigated turnover rates and microorganisms largely with ex situ methods. In 2002 and 2003, we participated in expeditions to gas hydrates and petroleum seeps in the Gulf of Mexico, to Hydrate Ridge off Oregon, to the Arctic mud volcano Haakon Mosby. In comparison to the methane seeps, a variety of other gassy sediments were investigated, from deep subsurface cores to the Wadden sea. We were able to identify a greater diversity of methanotrophic archaea and sulfate reducing bacteria as previously anticipated. The comparison of AOM rates showed that at seep sites with very high methane fluxes (up to 200 mmol m-2 d-1 at Hydrate Ridge), methane turnover rates were two to three orders of magnitude higher compared to non-seep sites with methane fluxes <2 mmol m-2 d-1 (Treude et al. 2003). At seep sites with methane as the sole carbon source, AOM and SRR are tightly coupled and reflect the stoichiometric relationship between sulfate reduction and methane oxidation (Michaelis et al. 2002). At sites with petroleum seepage sulfate reduction (SRR) gets decoupled from AOM, which drops to less than 10% of SRR (e.g at Guaymas basin, some of the Eastern Mediterranean seeps and Gulf of Mexico) (Joye et al. in press). At sites with high AOM above dissociating hydrate and high gas fluxes sulfate is the limiting factor and may become depleted within 1-3 cm below sediment surface. If sulfate concentrations drop below 3 mM, a substantial decrease in AOM was observed (Nauhaus et al. 2002). Hence, a strong lateral heterogeneity in AOM is typical for active seeps and is caused by transient gas injection, inhomogeneous distribution of gas hydrates, precipitated carbonates and bioturbation processes (Treude et al. 2003). Research on the Black Sea microbial mats showed further evidence for the direct relation between AOM and the formation of carbonate precipitates with light carbon isotope signatures (Michaelis et al. 2002). Sections through methanotrophic microbial mats from the Black Sea which were incubated in long term experiments with 14C labeled methane showed a diversity of community composition related to a variation in methane incorporation and carbonate precipitation. The research carried out in this regard with the program GHOSTDABS was extremely successful and provided interesting results as to the significance of AOM in earlier element cycles. Further research of the next phase of the MUMM project will investigate the relationship between AOM community composition and biomass and the velocity and regulation of methane turnover by laboratory experiments as well as fieldwork. Even if we have not achieved cultivation of the methanotrophs yet, combined expertise in microbiology, molecular ecology, genomics and bioinformatics has resulted in a major step forward to unraveling the mystery of the functioning of AOM: Recently the terminal enzyme in methanogenesis, the methyl coenzyme M reductase (mcr), has been cloned from ANME-1 and ANME-2 archaea (Hallam, 2003; Krüger et al., 2003, Meyerdierks et al., in prep.). The related “Ni-protein I” has been extracted from ANME-1 cells from Black Sea microbial mats and differed from MCR by a striking motif adjacent to the active site and its nickel cofactor F430 (Krüger et al. 2003).

Pour ceux qui se demanderait pourquoi j'ai souligné la dernière phrase, la raison est simple : le cofacteur F430 est cité plusieurs fois dans des papiers de Russell (déjà cités dans cette discussion), dans lesquels il y envisage la synthèse abiotique d'un proto-cofacteur avec plus ou moins les mêmes propriétés (bien que moins efficace, évidemment). Par exemple ici (lire au bas de la page 5) :

Predicting the conformations of peptides and proteins in early evolution (janvier 2008)

Bonne lecture.

[Geb]

Comme je l'ai déjà écrit plus tôt dans cette discussion, cet intérêt manifesté par Russell pour les méthanotrophes utilisant l'oxyde nitrique comme accepteur d'électron m'intrigue. Je ne me souviens pas avoir lu une publication qui me laissait penser qu'il avait abandonné l'idée des méthanogènes.

Cependant, je viens de tomber sur un papier publié en novembre 2008, pour lequel Michael Russell était co-auteur (avec en prime une autre collaboration des membres du Laboratoire de Bioénergetique et Ingenierie des Protéines de Marseille) :

Was nitric oxide the first deep electron sink?

Voilà le résumé (abstract) :

Evolutionary histories of enzymes involved in chemiosmotic energy conversion indicate that a strongly oxidizing substrate was available to the last universal common ancestor before the divergence of Bacteria and Archaea. According to palaeogeochemical evidence, O(2) was not present beyond trace amounts on the early Earth. Based on recent phylogenetic, enzymatic and geochemical results, we propose that, in the earliest Archaean, nitric oxide (NO) and its derivatives nitrate and nitrite served as strongly oxidizing substrates driving the evolution of a bioenergetic pathway related to modern dissimilatory denitrification. Aerobic respiration emerged later from within this ancestral pathway via adaptation of the enzyme NO reductase to its new substrate, dioxygen.

Ce papier englobe (avec des "détails supputés" sur LUCA) et dépasse le cadre de l'émergence de la vie (puisqu'il est aussi question des prémisses du développement des formes de vie aérobies) et j'espère ne pas alimenter un hors-sujet. Cependant, cet article pourrait avoir constitué l'élément déclencheur d'un intérêt pour le monoxyde d'azote chez Michael Russell.

Malheureusement l'article n'est pas disponible gratuitement. Il y a cependant, sur un autre site, quelques avis sur le papier :

Article Recommendations

L'avis du (célèbre) William Martin, posté le 15 avril 2009 :

Electron transport chains have been around since there was life on Earth, but what environmentally available compound served as a high potential electron acceptor (strong oxidant) before there was molecular oxygen? In this paper, Dulcluzeau and colleagues suggest that it was nitric oxide (NO), derived from atmospheric and geological chemistry.

Their arguments come from two angles: geochemical and biological. For example, they find that enzymes such as arsenite oxidase trace back to the common ancestor of all prokaryotes, and reactions such as the one catalysed by this enzyme require strong electron acceptors. If there was no oxygen, what was the acceptor? NO, they say. Furthermore, they suggest NO to have been the ancestral substrate for cytochrome c oxidase, and they back that case up with considerable detail from enzyme structures. Interesting ideas. Interesting paper.

Un avis posté le 3 août 2009, d'un certain ��tienne Joly, de l'Université Paul Sabatier à Toulouse :

By combining phylogenetic, biochemical, structural and geochemical perspectives, the authors of this paper present an innovative point of view whereby nitric oxide (NO) would seem to be the most likely strong oxidising substance at the end of primodial bioenergetic pathways.

Today, oxygen (O2) occupies a central place in many biochemical pathways as the final electron acceptor (the oxidiser). But this cannot have been the case in the early days of life on earth because O2 simply was not there at the time. Rather, it is the advent of photosynthesis which, much later, resulted in the accumulation of O2 in the atmosphere and in the oceans, in what is often referred to as the Great Oxidation Event.
NO and its nitrite and nitrate derivatives were certainly present in sizeable quantities before the arousal of life on earth, and the authors do present a very convincing case for the hypothesis that NO would have provided the final oxidising compounds for the early biochemical bioenergetic pathways.

Cordialement.

[noir_ecaille]

Est-ce que le di-azote atmosphérique proviendrait de l'utilisation de NO et ses dérivés par les premières formes de vie ou était-il déjà présent en grande quantité très tôt dans l'histoire de la Terre ?

[Geb]

Bonjour,

Est-ce que le di-azote atmosphérique proviendrait de l'utilisation de NO et ses dérivés par les premières formes de vie ou était-il déjà présent en grande quantité très tôt dans l'histoire de la Terre ?

Le diazote atmosphérique était déjà présent en grande quantité très tôt dans l'histoire de la Terre.

En fait, les modèles actuels favorisent plutôt une formation de la Terre (et des autres planètes telluriques) en seulement 3 à 50 millions d'années et que son intérieur était initialement chaud. En outre, le noyau terrestre semble s'être formé simultanément avec la phase d'accrétion terrestre et le fer métallique est descendu du manteau supérieur vers le centre de la Terre tout cela ayant pour conséquence que le dégazage volcanique en surface aurait été d'une composition similaire à la composition actuelle : de la vapeur d'eau, du gaz carbonique, de l'azote et des traces d'hydrogène et de monoxyde de carbone.

Cela contredit évidemment l'atmosphère réductrice (principalement hydrogène moléculaire, méthane et ammoniac) favorisée par Harold Urey à partir de la fin des années 1940 et reproduite dans l'expérience fondatrice de Stanley Miller (1953).

Pour plus d'information, lire le célèbre article de James Fraser Kasting :

Earth's early atmosphere (février 1993)

En voici un extrait qui pourrait t'intéresser :

Moreover, many of Earth's volatiles were probably released on impact (14), and this process may have formed a transient steam atmosphere during at least part of the accretionary period (15). […] Once the main accretionary phase had ended, the surface heat flux would have dwindled, and the steam atmosphere would have rained out to form an ocean (25). The remaining atmosphere would probably have been dominated by carbon and nitrogen compounds, primarily CO₂, CO, and N₂ (26-28). Next to water, carbon is the most abundant volatile at the Earth's surface. Most of it is in the relatively nonvolatile form of carbonate rocks (limestone and dolomite). The estimated crustal abundance of carbon, ~10²³ g (29), would be sufficient to produce a partial pressure of 60 to 80 bars, were all of it present in the atmosphere as CO₂. As much as 15% of this carbon may have resided in the atmosphere before the continents began to grow and carbonate rocks began to accumulate (27). Thus, a primitive atmosphere containing 10 bars of CO₂ + CO, along with approximately 1 bar of N₂, is possible during the first several hundred million years of Earth history.

Un peu plus loin dans l'article :

The impacts could also have affected atmospheric composition by providing a source of CO and NO. CO would have been produced by oxidation of organic C in carbonaceous impactors or by reduction of ambient, atmospheric CO2 by iron-rich impactors (28). NO would have been generated by shock heating of atmospheric CO₂ and N₂ (28, 32, 33).

Il y avait donc probablement des traces de monoxyde d'azote dans l'atmosphère terrestre primitive, pendant toute la période durant laquelle les gros impacts météoritiques étaient encore fréquents.

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir,

Je viens de trouver un tout nouvel article de Russell et al. publié dans Biochimica et Biophysica Acta, mis en ligne le 13 septembre

Un autre article de Michael J. Russell a été publié récemment (mis en ligne le 10 octobre), co-écrit avec Elbert Branscomb, chercheur à l'Institute for Genomic Biology de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign (UIUC) :

Turnstiles and bifurcators: The disequilibrium converting engines that put metabolism on the road

Voilà l'abstract, toujours dans la revue Biochimica et Biophysica Acta :

Abstract

The Submarine Hydrothermal Alkaline Spring Theory for the emergence of life holds that it is the ordered delivery of hydrogen and methane in alkaline hydrothermal solutions at a spontaneously precipitated inorganic osmotic and catalytic membrane to the carbon dioxide and other electron acceptors in the earliest acidulous cool ocean that, through these gradients, drove life into being. That such interactions between hydrothermal fuels and potential oxidants have so far not been accomplished in the lab is because some steps along the necessary metabolic pathways are endergonic and must therefore be driven by being coupled to thermodynamically larger exergonic processes. But coupling of this kind is far from automatic and it is not enough to merely sum the ΔGs of two supposedly coupled reactions and show their combined thermodynamic viability. An exergonic reaction will not drive an endergonic one unless ‘forced’ to do so by being tied to it mechanistically via an organized “engine” of “Free Energy Conversion” (FEC). Here we discuss the thermodynamics of FEC and advance proposals regarding the nature and roles of the FEC devices that could, in principle, have arisen spontaneously in the alkaline hydrothermal context and have forced the onset of a protometabolism. The key challenge is to divine what these initial engines of life were in physicochemical terms and as part of that, what structures provided the first “turnstile-like” mechanisms needed to couple the partner processes in free energy conversion; in particular to couple the dissipation of geochemically given gradients to, say, the reduction of CO2 to formate and the generation of a pyrophosphate disequilibrium. This article is part of a Special Issue entitled: The evolutionary aspects of bioenergetics systems.

Russell et ses collègues tiennent une moyenne d'une publication chaque mois sur sa théorie. C'est plutôt pas mal dans le domaine, non ?

Cordialement.

[JPL]

C'est intéressant comme sujet mais la discussion ressemble de plus en plus à un long monologue.

[Pfhoryan]

C'est intéressant comme sujet mais la discussion ressemble de plus en plus à un long monologue.

Pas bien grave çà. Ce fil est une mine d'information pour ceux qui s'y intéressent mais n'ont peut-être pas le temps de faire un suivi approfondi.
Et il y a quand même plus de 6000 affichages, preuve que l'intérêt est important pour ce qui s'apparente effectivement à un monologue.

[piwi]

Je suis d'accord avec ça. Et c'est pour cela que nous laissons cette discussion ouverte sur le forum de biologie, même si personne n'y participe.
Je profite d'ailleurs de ce message pour remercier Geb d'offrir à tous cette ressource.

Cordialement,
piwi

[JPL]

Disons que cela pourrait susciter d'autres participations.

[Geb]

Bonjour,

Disons que cela pourrait susciter d'autres participations.

J'avais en tout cas besoin d'un peu d'aide. C'est la raison pour laquelle j'ai écrit hier au Dr Mike Russell, qui m'a répondu dans les heures qui suivirent. Il m'a notamment suggéré quelques vidéos qui n'étaient pas dans cette discussion.

Je les poste déjà ici au cas ou l'un d'entre vous voudrais vulgariser tout ça :

Origin of Life

TEDxArt&ScienceLA - Dr. Michael Russell

Il m'a aussi donné les références des papiers dans lesquels ils explorent les raisons qui les ont poussé, lui et ses collègues, à favoriser les méthanotrophes plutôt que les méthanogènes pour l'origine des Archées. J'y reviendrai dans un autre post, lorsque j'aurai pris le temps d'analyser tout ça pour vous.

Il a aussi tenu à m'informer que ce changement des méthanogènes aux méthanotrophes fera l'objet de 2 papiers qui seront présentés à la Royal Society de Londres le mois prochain, lors d'un évènement organisé par Nick Lane (qui n'est pas un inconnu dans cette discussion). Le programme est ici :

Energy transduction and genome function – an evolutionary synthesis

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir,

Bon, pour que ce soit clair, je n'ai pas de raison particulière de croire que Russell est un farfelu qui publie n'importe quoi, mais la structure du "Journal of cosmology" pourrait peut-être (j'insiste bien sur le conditionnel, je n'accuse pas! Je m'interroge sincèrement) permettre cela.
Je veux dire, pourquoi publier dans ce genre de journal? Pour le lancer ou parce que les autres ne sont pas intéressés?

J'ai demandé directement à Mike Russell pourquoi il a publié plusieurs fois dans une revue sans facteur d'impact (référence à Journal of Cosmology). Il m'a répondu très simplement : "Pourquoi pas ? Roger Penrose l'a fait".

�� la question de savoir si c'était simplement parce qu'il en était un éditeur invité, il m'a répondu : "Exactement".

�� la question de savoir par curiosité, s'il avait une dénomination préférée pour cette théorie, il m'a répondu qu'il se sont triturés les méninges et que "Alkaline Hydrothermal Theory for the Emergence of Life" était finalement resté.

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir,

Je viens de prendre le temps de lire les résumés des papiers que Russell et Nitschke sont sur le point de présenté indépendamment au Royaume-Uni le mois prochain (voir message #76).

Le plus intriguant est, à mon avis, le résumé du papier de Nitschke :

A reassessment of autotrophy at the emergence of life

Abstract

An empirical way to study the origin of life is through extrapolating the evolutionary history of extant life back towards its very beginning while respecting geochemical boundary conditions and fundamental physical laws. This approach has in the past identified the Wood-Ljungdahl (WL) pathway of aceto- and methanogens as a promising candidate for primordial energy and carbon metabolism. However, a number of problems with this scenario have recently been pointed out (Schoepp et al., 2012, Biochim.Biophys.Acta, doi: 10.1016/j.bbabio.2012.09.005) suggesting that the original model may require amendments and reinterpretations. Here we present a scenario which stipulates that methane and nitrogen oxyanions ought to be considered in addition to the canonical WL-substrates, H2 and CO2. The recently described denitrifying methanotrophs represent an extant example for a corresponding metabolism. We will present arguments suggesting that denitrifying methanotrophy may pre-date aceto- and methanogenesis. Extant methanotrophic pathways suggest that the earliest carbon-fixing and energy harvesting metabolism may have condensed CO (delivered by the Ni/Fe-catalysed reduction of CO2) and a second C1-body represented by formaldehyde (or a sulphur-associated methyl group) produced by monooxygenation of methane to methanol (at a diiron centre) followed by further oxidation to formaldehyde (possibly catalysed by a molybdenum/tungsten-sulphide). In both half-reactions, redox bifurcations play crucial roles.

La référence "Schoepp et al., 2012, Biochim.Biophys.Acta, doi: 10.1016/j.bbabio.2012.09.005" pointe vers l'article intitulé "On the universal core of bioenergetics", déjà mentionné au message #53 de cette discussion.

Quelqu'un pourrait-il me dire quel est l'identité de ces "méthanotrophes pratiquant la dénitirification récemment décrits" ("recently described denitrifying methanotrophs") ? Parce que, apparemment, ils représenteraient finalement, d'après les derniers développements de la théorie, les organismes utilisant la voie métabolique la plus ancienne de tous les organismes vivants, avant même les acétogènes et les méthanogènes.

Concernant le mécanisme de bifurcation d'électrons, j'ai créé une discussion parallèle à ce sujet :

http://forums.futura-sciences.com/bi...delectron.html

Cordialement.

[doubleD]

Hey Geb

Bon je ne participe pas à la discussion mais je la suis de temps en temps.
Est paru il n'y a pas si longtemps au Cold Spring Harbor Perspectives in Biology un ouvrage sur l'origine de la vie. On peut accéder aux articles individuellement sous forme pdf mais on peut aussi acheter le livre, il est en promo en ce moment. Je l'ai, il est pas mal du tout (je lis en dilettante donc pas tout lu encore).

http://cshperspectives.cshlp.org/sit..._of_life.xhtml

[Geb]

Bonjour doubleD,

Bon je ne participe pas à la discussion mais je la suis de temps en temps.
Est paru il n'y a pas si longtemps au Cold Spring Harbor Perspectives in Biology un ouvrage sur l'origine de la vie.

Merci beaucoup pour tes commentaires (ils sont tellement rares dans cette discussion) et pour le lien.

Jack Szostak (un des éditeurs et des rédacteurs du bouquin que tu présentes) n'est pas un inconnu dans cette discussion, grâce à Alhec (voir message #12). Donc, j'ai déjà exploré les travaux du labo de Szostak et j'ai d'ailleurs remarqué de suite que j'avais déjà lu un des papiers du bouquin (voir message #13).

De prime abord, je répéterais (voir message #13) que le labo de Szostak explore des hypothèses très différentes de celles privilégiées dans l'hypothèse de Russell et al.

Par exemple, j'ai déjà vu une conférence d'Antonio Lazcano (l'auteur d'un article pour l'ouvrage que tu présentes) datée du 25 septembre 2007 et l'impression que j'en ai eu, c'est que ce chercheur est plutôt favorable à l'idée de la soupe primordiale et d'un premier organisme vivant hétérotrophe à l'origine de la vie sur Terre. Rien à voir avec l'hypothèse de Russell et de ses collègues.

Mais je vais quand même lire tout ça aujourd'hui, on ne sait jamais...

Merci encore.

[Geb]

J'en profite pour poster ici quelques infos sur les méthanotrophes et en particulier, les archées méthanotrophes actuelles.

Pour les passionnés d'histoire des sciences comme moi, je souhaiterais ajouter un petit détail.

Les méthanotrophes furent décrits pour la première fois en 1906 par l'ingénieur chimiste hollandais Nicolaas Louis Söhngen (1878-1934), dans sa thèse de doctorat intitulée : "Uber bakterien, welche methan ab knhlenstoffnahrung and energioquelle gebrauchen" (remplacé par "The Creation and Disappearance of Hydrogen and Methane under the Influence of Organic Life" dans les publications en anglais).

Cordialement.

[Geb]

Quelqu'un pourrait-il me dire quel est l'identité de ces "méthanotrophes pratiquant la dénitirification récemment décrits" ("recently described denitrifying methanotrophs") ? Parce que, apparemment, ils représenteraient finalement, d'après les derniers développements de la théorie, les organismes utilisant la voie métabolique la plus ancienne de tous les organismes vivants, avant même les acétogènes et les méthanogènes.

C'était plus facile que je ne pensais. Lorsque j'entre "denitrifying metanotroph" dans Google Scholar, il n'y a qu'un seul exemple de microorganisme qui ressort ! Il s'agit de la bactérie Candidatus Methylomirabilis oxyfera. La découverte de M. oxyfera a été annoncée pour la première fois dans un article de Nature publié le 25 mars 2010 et intitulé :

Nitrite-driven anaerobic methan oxidation by oxygenic bacteria (Ettwig et al., 2010)

Voici le résumé de l'article :

Only three biological pathways are known to produce oxygen: photosynthesis, chlorate respiration and the detoxification of reactive oxygen species. Here we present evidence for a fourth pathway, possibly of considerable geochemical and evolutionary importance. The pathway was discovered after metagenomic sequencing of an enrichment culture that couples anaerobic oxidation of methane with the reduction of nitrite to dinitrogen. The complete genome of the dominant bacterium, named ‘Candidatus Methylomirabilis oxyfera’, was assembled. This apparently anaerobic, denitrifying bacterium encoded, transcribed and expressed the well-established aerobic pathway for methane oxidation, whereas it lacked known genes for dinitrogen production. Subsequent isotopic labelling indicated that ‘M. oxyfera’ bypassed the denitrification intermediate nitrous oxide by the conversion of two nitric oxide molecules to dinitrogen and oxygen, which was used to oxidize methane. These results extend our understanding of hydrocarbon degradation under anoxic conditions and explain the biochemical mechanism of a poorly understood freshwater methane sink. Because nitrogen oxides were already present on early Earth, our finding opens up the possibility that oxygen was available to microbial metabolism before the evolution of oxygenic photosynthesis.

��videmment, il se pourrait que je me trompe complètement sur M. oxyfera et que ce ne soit pas du tout l'organisme qui fait l'objet du papier à paraître de Nitschke. Mais bon... imaginons.

Donc, il s'agirait d'une toute nouvelle bactérie, qui utilise une voie métabolique inconnue auparavant et qui est de plus, anaérobie mais surtout intra-aérobie ! Pour être plus clair (si j'ai bien compris), dans des conditions strictement anaérobies, M. oxyfera produit son propre O2 à partir de nitrite (NO2) ! Ce qui explique la fin de l'abstract : "our finding opens up the possibility that oxygen was available to microbial metabolism before the evolution of oxygenic photosynthesis".

Il y a un deuxième article, de Ronald S. Oremland, dans la même revue Nature du 25 mars 2010 :

Biogeochemistry: NO connection with methane

Voilà l'abstract :

Microorganisms that grow by oxidizing methane come in two basic types, aerobic and anaerobic. Now we have something in between that generates its own supply of molecular oxygen by metabolizing nitric oxide.

Je suis en train de lire les 3 seuls articles gratuits que j'ai trouvé au sujet de M. oxyfera, qui sont aussi plus récents :

Physiological role of the respiratory quinol oxidase in the anaerobic nitrite-reducing methanotroph ‘Candidatus Methylomirabilis oxyfera’ (Wu et al., 2011)

Ultrastructure of the Denitrifying Methanotroph “Candidatus Methylomirabilis oxyfera,” a Novel Polygon-Shaped Bacterium (Wu et al., 2012)

Effect of oxygen on the anaerobic methanotroph 'Candidatus Methylomirabilis oxyfera': kinetic and transcriptional analysis (Luesken et al., 2012)

Donc, d'après ce que je sais des derniers développements, le lieu d'origine de la vie resterait le même : une source hydrothermale alcaline. Par contre, il me semble que cette découverte chamboule un peu toutes les propositions antérieures de Russell et al. sur les caractéristiques métaboliques du premier organisme vivant sur Terre. Mais cette enquête sur l'origine de la vie sur Terre ne m'en paraît que plus passionnante.

Cordialement.

[Geb]

La découverte de M. oxyfera a été annoncée pour la première fois dans un article de Nature publié le 25 mars 2010 et intitulé : Nitrite-driven anaerobic methan oxidation by oxygenic bacteria (Ettwig et al., 2010)

Bizarrement, je n'ai trouvé qu'un seul article de presse qui mentionne la découverte de M. oxyfera :

Dull as Ditchwater? Not this time

Cet article très intéressant fait remonter la découverte de M. oxyfera à deux papiers publiés le 13 avril 2006 et le 21 août 2008, dans Nature et Environmental Microbiology respectivement :

A microbial consortium couples anaerobic methane oxidation to denitrification (Raghoebarsing et al., 2006)

Denitrifying bacteria anaerobically oxidise methane in the absence of Archaea (Ettwig et al., 2008)

Cordialement.

[Geb]

Je suis en train de lire les 3 seuls articles gratuits que j'ai trouvé au sujet de M. oxyfera, qui sont aussi plus récents :

Physiological role of the respiratory quinol oxidase in the anaerobic nitrite-reducing methanotroph ‘Candidatus Methylomirabilis oxyfera’ (Wu et al., 2011)

Ultrastructure of the Denitrifying Methanotroph “Candidatus Methylomirabilis oxyfera,” a Novel Polygon-Shaped Bacterium (Wu et al., 2012)

Effect of oxygen on the anaerobic methanotroph 'Candidatus Methylomirabilis oxyfera': kinetic and transcriptional analysis (Luesken et al., 2012)

Je viens de terminer de lire l'article "Ultrastructure of the Denitrifying Methanotroph “Candidatus Methylomirabilis oxyfera,” a Novel Polygon-Shaped Bacterium", dont je vous propose de lire un résumé ci-après :

Les bactéries méthanotropes sont définies par leur aptitude à utiliser le méthane CH4 comme seule source, à la fois, de carbone et d'énergie. Ces organismes sont inclus dans le sous-ensemble des bactéries connues comme "méthylotrophes".

Jusqu'ici, il y a au moins 2 propriétés qui différencient Candidatus Methylomirabilis oxyfera des autres méthanotrophes connus : son association phylogénétique avec le phylum NC10 et le fait que Candidatus Methylomirabilis oxyfera ne pratique ni l'oxydation du méthane en conditions aérobies (comme tous les autres méthanotrophes connus), ni même, stricto sensu, l'oxydation du méthane en conditions anaérobies, avec pour seul cas connu de l'oxydation du méthane en conditions anaérobies représentée par le consortium d'archées méthanotrophes et de bactéries sulfato-réductrices par méthanogenèse inversée.

Il semble que Candidatus Methylomirabilis oxyfera ait développé une nouvelle façon de vivre grâce au méthane, en combinant l'oxydation anaérobie du méthane avec la dénitrification par respiration normale à travers une voie intra-aérobique récemment découverte de production d'oxygène. L'oxygène est produite par une voie de dénitrification atypique, qui procède par dismutation d'oxyde nitrique en diazote et oxygène. Une partie de l'oxygène produite est ensuite utilisé pour l'activation et l'oxydation du méthane ; l'oxygène restant est supposé être utilisé dans la respiration normale par des oxydase respiratoires terminales.

Quant à la forme de la cellule, les méthanotrophes arborent une grande variété. Cependant, il y a une caratéristique commune partagée par la plupart des méthanotrophes : les membranes intracytoplasmiques. Les membranes intracytoplasmiques présentes l'enzyme clé de l'oxydation du méthane : la forme particulaire de la méthane monooxygénase (pMMO)

Certains méthanotrophes possèdent également la forme soluble de cette enzyme (sMMO), qui réside dans le cytoplasme. L'arrangement physique de la pMMO dans les membranes intracytoplasmiques à pour effet d'acroître la quantité de cette enzyme, qui peut atteindre jusquà 80% du contenu total des membranes intracytoplasmiques, qui se traduit par une amélioration de la vitesse métabolique. �� l'exception de l'espèce Methylocella et des trois espèces de verrucomicrobes connus actuellement, qui ne contienne que la forme soluble de l'enzyme (sMMO) dans leurs cytoplasmes, tous les autres méthanotrophes possèdent l'enzyme pMMO ainsi que les structures intracytoplasmiques. L'enzyme méthane monooxygénase est utilisée par les méthanotrophes pour convertir le méthane en méthanol, lors de la première étape de l'oxydation du méthane jusqu'au CO2.

L'arrangement de ces a structure membranes intracytoplasmiques peut être de deux types : sous la forme de faisceaux de disques vésiculaires (dans les gammaprotéobactéries) et sous la forme de paires de couches périphériques (dans les alphaprotéobactéries). Les méthanotrophes de la première catégorie sont dits "de type 1" et les méthanotrophes de la seconde catégorie sont dit "de type 2" respectivement.

Depuis sa découverte en 2006, quelques unes des caractéristiques clés de Candidatus Methylomirabilis oxyfera ont été révélées, en ce compris son génome, son transcriptome et son protéome, ainsi que ses voies cataboliques principales.

Cependant, à la différence du cas de bien des protéobactéries méthanotrophes, la connaissance de l'ultrastructure de Candidatus Methylomirabilis oxyfera est pour l'instant non-existante. En la matière, on observe que Candidatus Methylomirabilis oxyfera possède une forme polygonale atypique, avec un nombre de côtés variable. Aussi, la couche la plus externe de la cellule semble être une couche protéinique de surface. En outre, l'étude révèlera que Candidatus Methylomirabilis oxyfera ne semble pas posséder de membranes intracytoplasmiques.

Ces cellules en formes de tige avait une longueur moyenne de 1158 ± 323 nm et une largeur moyenne de 259 ± 64 nm (une moyenne effectuée sur 50 cellules).

La surface de la cellule a un aspect relativement lisse, à l'exception de la présence de plusieurs nervures longitudinales distinctes sur toute la longueur de la cellule et qui se rejoignent aux pôles de la cellule sous la forme d'une structure circulaire en forme de capuchon. Le nombre de ces nervures longitudinales diffère en fonction des cellules. Les crêtes du polygone formé par la cellule ont un aspect granuleux, contrairement au reste de la surface de la cellule.

Cette couche peut être une couche de surface (couche S) de (glyco)protéines avec une symétrie oblique ou en treillis carré (p2 ou p4). On indique un motif répétitif avec une fréquence de 7 nm et, dans certains cas, à 5 nm. Ces valeurs sont susceptibles de correspondre à un espacement dit "de centre à centre" des unités de la couche S. Comparé aux autres couches S de centre-à-centre, qui comprennent des espacements dans la gamme de 3 à 35 nm, ce sont des valeurs assez faibles. Toutefois, de faibles valeurs ont été déjà été retrouvées précédemment pour les couches S de symétrie p2.

Dans les cultures, Candidatus Methylomirabilis oxyfera croït par fission binaire : un doublement de la population à chaque génération. Il s'agit de la multiplication cellulaire la plus courante chez les procaryotes.

L'enveloppe cellulaire s'est révélée typique des bactéries Gram négatif. L'enveloppe cellulaire a une épaisseur d'environ 40 nanomètres et consiste, de l'intérieur vers l'extérieur, d'une membrane cytoplasmique, de peptidoglycane, et d'une membrane externe. Le peptidoglycane comporte une couche dense en électrons à l'intérieur d'un espace périplasmique à proximité directe de la membrane externe. Dans le cytoplasme, des granules pauvres en électrons sont supposés être des vésicules de stockage.

Le nucléoïde, une zone densément colorés au milieu de la cellule, occupe une grande partie du contenu de la cellule et semblait être assez condensée. ��tonnamment, les membranes intracytoplasmiques, souvent présentent dans les protéobactéries méthanotrophes, n'ont jamais été observées.

Quelques fois, une couche additionnelle d'une épaisseur d'environ 8 nanomètres est observé par-dessus la membrane externe. Cela pourrait correspondre à la couche de surface supposée.

Je suis sur le point de terminer mon résumé de : Physiological role of the respiratory quinol oxidase in the anaerobic nitrite-reducing methanotroph ‘Candidatus Methylomirabilis oxyfera’.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

J'ai trouvé une critique de John F. Allen, adressée à Günter Wächtershäuser, dans les commentaires d'un article scientifique publié le 7 septembre 2006 :

From volcanic origins of chemoautotrophic life to Bacteria, Archaea and Eukarya

Dans son dernier commentaire, Günter Wächtershäuser après avoir présenté brièvement les avantages de la théorie de Michael Russell, énumère les raisons de son scepticisme. Il présente 4 arguments :

Premièrement, la précipitation de cellules en FeS est chimiquement inconnue et a besoin d'une confirmation expérimentale. En 1997, Russell et Hall ont publié une telle expérience, mais selon Wächtershäuser, les cavités polygonales photographiées (10 à 20 µm de diamètre pour 2 à 3 µm d'épaisseur), sont un artefact dû à la préparation de l'échantillon. Le refroidissement de l'hydrogel aurait formé des cristaux de glace qui, en s'évaporant, auraient laissé des pores. La taille des pores peut être contrôlée par le taux de refroidissement.

Deuxièmement, il n'y a pas de roche à l'Hadéen qui pourraient montrer les preuves de cellules en FeS.

Ensuite, en 1989, le pH dans les expériences de Russell et Hall était de 1,9. Hors, l'acidité est cruciale. En 1997, les estimations de Russell et Hall faisaient état d'un pH de 3,5 pour l'océan de l'Hadéen. En 1998, Russell et al. calculaient un pH de 4,5 et enfin, un pH de 5,5 en 2003. Malheureusement, les conditions de pH et de température de l'océan au niveau du plancher océanique à l'Hadéen sont soumises à controverse. La conjugaison d'un pH acide et d'une basse température (20°C maximum selon Russell et al.), pourrait très bien, pour Wächtershäuser, se révéler être une impossibilité géochimique.

Enfin, les concentrations de fer dans les expériences de jardin chimique effectuées par Russell et ses collègues seraient trop élevées, de plusieurs ordres de grandeur.

En ce qui me concerne, l'expérience présentée dans le papier au message #54 de cette discussion, publié le 18 novembre 2010, fournit de quoi invalider ces critiques : le pH de l'océan Hadéen simulé est de 5,3 et surtout, la concentration en fer est de 10 mM/L "seulement".

D'ailleurs, les critiques de Günter Wächtershäuser semblaient tellement "convaincantes" aux yeux de John F. Allen, qu'il a publié un premier papier en collaboration avec Michael J. Russell peu de temps après :

Inorganic complexes enabled the onset of life and oxygenic photosynthesis (Russell et al., 2008)

Cordialement.

[Geb]

Je suis sur le point de terminer mon résumé de : Physiological role of the respiratory quinol oxidase in the anaerobic nitrite-reducing methanotroph ‘Candidatus Methylomirabilis oxyfera’.

Voici le résumé promis :

Le génome de Candidatus Methylomirabilis oxyfera comprend 4 séries de gènes encodant pour des oxydases terminales :

- deux cytochrome c oxydases,
- une ubiquinol oxydase de type bo,
- une oxidase alternative insensible au cyanure.

Pour rappel, les enzymes sont classées en 6 catégories distinctes : les oxydo-réductases, les transférases, les hydrolases, les lyases, les isomérases et les ligases. Une "oxydase terminale" (une oxydo-réductase) est la dernière enzyme de la chaîne respiratoire (encore appelée chaîne de transport d'électrons).

Il y a dans ces séries de gènes, une seule oxydase qui est produite et a donc une utilité fonctionnelle pour Ca. M. oxyfera : l'ubiquinol oxydase terminale de type bo.

Tous les gènes encodant pour les enzymes de la voie métabolique d'oxydation aérobie du méthane sont présents, en ce inclut la méthane monooxygénase particulaire (pMMO). Tous les gènes de la voie "canonique" de dénitrification était également présent dans le génome de Ca. M. oxyfera, à l'exception notable de celle encodant pour la réductase du protoxyde d'azote (N2O).

Les complexes enzymatiques de la dénitrification catalysent dans l'ordre : le nitrate (NO3), le nitrite (NO2), le monoxyde d'azote (NO), le protoxyde d'azote (N2O) pour donner, en bout de course, du diazote (N2). Certains organismes ne passent pas par le nitrate et utilisent directement le nitrite (c'est le cas de Ca. M. oxyfera). Cependant, Ca. M. oxyfera est atypique en ce sens qu'elle "saute" l'étape du protoxyde d'azote. En effet, elle passe directement du monoxyde d'azote au diazote. C'est apparemment le seul cas connu actuellement dans le monde vivant. Cette absence de la réductase du protoxyde d'azote était donc complètement inattendue.

Quoi qu'il en soit, du diazote (N2) et du dioxygène (O2) sont formés par l'action d'une enzyme NO-dismutase. D'ailleurs, l'enzyme NO-dismutase qui permettrait ce "tour de force" est d'une nature inconnue à l'heure actuelle.

De ce fait, 4 molécules d'oxygène moléculaire (O2) seraient formées à partir de 8 molécules de nitrite (NO2) desquelles seulement 3 sont nécessaires à l'activation du méthane par l'enzyme méthane moxooxygénase. Donc, 25% de l'oxygène produit a besoin d'être consumée par un autre processus, peut-être la respiration, par une oxydase terminale.

Deux propriétés de Ca. M. oxyfera sont dont uniques en comparaison avec toutes les autres bactéries : le couplage de l'oxydation anaérobie du méthane avec la dénitrification et la capacité de produire de l'oxygène de manière intracellulaire à partir du monoxyde d'azote pour l'oxydation du méthane.

La majeure partie (75%) de l'oxygène est employé pour l'activation et l'oxydation du méthane par la méthane monooxygénase, laissant les 25% résiduels pour une autre application.

Comme je l'ai dit plus haut, le génome de Ca. M. oxyfera contient en fait 4 séries différentes de gènes encodant pour des oxydases terminales. Trois de ces dernières (notées HCO 1 à HCO 3) font partie de la superfamille HCO d'enzymes et la quatrième est une enzyme de type AOX qui a la particularité de ne pas servir au pompage de protons (contrairement à beaucoup d'enzymes de ce type).

Une analyse plus détaillée permet de supputé que HCO 1 est une cytochrome c (cyt c) oxydase de type aa3 et HCO 3 serait une cytochrome c oxydase de type ba, tandis que HCO 2 semble être une ubiquinol (UbqO) de type bo.

Des expériences effectuées suggèrent fortement l'expression fonctionnelle de HCO 2. ��tant une pompe à proton, cette enzyme permettrait à l'organisme de conserver de l'énergie additionnelle par la respiration aérobie, en plus de la dénitrification. Les autres oxydases trouvées dans le génome de Ca. M. oxyfera ne semblent pas être exprimées à des niveaux détectables, du moins pas dans les conditions auxquelles l'organisme a été mis en culture pendant l'étude.

Cela dit, HCO 2 est exprimée à un bas niveau également. Prenant en compte le fait que Ca. M. oxyfera est un organisme croissant extrêmement lentement, qualifiable de métaboliquement inerte si on se réfère au rythme auquel le méthane est oxydé, cette activité reste suffisante pour impliqué HCO 2 dans un rôle de respiration aérobie.

Dans les expériences, la consommation d'oxygène (dépendant de la quinol) fut seulement partiellement inhibée par le cyanure. Ceci pourrait indiqué soit la présence d'une autre oxydase terminale insensible au cyanure dans la préparation (qui n'a pas été détectée malgré tous les efforts en ce sens), soit l'enzyme HCO 2 elle-même serait relativement insensible à cette inhibiteur, ce qui ne serait pas surprenant étant donné sa divergence phylogénétique.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour à tous,

Le 5 octobre 2012, Michael Russell était présent à un colloque organisé au département de géologie de l'UIUC (University of Illinois at Urbana-Champaign) :

Fall 2012 Colloquium

Il y a donné une conférence intitulé :

Serpentinization and beating the acetyl coenzyme-A pathway to the origin of life

En voici l'abstract (voir lien ci-dessus) :

Of all the processes in the cascade of dissipation engines relieving the Earth of its heat burden, it is largely in the process of serpentinization that the transitional step from the largely physical to the largely chemical free energy converting engines on our planet first was taken. That is, the serpentinization process primarily converts physical disequilibria, in the form of mechanical stress and thermal gradients, to the production of structural, mineralogical, and most notably, chemical disequilibria ��� all of which then serve to directly set the scene for the emergence of life (Branscomb & Russell, 2012; Russell et al., 2010, 2012). Moderate temperature serpentinization could offer two fuels in alkaline hydrothermal solution, H₂ and CH₄ as well as bisulfide (HS^-) and the vital catalyst molybdenum in what we take to be life���s hatchery ��� a compartmentalized submarine hydrothermal mound acting as a materials and a free energy trap and, ultimately, as the hatchery of life. The porous mound is generated as this hot alkaline solution interfaces the iron- and nitrate-bearing carbonic Hadean Ocean. The question to answer is; how might carbon be first fixed abiotically to produce two critical reagents ��� CO and a methyl group ��� and how might they in turn react with HS^- to form activated acetate?

Within the confining iron-nickel-molybdenum-sulfide-bearing inorganic membranes, molecules of hydrothermal H₂ and CH₄ could lose electrons to a high potential Mo₂^VIFe₃S₉ cluster and so be oxidized to protons and a methyl group respectively as the molybdenum cluster is reduced to Mo₂^IVFe₃S₉. Electrons from the now reduced Mo₂^IVFe₃S₉ cluster then bifurcate to simultaneously reduce the high potential oxidant NO₃^- to nitrite and the low potential CO₂ molecule to CO. A portion of the CO and thiolated methyl groups (CH₃S^-) adhering to greigite nanocrysts (~NiS₂[Fe₄S₄]S₂Fe, cf. acetyl co-A synthase) could be catalyzed to react and produce activated acetate (cf. Huber & Wächtershäuser, 1997). Phosphorylated, the acetate is then released from the greigite surface and the redox cycle is repeated. Activated acetate would provide both for biosynthesis as well as for some early bioenergetics. The process would also produce the reactive intermediate, formaldehyde (otherwise only synthesized in a highly endergonic reductive step involving ATP or ionic gradient in the extant reductive acetyl co-A pathway) by the backdoor. This hypothetical abiotic process, which beats the acetyl co-A pathway from reductive and oxidative directions to facilitate the origin of life, is termed ���denitrifying methanotrophic acetogenesis��� (Nitschke & Russell, 2012).

Cela vous donne un petit avant goût de la dernière proposition de Russell et ses collègues Wolfgang Nitschke (dont nous avons déjà parlé) et Elbert Branscomb, ce dernier étant justement chercheur à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign (UIUC), à l'Institute for Genomic Biology.

On y retrouve :

- le rôle "nouveau" du méthane, qu'on détecte encore dans les effluves des fumeurs blancs modernes,
- l'acétogenèse, mais cette fois, par le mécanisme de méthanotrophie anaérobie impliquant la dénitrification (référence à M. oxyfera),
- l'importance des ions molybdène, impliqués dans les bifurcations rédox,
- les oxoanions à base d'azote.
- ...

Cordialement.

[Geb]

Pas bien grave çà. Ce fil est une mine d'information pour ceux qui s'y intéressent mais n'ont peut-être pas le temps de faire un suivi approfondi.

Je me suis dit que ça valait la peine de faire une liste des publications scientifiques (dans l'ordre d'apparition dans cette discussion) qu'on peut lire entièrement sur le net :

1) On the origin of biochemistry at an alkaline hydrothermal vent
2) On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells
3) The rocky roots of the acetyl-CoA pathway
4) Sites for phosphates and iron-sulfur thiolates in the first membranes : 3 to 6 residue anion-binding motifs (nests)
5) The onset and early evolution of life
6) Predicting the conformations of peptides and proteins in early evolution
7) On the origin of genomes and cells within inorganic compartments
8) A mechanism for the association of amino acids with their codons and the origin of the genetic code
9) Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems
10) Hydrothermal vents and the origin of life
11) Serpentinite and the dawn of life
12) The redox protein construction kit: pre-last universal common ancestor evolution of energy-conserving enzymes
13) The ineluctable requirement for the trans-iron elements molybdenum and/or tungsten in the origin of life
14) Earliest Seafloor Hydrothermal Systems on Earth: Comparison with Modern Analogues
15) Distinct Stages of Protein Evolution as Suggested by Protein Sequence Analysis
16) Polyphosphate-Peptide Synergy and the Organic Takeover at the Emergence of Life
17) Just Like the Universe the Emergence of Life had High Enthalpy and Low Entropy Beginnings
18) The Alkaline World and the Origin of Life
19) The RNA World and the Origin of Life: An Ancient Protein Fold Links Metal-Based Gas Reactions with the RNA World
20) Evolutionary Steps to the Origin of Life on Earth
21) On the Emergence of Pre-Genetic Information
22) Chance or Necessity? Bioenergetics and the Probability of Life
23) Disequilibrium First: The Origin of Life
24) The Emergence of Life: Thermodynamics of Chemical Free Energy Generation in Off-Axis Hydrothermal Vent Systems and its Consequences for Compartmentalization and Life's Origins
25) How Life Began: The Emergence of Sparse Metabolic Networks
26) Viruses and Life: Can There Be One Without the Other?
27) What Can the Origin of Life on Earth Tell Us About the Cosmos?
28) Life's Origins: Potential for Radical Mediated Cyanide Production on the Early Earth Redox Homeostasis in the Emergence of Life. On the Constant Internal Environment of Nascent Living Cells
29) Reconstruction of the Molecular Origin of Life
30) Design, Fabrication, and Test of a Hydrothermal Reactor for Origin-of-Life Experiments
31) Predicting the conformations of peptides and proteins in early evolution
32) Inorganic complexes enabled the onset of life and oxygenic photosynthesis

Cordialement.

[Geb]

Pour ceux qui ont un peu moins de temps, il y a l'excellent article de Nick Lane dans Journal of Cosmology. Je crois qu'il s'agit de l'article le plus efficace pour présenter dans les grandes lignes la théorie de Russell :

Chance or Necessity? Bioenergetics and the Probability of Life (août 2010)

On a aussi égrainé différents articles de vulgarisation au fil de cette discussion :

1) Jump-Starting a Cellular World: Investigating the Origin of Life, from Soup to Networks (15 novembre 2005)
2) First Life (janvier-février 2006)
3) The Present is the Key to the Past (21 avril 2008)
4) Nascence man (21 mai 2009)
5) Metals, Sulfide and Phosphate Bring Wet Rocky Worlds to Life (2 novembre 2010)
6) The cradle of life (17 octobre 2009)
7) Life: Inevitable or fluke? (23 juin 2012)

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Je suis tombé par hasard sur une discussion qui m'a fait sourire.

Elle a été ouverte le 6 janvier 2003. Voici le message "inaugural" de Yoyo :

Un des modeles actuel de l'apparition de la vie sur terre est que celle-ci serait apparu a la surface des oceans.
or une nouvelle theorie interessante permettrair d'expliquer beaucoup de choses.
Des cellules se seraient constituées avant que "la vie" ne s'y introduise. Ces cellules primitives n'étaient pas des cellules vivantes mais des cellules inorganiques faites de sulfure de fer et se formant tout au fond des océans, dans une complète obscurité. La vie aurait été une conséquence chimique des courants de convection traversant la croûte terrestre. Les cellules de sulfure de fer auraient constitué des micro-environnements propices aux réactions chimiques amenant à la vie. Aurait pris part à ces réactions le fluide hydrothermal, riche en hydrogène, monoxyde de carbone, cyanure et sulfure, remontant à partir de la croûte terrestre vers le plancher océanique.

Une des conséquences de cette théorie est une plus grande probabilité de présence de la vie sur d'autres planètes ou encore sur des lunes telles qu'Europe (satellite de Jupiter).

c'est une theorie interessante n'est-ce pas?

Vous l'aurez deviné, Yoyo voulait parler du papier de Martin & Russell intitulé "On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells" et que nous avons évoqué dès le message #3 de cette discussion.

Ce qui est remarquable également, c'est que Yoyo a publié son message seulement 32 jours après la sortie du papier, publié en ligne le 5 décembre 2002.

Ce qui m'a fait aussi sourire, c'est que ce message est référencé comme le #29 sur le forum, alors que celui que j'écris en ce moment est le #4252566.

Cependant, la discussion de Yoyo, en elle-même, a malheureusement bifurqué rapidement vers un tout autre sujet que celui de l'hypothèse de la source hydrothermale alcaline de l'émergence de la vie.

Cela dit, c'est un papier tellement fondateur, je me demande ce que Yoyo en pense approximativement 9 ans et 10 mois plus tard.

Cordialement.