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

[Geb]

J'ai appris grâce au Dr Nitschke, que la théorie de Russell est désormais intégrée à la toute nouvelle et 13e édition de ce qu'il m'a décrit comme "la Bible des microbiologistes" :

Brock Biology of Microorganisms

Aussi apellé couramment "BBOM", ou tout simplement "le Brock", pour les connaisseurs.

la table des matières :

Table of Contents

I. PRINCIPLES OF MICROBIOLOGY
1. Microorganisms and Microbiology
2. A Brief Journey to the Microbial World
3. Cell Structure and Function in Bacteria and Archaea

II. METABOLISM AND GROWTH
4. Nutrition, Culture, and Metabolism of Microorganisms
5. Microbial Growth

III. MOLECULAR BIOLOGY AND GENE EXPRESSION
6. Molecular Biology of Bacteria
7. Archael and Eukaryotic Molecular Biology
8. Regulation of Gene Expression

IV. VIROLOGY, GENETICS, AND GENOMICS
9. Viruses and Virology
10. Genetics of Bacteria and Arachaea
11. Genetic Engineering
12. Microbial Genomics

V. METABOLIC DIVERSITY AND COMMERICAL BIOCATALYSES
13. Phototrophy, Chemolithotrophy, and Major Biosyntheses
14. Catabolism of Organic Compounds
15. Commercial Products and Biotechnology

VI. MICROBIAL EVOLUTION AND DIVERSITY
16. Microbial Evolution and Systematics
17. Bacteria: The Proteobacteria
18. Other Bacteria
19. Archaea
20. Eukaryotic Cell Biology and Eukaryotic Microorganisms
21. Viral Diversity

VII. Microbial Ecology
22. Methods in Microbial Ecology
23. Major Microbial Habitats and Diversity
24. Nutrient Cycles, Biodegradation, and Bioremediation
25. Microbial Symbioses

VIII. ANTIMICROBIAL AGENTS AND PATHOGENICITY
26. Microbial Growth Control
27. Microbial Interactions with Humans

IX. IMMUNOLOGY
28. Immunity and Host Defense
29. Immune Mechanisms
30. Molecular Immunology

X. DIAGNOSING AND TRACKING MICROBIAL DISEASES
31. Diagnostic Microbiology and Immunology
32. Epidemiology

XI. HUMAN- AND ANIMAL-TRANSMITTED INFECTIOUS DISEASES
33. Person-to-Person Microbial Diseases
34. Vectorborne and Soilborne Microbial Pathogens

XII. COMMON SOURCE INFECTIOUS DISEASE
35. Wastewater Treatment, Water Purification, and Waterborne Microbial Diseases
36. Food Preservation and Foodborne Microbial Diseases

Appendices 1 and 2
Glossary
Index

Apparemment, la théorie de Russell serait traité avec assez de détails dans la partie 16 intitulée "Microbial Evolution and Systematics", du chapitre VI.

Une preuve de plus que, peut-être, dans le monde anglo-saxon, la théorie de Russell semble désormais traitée comme la théorie consensuelle de l'origine de la vie sur Terre.

Cordialement.
-----

[Geb]

Bonjour,

J'ai trouvé une carte très intéressante sur le site du Laboratoire Environnement Profond du Département ��tudes des ��cosystèmes Profonds (DEEP) situé sur le site de Brest de l'IFREMER, la plus grande communauté océanographique d'Europe, qui compte onze départements en tout (dont le DEEP) :

- carte des sites hydrothermaux

Si j'ai bien compté, il y a 42 points sur cette carte, donc 42 sources hydrothermales, mais a priori aucune source hydrothermale alcaline, puisque la première source active de ce type localisée, "The Lost City" (découverte le 4 décembre 2000), ne figure pas sur la carte. Il s'agirait donc a priori uniquement de fumeurs noirs, le premier d'entre eux, "Rainbow" (au milieu de l'Atlantique), ayant été découvert en 1977.

L'article auquel la carte est attaché est ici :

- Contextes géologiques de différents écosystèmes

Malheureusement, le site internet ne semble pas très récent et je doute que la carte soit actualisée, même pour les seuls fumeurs noirs connus. Cela dit, 42 sites ce n'est déjà pas si mal...

Cependant, l'ancienneté du site n'est pas qu'un désavantage, puisqu'on y trouve un bon article sur l'histoire de la recherche des fumeurs noirs, tiré d'un Science & vie de 1991 :

Les sources hydrothermales

Bonne lecture.

[Geb]

on y trouve un bon article sur l'histoire de la recherche des fumeurs noirs, tiré d'un Science & vie de 1991

Il s'agit de l'article de Lucien Laubier (p. 46-54) intitulé "Faunes de l'extrême" et paru dans le Science & vie Hors-Série n°176 de septembre 1991, lui-même intitulé "la vie des océans".

Ce qui est amusant, c'est que l'article fait référence à un autre article écrit par Patrick Forterre (Science & vie Hors-Série N°173, décembre 1990).

J'ai justement retrouvé un article de Patrick Forterre sur le site de l'Institut Pasteur :

Prof. Patrick Forterre - research

la partie la plus intéressante pour cette discussion concerne sans aucun doute les derniers travaux décrits. Ceux qui auront pris le temps de regarder la conférence du 16 juin 2008 de Patrick Forterre, à l'Université de Tous les Savoirs (voir message #10), reconnaîtrons les grands thèmes qu'il y aborde :

Le génome de LUCA et l’origine des génomes à ADN

Ces dernières années, suite aux données obtenues grâce à la génomique comparative, le problème de la nature du génome de LUCA, ADN ou ARN est venu à l’ordre du jour. Nos premiers travaux sur les ADN polymérases et ADN topoisomérases des archéobactéries, m’avaient conduit à insister sur l’idée selon laquelle LUCA était un organisme du monde à ADN (Forterre et al., 1993). Cette idée se basait sur la présence de certaines enzymes clefs du métabolisme de l’ADN dans les trois domaines du vivant, en particulier les ADN topoisomérases de type II et les ADN polymérases de la famille B. Or, nos travaux de phylogénie plus récents, basés sur les données accumulées grâce au séquençage des génomes, ont montré que cette répartition ubiquitaire était en fait due à des transferts de gènes entre domaines (Filée et al., 2002, Gadelle et al., 2003). Il ne reste donc plus que très peu de protéines du métabolisme de l’ADN dont on peut inférer la présence dans l’ancêtre commun de chacun des trois domaines (donc sans doute chez LUCA). En particulier, les protéines de réplication de l’ADN ne sont pas ubiquitaires, puisque l’on distingue deux systèmes non homologues, celui des bactéries et celui des archéobactéries/eucaryotes. Les arguments en faveur d’un LUCA à ADN ne sont donc plus très nombreux.

Afin d’expliquer pourquoi le système de réplication de l’ADN des bactéries est si différent des deux autres, Koonin et ses collaborateurs ont repris l’idée, avancée par Carl Woese dès 1977, d’un LUCA dont le génome était composé d’ARN (Muschegian & Koonin, 1996, Proc Natl Acad Sci., 93, p10268). Selon eux, les mécanismes de réplication de l’ADN ont été inventés deux fois indépendamment au cours de l’évolution, une fois dans la lignée conduisant aux bactéries, et une autre fois dans celle conduisant aux archéobactéries et aux eucaryotes (Leipe et al., 1999, Nucleic Acids Res., 27, p3389).

Pour ma part, j’ai proposé que les protéines du système de réplication ancestral avaient été remplacées chez les bactéries par un nouveau système d’origine virale (Forterre, 1999). Cette hypothèse se base sur l’existence de nombreuses protéines de réplication virales formant des familles non homologues de leurs analogues cellulaires. Cette observation suggère une très grande ancienneté des mécanismes de réplication des virus à ADN.

Pour explorer plus avant cette idée, Jonathan Filée a entrepris l’analyse phylogénétique systématique des protéines virales du métabolisme de l’ADN dans le cadre de sa thèse (dirigée par Jacqueline Laurent, une Maître de conférence dans notre équipe). Leur travail a confirmé l’existence de transferts anciens de protéines réplicatives entre cellules et virus (Filée et al., 2002 ; 2003). Ces transferts sont généralement difficiles à polariser (ont-ils eu lieu des virus vers les cellules ou bien des cellules vers les virus ?). Trois cas de transferts de virus vers cellules ont toutefois pu être clairement mis en évidence : le transfert d’une ADN polymérase virale dans le génome de l’archéobactérie halophile Halobacterium NRCI, et ceux d’une ADN polymérase et d’une hélicase de la famille des bactériophages T3/T7 vers les mitochondries (Filée et al., 2002, 2003). Le cas des mitochondries est particulièrement intéressant, puisque l’on savait déjà que l’ARN polymérases mitochondriales est apparentée non pas aux ARN polymérases cellulaires mais aux ARN polymérases virales du groupe T3/T7. C’est donc tout le système de transcription et de réplication bactérien qui a été remplacé par des systèmes viraux au cours de l’évolution qui a conduit des a-proteobactéries aux mitochondries (Figure 13). Cet exemple montre que les mécanismes informationnels peuvent être sujet à des remplacements non orthologues importants.

L’hypothèse du transfert d’un mécanisme de réplication de l’ADN d’origine viral vers des cellules a été reprise par Villareal et de Philippis (J. Virol. 2000, 74, p221) qui ont proposé une origine virale pour l’ADN polymérase d des cellules eucaryotes. Effectivement, cet ADN polymérase branche avec tout un groupe de polymérases virales dans une phylogénie des ADN polymérases de la famille B (Filée et al., 2002, 2003). la phylogénie des ADN topoisomérases de la famille IIA suggère également une origine virale, à la fois pour les enzymes eucaryotes et procaryotes (Figure 14).

Pour concilier ma proposition initiale (une origine virale des protéines de réplication bactérienne) avec celle de Villareal et de Filippis, et avec les données sur l’évolution de la famille Topo IIA, j’ai proposé l’hypothèse “ radicale ” selon laquelle toutes les protéines de réplication seraient d’origine virale (Forterre, 2002, Forterre et al., 2003) (Figure 15).

Cette idée s’appuyait également sur une nouvelle hypothèse que j’avais formulée quelque temps auparavant : l’origine virale de l’ADN lui-même (Forterre, 2000). Dans cette hypothèse, l’ADN serait apparu par modifications progressives du génome d’une lignée de virus à ARN, afin de rendre le génome de ces virus résistant vis-à-vis des mécanismes de leurs hôtes (Forterre, 2000, 2002, Forterre et al., 2003) (Figure 16). la poursuite de ce mécanisme aurait conduit à l’apparition de virus dont les génomes sont constitués dont l’ADN est à son tour modifié. C’est le cas par exemple du bactériophage T4, dont l’ADN contient de l’hydroxyméthyl-cytosine. Ce scénario permet d’expliquer quelle pression de sélection a favorisé l’apparition de l’ADN-U (ADN avec de l’uracile), puis de l’ADN-T, au niveau d’un individu. Les avantages généralement invoqués pour expliquer l’apparition de l’ADN (plus grande stabilité, possibilité de corriger la désamination des cytosines) expliquent bien en effet pourquoi les cellules à ADN ont éliminé les cellules à ARN, mais ils n’expliquent pas comment la première molécule d’ADN a pu être sélectionnée au niveau d’un individu.

L’hypothèse d’une origine virale de l’ADN est en accord avec l’existence de virus à ADN-U, (par exemple le bactériophage pBS-1 de Bacillus subtilis) qui pourraient représenter des formes “reliques” intermédiaires entre l’ARN et l’ADN-T (Figure 16). D’autre part, il est frappant de constater que de nombreux virus codent pour leur propre ribonucléodide reductase (RNR) et thymidylate synthase (TdS) (ThyA ou ThyX) qui sont souvent très éloignées de leurs homologues cellulaires. L’analyse phylogénétique de ces protéines réalisée par Jonathan Filée est en accord avec une origine virale de certaines RNR ou TdS cellulaires (Myllykallio et al., 2002, Forterre et al., 2003).

Dans l’hypothèse d’une origine virale de l’ADN, on comprend bien comment différents mécanismes de réplication ont pu apparaître indépendamment dans plusieurs lignées de virus à ADN, par recrutement de différentes protéines impliquées dans la réplication de l’ARN. L’ADN aurait pu être ensuite transféré une ou plusieurs fois indépendamment des virus aux cellules, avant ou après l’émergence de LUCA, (selon que l’on imagine un LUCA à ADN ou à ARN). Comme on le voit, le problème de la nature de LUCA est loin d’être résolu. Pour bien souligner le problème soulevé à cette occasion par l’origine des virus, je suggère maintenant de considérer que l’acronyme LUCA correspond à the Last Universal Cellular Ancestor (Forterre, 2002). Quelle que soit la validité de ces hypothèses, elles ont selon moi l’avantage d’attirer à nouveau l’attention des évolutionnistes sur le monde des virus. Par la force des choses, les virus avaient été plus ou moins évacués de la problématique évolutive suite au développement des phylogénies et des modèles d’évolution basés sur les ARN ribosomaux.

Cependant, il est important de noter que Patrick Forterre, contrairement à Russell et ses collègues (ainsi que bons nombres d'autres chercheurs), est favorable à l'idée que le premier organisme cellulaire avec un génome à ADN ressemblait plus à un "proto-eucaryote" qu'à une archée ou une bactérie. Voir sa conférence du 1er avril 2011, au message #55 de cette discussion.

Un autre chercheur qui est favorable à l'idée d'une sorte de "proto-eucaryote" pour LUCA est Charles Kurland, qui tout comme Russell, était invité à parler à ce sujet au Molecular Frontiers Symposium 2011 organisé à Stockholm du 23 au 25 mars 2011 :

Evolution differently: the origins of prokaryotes

Cela dit, je n'accorde pas trop d'attention à cette hypothèse.

Cordialement.

[Geb]

Il s'agirait donc a priori uniquement de fumeurs noirs, le premier d'entre eux, "Rainbow" (au milieu de l'Atlantique), ayant été découvert en 1977.

C'est faux évidemment. Le premier champ hydrothermal sous-marin découvert a été "Rose Garden" (roseraie en français) par l'équipe de John B. Corliss, qui l'a découvert le 17 février 1977, grâce au submersible Alvin. �� ma connaissance, Rose Garden est signalé inactif depuis 2002.

L'extrait d'un article à ce sujet : Deep-sea research: Dive master

On 17 February 1977, Alvin skimmed along the ocean bottom about 400 kilometres northeast of the Galapagos Islands. Days before, sensors towed by a ship had identified a spike in water temperatures near the sea floor. Alvin explored the region and brought researchers face to face, for the first time, with hydrothermal vents, fissures in the sea floor that spew streams of warm, shimmering brine into the near-freezing water. In what was supposed to be a barren desert at the ocean bottom — far from the reaches of life-powering sunlight — Alvin revealed oases of clams, crabs, shrimp and alien-like white tube worms crowned with crimson tops.

J'ai aussi trouvé un bon site internet qui liste d'une manière exhaustive les évents hydrothermaux (à la fois les fumeurs blancs et les fumeurs noirs) connus :

InterRidge Vents Database

Cependant, la liste comprend également les évents hydrothermaux fossiles et les évents hydrothermaux à très faibles profondeur (parfois visibles depuis une plage).

Une carte d'octobre 2009, sur un autre site :

Global Distribution of Hydrothermal Vent Fields

Cordialement.

[Geb]

Il y a 4 constituants principaux du vivant sur Terre : les protéines, les glucides ("carbohydrates" en anglais), les lipides et les acides nucléiques.

On peut lire un peut partout sur le net, qu'il y a environ 50 "briques" composants les formes de vie terrestres (j'imagine qu'il est question des monomères). Quels sont-ils ?

Les protéines du vivants terrestres comprennent, en tout, 22 acides aminés. Les deux dernières, la pyrrolysine et la sélénocystéine, ont été découverts en 1986 et en 2002 respectivement.

Il y a les 5 bases nucléiques (les nucléotides comprennent également des groupements phosphate et des sucres, le ribose ou le désoxyribose).

Sur internet, on parle d'une vingtaine de monosaccharides mais quels sont-ils ? Il y a déjà le ribose et le désoxyribose, mais quel est la liste exhaustive des autres monosaccharides produits naturellement par les êtres vivants (cas particuliers compris) ?

Quant aux acides gras, ma question est la même, je sais qu'il y a au moins les phospholipides et les triglycérides, mais existe-t-il une liste exhaustive des acides gras dans le vivant ? Dans les briques, je suppose qu'il faut ajouter le glycérol des lipides et la choline de la tête hydrophile.

Cordialement.

[JPL]

22 acides aminés, auxquels s'ajoutent certains acides aminés exotiques qui résultent de remaniements a posteriori (après assemblage de la chaîne polypeptidique) d'acides aminés classiques. pour les bases azotées 5 fondamentales en effet plus des bases exotiques en particulier dans les ARNt.

Pour les glucides, sans aller chercher très loin ajoute par exemple le fructose, le mannose, le tréhalose.

Quant aux acides gras il y en une belle brochette qui se distinguent par la longueur de la chaîne et la position des éventuelles doubles liaisons. Tu parles aussi des triglycérides et des phospholipide (qui sont souvent des phosphoaminolipides), mais là on n'est pas au niveau des constituants de base mais d'assemblages. Ajoute les glycolipides très importants dans les membranes, ainsi que les glycoprotéines.

N'oublie surtout pas les phosphates et leur rôle capital dans l'énergétique cellulaire (oses phosphatés dans des réactions intermédiaires et surtout nucléosides phosphatés ; ATP,ADP, AMP,GTP...)

[Geb]

Salut JPL,

Je te remercie pour ton commentaire. Apparemment, j'ai encore beaucoup de boulot avant de proposer une liste exhaustive.

22 acides aminés, auxquels s'ajoutent certains acides aminés exotiques qui résultent de remaniements a posteriori (après assemblage de la chaîne polypeptidique) d'acides aminés classiques.

Oui. D'ailleurs j'ai lu un vieux topo (1981) qui est sans aucun doute obsolète et qui citait déjà une belle liste d'acides aminés non codées génétiquement.

- Reasons for the Occurrence of the Twenty Coded Protein Amino Acids

Même s'il était beaucoup question de l'ornithine dans ce topo. Cela dit, comme tu le rappelles, l'ornithine est par exemple synthétisé a posteriori à partir de L-glutamate ou de L-arginine (dans le vivant, les acides aminés sont lévogyres).

Donc, je ne crois pas que ce genre d'acides aminés entre dans cette liste qui est censée contenir une cinquantaine de composés chimiques.

pour les bases azotées 5 fondamentales en effet plus des bases exotiques en particulier dans les ARNt.

��a par contre je l'ignorais. Tu as le nom de bases azotées atypiques des ARNt, afin que je commence quelque part ?

Pour les glucides, sans aller chercher très loin ajoute par exemple le fructose, le mannose, le tréhalose.

Justement, j'ai trouvé un site qui parle de ~20 monosaccharides différents (ce qui serait cohérent avec l'idée d'une cinquantaine de "building blocks"). Toutefois, je ne connais pas de site qui prenne la peine de nommer ces 20 monosaccharides.

Pour être tout à fait honnête, je ne sais vraiment pas à quel niveau de complexité on doit "s'arrêter" pour retrouver cette liste de 50 briques constituantes. Cela vaut évidemment pour les glucides.

Je ne pense pas que cette liste contienne des variantes comme amidon ou cellulose, mais je ne sais pas trop non plus si on peut compter des aldoses comme le glucose ou le galactose et un cétose comme le fructose (tous les 3 de formule brute C₆H₁₂O₆) pour arriver à ~20 monosaccharides différents.

Je n'ai aucune idée de la variété des monosaccharides du vivant et je trouverais même que 20 monosaccharides c'est finalement très peu.

Quant aux acides gras il y en une belle brochette qui se distinguent par la longueur de la chaîne et la position des éventuelles doubles liaisons.

Là encore, je crois savoir qu'il faut y compter les stéroïdes (en tant que lipides) comme le cholestérol mais je ne sais pas combien de "types différents" d'acides gras, en ajoutant le glycérol pour former des polymères d'acides gras. J'imagine qu'on ne prend pas en compte les saturés ou insaturées (cis ou trans).

Tu parles aussi des triglycérides et des phospholipide (qui sont souvent des phosphoaminolipides), mais là on n'est pas au niveau des constituants de base mais d'assemblages.

Oui, encore une fois, dans un phospholipide typique, il faudrait compter la choline, le groupement phosphate et les acides gras.

Ajoute les glycolipides très importants dans les membranes, ainsi que les glycoprotéines.

Je suppose que pour déterminer s'il faut également inclure les glycolipides et glycoprotéines dans la liste des 50 briques composants le vivants, il faut déterminer la qualité de leur propres constituants. Si les glycolipides et les glycoprotéines sont formés d'un assemblage de monosaccharides et/ou d'acides gras, ils ne sont pas à prendre en compte dans la liste des "building blocks", dont tout le monde parle sur le net sans jamais être exhaustif.

N'oublie surtout pas les phosphates et leur rôle capital dans l'énergétique cellulaire (oses phosphatés dans des réactions intermédiaires et surtout nucléosides phosphatés ; ATP,ADP, AMP,GTP...)

�� ma connaissance, quelque soit la brique dont il est un des composants, le groupement phosphate est effectivement une de ces fameuses briques.

Cordialement.

[JPL]

Réflexion faite tu peux laisser de côté les amino-acides exotiques puisqu'ils sont obtenus à partir des 20 classiques. de même, pour rester au niveau des constituants de base tu peux considérer que les lipides que j'ai cités peuvent être "démontés" en acides gras d'une part, phosphate, choline, amines etc. d'autre part. Idem les triglycérides peuvent être démontés en acides gras et glycérol ; idem également pour les glycolipides et glycoprotéines.

Pour les oses bien sûr il faut distinguer les aldoses et les cétoses : ils ne suivent pas les mêmes voies métaboliques.

Pour les bases azotées exotiques : pseudo-uridine, déhydro-uridine (en fait les deux sans trait d'union mais je trouve que c'est plus clair pour la lecture). Peut-être y en a-t-il d'autres mais c'est les seules que je connais.

[Geb]

J'ai trouvé un topo sur le "glycome" (par analogie avec le protéome) et les nouvelles sont plutôt mauvaises pour la liste exhaustive :

- Glyco-Bioinformatics today (August 2011) – Solutions and Problems (Ranzinger & York, 2012)

Although some have argued that less than 20 monosaccharides (d-Glc, d-GlcNAc, d-Man, l-IdoA, d-GlcA, d-Gal, d-GalNAc, d-Sia, l-Fuc, d-Xyl, each with two different anomeric states [1]), are required to generate the mammalian glycome, the number of natural monosaccharides increases drastically if we include the glycomes of other taxonomic groups such as plants, fungi and bacteria.

Donc, ces fameux 20 monosaccharides qui entrent dans les briques constituantes "du vivant", ne seraient en fait valide que pour l'être humain. Je déteste quand les auteurs font des généralités grossières en passant de "chez les mammifères" à "pour le vivant"...

Cela dit, ça nous laisse une liste complète (abréviation entre parenthèse) de 10 monomères tous présents sous deux formes anomériques distinctes : glucose (Glc), N-acétylglucosamine (GlcNAc), mannose (Man), acide iduronique (IdoA) acide glucuronique (GlcA), galactose (Gal), N-acétylgalactosamine (GalNAc), acide sialique (Sia), fucose (Fuc) et xylose (Xyl).

�� ce propos, le tréhalose est un disaccharide formé de 2 molécules de glucose.

Pour finir, ça ne nous dit rien sur la liste exhaustive pour le vivant.

Cordialement.

[JPL]

�� ce propos, le tréhalose est un disaccharide formé de 2 molécules de glucose.

Oups ! quand on répond sans réfléchir ça mérite

[Geb]

Continuant sur ma lancée, je viens de regarder un topo sur le "lipidome" :

A comprehensive classification system for lipids (Fahy et al., 2005)

Il est assez complexe et ne m'a pas encore permis de dégager une liste de briques constituantes pour les lipides.

Par contre, parmi les publications qui cite ce topo, j'ai trouvé notamment ceci :

- Lipidomics: A new window to biomedical frontiers (Orešič et al., 2008)

Lipids are broadly defined as hydrophobic or amphiphilic small molecules that originate either entirely or in part from two distinct types of building blocks: ketoacyl and isoprene groups [2]. Lipids are structurally highly diverse owing to the many possible variations of the lipid building blocks and how these blocks are linked. We have conservatively estimated that the theoretical number of lipids covering major lipid classes is close to 200 000 [3].

Donc ça ferait 2 briques constituantes (seulement ?) pour les lipides ?

Oups ! quand on répond sans réfléchir ça mérite

Ne sois pas trop dur avec toi-même. Une erreur est si vite arrivée.

Cordialement.

[LXR]

Dans les briques de la vie, il y a peut-être les micro-éléments et les oligo-éléments, tout dépend de l'échelle à laquelle on considère ces briques...

[Alhec]

Ils me semblent qu'ils sont, au moins pour certains d'entre eux, intégrés justement dans le modèle de Russel non? Puisque l'idée est que l'origine de la vie soit liée à des réactions chimiques en interaction avec le substrat "géologique".

[Geb]

Ils me semblent qu'ils sont, au moins pour certains d'entre eux, intégrés justement dans le modèle de Russel non? Puisque l'idée est que l'origine de la vie soit liée à des réactions chimiques en interaction avec le substrat "géologique".

En effet, la paléogéophysique, la paléogéochimie et les prémisses de la biologie sont des processus étroitement liés dans le modèle de Russell. Bien sûr la géophysique du noyau terrestre au manteau supérieur, en passant par la géochimie il y a 4,4 milliards d'années environ, sont des disciplines encore sujettes à débat.

Mais étant donné qu'on n'est pas capable de remonter dans le temps pour déterminer de manière catégorique ces conditions, on peut également traiter les conditions sine qua non du modèle de Russell comme des prédictions : l'océan doit être acide, il doit contenir certains métaux en solution, la température de l'océan au niveau du plancher océanique doit être relativement froide, etc...

Ses collègues et lui-même se concentrent actuellement sur l'acétogenèse par un mécanisme proche de la méthanotrophie couplée à la dénitrification, similaire à celui pratiqué de nos jours par M. oxyfera. Similaire mais pas identique.

En fait, dans l'état actuel de la théorie, ce proto-métabolisme primitif proposé par Russell et al. n'existe pas à l'heure actuelle. C'est une différence majeure avec la situation en décembre 2002, où William F. Martin et Michael J. Russel avait proposé que le métabolisme de l'acétyl Coenzyme A eut été très proche du métabolisme primitif au sein des fumeurs blancs de l'Hadéen.

Cette idée part de l'étude de M. oxyfera (qui a aboutit fin mars 2010). Aussi, du fait que depuis la découverte de la première source hydrothermale alcaline, on y mesure non seulement de l'hydrogène moléculaire (ce qui était prévu), mais aussi des quantités relativement importantes (> 2 mMol) de méthane produit de manière abiotique.

Dans le modèle de Russell, il est question de proto-métabolisme, de proto-enzymes, de proto-protéines et ce sont probablement les seules choses qu'on s'attache à reproduire en laboratoire à l'heure actuelle.

Hors, à ma connaissance, on ne connaît que 13 métaux différents contenus dans les centres actifs des enzymes analysées jusqu'ici et dont on connaît la structure. Parmi ces 13 métaux, il y en a au moins 4 qui reviennent régulièrement dans la théorie de Russell : le fer, le nickel, le molybdène et/ou le tungstène. Il y a des micro-éléments (comme le baryum) qui ne figurent pas dans cette liste des 13 métaux. Donc, même s'ils sont indispensables à certaines formes de vie à l'heure actuelle, ils ne l'étaient sûrement pas (en tout cas dans le cas du baryum) pour l'émergence de la vie.

Cordialement.

[JPL]

Bien que ce ne soit pas un métal le soufre joue aussi un rôle catalytique important via des groupes fer-soufre : https://fr.wikipedia.org/wiki/Prot%C3%A9ine_fer-soufre

[Geb]

Bien que ce ne soit pas un métal le soufre joue aussi un rôle catalytique important via des groupes fer-soufre : https://fr.wikipedia.org/wiki/Prot%C3%A9ine_fer-soufre

Quand je parlais des 4 métaux qui avaient une importance particulières dans le modèle de Russell, le fer, le nickel, le molybdène et/ou le tungstène sont justement sous forme minérales avec du soufre.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour à tous,

Suite à un échange de messages avec JPL, je trouve important d'attirer l'attention sur le fait que, bien que Russell et ses collègues ont changé récemment leur fusil d'épaule en matière de métabolisme, cela ne fragilise en rien la théorie, bien au contraire ! Je vais donc essayer d'expliquer brièvement les raisons de ce changement indispensable ainsi que les avantages que le nouveau métabolisme mis en avant présente.

Cependant, il me paraît évident que ce métabolisme préféré pourrait encore changer. C'est pourquoi il faut bien distinguer la validité de la théorie de l'origine hydrothermale alcaline de l'émergence de la vie, qui n'est jamais remise en cause quelque soit le métabolisme (pour tout un tas de raisons) et la validité du métabolisme qu'un évent hydrothermal alcalin pourrait "synthétisé" de manière abiotique à l'émergence de la vie.

Les métabolismes de type Wood���Ljungdahl (ou voie acétyl-coenzyme A) sont à la fois des sources bioénérgétiques (autrement dit des sources d'énergie pour tout un tas de réactions biochimiques) et des systèmes de fixation du carbone. Depuis 2002, c'était considéré comme un avantage de la voie de Wood���Ljungdahl sur les autres métabolismes.

Cependant, dans presque toutes les autres espèces, la fixation du carbone et la production d'énergie ont lieu par des voies distinctes et le couplage entre les deux est assuré par l'ATP et le NAD(P)H (autrement dit le gradient de protons). En outre, les autres espèces exploitent de façon quasi-exclusive, des chaînes de transfert d'électrons basée sur les quinones.

Une de ces enzymes (par exemple, chez les eucaryotes) est la fameuse coenzyme Q10. Elle peut exister sous trois états redox distincts : complètement oxidée (on l'appelle alors ubiquinone), semiquinone (ubisemiquinone), et complètement réduite (ubiquinol).

Comme déjà expliqué dans le papier de 2007 qui a justifié la création de cette discussion, les bactéries acétogènes et les archées méthanogènes qui exploitent le métabolisme de Wood���Ljungdahl sont étrangement similaires, différents au premier regard seulement par la nature d'un transporteur à un carbone le tétrahydrofolate (H4F) chez les acétogènes et la tétrahydrométhanoptérine (H4MPT) chez les méthanogènes. Ce clivage entre les archées d'une part et les bactéries d'autres part, justement chez les microorganismes utilisant la voie de Wood���Ljungdahl, était considérée comme la trace d'une séparation ancestrale au niveau du LUCA.

Cependant, si les acétogènes et les méthanogènes étaient issus d'un ancêtre commun à l'origine de la vie, on pourrait penser qu'il devrait être d'avantage semblables que les archées et les bactéries utilisant d'autres métabolismes de fixation du carbone et/ou bioénergétique.

Ces 10 dernières années, deux équipes, les groupes de Rolf Thauer et de Ulrich Ermler, ont entrepris de vérifier cette hypothèse en caractérisant la structure cristalinne de presque toutes les enzymes de la branche à 1 carbone des méthanogènes pratiquant la voie de Wood���Ljungdahl.

Ceci a démontré, qu'il n'y avait aucune enzyme homologue chez les acétogènes et les méthanogènes, à l'exception notable de la première étape de réduction du CO2, dans les deux cas catalysée par une enzyme à molybdoptérine ou tungstoptérine de la superfamille d'enzymes appelée CISM (pour Complex-Iron-Sulfur-Molybdoenzyme). Cependant, même les enzymes de cette étape diffèrent par les sous-unités ou les cofacteurs qui les composent.

En fait, un seul carbone du métabolisme du carbone de type Wood���Ljungdahl nécessaire à la production d'acétyl-CoA procède par la voie du folate ou de la méthanoptérine. L'autre carbone, même s'il provient lui aussi d'un dioxyde de carbone suit une voie totalement différente. Le CO2 est réduit en CO par des centres actifs contenant du Ni et du Fe dans l'enzyme CO déhydrogénase (CODH). Ce CO est ensuite canalisé vers le centre actif de l'enzyme acétyl-coA synthase (ACS). Il est intéressant de remarquer que ce processus implique des bifurcations d'électrons, dont nous avons déjà parlé auparavant. En outre, les enzymes CODH et ACS sont homologues chez les acétogènes et les méthanogènes. Des analyses génétiques tentent également à montrer que la CODH et l'ACS étaient également présentent chez le LUCA. Cette observation implique bizarrement que seulement la moitié de la voie de Wood���Ljungdahl est ancestrale, touchant peut-être à l'origine de la vie.

Le couplage de l'énergie chez les méthanogènes, décrit par le groupe de Thauer il y a environ 10 ans tandis que celui des acétogènes ne l'a été que récemment. Ces étapes sont médiées par la méthyltransférase (Mtr) chez les méthanogènes et par un complexe Rnf chez les acétogènes. Ce clivage implique encore une fois une absence profonde de similitude, là où il devrait y en avoir d'avantage si les méthanogènes et les acétogènes étaient issus du LUCA.

la trouvaille récente, qu'un complexe Rnf pourrait jouer un rôle crucial dans au moins une archée méthanogène semble contredire l'argument susmentionné. Hors, une recherche plus approfondie suggère que ceci n'a lieu que chez les methanosarcinales, un groupe de méthanogènes contenant un transporteur d'hydrogène liposoluble appelé méthanophénazine (alors que les méthanogènes de la voie de Wood���Ljungdahl n'emploi pas ce type de transporteur d'hydrogène). D'une manière intéressante, le deuxième gène Rnf le plus semblable a été trouvé chez clostridia et chez les gamma-protéobactéries méthanotrophes. Aussi, on suggère un héritage latéral de ce gène, plutôt qu'une transmission verticale.

Comme je l'ai mentionné par ailleurs, LUCA pourrait déjà avoir contenu les chaînes de transports d'électrons à base de quinones et ces dernières pourraient donc avoir une origine pré-LUCA. Ce qui est également corroboré par la phylogénie moléculaire. Ce type de mécanisme chimiosmotique par transfert d'électrons par des quinone est dominant et ancestral chez les procaryotes. Les méthanogènes dépourvus de ces quinones sont en outre trouvés chez les embranchements récents de l'arbre phylogénétique des archées.

L'un des phyla les plus anciens, appelé groupe OP-1, a récemment démontré la précense de tous les traits du style de vie acétogène. Mais cet organisme est un acétogène avec quinones et contient des enzymes impliquées dans des transferts d'électrons avec des accepteurs à haut potentiel redox.

En outre, d'autres enzymes présentent chez le groupe OP-1, comme les chaînes de transferts d'électrons avec le complexe enzymatique Rieske/cytochrome b, médiés par des quinones, ainsi que la nitrate réductase de type Nar, seraient également pré-LUCA. L'espèce du groupe OP-1 Candidatus Acetothermum autotrophicum corrobore l'ancestralité des chaînes de transport d'électrons et renforce l'argument d'une émergence tardive des acétogènes sans quinone (comme c'est le cas pour Wood���Ljungdahl).

la voie de Wood���Ljungdahl avait également l'avantage apparent de n'exiger que 2 substrats : l'hydrogène et le dioxyde de carbone. Hors, l'inventaire des substrats disponibles à l'émergence de la vie pourrait être plus riche qu'on l'aurait pensé.

Le système hydrothermal de Lost City a démontré pléthore de composants chimiques, parmi lesquels une concentration de méthane relativement importante. On a démontré que le méthane peut être formé sous relativement haute température à partir de H2 et de CO2, par une réaction catalysé par des minéraux riches en Fe et en Ni.

la concentration de méthane d'origine abiotique de Lost City (jusqu'à 2mmol/L), était une surprise. la quantité de méthane produite par serpentinisation sur la Terre primitive serait sans aucun doute bien supérieure étant donnée la pression partielle de CO2 à l'époque, estimée de manière conservatrice à entre 0,2 et 10 bars (Vénus est à plus de 90 bars).

Cependant, le CH4 n'est pas assez réducteur pour faire le même travail que l'hydrogène et il ne peut donc pas entrer dans le métabolisme énergétique sauf si un accepteur d'électron particulièrement positif est disponible. la présence de substances suffisamment oxydantes est indispensable pour faire du méthane un substrat. Il est important de mentionner que si de tels oxydants étaient présents au niveau des systèmes hydrothermaux alcalins de l'Hadéen, la source ne pouvait être qu'extérieur à l'océan, étant donné que le milieu extrêmemement réducteur produit par la réaction de serpentinisation exclue la possibilité d'oxydant dans le fluide hydrothermal.

Il y a de bonnes raisons de croire que ces oxydants étaient les oxydes et oxoanions d'azote. Le monoxyde d'azote, par exemple, synthétisé à partir de l'azote et du dioxyde de carbone atmosphériques, pouvait avoir plusieurs sources au début de l'Hadéen, comme le volcanisme, les impacts météoritiques et la foudre. Le nitrate et le nitrite (les produits stables les plus probables en solution aqueuse du monoxyde d'azote atmosphérique) auraient pu atteindre une concentration stable de quelques centaines de µmol/L dans l'océan au début de l'Hadéen (il y a ~4,4 Ga).

la phylogénie moléculaire semblent corroboré l'hypothèse d'au moins un oxyde d'azote comme substrat à l'origine de la vie, puisque certaines enzymes impliquées dans la voie de dénitrification moderne, de la respiration anaérobie à partir de nitrate et de nitrite, semblent démontrer une origine pré-LUCA.

En résumé, on a démontré ces dix dernières années, l'importance des bifurcations d'électrons à 2 électrons, réalisées de nos jours par les enzymes à molybdène, les enzymes à tungstène, les quinones (la méthanophénazine) en est également capable. L'acétogenèse semble ancestrale, ainsi qu'une partie de la dénitrification. En outre, avec des concentrations importantes de méthane, la voie de Wood���Ljungdahl n'est plus justifiable et ne serait pas non plus très efficace, surtout pour exploiter l'éventail plus large de substrats disponibles. On en revient à mettre en avant une hypothèse un peu provocatrice : aucun des métabolismes autotrophes de fixation du dioxyde de carbone connus à l'heure actuel n'opérait dans le LUCA !

Cependant, les organismes méthanotrophes seraient du coup bien mieux pourvus pour exploiter ce genre d'environnements au niveau du socle océanique. Cependant, la très grande majorité des méthanotrophes utilisent l'oxygène moléculaire pour oxyder le méthane.

Les travaux révolutionnaires de Ettwig et al., ont démontré l'existence de Methylomirabilis oxyfera, la première bactérie connue capable de pratiquer l'oxydation du méthane de manière anaérobie. Ces travaux ont également montré que cette réaction était effectuée en présence de nitrite (NO2), mais les détails du mécanisme sont encore mal compris. Ettwig et al., suggèrent que 2 molécules de monoxyde d'azote (tirées du nitrite) sont directement tranformées par une enzyme hypothétique en N2 et O2. Plus récemment, Chen & Strous ont suggéré que plutôt que NO, la source de N2 et O2 soit plutôt du protoxyde d'azote (N2O), ce qui rendrait M. oxyfera plus classique vis-à-vis du mécanisme de dénitrification.

Cependant, Nitschke & Russell attirent l'attention sur le fait que les enzymes capables de transformer à la fois O2 et NO, comme la superfamille O2/NO réductase, ou la cd1-nitrite réductase (cd1-Nir), ça existe. Donc, dans le modèle d'apparition qu'ils mettent désormais en avant, le NO lui-même permet de se passer d'O2 dans la conversion du méthane au méthanol, par la réaction : CH4+2NO = CH3OH+N2O.

Cela serait en parfait accord avec les analyses phylogénétiques qu'ils ont effectuées précédemment (voir message #68) qui semblaient suggérer que les enzymes travaillant sur le NO avaient précédé les enzymes réduisant l'O2.

Finalement, l'atome de carbone du méthane est intégré à la biomasse par un processus qui ressemble beaucoup à la voie de Wood���Ljungdahl, ce qui ferait de l'organisme à l'origine de la vie, une bactérie méthanotrophe acétogène. C'est encourageant, parce que ça veut dire que la synthèse abiotique des acteurs primordiaux de la voie de Wood���Ljungdahl, que Russell et ses collègues ont exploré en détail ces dix dernières années est en grande partie toujours valable. Le détail du processus est même cette fois cohérent avec les analyses phylogénétiques de ces 10 dernières années. Dans cette hypothèse, les archées seraient issues d'une voie méthanotrophe apparue plus tard, dépendant du sulfate.

Je m'excuse pour la longueur et je remercie d'avance ceux qui auront pris la peine de me lire. En outre, j'attends avec impatience vos commentaires.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Le système hydrothermal de Lost City a démontré pléthore de composants chimiques, parmi lesquels une concentration de méthane relativement importante. On a démontré que le méthane peut être formé sous relativement haute température à partir de H2 et de CO2, par une réaction catalysé par des minéraux riches en Fe et en Ni.

la concentration de méthane d'origine abiotique de Lost City (jusqu'à 2mmol/L), était une surprise.

J'ai trouvé un des papiers les plus récents à ma connaissance (publié en ligne le 1er novembre 2009) sur le système hydrothermal alcalin Lost City :

Elevated concentrations of formate, acetate and dissolved organic carbon found at the Lost City hydrothermal field

Dans l'abstract :

[...] Formate (36���158 µmol/kg) and acetate (1���35 µmol/kg) concentrations are higher than in other fluids from unsedimented hydrothermal vents, and are a higher ratio of the total dissolved organic carbon than has been found in most marine geothermal systems. Isotopic evidence is consistent with an abiotic formation mechanism for formate, perhaps during serpentinization processes in the sub-surface. Further support comes from previous studies where the abiological formation of low molecular weight organic acids has been shown to be thermodynamically favorable during hydrothermal alteration of olivine, and laboratory studies in which the reduction of carbon dioxide to formate has been confirmed. As the second most prevalent carbon species after methane, formate may be an important substrate to microbial communities in an environment where dissolved inorganic carbon is limited. Acetate is found in locations where sulfate reduction is believed to be important and is likely to be a microbial by-product, formed either directly by autotrophic metabolic activity or indirectly during the fermentative degradation of larger organic molecules. [...]

En page 1 :

Fluids from the Lost City hydrothermal field (LCHF) are rich in hydrogen and methane, and have high pHs (9���11), as a result of serpentinization reactions taking place in the sub-surface at moderate temperatures of approximately 120���250 °C (Kelley et al., 2001, 2005; Palandri and Reed, 2004; Allen and Seyfried, 2004; Proskurowski et al., 2006; Foustoukos et al., 2008).

En page 2 :

In addition to high concentrations of methane (CH₄; 1���2 mM) and hydrogen (H₂; <1���15 mM), detectable levels of sulfate are present in the fluids (1���4 mM; Kelley et al., 2005).

En page 7 :

The reduction of carbon dioxide to formate has been demonstrated when seawater is reacted with the magnesium- and iron-bearing mineral olivine at 300 °C and 350 bars (McCollom and Seewald, 2003):

HCO₃^- + H₂ = CHOO^- + H₂O (2)

The equilibration of these chemical species proceeds rapidly under laboratory conditions at temperatures >175 °C (McCollom and Seewald, 2001, 2003, 2006; Seewald et al., 2006). Despite attempts to do so, the abiological production of acetate under similar conditions has not been observed.

En résumé, la réaction de serpentinisation de l'olivine a lieu sous le plancher océanique à une température estimée approximativement à 120���250°C. On observe de grandes concentrations de produits abiotiques, c'est-à-dire de l'hydrogène (jusqu'à 15 mM), du méthane (jusqu'à 2 mM) et du formate (jusqu'à 158 µmol/kg). L'acétate produit est d'origine biotique.

Cela confirme l'intuition de Michael Russell, selon laquelle la production d'acétate était "le job pour la vie" dès le début de l'Hadéen.

Cordialement.

[Geb]

Je viens de lire un papier (1985) de Sarah E. Hoffman et John A. Baross, qui stipule qu'il y a 4,2 milliards d'années, la quantité de chaleur évacuée par les rides médio-océaniques était d'environ 5 fois la quantité actuelle. On y apprend également que la longueur actuelle des dorsales médio-océaniques est d'environ 56000 km.

Dans un papier de Robert B. Hargraves (1928-2003) publié en 1986, on apprend que la perte de chaleur augmente comme la racine cubique de la longueur de ride.

Ce qui signifie qu'à l'époque, la longueur de rides étaient 125 fois supérieure à la longueur actuelle de 56000 km, soit ~7 millions de km de rides océaniques !

Finalement, si on le combine au fait que la subduction d'une croûte plus jeune est moins rapide, cela implique que la Terre primitive subissait une tectonique de microplaques bougeant lentement.

Donc, je pense que dans ces conditions, on peut supposer que la durée de vie des évents hydrothermaux alcalins était bien supérieure à la valeur actuelle de 30000 à 100000 ans.

de plus, en supposant que la surface de la Terre était déjà équivalente à sa surface actuelle, on peut calculer la taille et le diamètre des microplaques (en imaginant qu'elles étaient toutes de taille identique). On a :

x fois 2 pi R = 7 millions de km
x fois pi R² = 510 millions de km²

R = ~145,7 km
x = ~7645,6 plaques

Il faudrait donc imaginer une Terre océan avec ~7600 microplaques tectoniques de ~300 km de diamètre. Inutile de dire que c'était un milieu propice à l'hydrothermalisme.

Cordialement.

[Geb]

Cependant, il me paraît évident que ce métabolisme préféré pourrait encore changer. C'est pourquoi il faut bien distinguer la validité de la théorie de l'origine hydrothermale alcaline de l'émergence de la vie, qui n'est jamais remise en cause quelque soit le métabolisme (pour tout un tas de raisons) et la validité du métabolisme qu'un évent hydrothermal alcalin pourrait "synthétisé" de manière abiotique à l'émergence de la vie.

Il est très important de distinguer la validité du lieu de développement (source hydrothermale alcaline) des caractéristiques de la première cellule qu'il a produit, qui a, pourrait et même va encore sûrement évolué (exemple : métabolisme méthanotrophe).

Il y a actuellement de nombreuses hypothèses de l'origine de la vie :

- L'hypothèse de Miller/Urey
- L'hypothèse des fumeurs noirs
- L'hypothèse de l'argile avec quelques variantes (montmorillonite, mica, etc...)
- L'hypothèse de la catalyse de surface
- la panspermie et ses très nombreuses variantes que nous évoquerons après
- ...

Hors, l'hypothèse de Russell est la seule qui pourrait faire penser à l'émergence de la vie comme à un phénomène spontané. Comme le disait Nick Lane, il en devient même difficile de ne pas imaginer la vie émerger d'une source hydrothermale alcaline au début de l'Hadéen. �� tel point que j'en viens à penser que les hypothèses qui font paraître l'émergence de la vie comme extrêmement fortuite, sont forcément fausses.

Dans l'expérience de Miller, on a démontré la synthèse de certains acides aminés grâce à un mélange de gaz réducteurs. Hors, ces gaz sont également présents dans les fluides hydrothermaux alcalins, en solution aqueuse (avec les avantages que l'on connaît) et à pression élevée (l'océan primitif faisant entre 4 et 10 km de profondeur sur toute la surface), la dissolution (par exemple) de l'hydrogène est plus efficace.

En ce qui concerne l'hypothèse des fumeurs noirs, il présente une durée de vie trop éphémère (10 à 100 ans) et une température trop élevée (250-400°C).

L'hypothèse de l'argile (ou de la montmorillonite ou du mica) en tant que catalyseur des réactions et matrice des molécules synthétisées, c'est peu vraisemblable parce qu'on observe pas d'argile dans les catalyseurs organiques actuels, au contraire des catalyseurs inorganiques en FeS présents dans les sources hydrothermales alcalines à l'Hadéen et qu'on retrouve également dans les enzymes du vivant actuel.

L'hypothèse de la catalyse de surface, se heurte, comme les 3 hypothèses susmentionnées, au problème épineux de la concentration. Une fois les molécules organiques synthétisées, elles sont perdues dans un immense océan. L'hypothèse de la source hydrothermale alcaline à l'avantage d'offrir un espace de catalyse en 3D qui concentre les molécules en les empêchant de se diluer dans l'océan.

En France, parmi la communauté scientifique, l'idée d'un rôle important du bombardement météoritique dans l'apport de molécules organiques est profondément ancré dans les esprits. Surtout depuis qu'on a démontré l'existence d'une chiralité partielle de certains composés organiques d'origine abiotique dans les météorites. Hors, la Terre est une chondrite géante et de plus, la chiralité semble un faux problème, puisque dans le vivant actuel, la chiralité des acides aminés est dûe au centre actif du ribosome.

D'une manière générale, on a souvent fait appel à l'idée de cycles humide/sec pour concentrer et polymériser des molécules organiques (pour former par exemple des peptides) dans les zones de marnage sur les rivages de la Terre primitive. Hors, on a démontrer que la polymérisation par un gradient thermique (de seulement 30°C) uniquement est non seulement possible, mais en plus plus efficace.

Aussi, on a souvent voulu impliquer la foudre dans la synthèse de molécules organiques. Hors, au niveau des évents hydrothermaux alcalins, le gradient électrochimique sur les membranes en FeS est d'environ 0,5 à 1 Volt pour des membranes inorganiques de 2 ou 3 µm d'épaisseur. Ce qui signifie que le champ électrique à cet endroit est au moins de ~0,15 MV/m ! D'ailleurs, ça pourrait être suffisant pour conduire la phosphorylation du monophosphate en diphosphate à l'intérieur de l'évent hydrothermal alcalin.

Finalement, le rôle des UV pourrait être conservé, puisqu'il pourrait favoriser la précipitation, non pas de composés organiques, mais de composés minéraux très simples, comme le molybdène.

Ce qui est important avec cette théorie, c'est que c'est la seule qui propose tout au même endroit : les gaz simples nécessaires, les précipités de catalyseurs inorganiques, le gradient de température, le gradient redox, le gradient de pH (mécanisme chimiosmotique, gradient de protons), les ions métalliques en solution dans l'eau...

C'est donc un milieu très riche, ou la complexification est possible et rapide (polypeptides en 4 jours), qui permettrait une synthèse spontanée (c-à-d thermodynamiquement favorable) et relativement rapide de tous les blocs de la vie.

Les seuls éléments nécessaire sont de l'eau, de grande quantité de gaz carbonique (assez pour que l'océan soit légèrement acide (pH 5,5-6,0), il faut de la roche chaude et la température de l'océan au niveau du plancher océanique doit avoisiner les 0-20°C.

Dans ce cadre, Michael Russell a suggéré que, pour trouver le lieu d'origine de la vie, le mécanisme qui a conduit à son apparition, il faut déterminer ce que la vie fait, plutôt que ce qu'elle est. Hors, d'après Russell, la vie catalyse la réaction d'hydrogénation du dioxyde de carbone.

Dans ces conditions, on couple l'émergence de la vie, au phénomène de convection ! la planète est très chaude au centre. Elle perd de l'énergie par convection : convection dans le noyau, convection dans le manteau, convection dans la croute, convection hydrothermale, convection de l'eau dans l'océan, convection de l'atmosphère, jusqu'à ce que cette énergie soit irradiée dans l'espace.

L'apparition de la vie accélère la déperdition d'énergie au niveau des évents hydrothermaux de l'Hadéen. L'émergence de la vie correspondrait donc au relâchement d'une "tension" physico-chimique. Cette accélération correspondrait à une sorte d'étape ou on fait prendre vie au phénomène géophysique et géochimique à cette époque (Michael Russell utilise l'expression de "enlivening"). de plus, l'existence d'un proto-métabolisme avec des proto-enzymes apparues de façon spontanée, correspondrait à l'apparition dans le fluide hydrothermal d'un composé qu'il a été impossible de synthétiser de manière chimique dans des sources hydrothermales alcalines anoxiques en laboratoire : l'acétate.

En plus de tous ces avantages, l'hypothèse de Russell à l'avantage de pouvoir être vérifiée, non pas en créant la vie en laboratoire, mais plutôt en vérifiant que ce proto-métabolisme envisagé est possible, mais aussi de permettre tout un tas de prédictions sur l'ordre d'apparition de molécules de plus en plus complexes.

Cordialement.

[Geb]

J'ai trouvé un des papiers les plus récents à ma connaissance (publié en ligne le 1er novembre 2009) sur le système hydrothermal alcalin Lost City :

Elevated concentrations of formate, acetate and dissolved organic carbon found at the Lost City hydrothermal field

Il y a un autre papier un peu plus ancien, publié le 1er février 2008 et co-écrit par Deborah Kelley :

Abiogenic Hydrocarbon Production at Lost City Hydrothermal Field

Je me réjouis de remarquer qu'il a fait l'objet d'une actualité sur Futura-Sciences :

Une clé de l'origine de la vie dans les sources de la Cité perdue ?

On connaissait déjà le papier de Norman H. Sleep et ses collègues, publié le 19 septembre 2011 :

Serpentinite and the dawn of life

L'actualité correspondante sur Futura-sciences, que nous avons déjà évoquée, est ici :

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

En outre, un autre papier un peu plus ancien, publié le 27 janvier 2010, lui aussi relié à la théorie de Russell et al., co-écrit entre autre par Nick Lane et William Martin, avait également fait l'objet d'une actualité sur Futura-Sciences :

How did LUCA make a living? Chemiosmosis in the origin of life

L'actualité est ici :

Apparition de la vie : les sources hydrothermales plutôt que la soupe ?

Il y a également un dossier de Futura-Sciences sur les fumeurs noirs, datant de septembre 2004 :

la vie dans les abysses

Cordialement.

[Geb]

Comme on l'a déjà dit auparavant, Nick Lane travaille actuellement à l'Institute of Structural and Molecular Biology (ISMB) à l'University College London (UCL).

Le 24 février 2012, Michael Russell était conférencier à l'UCL pour le "Origins of life symposium" :

UCL Grand Challenge Research Frontiers programme: Origins of life symposium

Dr Michael J. Russell, Jet Propulsion Laboratory, Caltech, An applied geologist by background, Dr Russell's work on the giant mineral deposits in Ireland informed to his ideas on the origin of life. His fieldwork has taken him from the Solomon Islands to British Columbia and the Yukon. He was Professor and Head of Applied Geology at Strathclyde, transferring to the University of Glasgow in 1990 and the JPL in 2006. In June 2009 he was awarded the William Smith Medal from the Geological Society of London for his contributions to applied geology. From the East End of London, Michael’s first degree in geology, chemistry and physics was from the University of London, so this lecture is in some sense a homecoming.

The Grand Challenges Research Frontiers (GCRF) programme warmly invites you to this Origins of life symposium, at which Dr Mike Russell (a distinguished investigator on the chemical and geological beginnings of life on Earth, based at NASA's Jet Propoulsion Laboratory at CalTech, Pasadena) will speak on 'Why does life start, what does it do, where will it be?'. UCL Provost Venture Research Fellow, Nick Lane, who leads the UCL GCRF Origins of Life initiative will respond and describe the current stage of the building of a OoL bioreactor initiative.

Dr Michael Russell is driving a paradigm shift in research on the origin of life – work so compelling that he was featured in a unique profile in Nature (21st May 2009). Russell predicted the existence and chemistry of 'alkaline hydrothermal vents' as the ideal hatchery of life more than a decade before their discovery at Lost City off the mid-Atlantic Ridge.

Cordialement.

[Geb]

Je souhaiterais évoqué à nouveau Nick Lane, William Martin et (de façon indirecte) Norman H. Sleep...

Le premier "UCL Symposium on the Origin of Life" a eu lieu le 11 novembre 2012. En voici le programme :

First UCL Symposium on the Origin of Life

Il y avait quelques personnes connues, pour les plus assidus d'entre vous, avec les titres des interventions :

Nick Lane : Chemistry and Computation, The Origins of Coupling, The UCL Origin of Life Reactor.
Ernesto Di Mauro : A Plausible Prebiotic Path from One-Carbon Molecules to RNA.
William Martin : Bringing Rocks to Life: The Early Evolution of Biological Energy Conservation.
Wolfgang Nitschke : The Deep Phylogenetic Roots of Metabolic Enzymes.
Dieter Braun : Thermal Solutions for Molecular Evolution.

Tous ces gens on écrit avec Michael Russell, ou à propos de la théorie de Michael Russell. En outre, tous (à l'exception notable de Bill Martin), on publié dans Journal of Cosmology.

Il y avait également quelques personnes moins connues :

Karl Otto Stetter : Hyperthermophiles in the History of Life
John Ward : Linking Ancient Enzymes and Prebiotic Cycles with Synthetic Biology, The RNA world ��� information processing in living systems
Peter Coveney : Origins of Life: Theory, Modelling and Simulation
Lewis Dartnell : Planetary Science and Biology
Euan Nisbet : The habitat of early life: the geological evidence
Graham Shields : Tectonic Recycling and the Emergence of the Living Planet
Finn Werner : Introduction and Keynote Lecture, Biochemistry and Microbiology, Nucleic Acid Polymerisation - Molecular Mechanisms of Information Processing
G. David Price : An Introduction to the UCL Origin of Life Initiative

Cordialement.

[Geb]

Parmi les moins connus de la liste dans mon précédent message, il y a Karl Stetter, qui est loin d'être un inconnu en microbiologie, puisque son collègue Wolfram Zillig et lui-même sont essentiellement à l'origine (à partir de 1980) de la découverte (révolutionnaire à l'époque) de la plupart des hyperthermophiles, sans oublier le pionnier Tom Brock et ses collègues (avec la découverte de Sulfolobus acidocaldarius en 1972), à Yellowstone.

Les plus attentifs d'entre vous auront remarqué que Karl Stetter a été cité plusieurs fois par Michael Russell (voir les images du vieux site de l'Université de Glasgow) pour ses travaux en phylogénétique sur l'analyse de l'ARN ribosomique 16S des 3 domaines du vivant cellulaire ("Life at the upper temperature border" en 1992 et "Hyperthermophiles in the history of life" en 1996), qui semblent indiquer que les hyperthermophiles sont à la base de l'arbre évolutif du vivant. Voir ici :

Stetter, 1996 (hyperthermophiles en gras)

Son arbre phylogénétique a été remis en cause dès le début des années 1990 (et à juste titre) par Patrick Forterre (à partir de 10:45 dans sa conférence du 1er avril 2011) ou plus récemment, par Antonio Lazcano (mais pas pour les mêmes raisons) en 2007 (à partir de 11:49 dans sa conférence du 25 septembre 2007, intitulée "Les traces fossiles moléculaires : si près du monde ARN, si loin des origines de la vie").

Parmi les personnes moins connues, il y a également Euan G. Nisbet, dont j'ai déjà cité un des papiers au début de la discussion (voir message #2) :

Oceanic nickel depletion and a methanogen famine before the Great Oxidation Event

Nisbet a déjà travaillé avec un "partisan" d'une part et un collaborateur récurrent de Michael Russell d'autre part, Norman H. Sleep et Nicholas T. Arndt respectivement. Ce dernier travaille d'ailleurs au Laboratoire de Géodynamique des Chaînes Alpines à Grenoble.

The habitat and nature of early life (Nisbet & Sleep, 2001)

Processes on the young Earth and the habitats of early life (Arndt & Nisbet, 2012)

Vous remarquerez que le papier le plus récent, publié en mai 2012, présente un titre très similaire au titre de la conférence de novembre 2012 de Nisbet au symposium de l'UCL.

C'est également le cas d'un papier récent (publié le 27 janvier 2012) de Finn Werner, lui aussi orateur lors de ce symposium :

A nexus for gene expression-molecular mechanisms of Spt5 and NusG in the three domains of life

Je sais aussi que Michael Russell, Wolfgang Nitschke et ses collègues de Grenoble préparent en ce moment même un papier qui se concentre particulièrement sur la phylogénie des enzymes impliquées dans la bioénergétique anaérobie primitive (excluant donc également la photosynthèse anaérobie qui n'est pas considérée comme primitive), principalement les oxidases et réductases terminales impliquées dans la conversion de l'énergie chimiosmotique.

Ceci est également cohérent avec le titre de la conférence présentée par Wolfgang Nitschke à l'UCL en novembre : "The Deep Phylogenetic Roots of Metabolic Enzymes".

Cordialement.

[Geb]

Puisqu'il en a été question, je voudrais également revenir sur les travaux d'Ernesto Di Mauro et ses collègues au département de génétique et de biologie moléculaire de l'Université Sapienza de Rome.

Comme nous l'avions au cours de cette discussion, ils s'intéressent au Graal de l'abiogenèse : la synthèse abiotique des ribonucléotides et la polymérisation de ceux-ci en véritables chaînes d'ARN. D'une manière intéressante, comme nous l'avons vu également (voir la publication de Di Mauro dans JoC au message #44), ils lient eux-mêmes leurs travaux à l'hypothèse de Russell de l'origine de la vie et au développements afférents, et cite aussi le papier de Benner de 2004 (voir message #14), que je n'ai toujours pas trouvé...

En outre, je tiens à vous rappeler que le précurseur de la synthèse d'ARN, selon Di Mauro et son équipe, est le formamide. L'hypothèse de la synthèse d'ARN de Di Mauro et ses collègues a été résumée encore récemment dans Physics of Life Reviews (publié en ligne le 13 décembre 2011) :

Formamide and the origin of life

Ce papier a été discuté par Nick Lane, dans un autre numéro des Physics of Life Reviews (l'édition du 9 mars 2012) :

Thermodynamics, formamide, and the origin of life: Comment on "Formamide and the origin of life" by R. Saladino et al.

Seulement, étant donné l'importance de l'énigme de la synthèse abiotique de l'ARN, Nick Lane n'a pas été le seul (loin de là) à s'exprimer sur l'hypothèse de Di Mauro et ses collèges... En effet, rien que dans l'édition du 9 mars 2012 de Physics of Life Reviews, outre le papier de Nick Lane, on a 6 autres papiers fournissant des commentaires :

- Is formamide nature's choice to create life?: Comment on the paper "Formamide and the origin of life" by Raffaele Saladino et al. (Sponer & Sponer)

- Are purely chemically-sustained processes able to generate molecules for life?: Comment on "Formamide and the origin of life" by R. Saladino et al. (de Angelis & Crucianelli)

- Formamide in the cradle of life?: Comment on "Formamide and the origin of life" by R. Saladino, C. Crestini, S. Pino, G. Costanzo and E. Di Mauro. (Nielsen)

- Kick-starting the origin of life: Comment on "Formamide and the origin of life" by R. Saladino, C. Crestini, S. Pino, G. Costanzo and E. Di Mauro. (Kaempfer)

- The role of minerals on prebiotic synthesis: Comment on "Formamide and the origin of life" by R. Saladino et al. (Leyton)

- A "warm formamide" scenario for the origins of life might not be so hot: Comment on "Formamide and the origin of life" by E. Di Mauro et al. (Burton)

Le dernier papier de l'équipe de Ernesto Di Mauro est celui-ci (publié en ligne le 8 juin 2012) :

Genetics first or metabolism first? The formamide clue

Bonne lecture.

[Geb]

Je suis en train d'explorer un peu le forum à la recherche des discussions sur l'émergence de la vie. En gros, je reprend les termes "apparition de la vie", "création de la vie" et "émergence de la vie" avec la fonction recherche et je regarde ce qui sort. J'en suis arrivé à plus de 150 discussions sur le sujet sans compter la rubrique "Commentez les Actus...".

Et encore, je n'ai pas rassemblé les discussions répondant au critère de recherche "exobiologie", ou "vie extraterrestre"...

Outre le fil de discussion de Yoyo mentionné au message #90, j'ai remarqué que j'étais loin d'être le premier à mentionner l'origine hydrothermale de la vie comme étant la plus vraisemblable.

Parmi les autres message qui ont précédé la date d'inauguration de cette discussion, il y avait non seulement Yoyo (le 6 janvier 2003), mais aussi Gilgamesh (le 23 octobre 2005) et Pfhoryan (le 20 novembre 2009).

Cordialement.

[noir_ecaille]

Oh, de la lecture -- j'adore

Merci pour cette réactualisation d'un sujet ô combien passionnant, Geb

[Geb]

Bonjour,

Oh, de la lecture -- j'adore

Merci pour cette réactualisation d'un sujet ô combien passionnant, Geb

Je te remercie pour ton commentaire encourageant. Je serais ravi si tu pouvais accompagner tes lectures de questions sur ces dernières.

Je viens de regarder une conférence intéressante du physicien Franco Ferrari, de l'Université de Szczecin (en Pologne) sur un site baptisé webstreaming network, financé par l'Agence Spatiale Européenne :

Hunting for protein ancestors

In searching the origin of life it is possible to apply two different approaches. The first one is a down-to-top approach, in which, starting from inanimated matter, like for instance basic organic compounds or aminoacids, one tries to reproduce the processes and the conditions that gave birth to the first living beings about 3.85 Ga ago. Alterna-tively, one may attempt to extract hints about the first steps of the evolution of life from the observation of present organisms. This top-down approach is based on the fact that all living forms have a common ancestor, so that it is licit to assume that some of its ves-tiges are still preserved inside the genetic code of current cells and bacteria. Indeed, it is well known that there are structures inside proteins, like structural motifs and folds, which seem to be intimately connected with evolution. For example, while there are about 100,000 expressed proteins in eukariotic systems, there are much fewer motifs and folds, a fact that is related to the pathways of evolution. In this lecture some aspects of the top-down approach will be illustrated. After a brief review of the known structures in proteins and other macromolecules which are relevant for life, a discussion will follow about the physical and chemical properties of biopolymers. Physical and chemical laws were in fact present during the period in which life started on the Earth and have cer-tainly put constraints on the formation of the earliest biopolymers. Therefore, they can be exploited in order to guess how the genome of the most primitive organisms looked like. The information about the general characteristics of ancient life forms obtained using physical and chemical arguments may be used in the search of the remnants of the first genes which could be inside modern genes for instance due to processes of gene fusion. The lecture will end up with a discussion about the physical experimental methods that allow the detection of possible substructures inside biopolymers like proteins or DNA.

Je pense que cette conférence à sa place dans cette discussion parce qu'à partir de 35:58 dans la vidéo, il introduit progressivement un papier d'Igor Berezovsky et Edward Trifonov (2003) et explique dans les grandes lignes l'hypothèse qu'ils y développent :

Protein structure: Marriage with polymer physics

Abstract

A journey to the field of polymer physics, with polypeptides in mind, leads to a major discovery: the protein globules appear to be built of nearly standard size elements – closed loops, stabilized by the interactions between their ends. The closed loops project into the early evolution of proteins and into the protein folding process. They provide a novel basis for eventual alphabetization in description of structure and function of proteins.

Je tiens à dire que le groupe d'Igor Berezovsky (sachant qu'Edward Trifonov est désormais à la retraite) a publié de nombreux papiers très intéressants sur les étapes de l'évolution des acides aminés, des protéines, des codons et du code génétique (rien que ça).

Pour vous donner une idée, à ma connaissance, il y a au moins 46 de ces publications qui mériteraient de figurer dans cette discussion...

Cordialement.

[noir_ecaille]

Le seul truc qui me chagrinerait, ce serait devoir me contenter de résumés pour tous les liens à abonnement type pubmed.


C'est intéressant qu'on arrive à la synthèse spontanée de formamide à partir de HCN et H₂O, puis à partir du Formamide obtenir spontanément toutes les bases nucléiques. Reste à expliquer comment ça se fait qu'on ait démarré avec des nucléotides de conformation D plutôt que L ou qu'un 50/50. Sûrement une histoire de concentration mais qu'est-ce qui l'aurait favorisé ? Un rayonnement solaire polarisé à travers l'atmosphère d'époque ? Autre chose ? En revanche ce scénario privilégie l'hypothèse du monde ARN (voire en a fait son point de départ pour une remontée temporelle ?). L'ADN est-il apparu presqu'en même temps ?

D'un autre côté, on a une synthèse expliquée (spontanée ?) des peptides de nos origines -- là encore reste à expliquer comment la conformation L l'a emporté sur la conformation D. Le tout en milieu alcalin.


Interrogations personnelles :

1) Je conçois qu'une synthèse polymérisée donne soit du L soit du D en fonction des encombrements stériques, mais comment et quand a eu lieu le schisme aboutissant à la forme de vie telle que nous la pratiquons ?

2) En milieu alcalin, HCN devient CN^-. Cela impliquerait donc qu'on ait eu une synthèse plutôt peptidique au plus près des remontée thermales alcalines et plutôt nucléique à distance des remontées pour un pH plus acide ?

3) L'un des avantages de ces remontées alcalines au milieu de mers acides, c'est le double gradient pH et thermal (auquel viendrait s'ajouter les gradients de concentrations molaires ?) On constate que la vie compartimente beaucoup sa chimie, mais comment s'est mis en place le tout premier compartiment ? Quid de l'énergie qui anime, régule, régit les échanges ? Car comme rebattu dans l'un des liens, un organisme mort contient tout les composants de la vie -- bien qu'il ne soit plus vivant.


Je pense que ça devrait suffir pour débuter Après, il est possible que j'ai mal lu/compris certains aspects présentés, ou que certaines de mes questions n'aient pas encore trouvé de modèle ou d'hypothèse plausible.

[Geb]

C'est intéressant qu'on arrive à la synthèse spontanée de formamide à partir de HCN et H₂O, puis à partir du Formamide obtenir spontanément toutes les bases nucléiques. Reste à expliquer comment ça se fait qu'on ait démarré avec des nucléotides de conformation D plutôt que L ou qu'un 50/50. Sûrement une histoire de concentration mais qu'est-ce qui l'aurait favorisé ? Un rayonnement solaire polarisé à travers l'atmosphère d'époque ? Autre chose ?

Cela reste une hypothèse, très controversée qui plus est. J'ai eu récemment une discussion avec dr.Garou à ce sujet :

Formes de vie prionique. Commencement d'une vie exobiologique

En revanche ce scénario privilégie l'hypothèse du monde ARN (voire en a fait son point de départ pour une remontée temporelle ?).

�� ma connaissance, depuis la découverte des ribozymes en 1982, les modèles d’abiogenèse (peut-être pas tous) font intervenir l’ARN avant l’ADN, qu’il s’agisse des modèles dits "métabolisme d’abord" ou "gènes d’abord". Dans ce contexte, beaucoup de modèle comporte un "monde à ARN". Cependant, dans le modèle de Russell, la synthèse des premiers acides nucléiques est précédée par celle de peptides (voire de proto-protéines) et de proto-enzymes, qui ont probablement joué un rôle important dans la synthèse (difficile) des premiers nucléotides et/ou brins d’ARN.

L'ADN est-il apparu presqu'en même temps ?

Probablement pas. Mon hypothèse préférée (ou plutôt celle qui me paraît la moins farfelue) reste celle de Patrick Forterre, qui favorise l'idée d'une origine virale de l'ADN. Ce qui ferait du premier organisme cellulaire vivant, une cellule à ARN.

Si tu n'as pas le temps ou l'envie de regarder sa conférence de 72 minutes (voire message #10), il y a aussi le papier de la conférence, ou encore, un résumé des travaux de Forterre et de ces collègues sur le site de l'Institut Pasteur (voir "Le génome de LUCA et l’origine des génomes à ADN", au bas de la page).

D'un autre côté, on a une synthèse expliquée (spontanée ?) des peptides de nos origines -- là encore reste à expliquer comment la conformation L l'a emporté sur la conformation D. Le tout en milieu alcalin.

D'abord, à propos de la synthèse spontanée des peptides, il est important de noter que les peptides ne sont probablement pas apparu tous en même temps. Il n'était probablement qu'une dizaine au départ. D'ailleurs, dans les nombreux papiers que Michael Russell a publié en collaboration avec James Milner-White, il est bien question de premiers peptides de 3 à 6 résidus (peut-être même jusqu'à 10) riches en glycine et en alanine. Voir par exemple ici :

- Sites for phosphates and iron-sulfur thiolates in the first membranes : 3 to 6 residue anion-binding motifs (nests) (Milner-White & Russell, 2005)
- Predicting the conformations of peptides and proteins in early evolution (Milner-White & Russell, 2008)
- Polyphosphate-Peptide Synergy and the Organic Takeover at the Emergence of Life (Milner-White & Russell, 2010)
- Functional Capabilities of the Earliest Peptides and the Emergence of Life (Milner-White & Russell, 2011)

James Milner-White a continué son investigation seul. Voir une de ces publications récentes :

A synthetic hexapeptide designed to resemble a proteinaceous p-loop nest is shown to bind inorganic phosphate

de plus, les travaux d'Edward Trifonov et son équipe incite à pensé que les codons ont également connu un ordre d'apparition bien précis (voir sa publication au message #43).

Ensuite, à propos de la chiralité, il y a une hypothèse dans le papier de Martin & Russell daté du 5 décembre 2002, disponible au message #3 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

�� propos de l'homochiralité des acides aminés :

A possible way out of the racemic world could have involved the origin of the peptidyl transferase reaction of the large ribosomal subunit. Among the myriad of molecules that existed in the RNA-world, a population of them was involved in the origin of translation, whereby it has been sensibly suggested that the original function of the ribosome was RNA replication via triplets, not translation (Poole et al. 1999). We can take it as a given that at some point a precursor of the peptidyl transferase reaction (Muth et al. 2000) of an RNA molecule did evolve, and the chance stereochemistry of that molecule would determine the decision of whether it could catalyse the polymerization of D- or L-amino acids into peptides. That filter would be sufficient to tip the holochirality scale, because despite the presence of a racemate, only amino acids of the same a-carbon configuration would preferentially end up in peptides, yielding a population of distinctly handed peptides, some of which would eventually need to feed back in a hypercycle-like manner (Eigen & Schuster 1978) into favoured synthesis of their stereochemically correct polymerizing template.

Cette idée (passage en gras) semble rejoindre l'idée avancée par Patrick Forterre (voir message #55 ).

�� propos de l'homochiralité des sucres :

Concerning D-sugars, if we assume that the FeS-catalysed synthesis of acetyl-CoA and pyruvate was possible as above, then the origin of chirality should be sought at the three-carbon stage. Pyruvate is not chiral, nor is its phosphorylated derivative, phosphoenolpyruvate. In organisms that use the acetyl-CoA pathway, the next step of autotrophic carbon metabolism involves the stereospecific addition of a water molecule to the double bond in phosphoenolpyruvate, yielding 2-phospho-D-glycerate. Today, that reaction is catalysed by the enzyme enolase, which is by far the most highly conserved of all glycolytic enzymes (figure 1) and as far as we are aware, is the only enzyme of core carbon metabolism that is truly ubiquitous among all free-living organisms. For the whole remainder of central carbon metabolism in all organisms, the stereochemistry at C2 of 2-phospho-D-glycerate never changes. This approach to the holochirality problem implicates the peptidyl transferase reaction of the ribosome as the pacemaker for amino-acid stereochemistry and a simpler precursor of enolase as the pacemaker of sugar stereochemistry. It is probably just curious coincidence that enolase is the only enzyme of carbon metabolism, other than adenylate kinase, that balances AMP, ADP and ATP levels, that is encoded in the highly conserved ribosomal protein superoperon in archaebacteria (Hannaert et al. 2000), which might also carry a faint trace of chiral origins. At any rate, our suggestion for the origin of holochirality starts with the peptidyl transferase reaction and is thus largely congruent with Woese’s (2002, p. 8745) assessment ‘The evolution of modern cells, then, had to begin with the onset of translation’. It was certainly a decisive step.

Cependant, j'ai la conviction que ces deux passages, qui font tous partie de la section 6 du papier de décembre 2002, sont le fruit du travail de William Martin uniquement. En effet, dans un papier à peine plus ancien, publié en tant que chapitre d'un livre en 2003 :

On the dissipation of thermal and chemical energies on the early Earth (Russell et al., 2003)

Michael Russell, en tant que co-auteur, favorise l'idée de Mellersh publiée dix ans plus tôt :

A model for the prebiotic synthesis of peptides which throws light on the origin of the genetic code and the observed chirality of life (Mellersh, 1993)

Je conçois qu'une synthèse polymérisée donne soit du L soit du D en fonction des encombrements stériques, mais comment et quand a eu lieu le schisme aboutissant à la forme de vie telle que nous la pratiquons ?

Je crois avoir répondu ci-dessus.

En milieu alcalin, HCN devient CN^-. Cela impliquerait donc qu'on ait eu une synthèse plutôt peptidique au plus près des remontée thermales alcalines et plutôt nucléique à distance des remontées pour un pH plus acide ?

Pour être honnête je l'ignore. J'imagine que tu as raison.

L'un des avantages de ces remontées alcalines au milieu de mers acides, c'est le double gradient pH et thermal (auquel viendrait s'ajouter les gradients de concentrations molaires ?) On constate que la vie compartimente beaucoup sa chimie, mais comment s'est mis en place le tout premier compartiment ?

L'évent alcalin est lui-même un milieu extrêmement compartimenté. Voir Figure 1 page 2 de ce pdf (déjà mentionné au message #3) :

The rocky roots of the acetyl-CoA pathway

Pour voir comment tout cela se goupille au niveau de la synthèse, je te recommande le schéma page 2 de ce pdf (déjà mentionné au message #14) :

On the origin of genomes and cells within inorganic compartments (Koonin & Martin, 2005)

Quid de l'énergie qui anime, régule, régit les échanges ? Car comme rebattu dans l'un des liens, un organisme mort contient tout les composants de la vie -- bien qu'il ne soit plus vivant.

D'une manière générale, c'est le mécanisme chimiosmotique qui fait la différence entre un animal vivant et un animal mort. D'ailleurs, l'importance de ce gradient de protons pour la vie actuelle et justement parce qu'il existe un gradient de protons naturel au niveau de l'évent hydrothermal de l'Hadéen (acide à l'extérieur, basique à l'intérieur), Russell a envisagé d'appeler sa théorie la "théorie chimiosmotique". Il semble que "Hydrothermal alkaline theory for the emergence of life" soit un peu trop long.

Comme d'après Russell, l'émergence de la vie correspond à une catalyse spontanée de la réaction d'hydrogénation du dioxyde de carbone couplée au mécanisme de convection terrestre, je crois intéressant de rappeler les travaux d'Alexandre Prigogine en matière de thermodynamique hors d'équilibre et surtout, les fameuses structures dissipatives. de manière similaire, l'autocatalyse de la synthèse des molécules organiques de plus en plus complexes dans les innombrables cellules minérales qui forment un évent hydrothermal s'auto-organise et ne se maintient que grâce à un apport constant d'énergie.

Cordialement.

[ryoke]

Salut,
tout d'abord, bravo pour ce super travail Geb, impressionnant.
Je suis tout nouveau sur le site, et mon premier message (hors présentation) sera sur ce fil.

Le débat est très élitiste, d'où le manque de participations actives.
Les thermes employés, et la quantité de texte n'est pas accessible à tous.
Je viens de passer approximativement 4h à lire le sujet, et à faire des recherches parallèles.
Je n'ai pas encore tout (voir pas encore la moitié...) compris, ni regarder la fameuse vidéo de 72 minutes, et malheureusement je ne suis pas anglophone.
Je m'excuse à l'avance, si des sottises vont suivre.

Cependant, pour ceux qui veulent un peu d'aide pour comprendre :
Les fumeurs blancs, les fumeurs noirs, c'est quoi ? faites vous une idée ici : http://fr.wikipedia.org/wiki/Mont_hydrothermal


Sur ce, je retourne étudier tout ça, et je reviendrais débattre, promis
-----

[Pfhoryan]

Salut,

Je suis tombé sur un papier adoptant une approche métabolitique de l'émergence de la vie:
Rogier Braakman and Eric Smith "The compositional and evolutionary logic of metabolism" Phys. Biol. 10 (2013) 011001 (62pp)
C'est assez complémentaire de ce qui est développé dans cette discussion.

[Geb]

Bonsoir,

C'est assez complémentaire de ce qui est développé dans cette discussion.

Je te remercie pour l'article.

Effectivement, comme on l’a vu au message #56 de cette discussion, Eric Smith est un partisan de l’hypothèse hydrothermale de l’origine de la vie, même s’il favorise une autre voie métabolique que celle imaginée par Wolfgang Nitschke et Michael Russell.

La voie favorite de Smith au titre de première voie métabolique est une version inversée du cycle de Krebs, que Günter Wächtershäuser avait été le premier à élever à ce rang en 1988. D’ailleurs, jusqu’à sa première collaboration avec William Martin (publié en décembre 2002), Michael Russell avait également choisi ce métabolisme dans sa propre théorie hydrothermale.

L’argument de Wächtershäuser pour rejeter la voie de l’acétyl-CoA (que William Martin et Nick Lane considèrent comme la voie métabolique ancestrale) était d’ordre thermodynamique. Dans un nouveau papier publié hier, William Martin et Nick Lane expliquent cela très bien :

The Origin of Membrane Bioenergetics

This immediately raises an important question of fundamental nature: how can CO2 be reduced by H2, given that the reduction potential of the CO2 /HCOOH couple (E0’ = –430mV) is below that of the 2H+/H2 couple (E0’ = –414mV) and that the formate/formaldehyde couple is even lower (E0’ = –580mV)? This difficulty is hardly trivial, and it prompted Wächtershäuser (1988) to surmise that it was impossible for life to have started from H2 and CO2 for that very reason. But methanogens and acetogens make a living from the reduction of CO2 with H2. Only now are microbiologists beginning to understand what tricks microbes use to make the ‘‘impossible’’ possible. The key is a newly recognized process called flavin-based electron bifurcation (Herrmann et al., 2008; Li et al., 2008; Kaster et al., 2011; Buckel and Thauer, 2012). It is elegant, widespread, and provides anaerobic autotrophs with a means to synthesize the key to their CO2 fixation—reduced low-potential ferredoxins.

Ce papier a fait l'objet de plusieurs articles sur le site internet de l'University College London (UCL, l'employeur de Nick Lane) et dans Nature News :

Origin of life emerged from cell membrane bioenergetics

How life emerged from deep-sea rocks

Quant au papier que tu as mis en lien, là où il est effectivement franchement complémentaire et extrêmement intéressant, c'est lorsqu'il évoque la synthèse et le rôle des cofacteurs en tant que régulateurs. Voir à partir du point 4 intitulé "Cofactors, and the emergence and centralization of metabolic control". En voilà le début :

Cofactors form a unique and essential class of components within biochemistry, both as individual molecules and as a distinctive level in the control over metabolism. In synthesis and structure they tend to be among the most complex of the metabolites, and unlike amino acids, nucleotides, sugars and lipids, they are not primary structural elements of the macromolecular components of cells. Instead, cofactors provide a limited but essential inventory of functions, which are used widely and in a variety of macromolecular contexts. As a result they often have the highest connectivity (forming topological ‘hubs’) within metabolic networks, and are required in conjunction with key inputs or enzymes [200–202] to complete the most elaborate metabolisms.

Soit, approximativement : Les cofacteurs forment une classe exceptionnelle et essentielle de composants en biochimie, à la fois en tant que molécules à part entière et en tant que niveau distinct de contrôle sur le métabolisme. Au point de vue de leur synthèse et de leur structure, ils tendent à être parmi les métabolites les plus complexes et, contrairement aux acides aminés, aux nucléotides, aux sucres et aux lipides, ils ne sont pas des éléments structurels fondamentaux des composants macromoléculaires des cellules. �� la place, les cofacteurs fournissent un inventaire limité mais essentiel de fonctions, qui sont beaucoup utilisées et dans une grande variété de contextes macromoléculaires. En conséquence, ils ont souvent la plus grande connectivité (formant des "plateformes" topologiques) à l’intérieur des réseaux métaboliques et sont nécessaires en conjonction avec les principaux réactifs ou les principales enzymes pour accomplir les métabolismes les plus élaborés.

Cordialement.

[Pfhoryan]

L’argument de Wächtershäuser pour rejeter la voie de l’acétyl-CoA (que William Martin et Nick Lane considèrent comme la voie métabolique ancestrale) était d’ordre thermodynamique. Dans un nouveau papier publié hier, William Martin et Nick Lane expliquent cela très bien :

The Origin of Membrane Bioenergetics



Ce papier a fait l'objet de plusieurs articles sur le site internet de l'University College London (UCL, l'employeur de Nick Lane) et dans Nature News :

Origin of life emerged from cell membrane bioenergetics

How life emerged from deep-sea rocks

çà c'est un vrai papier fondateur (en plus en accès libre). Le scénario est quasi ficelé et très convaincant. Reste plus qu'à le tester!

[Geb]

çà c'est un vrai papier fondateur (en plus en accès libre). Le scénario est quasi ficelé et très convaincant. Reste plus qu'à le tester!

Je n'irais pas jusqu'à dire que c'est "un vrai papier fondateur", mais cela reste un papier sur l'origine de la vie dans un évent hydrothermal alcalin, qui plus est par William Martin (un de ces plus grands contributeurs) et Nick Lane (qui est à la fois un de ces contributeurs et un de ces plus grands vulgarisateurs).

Justement, j'ai relu les articles de vulgarisation au sujet de la théorie qui fait l'objet de ce fil de discussion.

Je voudrais en discuter un passage dans un article au message #3 de cette discussion :

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

But for Morowitz, the most exciting development in the metabolism-first camp, “the really new idea,” is that small organic molecules, such as amino acids, can catalyze the formation of other small organic molecules, such as nucleic acids. “This has emerged only in the last two years,” he says. This view has found strong support from a new finding published in the journal Chemistry in August 2005, which indicates that single amino acids can catalyze the creation of sugars from simple starting materials with enzyme-like specificity.

“What has emerged is a very strong self-organizing principle,” says Morowitz. In this view, while iron sulfide may have been the original catalyst, it did not remain the only one for long. As products of the original reactions catalyzed new reactions, metabolic networks quickly arose. Feedback loops developed when two molecules regulated one another's synthesis. “The system can piggyback its way upward,” he says.

While the study of such networks is still in its infancy, Morowitz suggests they hold the key to a host of knotty problems, including that of RNA synthesis. “It's not a problem in this network point of view. Very early on you get the precursor compounds,” while formation of the complete nucleotide arises later. “Even today this is the core network of biochemistry.”

Vous l'aurez compris, ce qui m'intéresse dans ce passage, c'est une origine plausible de l'homochiralité des molécules du vivant.

L'article d'août 2005 auquel Harold Morowitz fait allusion est le suivant :

Amino Acid Catalyzed Neogenesis of Carbohydrates: A Plausible Ancient Transformation (Córdova et al., 2005)

Il y a également un autre papier, publié quelques semaines avant, qui à l'avantage d'être disponible à la lecture sur le site de la McMaster University au Canada :

Plausible origins of homochirality in the amino acid catalyzed neogenesis of carbohydrates

J'ai aussi retrouvé également la page personnel d'Armando Córdova :

Armando Cordova

La page de son groupe de recherche :

Research groups

Cordialement.

[Geb]

Je viens de lire un passage intéressant dans une publication de mai 2010 co-signée par William Martin :

Genome networks root the tree of life between prokaryotic domains (Dagan et al., 2010)

Life at the Root

The debate about the position of the root in the tree of life has focused mainly on its position and to some extent on the biology of the first organisms. The issues of microbial lifestyle (autotrophy vs. heterotrophy: Lane et al. 2010) and cellularity, that is, the transition from replicating molecules in inorganic compartments to genetically specified replicating cells (Martin and Russell 2003; Koonin and Martin 2005; Branciamore et al. 2009) have received attention of late. However, by far the most heavily debated aspect of life at the root concerns temperature.

The view of thermophilic origins attracted much attention following the suggestions by Karl Stetter (Stetter et al. 1990) and Pace (1991) that prokaryotes inhabiting many of the extreme kinds of environments we see today are, to some extent, inhabiting environments that existed in a fully ���modern��� form on early earth: anoxic volcanic settings and hydrothermal vents, both which are often quite hot (>80 °C). In trees rooted between the prokaryotic domains, the hyperthermophiles branched first, suggesting that maybe the first organisms were hyperthermophilic archaea and bacteria (Stetter et al. 1990; Pace 1991). That view spawned the counterhypothesis of thermoreduction (Forterre 1995, 1996), which posits that the hyperthermophilic origins scenario is wrong by virtue of a misplaced root. In that view, the eukaryotes are seen as the ancestral form of life on earth, prokaryotes having evolved from them via reductive evolution. Although thermoreduction in the original sense can now be excluded because all eukaryotes either have or had mitochondria (Cox et al. 2008; van der Giezen 2009), meaning that eukaryotes as we know them cannot be ancestral to prokaryotes, the issue of temperature at life���s root remains current.

Recently, gene trees have been used to infer the temperature of early earth environments based on statistical arguments (Gaucher et al. 2003, 2008). Boussau et al. (2008), for example, suggested that the first organisms (the common ancestor of archaeabacteria and eubacteria in their view) arose and lived at about room temperature (∼20 °C) based on the estimated GC content of inferred ancestral sequences in maximum-likelihood trees. Is such a low temperature for life at the root realistic? Amend and McCollom (2009) recently calculated that in geochemically promising environments for the origin of life, the Gibbs energy of reaction (ΔG_r) toward the synthesis of total prokaryotic cell mass was unfavorable (+500 Joules per gram of cells) at 25 °C but exergonic at 50, 75, and 100 °C, with values of ���1,016, ���873, and ���628 Joules per gram of cells, respectively, dropping sharply again at 125 °C (Amend and McCollom 2009). Clearly, the synthesis of the first cells must have entailed a fundamentally exergonic reaction, as life cannot have arisen against the laws of thermodynamics. If thermodynamics are favorable in the range of 50���100 °C but not at 25 °C, then this can be taken as a constraint for phylogenetic models rather than a variable for estimation, when it comes to considering temperature at the root.

Part of the rational against the view of thermophilic origins was once founded in the circumstance that nucleoside triphosphates are very unstable at temperatures around 100 °C (Forterre 1996), for which reason such temperatures were deemed to be incompatible with the notion of an RNA world. However, Constanzo et al. (2009) recently reported that RNA chains dozens to over 100 nucleotides in length arise spontaneously, in hot (>80 °C) water, and without catalysts yet not from nucleoside triphosphates rather from the ribonucleoside 3′,5′ cyclic monophosphates at concentrations around 1 mM. Temperatures around 85 °C yielded rapid polymerization, below 60 °C the reaction rates dropped sharply (Constanzo et al. 2009). Thus, from the thermodynamic and chemical perspective, life at the root might be more likely in the range of 50���100 °C than at values approaching room temperature. That view is consistent with the recent discovery of a novel bifunctional fructose-1,6-bisphosphate aldolase/phosphatase from thermophilic eubacteria and archaebacteria that provides comparative biochemical evidence in favor of chemolithoautotrophic origins (Say and Fuchs 2010).

Ce que je trouve intéressant dans ce passage, c'est qu'il va explicitement à l'encontre des propos tenus par Patrick Forterre à propos de la température d'apparition du LUCA dans sa conférence du 1er avril 2011 en lien au message #10 de cette discussion :

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

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Je viens de trouver une nouvelle publication de Wolfgang Nitschke qu'il serait intéressant d'analyser en profondeur (il s'agit de la préface d'une édition spéciale) :

The evolutionary aspects of bioenergetic systems

J'essayerai d'en savoir un petit peu plus dans les semaines qui viennent.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

J'avais zappé l'Actu de Futura-sciences au sujet du papier de Cell que j'ai mis en lien au message #124 de cette discussion :

La vie est-elle apparue dans les fumeurs noirs ?

Pour l'instant, le titre de cet article est vraiment paradoxal.

Cordialement.

[Pfhoryan]

Bonjour,

J'avais zappé l'Actu de Futura-sciences au sujet du papier de Cell que j'ai mis en lien au message #124 de cette discussion :

La vie est-elle apparue dans les fumeurs noirs ?

Pour l'instant, le titre de cet article est vraiment paradoxal.

C'est un grave contre-sens qui montre que l'auteur n'a pas vraiment compris de quoi elle parle.
Sans doute qu'un petit message lui demandant de rectifier ne ferait pas de mal.

[Geb]

J'essayerai d'en savoir un petit peu plus dans les semaines qui viennent.

En fait, la préface de Wolfgang Nitschke est disponible à la lecture en intégralité :

The evolutionary aspects of bioenergetic systems

J'aime assez ce passage dans le texte :

Encouraged and backed by thermodynamics, I would argue without hesitation that another feature of cellular life must be even older than the putative ribozymes: energy conversion, i.e. bioenergetics! Exploring the evolutionary and thereby ultimately the roots of bioenergetics may indeed take us even closer to life’s origin than the proposed RNA world.

Bonne lecture.

[Geb]

C'est un grave contre-sens qui montre que l'auteur n'a pas vraiment compris de quoi elle parle.

Je doute qu'elle n'aie pas compris l'article étant donné ses qualifications ("Master's degree, Atmosphere, Oceans and Continental Surfaces") et son expérience (déjà 107 articles pour F-S entre le 17 octobre et hier soir).

Sans doute qu'un petit message lui demandant de rectifier ne ferait pas de mal.

Soit, je vais en toucher un mot à delph_enviro.

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir,

Suite à cette objection de dr.Garou faite dans une autre discussion :

Aucun des autres articles présentés ici ne donne la moindre information quant à la possibilité d'apparition d'un code génétique de novo à partir d'un monde protéique, contrairement à l'hypothèse de l'ARN d'abord.

J’ai décidé de revenir sur le papier intitulé "A mechanism for the association of amino acids with their codons and the origin of the genetic code", que j’ai mis en lien au message #15 de cette discussion.

Ce papier de Copley et al. (2005) part de 2 observations. Premièrement, quant à la synthèse des acides aminés :

Les codons commençant avec C encodent les acides aminés synthétisés à partir d’alpha-cétoglutarate.
Les codons commençant avec A encodent les acides aminés synthétisés à partir d’oxaloacétate.
Les codons commençant avec U encodent les acides aminés synthétisés à partir de pyruvate.

Les codons commençant par G encodent les acides aminés qui peuvent être formés à partir d’une réaction d’amination réductrice directe d’un alpha-cétoacide simple.

La glycine peut être formé à partir de l’amination réductrice du glyoxalate
L’alanine peut être formé à partir de l’amination réductrice du pyruvate
L’aspartate peut être formé à partir de l’amination réductrice d’oxaloacétate
Le glutamate peut être formé à partir de l’amination réductrice d’alpha-cétoglutarate

Ces 4 précurseurs peuvent être formés de manière abiotique à partir du cycle de Krebs inversé ou de la voie de l'acétyl-coA dans des évents hydrothermaux alcalins.

Deuxièmement, il existe une relation entre l’hydrophobicité d’un acide aminé et la seconde base de son codon. Les codons qui ont U comme seconde base sont associés avec les acides aminés les plus hydrophobes et ceux qui ont A comme seconde base sont associés avec les acides aminés les plus hydrophiles.

Les auteurs suggèrent que ces deux corrélations peuvent être facilement expliquer si avant l’émergence de macromolécules, les acides aminés simples étaient synthétisés à partir d’alpha-cétoacides précurseurs qui étaient attachés par une liaison covalente à des dinucléotides capables de catalyser les réactions nécessaires à la synthèse d’acides aminés spécifiques.

Il est suggéré que les positions des groupes fonctionnels dans un complexe dinucléotide/alpha-cétoacide déterminent quelles réactions peuvent être catalysées efficacement pour un alpha-cétoacide donné.

Les acides aminés les plus simples peuvent être obtenues à partir d’un alpha-cétoacide précurseur à travers un petit nombre de transformations chimiques relativement simples. Cela peut-être envisagé comme une sorte "d’arbre de décision" dans lequel c’est la nature des bases du dinucléotide qui détermine quels types de réactions ont lieu.

En outre, les voies de biosynthèse envisagées suivent celles des organismes actuels, si ce n’est le fait que le moment où la réaction d’amination réductrice menant à l’acide aminé final a lieu diffère. Une explication logique serait que les voies de biosynthèse modernes ont émergé grâce à l’acquisition progressive d’enzymes capables de catalysées des réactions qui avaient lieu avant cela en l’absence de catalyseurs macromoléculaires. Dans ce cadre, on peut regarder les voies modernes comme des fossiles métaboliques qui fournissent un aperçu des voies de synthèse prébiotiques.

Même si le facteur d’accélération des réactions permis par un dinucléotide serait modeste comparé à celui atteint par les catalyseurs macromoléculaires modernes, le simple fait d’attacher le groupe catalytique à une molécule permettrait une accélération sensible de la vitesse des réactions. Le potentiel d’amélioration par des groupes catalytiques intramoléculaires s’explique aisément par la restriction de la liberté conformationnelle des centres réactifs. Cela dit, des améliorations spectaculaires ne sont pas pour autant nécessaires. Dans le cadre d’un réseau de réactions liées à un proto-métabolisme, des améliorations modestes de la catalyse peut favoriser, avec le temps, la prédominance de certaines voies et de certains précurseurs.

Les acides aminés structurellement complexes, difficiles à synthétisés (Trp, Tyr, Phe, Lys, His et Met) se distinguent des acides aminés plus simples seulement par la troisième base de leurs codons et sont probablement venus s’ajouter au code relativement tard. Les 14 acides aminés restant (Leu, Ile, Val, Cys, Arg, Glu, Gln, Ser, Thr, Pro, Gly, Ala, Asp, Asn) peuvent être spécifiés en utilisant un code génétique primitif fonctionnant par doublets. Ceci soutient l’hypothèse d’une addition ultérieure d’une troisième base à une association préétablie de deux bases.

La première étape pour assigner les acides aminés aux doublets consistait à choisir l’acide aminé assigné à la majorité des triplets pour lesquels les deux premières bases étaient les plus communes, avec une préférence pour les acides aminés les plus simples.

CG : Arg, CC : Pro, CA : Gln, CU : Leu.
AG : Ser/Arg, AC : Thr, AA : Asn, AU : Ile.
UG : Cys, UC : Ser, UA : Tyr/ codon stop, UU : Leu.
GG : Gly, GC : Ala, GA : Asp/Glu, GU : Val.

L’ambiguïté entre Asp et Glu pour le doublet GA ne peut malheureusement pas être résolue par cette méthode, étant donné que ces acides aminés sont structurellement homologues et les structures capables de les différencier pourrait être apparues à un niveau de complexité plus élevé.

La deuxième étape consistait à identifier les cas pour lesquels un précurseur encore plus simple pourrait avoir occupé une position prise par la suite par l’acide aminé plus complexe identifié dans la première étape. Aussi, les auteurs ont identifié des positions d’acides aminés modernes qui pourraient résulter de assignements ultérieurs.

Ainsi, Arg pour CG est remplacé par l’ornithine (Orn). Thr pour AC est remplacé par l’homosérine (Hsr). Ces derniers sont des intermédiaires dans les voies de biosynthèse de l’arginine et de la thréonine. Ils constituent donc des acides aminés primitives plausibles qui pourraient avoir été supplantées plus tard par les acides aminés plus complexes.

Parce que Ser est synthétisée à partir du pyruvate, U plutôt que A devrait être la première base de son codon. D’ailleurs, 4 des six codons de Ser commencent par U dans le code moderne. Arg est synthétisé à partir d’alpha-cétoglutarate, donc C plutôt que A devrait être la première base de son codon. D’ailleurs, 4 des six codons de Arg commencent par C dans le code moderne. Ce qui signifie que ni Ser, ni Arg ne constituent d’acides aminés plausibles pour le doublet AG. Nous sommes ici en présence d’assignements ultérieurs. Un assignement plausible pour AG est le 2,4-diaminobutyrate (Dab), qui se formerait à partir d’oxaloacétate par des réactions homologues à celles qui forment de l’ornithine à partir d’alpha-cétoglutarate.

Un autre exemple d’assignement ultérieur est celui de la leucine (Leu) au doublet CU. Parce que Leu est synthétisée à partir du pyruvate, U plutôt que C devrait être la première base de son codon. Finalement, les auteurs ne peuvent assigner d’acide aminé plausible au doublet CU. Il en est de même pour le doublet UA, qui dans le code moderne correspond à Tyr (UAU et UAC) et aux codons stop UAA et UAG. D’après eux, Tyr est un acide aminé trop complexe que pour avoir été synthétisé au début et un codon stop devient envisageable seulement après l’émergence de la traduction génétique.

En définitive, cela signifie que des 16 variantes possibles, seules deux ne sont pas assignées à un acide aminé :

GG : Gly, GC : Ala, GA : Asp/Glu, GU : Val
CG : Orn (donnera Arg), CC : Pro, CA : Gln, CU : ?
AG : Dab, AC : Hsr (donnera Thr), AA : Asn, AU : Ile
UG : Cys, UC : Ser, UA : ?, UU : Leu

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Je viens de tomber sur une vidéo intéressante (91 minutes), avec Michael Russell, à l'occasion du World Science Festival 2010 qui semble avoir eu lieu en juin 2010 :

The Search for Life in the Universe

La présentation de Michael Russell par Paul Nurse (Prix Nobel de médecine 2001) entre 4:53 et 5:36 ci-après :

Michael Russell, geochemist, interested in how life on Earth got started some 4 billion years ago. Michael predicted the discovery of a kind of submarine hydrothermal vent later discovered in the North Atlantic at the so-called Lost City site, and argues that similar geological and geochemical processes occuring 4 billion years ago in the Earth's oceans may have formed life's first organic molecules and metabolic pathways. Since 2006, Michael has been working as a senior research fellow at NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena.

Les interventions de Michael Russell ont lieu à ces moments dans la vidéo :

37:10 – 48:54
65:05 – 66:50
67:10 – 67:30
69:05 – 70:11
79:18 – 82:29
82:46 – 83:20

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir,

Je viens de lire une publication de Douglas E. LaRowe et Pierre Regnier :

Thermodynamic Potential for the Abiotic Synthesis of Adenine, Cytosine, Guanine, Thymine, Uracil, Ribose, and Deoxyribose in Hydrothermal Systems (2008)

Dans le texte :

The purpose of the present study is to explore the thermodynamic potential for the abiotic synthesis of the five common nucleobases (adenine, guanine, cytosine, thymine and uracil) and two sugars (ribose & deoxyribose) that make up nucleic acids (DNA & RNA) from two precursor molecules, formaldehyde (CH₂O) and hydrogen cyanide (HCN), over a range of pressures, temperatures, and bulk compositions that are characteristic of hydrothermal systems. This is accomplished by first quantifying the thermodynamic potential to synthesize the precursor molecules from N₂, H₂, CO₂ and CO, and then calculating the energetics of biomolecular synthesis from the two precursor compounds.

Le modèle de départ du papier est le fumeur noir baptisé Rainbow, situé à 2300 mètres de profondeur sur la ride médio-Atlantique, et dans lequel on a mesuré les concentrations suivantes (Charlou et al. 2002) :

H₂ = 16 mM
N₂ = 3 mM
CO₂ = 16 mM
CO = 5 x 10^-6 mM

Le pH du fluide hydrothermal est de 2,8 et il sort a une température de 365°C (Charlou et al. 2002). Seule une variation de la température est prise en compte dans les calculs.

Dans le texte :

To specify the composition of ancient hydrothermal fluids, Schulte and Shock (1995) followed a different approach that used instead fugacities of CO, CO₂, and N₂ constrained from estimated ancient atmospheric concentrations of the same species made by Kasting (1993). However, a cursory examination of modern hydrothermal vent compositions (Charlou et al. 2002; Von Damm 1995) reveals that the concentrations of CO, CO₂, and N₂ are highly variable from one system to another and do not correlate with their concentrations in the modern atmosphere. The assumption that the concentrations of the species in ancient and modern hydrothermal fluids are similar is reasonable because the composition of hydrothermal fluids are primarily determined by their interactions with mantle-derived rocks, whose composition (i.e., oxidation state) has not changed significantly in the last four billion years (Delano 2001).

These results reflect the conditions in one modern hydrothermal system only so if the concentrations of H₂ ,CO and CO₂ would have been higher in ancient hydrothermal systems, the activity of CH₂O in equilibrium with these reactants could also have been greater. Kasting (1993) estimated that during the first several hundred million years of Earth’s history the atmosphere contained CO+CO₂ equal to 10 bars, a result which suggests that the concentration of precursor carbon molecules in hydrothermal systems could have been different from those today.

La synthèse des précurseurs se fait de la manière suivante. Pour le cyanure d'hydrogène :

2 CO_(aq) + 3 H_2(aq) + N_2(aq) → 2 HCN_(aq) + 2 H₂O
2 CO_2(aq) + 5 H_2(aq) + N_2(aq) → 2 HCN + 4 H₂O

Pour le méthanal (ou formaldéhyde)

CO_(aq) + H_2(aq) → CH₂O_(aq)
CO_2(aq) + 2 H_2(aq) → CH₂O_(aq) + H₂O

Ensuite, la synthèse des nucléobases que l'on trouve dans l'ARN et l'ADN, purines (adénine et guanine) et pyrimidines (cytosine, thymine et uracile) est envisagée à partir de ces précurseurs, de la manière suivante :

Adénine : 5 HCN_(aq) → C₅H₅N_5(aq)
Guanine : 5 HCN_(aq) + H₂O → C₅H₅N₅O_(aq) + H_2(aq)
Cytosine : 3 HCN_(aq) + CH₂O_(aq) → C₄H₅N₃O_(aq)
Thymine : 2 HCN_(aq) + 3 CH₂O_(aq) → C₅H₆N₂O_2(aq) + H₂O
Uracile : 2 HCN_(aq) + 2 CH₂O_(aq) → C₄H₄N₂O_2(aq) + H_2(aq)

D'après les calculs des auteurs, la synthèse des 5 nucléobases est thermodynamiquement favorable de 0°C à entre 175°C et 240°C dépendant de la molécule considérée.

La synthèse des monosaccharides est envisagée grâce à la réaction de formose classique, proposée en 1861 :

Ribose : 5 CH₂O_(aq) → C₅H₁₀O_5(aq)
Désoxyribose : 10 CH₂O_(aq) → 2 C₅H₁₀O_4(aq) + O_2(g)

D'après les calculs des auteurs, la synthèse des 2 monosaccharides est thermodynamiquement favorable de 0°C à 140°C pour le ribose et de 0°C à 175°C pour le désoxyribose.

Le but de ce papier est de vérifier que la synthèse de ces composés est thermodynamiquement favorable. En aucun cas il ne permet d'envisager, en l'état, une synthèse en laboratoire.

Cela dit, ce que je n'ai pas bien compris, c'est un passage en page 12 :

Therefore, we have explored the range of CH₂O and HCN activities on the equilibrium activities of nucleobase, ribose, and deoxyribose at what can be considered one particular hydrothermal flank condition (150°C and 500 bars). Under these conditions, activities of all of the biomolecules considered here are in equilibrium with the precursor molecules at concentrations comparable to those in modern living organisms (Voet et al. 1999).

Le passage que j'ai mis en gras me paraît extrêmement intéressant, si seulement je savais de quoi il est question exactement... Quelqu'un pourrait-il m'éclairer sur le sens exact de cette phrase ?

La référence duquel cette affirmation semble être tirée, concerne la première édition d'un cours de biochimie intitulé "Fundamentals of biochemistry" et parue en 1999.

On en est aujourd'hui à la 4^e édition parue en janvier 2012 (avril 2012 en France).

Il y a un aperçu de la 3e édition (parue en avril 2008) sur Google Books :

Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level

Quelqu'un aurait-il une des éditions de ce livre (de préférence celle de 1999) ?

Pour finir, même si la publication présentée ici prend pour exemple un fumeur noir, la fin de l'article prend parti contre les fumeurs noirs comme lieu de synthèse abiotique, à cause de la température leur préférant des sources hydrothermales où la température est inférieure (comme les fumeurs blancs) :

This finding corroborates previous studies which have suggested that organic synthesis in submarine hydrothermal systems most likely did not occur in black smoker vent sites where the temperatures can exceed 400°C, but more plausibly on the distal, off-axis, portions of hydrothermal systems where the temperature is lower (Shock 1990, 1992a, b).

Cordialement.

[Pfhoryan]

Cela dit, ce que je n'ai pas bien compris, c'est un passage en page 12 :

Therefore, we have explored the range of CH2O and HCN activities on the equilibrium activities of nucleobase, ribose, and deoxyribose at what can be considered one particular hydrothermal flank condition (150°C and 500 bars). Under these conditions, activities of all of the biomolecules considered here are in equilibrium with the precursor molecules at concentrations comparable to those in modern living organisms (Voet et al. 1999).

Le passage que j'ai mis en gras me paraît extrêmement intéressant, si seulement je savais de quoi il est question exactement... Quelqu'un pourrait-il m'éclairer sur le sens exact de cette phrase ?

Salut,

Je comprends de cette phrase qu'en augmentant la concentration active des précurseurs (CH²O, HCN) à 150°C/500 bars, ils ont remarqué qu'à l'équilibre, les biomolécules ont une concentration active similaire à celle mesurée dans les être vivants.
D'après la figure 8, les équilibres sont très déplacées vers les biomolécules. Par exemple pour la cytosine, une activité de 1 µM peut correspondre à un équilibre avec 0.3 nM HCN et 10 nM CH₂O.

[Pfhoryan]

Salut,

Il y a un numéro spécial de Accounts of Chemical Research qui est consacré à "l'évolution chimique": http://pubs.acs.org/toc/achre4/45/12

Pas eu encore le temps de lire, mais il y a certainement des trucs intéressants.

[Geb]

Je comprends de cette phrase qu'en augmentant la concentration active des précurseurs (CH₂O, HCN) à 150°C/500 bars, ils ont remarqué qu'à l'équilibre, les biomolécules ont une concentration active similaire à celle mesurée dans les être vivants.

Je te remercie d'avoir partagé ton point de vue.

Il y a un numéro spécial de Accounts of Chemical Research qui est consacré à "l'évolution chimique"

Je viens de lire les résumés des 21 articles (sans compter l'éditorial). �� ma connaissance, seul celui intitulé "Role of pKa of Nucleobases in the Origins of Chemical Evolution" est en accès libre.

1) Origins of Chemical Evolution
David Lynn , Cynthia Burrows, Jay Goodwin, Anil Mehta
18 décembre 2012 (il ne s'agit que de l'éditorial)

2) Asphalt, Water, and the Prebiotic Synthesis of Ribose, Ribonucleosides, and RNA
Steven A. Benner, Hyo-Joong Kim, and Matthew A. Carrigan
28 mars 2012

3) Role of pKa of Nucleobases in the Origins of Chemical Evolution
Ramanarayanan Krishnamurthy
26 avril 2012

4) On the Origin of Single Chirality of Amino Acids and Sugars in Biogenesis
Jason E. Hein and Donna G. Blackmond
22 février 2012

5) Natural versus Artificial Creation of Base Pairs in DNA: Origin of Nucleobases from the Perspectives of Unnatural Base Pair Studies
Ichiro Hirao, Michiko Kimoto, and Rie Yamashige
January 20, 2012 (Article)

6) Metal-Mediated DNA Base Pairing: Alternatives to Hydrogen-Bonded Watson–Crick Base Pairs
Yusuke Takezawa and Mitsuhiko Shionoya
27 mars 2012

7) Molecular Duplexes with Encoded Sequences and Stabilities
Bing Gong
14 mai 2012

8) From Prelife to Life: How Chemical Kinetics Become Evolutionary Dynamics
Irene A. Chen and Martin A. Nowak
15 février 2012

9) Abiotic Self-Replication
Adam J. Meyer, Jared W. Ellefson, and Andrew D. Ellington
15 août 2012

10) Ocean–Atmosphere Interactions in the Emergence of Complexity in Simple Chemical Systems
Elizabeth C. Griffith, Adrian F. Tuck, and Veronica Vaida
17 avril 2012

11) Aqueous Phase Separation as a Possible Route to Compartmentalization of Biological Molecules
Christine D. Keating
14 février 2012

12) Nonreplicating Protocells
Cristina Del Bianco and Sheref S. Mansy
26 juillet 2012

13) Systems of Creation: The Emergence of Life from Nonliving Matter
Stephen Mann
9 mars 2012

14) Lipid-like Self-Assembling Peptides
Shuguang Zhang
21 juin 2012

15) Whence Flavins? Redox-Active Ribonucleotides Link Metabolism and Genome Repair to the RNA World
Khiem Van Nguyen and Cynthia J. Burrows
10 octobre 2012

16) Chemical Oscillators in Structured Media
Irving R. Epstein, Vladimir K. Vanag, Anna C. Balazs, Olga Kuksenok, Pratyush Dayal, and Amitabh Bhattacharya
28 décembre 2011

17) A Modular Hierarchy-Based Theory of the Chemical Origins of Life Based on Molecular Complementarity
Robert Root-Bernstein
27 février 2012

18) Toward Self-Constructing Materials: A Systems Chemistry Approach
Nicolas Giuseppone
25 avril 2012

19) Digital and Analog Chemical Evolution
Jay T. Goodwin, Anil K. Mehta, and David G. Lynn
25 octobre 2012

20) Dynamic Molecular Networks: From Synthetic Receptors to Self-Replicators
Sijbren Otto
20 janvier 2012

21) Evolution of Dynamic Combinatorial Chemistry
Fabien B. L. Cougnon and Jeremy K. M. Sanders
29 décembre 2011

22) Correction to Targeting Mitochondria
Adam T. Hoye, Jennifer E. Davoren, Peter Wipf, Mitchell P. Fink, and Valerian E. Kagan
12 novembre 2012

Lorsque je recherche moi-même des publications scientifiques, je tiens à vérifier qu'il prennent au sérieux l'hypothèse de l'origine hydrothermale (pas forcément alcaline) de la vie. Ensuite, je regarde si et dans quelle mesure il cite les travaux de Russell ou de ses collègues (Nick Lane, William Martin, Wolfgang Nitschke, etc...). Ensuite, si a tout cela j'ai répondu par la négative, le seul point qui m'intéresse, c'est de savoir si la théorie présenté dans le papier pourrait s'intégrer malgré tout dans le modèle de Russell et al. de l'apparition de la vie.

Il me semble qu'en ce qui concerne ce dernier point, l'article que j'ai numéroté 15 est de loin le plus intéressant.

Cordialement.

[Pfhoryan]

Il me semble qu'en ce qui concerne ce dernier point, l'article que j'ai numéroté 15 est de loin le plus intéressant.

Je te l'envoie.

[Geb]

Bonsoir,

J'espère ne pas alimenter un hors sujet, mais je me suis un peu documenté sur les papiers de l'astrophysicien australien et exobiologiste Charles H. "Charley" Lineweaver que l'on connaît surtout pour ses travaux sur la notion de zone habitable galactique.

The Galactic Habitable Zone and the Age Distribution of Complex Life in the Milky Way (Lineweaver et al., 2004)

Autant le dire tout de suite, je ne souhaite pas polémiquer sur la validité du concept (ce serait totalement hors-sujet). Par contre, j'ai remarqué qu'au moins 3 publications récentes co-écrites par Lineweaver citaient les travaux de Russell et al. :

Palaeoecophylostoichiometrics. Searching for the Elemental Composition of the Last Universal Common Ancestor (Chopra et al., 2009)

The Habitability of Our Earth and Other Earths: Astrophysical, Geochemical, Geophysical, and Biological Limits on Planet Habitability (Lineweaver & Chopra, 2012)

What can life on Earth tell us about life in the Universe? (Lineweaver & Chopra, 2012)

Il y en a une autre qui a également éveillé mon intérêt :

The major elemental abundance differences between life, the oceans and the Sun (Chopra & Lineweaver, 2008)

Elle rappelle un cours (71 minutes) de Marc Fontecave, professeur au Collège de France, dont on a parlé au début de cette discussion :

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

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir,

J'ai trouvé une analyse récente des génomes viraux dont le résumé me semble intéressant :

Coenzymes, viruses and the RNA world (Reyes-Prieto, 2012)

The results of a detailed bioinformatic search for ribonucleotidyl coenzyme biosynthetic sequences in DNA- and RNA viral genomes are presented. No RNA viral genome sequence available as of April 2011 appears to encode for sequences involved in coenzyme biosynthesis. In both single- and double-stranded DNA viruses a diverse array of coenzyme biosynthetic genes has been identified, but none of the viral genomes examined here encodes for a complete pathway. Although our conclusions may be constrained by the unexplored diversity of viral genomes and the biases in the construction of viral genome databases, our results do not support the possibility that RNA viruses are direct holdovers from an ancient RNA/protein world. Extrapolation of our results to evolutionary epochs prior to the emergence of DNA genomes suggest that during those early stages living entities may have depended on discontinuous genetic systems consisting of multiple small-size RNA sequences.

Pour info, aujourd'hui on possède la séquence complète de 3249 génomes viraux sur les serveurs du National Center for Biotechnology Information (NCBI) :

Viral Genome Resource database

Virus à ADN : 1758
dont, ADN double brin : 1211
ADN simple brin : 547
Virus à ARN : 1146
dont, ARN double brin : 158
ARN simple brin : 988
Rétrovirus : 119
Phages non-classés : 36
Virophages non-classés : 1
Virus non-assignés : 6
Virus non-classés : 6
Virus d'archées non-classés : 2
Vecteurs viraux dépendants : 174
Deltavirus : 1

J'ai également trouvé certains papiers intéressants basés sur l'eukaryote unicellulaire Oxytricha trifallax, dont le génome vient d'être séquencé cette année (annoncé le 29 janvier 2013).

The Oxytricha trifallax Macronuclear Genome: A Complex Eukaryotic Genome with 16,000 Tiny Chromosomes (Swart et al., 2013)

Oxytricha as a modern analog of ancient genome evolution (Goldman & Landweber, 2012)

Ce microorganisme présente 2 noyaux :

- le micro-noyau, contenant environ 1 milliard de paires de bases,
- le macro-noyau, contenant environ 50 millions de paires de bases.

Certains chercheurs se servent du macro-noyau du genre Oxytricha comme analogue d'un système génétique adapté aux premiers organismes cellulaires avec des génomes à ARN.

En effet, le matériel génétique contenu dans le macro-noyau est constitué d'environ 20 millions de petits chromosomes à ADN, appelés "nanochromosomes", la plupart constituant un gène codant pour une seule protéine ou ARN fonctionnel.

En fait, ce nombre extraordinaire de molécules d'ADN est constitué de 20000 nanochromosomes uniques dont il existe environ 1000 copies dans le macro-noyau. La longueur moyenne d'un nanochromosome est d'environ 2700 paires de bases.

Une telle organisation du matériel génétique, c'est-à-dire un très grand nombre de copies de "nanochromosomes", serait vraisemblablement adaptés aux hypothétiques premiers génomes à ARN.

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir,

Comme nous l'avons dit par ailleurs, beaucoup de chercheurs de par le monde s'intéressent à l'hypothèse de l'origine hydrothermale de la vie, mais ils sont divisés au sujet du métabolisme chimioautotrophe ancestral. Harold Morowitz, qui n'est pas un inconnu dans cette discussion, s'intéresse par exemple, pour rappel, au cycle de Krebs en tant que métabolisme ancestral des premières formes de vie.

Voici une de ces publications, publiée en avril 2009 :

The Canonical Network of Autotrophic Intermediary Metabolism: Minimal Metabolome of a Reductive Chemoautotroph (Srinivasan & Morowitz, 2009)

Ce papier visait à établir un diagramme dit "canonique" du métabolisme anabolique intermédiaire du cycle de Krebs chez les procaryotes chimioautotrophes. Dans ce contexte, on entend par intermédiaire, le fait que même les voies de biosynthèse des précurseurs des monomères biologiques, comme les acides nucléiques et les acides aminés (dits "protéiques"), sont représentées dans le détail. Pour rappel, l'anabolisme, par opposition au catabolisme, consiste en la formation de composés organiques complexes à partir de composés plus simples.

Le diagramme ainsi constitué comprend un "métabolome" minimal de 287 métabolites uniques qui ont été représentés dans un réseau et qui partent de molécules de base, notamment le dioxyde de carbone (CO₂), l'hydrogène (H₂), l'ammoniac (NH₃) et le sulfure d'hydrogène (H₂S).

Le modèle de base de ce diagramme était la bactérie autotrophe thermophile Aquifex aeolicus, qui a été comparé par après à d'autres diagrammes similaires pour d'autres classes d'organismes pour en dégager des "généralités empiriques".

En faisant le choix de s'intéresser à l'anabolisme, le diagramme exclue les voies redox liées à l'alimentation en énergie. Les aspects énergétiques sont donc sacrifiés aux aspects cybernétiques du réseau.

Il y a notamment 5 composés qui se situent à des "n��uds" et sont donc considérés comme absolument indispensables à la synthèse anabolique des monomères organiques : le pyruvate, le phosphoenolpyruvate, l'acétyl-coenzyme A, le 2-oxoglutarate et l'oxaloacétate. Toutes les voies anaboliques utilisent chacun de ces composés comme source.

Pour produire tous les composants du matériel cellulaire (glucides, lipides, acides nucléiques et protéines), ces composés sources des réactions organiques anaboliques subissent seulement 11 transformations chimiques différentes :

1) Hydrolyse : décomposition d'une substance par l'eau grâce aux ions H₃O⁺ et HO^- provenant de la dissociation de l'eau.

2) Déshydratation : réaction chimique qui implique la perte d'une molécule d'eau par le réactif.

3) Carboxylation : réaction chimique par laquelle un groupe carboxyle (-COOH) est introduit dans un substrat.

4) Décarboxylation : réaction chimique par laquelle un groupe carboxyle est extrait du substrat avec libération de dioxyde de carbone.

5) Oxydation : perte d'électrons ou augmentation de l'état d'oxydation par une molécule, un atome ou un ion. Par exemple, l'oxydation du carbone donnant du dioxyde de carbone.

6) Réduction : gain d'électrons ou diminution de l'état d'oxydation par une molécule, un atome ou un ion. Par exemple, la réduction du carbone donnant du méthane.

7) Phosphorylation : addition d'un groupe phosphate (un phosphoryl PO₃^2- plus précisément) transféré à une protéine ou à une petite molécule.

8) Déphosphorylation : délétion d'un groupe phosphate (un phosphoryl PO₃^2- plus précisément) d'un composé organique par hydrolyse.

9) Transamination : réaction réversible consistant en l'échange d'une fonction amine primaire entre un acide α-aminé et un α-cétoacide.

10) Transfert de groupe : transfert d'un groupe fonctionnel (par un exemple un groupe éthyle ou phosphate) d'une molécule (appelée donneur) à une autre (appelée accepteur). Il est courant que le donneur soit une coenzyme.

11) Isomérisation : conversion d'une molécule chimique en un de ses isomères. Pour rappel, un isomère est dans ce cas une molécule organique qui possède la même formule brute qu���une autre molécule, mais qui a une formule développée différente.

Le diagramme du métabolome minimal permet également d'obtenir des chimères de monomères, qui constituent les cofacteurs des autres réactions nécessitant une catalyse enzymatique. Parmi ces cofacteurs, il y a : coenzyme A, S-adénosyl-L-méthionine (SAM), NAD, NADP, FAD, ATP, thiamine diphosphate (ThPP) et tétrahydrofolate (THF).

Finalement, plusieurs corrélations empiriques ont donc été dérivées de l'analyse de ce diagramme canonique dans une autre publication publiée 8 mois plus tard :

Analysis of the Intermediary Metabolism of a Reductive Chemoautotroph (Srinivasan & Morowitz, 2009)

Le résumé de ce papier est relativement exhaustif :

All extant life forms depend, directly or indirectly, on the autotrophic fixation of the dominant elements of the biosphere: carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, phosphorus, and sulfur.

We have earlier presented the canonical network of reactions that constitute the anabolism of a reductive chemoautotroph.

Separating this network into subgraphs reveals several empirical generalizations:

(1) acetate (acetyl-CoA), pyruvate, phosphoenol pyruvate, oxaloacetate, and 2-oxoglutarate serve as universal starting points for all pathways leading to the universal building blocks���20 amino acids and 4 ribonucleotide triphosphates;
(2) all pathways are anabolic;
(3) all reactions operate by complete utilization of outputs with no molecules left behind as waste, ensuring conservation of information;
(4) the core metabolome of 120 compounds is acidic, consisting of compounds containing phosphoric or carboxylic acid or both; and
(5) the core network is both brittle���vulnerable to a single break���and robust���having persisted for 4 billion years.

Preliminary analysis of the chemical reactions and resultant structures reveals

(a) a sparseness among possible molecular structures;
(b) subdomains in the network; and
(c) restriction of anabolism to a small set of rudimentary organic reactions with limited diversity in chemical mechanisms.

These generalizations have implications for biogenesis and trophic ecology.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

J'ai trouvé quelques articles récents co-signés par Michael Russell que je vais essayer de lire dans les prochains jours :

- Alkaline Hydrothermal Vents: Assembling the Redox Protein Construction Kit on Icy Worlds (White et al., 2013)

- Fuel Cell Simulations of Hydrothermal Vents on Europa (Barge et al., 2013)

- Scientific Objectives of the "Thermodynamics, Disequilibrium and Evolution" Focus Group sponsored by the NASA Astrobiology Institute (Martin-Torres et al., 2012)

- Characterization of Electrochemical and Morphological Properties of Iron-Phosphate-Silicate Chemical Garden Structures (Doloboff et al., 2012)

- Electrochemistry of Inorganic Membranes at Alkaline Hydrothermal Vents — Energy Sources for Emerging Life on Wet Rocky Planets (Barge et al., 2012)

- Modeling Free Energy Availability from Hadean Hydrothermal Systems to the First Metabolism (Simoncini et al., 2011)

- Iron-Sulfide-Bearing Chimneys as Potential Catalytic Energy Traps at Life's Emergence (Mielke et al., 2011)

- Habitability of Enceladus and Mars: Planetary Conditions for Life (Parkinson et al., 2011)

- Precipitation Patterns of Iron Minerals in a Chemical Gradient: A Laboratory Analog to Hydrothermal Environments on the Early Earth (Barge et al., 2011)

- Investigating the Role of Iron Sulfides in the Hydrothermal Vent Model for the Emergence of Life (White et al., 2011)

- Prebiotic Organometallic Catalysis (Peters et al., 2010)

- Integrating Astrobiology Research for Exploration of Icy Bodies (Kanik & Russell, 2010)

- Would Acetate (or its Derivatives) be the Most Reliable Guide to Life on Terraqueous Globes? (Russell et al., 2010)

Il y a également quelques articles moins récents qui m'avaient échappé jusqu'ici :

- Dialogue on the onset and early evolution of life (Russell & Shock, 2006)

- The onset of life in a natural submarine hydrothermal fractionation reactor (Russell & Martin, 2004)

- Abiotic Organic Syntheses in Deep Submarine, Alkaline Hydrothermal Systems Catalysed by Fe0, Mackinawite, Violarite and Green Rust (Russell et al., 2001)

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir,

J'ai trouvé un autre article de vulgarisation datée du 26 avril 2003 :

A Rocky Start Fresh take on life's oldest story

Bonne lecture.

[Geb]

Bonjour,

Voici une nouvelle publication en préparation, co-écrite par Wolfgang Nitschke, Michael Russell et leurs collègues, publiée en ligne (dans sa version non-corrigée) il y a 10 jours :

On the antiquity of metalloenzymes and their substrates in bioenergetics (Nitschke et al., 2013)

Many metalloenzymes that inject and extract reducing equivalents at the beginning and the end of electron transport chains involved in chemiosmosis are suggested, through phylogenetic analysis, to have been present in the Last Universal Common Ancestor (LUCA). Their active centres are affine with the structures of minerals presumed to contribute to precipitate membranes produced on the mixing of hydrothermal solutions with the Hadean Ocean ~4 billion years ago. These mineral precipitates consist of transition element sulphides and oxides such as nickelian mackinawite ([Fe > Ni]₂S₂), a nickel-bearing greigite (~FeSS[Fe₃NiS₄]SSFe), violarite (~NiSS[Fe₂Ni₂S₄]SSNi), a molybdenum bearing complex (~Mo^IV/VI ₂Fe₃S^0/2−₉) and green rust or fougerite (~[Fe^IIFe^III(OH)₄]⁺[OH]⁻). They may be respectively compared with the active centres of Ni–Fe hydrogenase, carbon monoxide dehydrogenase (CODH), acetyl coenzyme-A synthase (ACS), the complex iron–sulphur molybdoenzyme (CISM) superfamily and methane monooxygenase (MMO). With the look of good catalysts – a suggestion that gathers some support from prebiotic hydrothermal experimentation – and sequestered by short peptides, they could be thought of as the original building blocks of proto-enzyme active centres. This convergence of the makeup of the LUCA-metalloenzymes with mineral structure and composition of hydrothermal precipitates adds credence to the alkaline hydrothermal (chemiosmotic) theory for the emergence of life, specifically to the possibility that the first metabolic pathway – the acetyl CoA pathway – was initially driven from either end, reductively from CO₂ to CO and oxidatively and reductively from CH₄ through to a methane thiol group, the two entities assembled with the help of a further thiol on a violarite cluster sequestered by peptides. By contrast, the organic coenzymes were entirely a product of the first metabolic pathways.

Ce qui signifie approximativement :

Beaucoup de métalloenzymes qui injectent ou retirent des équivalents réducteurs au début et à la fin des chaînes de transport d'électrons impliquées dans la chimiosmose sont suggérées, à travers une analyse phylogénétique, comme ayant été présentes chez le Dernier Ancêtre Commun Universel (DACU). Leurs centres actifs ont une connexion avec les structures de minéraux dont on présume qu'ils composent une partie des précipités membraneux lors du mélange des solutions hydrothermales avec l'Océan Hadéen il y a 4 milliards d'années. Ces précipités minéraux sont constitués de sulfures d'éléments de transition et d'oxydes comme une forme de mackinawite riche en nickel ([Fe > Ni]₂S₂), une gréigite contenant du nickel (~FeSS[Fe₃NiS₄]SSFe), de la violarite (~NiSS[Fe₂Ni₂S₄]SSNi), un complexe contenant du molybdène (~Mo^IV/VI ₂Fe₃S^0/2−₉), et de la rouille verte ou de la fougérite (~[Fe^IIFe^III(OH)₄]⁺[OH]⁻). Ils peuvent être respectivement comparés aux centres actifs de l'hydrogénase Ni-Fe, de la monoxyde de carbone déhydrogénase (CODH), de l'acétyl-coenzyme A synthase (ACS), de la superfamille des molybdoenzymes fer-soufre (CISM) et de la méthane monooxygénase (MMO). Avec un air de bons catalyseurs – une suggestion qui est soutenue par l'expérimentation hydrothermale prébiotique – séquestrés par de petits peptides, on pourrait les envisager comme les composants constitutifs originels des centres actifs de proto-enzymes. La convergence de la composition des métalloenzymes du DACU d'une part et de la structure minérale ainsi que de la composition des précipités hydrothermaux d'autre part, ajoute foi à la théorie hydrothermale alcaline (ou théorie chimiosmotique) de l'émergence de la vie, plus précisément, à la possibilité que la première voie métabolique – la voie de l'acétyl-CoA – était initialement alimentée de bout à bout, de manière réductrice du CO₂ vers le CO et de manière oxydante et réductrice du CH₄ jusqu'au groupement méthane thiol, ces deux entités étant assemblées avec l'aide d'un thiol supplémentaire sur un centre en violarite séquestré par des peptides. En revanche, les coenzymes organiques étaient exclusivement un produit des premières voies métaboliques.

Il s'agit là manifestement d'une "amélioration" d'un papier de 2004, avec cette fois-ci, plus de données, plus de cas étudiés et une analyse phylogénétique en bonne et due forme.

The rocky roots of the acetyl-CoA pathway (Russell & Martin, 2004)

Cordialement.

[Geb]

Le 27 janvier 2013, la chaîne de télévision britannique BBC Two a diffusée la première partie d'un documentaire en 4 épisodes présenté par le physicien Brian Cox et intitulé "Wonders of Life". Les 4 épisodes (~59 minutes chacun) sont actuellement disponibles sur You Tube.

Le premier épisode, qui parle de la théorie de Michael Russell de l'origine de la vie, a même inspiré un épisode du "Life Sciences podcast" animé par Greta Santagata, avec pour invités Nick Lane (qu'on ne présente plus) et Adam Rutherford (l'auteur d'un livre au sujet de la théorie de Russell).

Episode 8 - The Origin of Life (17 minutes)

Cordialement.

[noir_ecaille]

Je n'ai pas entendu de nouveautés par rapports aux publications. Sympa quand même, les intervenants parlent de manière très claire, ça en encouragera plus d'un qui penserait que l'anglais est imbuvable à l'écoute

[Geb]

Je n'ai pas entendu de nouveautés par rapports aux publications.

C'est vrai. Il est sans doute très difficile de parler des derniers développements scientifiques lorsque l'objectif est de vulgariser une théorie relativement complexe comme celle de Russell et ses collègues.

J'ai trouvé un autre enregistrement audio d'une conférence de Nick Lane et de Lewis Dartnell, datée du 22 octobre 2011, à l'occasion du London Science Festival 2011.

L'audio (en format mp3) est disponible ici : Life: Origins on Earth and Searching the Cosmos (61 minutes)

L'intervention de Nick Lane dure 24 minutes. ��tant donné qu'il parle très vite et pas toujours très clairement, j'ai essayé de la retranscrire (tant bien que mal j'imagine). Je m'excuse d'avance pour les fautes.

J'ai séparé le texte en deux parties pour ne pas dépasser la limite des 15000 caractères par message. Voici donc la première partie :

Thank you very much all for coming, and thanks for the very kind introduction. Actually, I'm going to try and prove you wrong. In fact, I think that the origin of life has been considered one of the great challenge of biology, for pratically a hundred years or, well, forever. I think at least in conceptual terms that we are quite close to being able to ask the right kind of questions that really get what the answer might be. So, I've got half an hour and I'll see if I can get at least a flavour of that across to you. So, I mean the first stumbling block for "What is life", it's the title of a famous book by Erwin Schrödinger and he had a good crack at it and really didn't come close to an answer, I would say. Very few people have and in a way the question is the wrong question. I quite like this spurious answers, biologists have always said "Life is heritable. If you poke it, it twitches, or you can kill it", "Matter with delusions of self importance" I quite like. But, the right question really is "What is living?", because life is a process, it's something that happens over time. A definition is very difficult, but I think, just a description is a very good start and if you brake down what life does, and all life does, all cellular life does, these six ��� I'll call them "living processes" ��� I hope everyone can see this screen... Anyway, these are really a driving force. There has to be some kind of source of carbon, that gets converted into organic molecules, and there has to be a process that drives that conversion. There has to be a metabolism: enzymes. We're all familiar with the biochemistry of the cell, but there have to start from somewhere, and really, there has to be some kind of primitive catalysts that got things going. Obviously there has to be a replicator, we all know about DNA, RNA as well. There has to be some form of heredity which is able to, kind of, preserve the benefits from one generation to the next and allow selection to act. There has to be some form of integrity, all life as we know it is cellular, apart from viruses but viruses of course depend on cells for their life cycle anyway, so in essence all life is cellular. Excretion sounds kind of trivial in a way, I won't talk much about that but essentially it's as important for life as really, a cold sink is for a heat engine. It's thermodynamically absolutely necessary for anything to happen. And then energy, which is my own particular interest and I'll say a little more about that later. But, those six processes are all required for life to have any chance through. Really, to find how life might have started on Earth we need something extra. And that's is there some relationship between life as we know it on Earth and there are certain things which are true of all life, those six processes among them, and an inorganic environment, some kind of geological environment that can give rise, singlessly somehow, to those six processes. Well, how will we know when we get it right? Because we'll never know when we get it right. Even if we succeed in kind of, producing that crawl out of a test tube all we'll know is that we can do it and that life perhaps is not so complicated, but we'll never know if that is how it did start. There is a very nice quote from physicist John Archibald Wheeler who said: "we'll grasp the central idea of it all as so simple, so beautiful, so compelling that we will all say to each other, 'Oh, how could it have been otherwise!". And I think that's the kind of thing we are looking for. Jim Watson put it a bit more succinctly about the structure of DNA he said: "it was just so pretty, it had to be right". And I think, we are close to something which is that pretty. [...] In my view, this is not pretty. This is Stanley Miller, back in 1953 he was a PhD student and this is his famous apparatus. Now, this was deservedly a famous experiment. He succeeded in producing a series of amino acids and various other molecules. I mean the building blocks of life, really, amino acids. Simply from having a series of gases - methane, ammonia, hydrogen and so on - in a flask and he passed electric sparks through it and produced these amino acids from doing so. It was a remarkable experiment. It was on the front page of Time magazine in 1953, this was bigger news than DNA. Anyway, there has been a tremendous amount of work following on from that, inspired by that really fine chemistry. I don't want to knock it at all but it hasn't really led anywhere other than producing building blocks and then just kind of sit there in a test tube, and you think : "Well, what's next?". Anyway, Miller, a typical of the press... Here he is, kind of... throughout the rest of his life always photographed with this same apparatus looking more and more fed up with the all thing. At the time he is an old man, he looks really quite amused by it all... doesn't he? What I don't like very much about what Miller was responsible for, was this idea of the primordial soup. In fact, he wasn't responsible for it. It goes back, its roots are earlier, it goes back to J. B. S. Haldane who was here at UCL from the 1930's. But this idea of a primordial soup, it's kind of gone out of fashion, but it's extremely persistant. It just will not go away. There is no evidence at all that it ever existed. Even if it did exist, the idea of it kind of, becoming a thick broth or something, with everything you need is just improbable. And again, there is no suggestion that that ever happened. There is no sustained driving force in a soup, apart from lightning strikes, and you'd have to have an awful lot of lightning strikes acting on every square meter of ocean about every second to produce enough soup, or UV radiation. Now, that's a bit more probable. No life on Earth as we know it uses UV radiation as a power source, which is interesting in its own right. But then, I mean, the real difficulty from my point of view with soup is thermodynamics. I mean, life is a low entropy state, which is to say is highly ordered, so it's low entropy and we eat all the time, we need to eat all the time or we die. It's sweet we have a constant flux of energy. So life, all life is low entropy, high energy, and a soup is high entropy, low energy. It is the opposite of life. I mean it is borderline physically impossible to get life out of a soup. Now, this has been pointed out in no uncertain terms, by people like Günther Wächtershäuser. If anyone thinks that scientific litterature is dispassionate in some way, you should read some of this stuff: "The prebiotic broth theory has received devastating criticism for being logically paradoxical, incompatible with thermodynamics, chemically and geochemically implausible, discontinuous with biology and biochemistry, and experimentally refuted". That was in 1988. I mean, you can see why Miller looked a bit pissed off. This really dominated the final decades of his life. But it won't go away. This is a paper from Jeffrey Bada, who is Miller's final PhD student. This is from a paper from 2004, he says: "There is two fundamental requirements for life as we now it: liquid water and organic polymers, such as nucleic acids and proteins". Well, there is life as we know it then. I mean, there is something fundamental missing from that, which is to say energy, entropy, and so on. Now, Wächtershäuser himself has argued in favour of black smokers as a far more reasonable environment, and this is certainly a far from equilibrium kind of an environment. You have this bouncing black smoke coming out. This is in fact hydrogen sulfide reacting with iron and sulfur, producing iron sulfide which precipitates out. There is extremely high temperature, aroud about 350-400 °C and so on. This a dynamic, out-of-equilibrium environment. We are much closer to the right kind of setting here. But all black smokers essentially depend on the Sun. Although there are right at the bottom of the ocean, although it's completely black, there is absolutely no intrusion of the Sun directly down there. But all the life down there depend on the chemical disequilibrium of hydrogen sulfide reacting with oxygen, for the most part. And, it's the oxygen: the oxygen comes from photosynthesis, and you do not get much oxygen in the absence of photosynthesis. So, although there is no sunlight down there, the product of photosynthesis is down there and that all ecosystem which is as densely packed and is diverse as a rainforest, depends entirely on the Sun. And if you remove the Sun from that equation, and think well, what kind of chemistry could have been happening down there in the absence of oxygen? This is where Wächtershäuser came up with, some really beautiful ingenuous chemistry. But, again this has been highly disputed, it has been disputed as much by the soup as is anybody else. But the points they have made, are very sound, very good points. It's too acid for the most part. In fact, he has done a lot of this chemistry himself. He has done some very elegant lab work but it all works better in his hands under alkaline conditions than under acidic conditions. But these vents are highly acidic: pH 1 or 2. There is an awful lot of sulfur in there. Again, he kind of... he has made a big thing about it being different to life as we know it, it's not life as we know it, but still there isn't a continuity between the amount of sulfur he has in this systems and life as we know it today. It's also extremely hot: 350°C brakes down everything pretty much as fast as anything he has made. So there is this heat issue. And then, there is a concentration problem as well, which is to say: reactions take place on the surface of the mineral, but as soon as they dissocitiate from the mineral, they are washed away into the oceans. So you are really no better off. Now, there is a third way. And it's not the fellow in the foreground, it's the wall behind it which is interesting here. Because, the wall ��� this is the United Nations ��� and this is a mineral, serpentinite. And it's formed by the reaction of olivine, which is a very common mineral, found in peridotite, but one of the most common minerals accross the oceanic crust, the floor of the oceans. And it reacts with water, so I mean, we have a chemical reaction going on with the sea, with the rock underneath the sea. It's a slow reaction, what it produces is serpentinite. It's an exothermic reaction, which is to say it produces heat. And it produces hydrogen gas in quite large amounts, and it also produces hydroxyde iron, I'm not going to any chemistry, but hydroxyde iron is what makes the fluid alkaline. So you have alkaline fluids, rich in hydrogen, bubbling back up to the surface of the oceans. At least in theory you have that. Incidentally, Houston station if you happen to pass through on the way home later on, the floor tiles in Houston station are all made of serpentinite, stop and have a look. But, despite the, you know a lot of banks and so on you'll find has got serpentinite tiles around, it's quite a common building stone. But, this was unknown until about just over ten years ago. This is Lost City, and this is the first vent system known in the deep ocean. This is off the axis, it's not a volcanic system, this is purely reaction of water with the rock underneath it, producing this fluids that bubble off and precipitate out as fantastic spires. It was actually discovered by a PhD student who was looking out of the window of the submersible while passing by on route to the black smoker fields. He said: "Woah, what the hell is that?". We've not found that many more of them, but in principle there should be a lot more down there, it's just because you can't follow the axis of the ridge, the mid-Atlantic ridge than, you know there is an awful lot of ocean floor out there and it's not clear where they'll be. Anyway, the idea is that there should have been a lot more of those four billion years ago, juste because the chemistry of the mantle and the crust should have been much more similar then. There are very very different to black smokers. This is a black smoker, it's basically a kind of a giant chimney bouncing smoke out of the top, and you can see in the structure here, it really does look like a chimney with a kind of fluid in the middle of it. This is Lost City, this is Deb Kelley who discovered this in 2000 holding a piece of Lost City vent, and you can see even from looking at it that it's quite porous. And that's the critical point about it. It really is porous at the microscopic level. Now, these kind of vents have been... Mike Russell here has been arguing that this is the incubator of life for quite a long time and he's even produced some similar looking things in the lab. This was really outside, left field if you like for the origin of life work for a long time, but the discovery of Lost City really brought it far more central field. And Nature actually published this, it published an article about his work including this portray dressed as Erasmus or something. Amazing what you can do with Photoshop these days. But, this is his reactor that he's built to try to test some of the geology conditions you're having in a little bit of Lost City there. It's come to being very much left field to being quite central now. Now, he describes these vents has electric chemical reactors. That's essentially what they are. [...]

Cordialement.

[Geb]

Enfin, la seconde partie de l'audio mis en lien plus haut :

[...] I won't go on about it at any length, but you have redox gradients, which is to say effectively that electric currents are passing through these things, quite strong ones. You have temperature gradients of anything up to a hundred degrees between different bits of the vent, and then you have this chemistry gradients. You have hydrogen coming in at the bottom, carbon dioxide from the sides and so on. Even the walls are potentially reactive because there are made iron sulfur minerals. So, I'll spend five or ten minutes or so just going over these six processes of life that I started out talking about, and just explaining why these vents actually fit all six of them has the perfect kind of abiotic incubator for these six living processes. So the first one is carbon capture. Now, what's going on here is you got reaction between carbon dioxide and hydrogen. Now that's an exothermic reaction, again, it's producing energy, it releases energy, but it's producing methane or it's producing acetate. These are reactions that living organisms living in these vents actually do. Methanogens and acetogens and so on, live from these reactions all the time. Essentially, they get all the energy they require and all the organic material they require from the same reaction. It's what Edward Shock called : "A free lunch that you're paid to eat". So there really is a driving force here. There is also, I've already mentionned that, sulfur minerals, and you get, this is, a mineral basically, this is an iron-sulfur cluster, but it's also found in lots of enzymes today, including ferredoxin that is found in all the mitochondria. All of there energy generation depends on these kinds of clusters which in fact are self-assembled, they don't require enzymes to build them, they just basically assembled themselves. It's the same for plenty of other enzymes as well, even the oxygen involves in central photosynthesis, this is were all of the oxygen comes from: it's basically a mineral structure. So most of the really important chemistry of life, that includes the nitrogenase, for all the nitrogen fixation, this is again a mineral structure. It's minerals that are driving it. The protein context makes it enormously more efficient, but the basic processes could have been happenning, catalized by minerals three or four billion years ago. Another aspects of these vents, is at least, how you can conceive that replication might have got started. For to have a replicator, you require all these monomers to join up into a polymer in the first place, you have a long chain then, like DNA. And then each would have to act as a template for the other one. You have to a large concentration of all the monomers and you have to be able to get them concentrated enough that they're build up into polymers and concentrated enough that the polymers can join together and act as a template and so on. Well, what goes on in these vents, is you have convection currents going on, curculating aroud, and it has been shown both theoretically and now on the lab, that you can concentrate say, small ARN chains, small polymers, up tens of thousands or even millions of fold the starting concentration. So, at least, you're getting to the position where you can start doing some chemistry, rather than having a kind of a weak soup, you're able to produce some highly concentrated chambers, where reactions can take place. Same thing happens with lipids and hydrocarbons as well, to potentially make membranes. This is another experiment done in a similar system, using a simple lipid which precipitates. When it gets to a certain concentration it comes out of solution and forms vesicles which are seeing here. This is just basically a bent class tube, not much more complicated than that. Now, you might say "Well, where are all these lipids coming from then anyway?". Well, what place they can come from, which has been shown in vents, is a very similar to a German industrial process from before the Second World War, from the 1930's Franz Fischer and Hans Tropsch came up with this process for producing synthetic gasoline from coal. And they basically get carbon monoxide out of coal and react it with hydrogen at high temperatures and pressures with an iron-cobalt catalyst, and from that you're able to get long chains of hydrocarbons. Now they built huge plants, and this was actually behind the German war effort to a large part. But these same reactions, which is interesting, will go on in hydrothermal vents and they are detectable levels of quite long chains of hydrocarbons which appear to be produced abiotically. Again, this has been replicated in the lab. So excretion, I won't say much about this except that if you have a forward reaction, and you want it to keep going forward, you've got to remove the product, if you don't remove the product it blocks everything up. It's the problem we have with alcohol, you can't get more than about 15% alcohol in a glass, because the yeasts actually poison themselves with the end product. We actually name a lot of things after their end products: methanogens, acetogens, these are excretion products. And most of life lives off excretor of other organisms, we do as well. Oxygen, that keeps everything going on this planet, is the excretor, in effect, of plants and algae and so on. So, we're all living of the excretor of other organisms, it's really what makes everything go. Of course, sorry, I should have mentionned, the vents of course, that's what they do, they vent. Stuff goes out so, again, you're not stewing in your own waste as you would in a soup. Energy, so, few minutes on energy and then I drow to a close. All life today, and this is quite bizarre, is powered by proton gradients across membranes. It's really as simple as this. You have a high concentration of protons of one side of a membrane, low concentration of the other side, and then some kind of turbine, which sits in the membrane, and which powers the synthesis of ATP, as it happens. It's basically the same as a hydroelectric dam, with water of one side and a turbine generating electricity. That's basically what's going on. But it's quite a deep and interesting question: "Why do all cells use proton gradients?". This was finally prove, really, by Peter Mitchell, he got the Nobel prize for it in 1978. But before that, there has been quite a bitter controversial dispute about every step of the way, since he proposed the idea in 1961, which someone pointed out to me is fifty years ago, this year. Anyway. when he died, Leslie Orgel, one of the origin-of-life pioneers incidentally, wrote in Nature:"Not since Darwin has biology come up with an idea as counter-intuitive as those of, say, Einstein, Heisenberg or Schrödinger. His contemporaries might well have asked:"Are you serious, Dr Mitchell?"". In reference to Feynman I presume there. But, it really is a counter-untuitive idea. Why do cells use proton gradients? This is roughly what we are doing. This is a mitochondria that we have, you know, hundreds if not thousands in all of our cells, and we have fifteen to a hundred trillion cells, so well, we've got a quadrillion mitochondria in your body. And they are all doing the same thing, they are all taking electrons from food, passing it down this little wire of proteins, to oxygen, and the flow of electric current down this wire of proteins is pumping protons across the membrane, protons go back to this turbine here to produce ATP. That's respiration in a nutshell. Why is it this all just that? Well, I think you might come back to these vents. Now, there is an issue with getting anything to react. Even if it's an exothermic reaction, which is gonna release heat. Now, this is the Hindenburg. It got across the Atlantic and he was in New-York wasn't it, when he crashed. All the hydrogen he was filled with didn't react with oxygen until a spark set it off. You need to get that spark in, and then it will react, and then you'll have a tremendous amount of energy released in that reaction. When you got how carbon dioxide react in hydrogen, they are even more slugish, they really don't want to react very much. And you need to put a spark in. And what life puts in is ATP. You just give that little spark of energy to dare it to react, and it react. And instead of having this massive amount of energy released, you got a small amount of energy released. More than you put it, but nonetheless, only enough to get one and a half ATPs out. So you have to put one ATP in. You can't get one and a half ATPs out. That's not stoechiometric. There isn't such a thing as half an ATP. Most people remember painfully chemistry lessons from school: you must bounce equations. You can't... that's one ATP in, one ATP out, you can't grow, there is no possibility of growth from that. This is where proton gradients work. You can repeat this little electric wire with anything, with carbon dioxide and hydrogen. It can go on and on and on. It's essentially disconnected from ATP synthesis and you can say, about that loose change, you can save up that half an ATP is a proton gradient here. Which means you can get one and a half ATP, which means you can get growth. So with gradients, you do get growth, you can have life. Without gradients, chemistry by itself I would say, is not enough for life to begin. So what is life then ? Well, I'd say it's the emergence of biochemistry from geochemistry, having denounced all attempts to define life that's roughly along the lines of where it's coming from I'd say. You've got the driving force in these vents: carbon dioxide reacting with hydrogen. You've got the metabolism, the beginnings of catalysis by minerals. You've got the beginnings of heredity, at least you can begin to concentrate the requisite polymers and so on. You've got the natural integrity, not only do you have these inorganic porous cells within there, but they will tend to get lined with organic lipids and so on. You've got the natural form of excretion, with the waste living the vent, and perhaps the required chemicals are retained within the vent by for example, phosphates and so on. And then energy, these natural proton gradients. So what's happening in the vents is you have alkaline fluids going into a midly acidic ocean. So you got natural proton gradients over natural membranes. Now, this is all very conceptual. Lewis and I are trying to get it it a little bit more practically by asking a number of questions. We've actually not got very far yet, but since Lewis is speaking as well this evening I thought I'll just mentioned that we have in fact, that was Lewis' earlier diagramme, showing roughly what we are conceiving, we are trying to model the inside of a hydrothermal vent, and we got as far as building the thing and we are beginning to get it into shape to start doing some experiments, but a little wake to go yet, perhaps in a year or two's time we might have something to report back.

[Pfhoryan]

Merci Geb,

C'est effectivement de la vulgarisation, mais de plutôt bonne qualité.

[Geb]

�� la recherche d'articles en français qui vaudraient la peine d'être mentionnés, j'ai trouvé 3 thèses de doctorat sur le site de l'Université Louis Pasteur de Strasbourg.

Le thésard qui fait le plus honneur à la théorie de Russell (voir l'introduction du chapitre 2 en page 71), c'est un certain Daniel Muller, présentée en 2004 :

Analyse génétique et moléculaire du stress arsenic de souches bactériennes isolées d'environnements contaminés par l'arsenic

Ce n'est pas étonnant, puisqu'on remarque que pendant la rédaction de sa thèse, il a fréquenté des chercheurs comme Wolfgang Nitschke, comme le prouve cette publication pour laquelle ils étaient tous deux co-auteurs :

Arsenite Oxidase, an Ancient Bioenergetic Enzyme (Lebrun et al., 2003)

Ensuite, viennent 2 autres thèses qui mentionnent l'hypothèse hydrothermale sans pour autant faire la distinction entre fumeurs blancs et fumeurs noirs.

Tout d'abord, celle de Stéphane Dubant, également présentée en 2004, avec notamment Jacques Reisse comme examinateur :

Molécules d’intérêt prébiotique dans des simulations d’évents hydrothermaux: vers la synthèse d’acides n-carboxyliques

En page 18 :

Le travail présenté dans cette thèse propose une voie prébiotique d’obtention de lipides linéaires, en particulier d’acides n-carboxyliques à longues chaînes, qui pourraient être les lipides ayant permis d’isoler le proto-organisme de l’eau de mer.

La dernière thèse que je voudrais mentionner est celle d'Aurélie Loison, publiée en 2010, avec notamment André Brack comme examinateur et qui s'inspire également de la thèse précédente :

Recherches sur l’origine de la vie : Synthèse prébiotique de composés organiques simples dans des conditions simulant des sources hydrothermales sous-marines

Je n'ai pu m'empêcher de remarquer qu'Aurélie Loison était la plus critique (sans pour autant manquer de pertinence) envers les hypothèses hydrothermales de l'origine de la vie et qu'elle citait constamment les papiers d'André Brack pour appuyer ses arguments critiques (notamment un papier que Brack a publié en 2007).

Moi qui n'ai pas eu la chance de devenir chercheur, je me demande si les examinateurs, directeurs de thèse et autres ont une si grande influence sur le contenu d'une thèse de doctorat ?

Cordialement.

[noir_ecaille]

J'aime bien la thèse d'Aurélie Loison. En plus elle relève certains aspects de la manip quant à se rapprocher des conditions des fumeurs noirs.
-----

[eboireau]

Merci pour cette superbe enquête des recherches menées sur les prémisses biochimiques de la vie. Ce fut passionnant à lire!
Je n'ai rien à apporter à chaud pour étayer le sujet. Mais le scénario proposé dans le fil de Russel & Martin me parait très crédible. Le découvrant, il me semble bien plus crédible et documenté que quand étudiant je découvrais l'expérience de Miller, laquelle suggérait la création des briques de la vie sous les éclairs atmosphériques, leur accumulation dans des sédiments argileux. L'approche expérimentale précédait et dominait la théorie; Avec Russel, c'est plutôt l'inverse. Puisse des résultats expérimentaux conforter son scénario, comme ce fut le cas de la théorie d'Einstein.

Je me permets de prolonger cette digression en évoquant la fusion nucléaire, car elle recoupe le fil de cette discussion sur les prémisses biochimiques de la vie, à différents niveaux! :
Les physiciens la connaissent dans le soleil par exemple mais n'arrivent pas à la réaliser après plus de 30ans d'investissements massifs. Un italien, Andrea Rossi, a développé un petit réacteur 'E-Cat' qui ressemble à une supercherie, car il produit plus l'énergie que ses réactants, Hydrogène et Nickel plus un peu d'électricité/chauffage au début: Le Ni serait commuté en Cuivre, supposément par fusion nucléaire à froid (<100°C). Le catalyseur est microporeux.

J'ai trouvé des articles montrant que des microorganismes arrivent à transmuter des isotopes !, à froid donc aussi ! (revuele; ex Des bactéries marines Marinobacter produisent du cuivre, du manganèse et du zinc). Je n'ai pas le bagage pour apprécier si tout ca est fondé, ou reste de la fumisterie...

D'ici à conjecturer que la fusion nucléaire biologique marine puisse constituer un mécanisme contributeur à la mobilisation d'énergie dans des structures poreuses métallique de fumeurs ... c'est juste une idée en l'air d'une digression déjà trop hors sujet?

[noir_ecaille]

^^;

Pardonnez-moi mais... Je n'ai pas lu dans votre lien ou ses sources à quel moment le supposé métabolisme de fusion atomique est mis en évidence, pas plus que les protocoles utilisés d'ailleurs.

Marinobacter est plus connu pour sa métabolisation ferrique par contre. Je n'arrive pas à trouvé de publication microbiologique sur d'éventuelles productions de cuivre, manganèse ou zinc. Les éplucher serait intéressant


Pour rappel : s'il y a autant de scepticisme envers la fusion froide, c'est à cause du manque de reproductibilité des expériences clamées comme succès, rien de plus

[Cendres]

Et je rappelle que la fusion froide, déjà abondamment abordée sur Futura, est HS ici.

[Geb]

J'aime bien la thèse d'Aurélie Loison. En plus elle relève certains aspects de la manip quant à se rapprocher des conditions des fumeurs noirs.

C'est bien là le problème en un sens... Exception faite des équipes de Mike Russell au JPL et bientôt, de Nick Lane à l'UCL, je n'ai pas connaissance de travaux visant à se rapprocher des conditions des fumeurs blancs (type Lost City), plutôt que de celles des fumeurs noirs.

Cordialement.

[Geb]

Merci pour cette superbe enquête des recherches menées sur les prémisses biochimiques de la vie. Ce fut passionnant à lire!
Je n'ai rien à apporter à chaud pour étayer le sujet. Mais le scénario proposé dans le fil de Russel & Martin me parait très crédible. Le découvrant, il me semble bien plus crédible et documenté que quand étudiant je découvrais l'expérience de Miller, laquelle suggérait la création des briques de la vie sous les éclairs atmosphériques, leur accumulation dans des sédiments argileux. L'approche expérimentale précédait et dominait la théorie; Avec Russel, c'est plutôt l'inverse. Puisse des résultats expérimentaux conforter son scénario, comme ce fut le cas de la théorie d'Einstein.

Je te remercie pour ton intervention. Tu rejoins la courte liste des intervenants dans cette discussion qui ne se sont pas plaints d'emblée de la longueur du fil et/ou de la complexité du sujet. Même si, je l'avoue bien volontiers, ces plaintes sont fondées.

Quant au reste de ton message, Cendres y a déjà répondu.

Cordialement.

[Deedee81]

Salut,

Concernant ton dernier message : ce long fil m'a, au début, irrité (mais qu'est-ce que ce long monologue) puis.... passionné Je tiens donc aussi à te remercier pour cette analyse poussée et surtout les nombreuses références que tu as fournis.

C'est bien là le problème en un sens... Exception faite des équipes de Mike Russell au JPL et bientôt, de Nick Lane à l'UCL, je n'ai pas connaissance de travaux visant à se rapprocher des conditions des fumeurs blancs (type Lost City), plutôt que de celles des fumeurs noirs.

Je me suis fait la même remarque. On trouve énormément de références aux conditions hydrothermales avec des températures extrêmes mais très rares sont ceux réfléchissant aux cas plus modérés. Il n'est pas exclu que cela évolue dans l'avenir. J'ai en effet constaté une véritable explosion des travaux dans le domaine de l'origine de la vie avec des avancées importantes (j'ai beaucoup aimé les travaux de l'institut Weizmann sur les chaines auto-catalytiques, par exemple). Mais l'essentiel est fort récent. Donc, c'est en pleine évolution. Et c'est comme pour la vie : il faut un minimum de temps et de sélection "naturelle" (avec des guillemets ici ).

[noir_ecaille]

C'est bien là le problème en un sens... Exception faite des équipes de Mike Russell au JPL et bientôt, de Nick Lane à l'UCL, je n'ai pas connaissance de travaux visant à se rapprocher des conditions des fumeurs blancs (type Lost City), plutôt que de celles des fumeurs noirs.

Il y a du pour et du contre. Peut-être faut-il aussi réduire certaines hypothèses encore en suspens côté fumeurs noirs ? Je ne le vois pas comme une incontournable promotion des fumeur noirs

[Geb]

Concernant ton dernier message : ce long fil m'a, au début, irrité (mais qu'est-ce que ce long monologue) puis.... passionné Je tiens donc aussi à te remercier pour cette analyse poussée et surtout les nombreuses références que tu as fournis.

Tu n'es pas le premier à me tenir ce discours. Le plus dur est de satisfaire ceux qui ne sont pas en mesure de lire les références que j'ai fourni. Il y a aussi ceux qui le peuvent, mais qui par altruisme pour les autres me rappellent qu'ils souhaiteraient voir plus de français (et donc moins d'anglais) dans ce fil.

Je me suis fait la même remarque. On trouve énormément de références aux conditions hydrothermales avec des températures extrêmes mais très rares sont ceux réfléchissant aux cas plus modérés.

Je partage ton point de vue. �� partir du moment où la source hydrothermale alcaline résout deux critiques pertinentes aux sujets des hypothèses hydrothermales de l'émergence de la vie, c'est-à-dire que d'une part elles durent 100 à 10000 fois plus longtemps que les fumeurs noirs et d'autre part, elles fournissent des conditions de température beaucoup plus favorables à la synthèse organique prébiotique (moins de 150°C pour les fumeurs blancs contre 250 à 400°C pour les fumeurs noirs), je considère que ceux qui prétendent explorer le sujet (ne fusse "que" pour une thèse) se doivent de considérer également l'hypothèse alcaline, à défaut d'abandonner purement et simplement l'hypothèse des fumeurs noirs.

C'est ce qui me gène le plus avec les travaux français sur les origines hydrothermales de la vie : ceux qui cite les papiers de Russell ne font qu'exceptionnellement la distinction entre fumeurs blancs et fumeurs noirs, là où ils le devraient, tandis que les conditions qu'ils choisissent de simuler sont invariablement (jusqu'ici) celles des fumeurs blancs.

Il n'est pas exclu que cela évolue dans l'avenir. J'ai en effet constaté une véritable explosion des travaux dans le domaine de l'origine de la vie avec des avancées importantes (j'ai beaucoup aimé les travaux de l'institut Weizmann sur les chaines auto-catalytiques, par exemple). Mais l'essentiel est fort récent. Donc, c'est en pleine évolution. Et c'est comme pour la vie : il faut un minimum de temps et de sélection "naturelle" (avec des guillemets ici ).

Enclins à détourner la célèbre citation d'André Malraux ("Le XXe siècle sera celui de la spiritualité ou ne sera pas"), certains biologistes, en observant des progrès considérables et constants, augurent que "le XXIe siècle sera celui de la biologie". Je partage cette opinion.

��a vaut également pour les recherches sur les origines de la vie. Cela dit, depuis que je connais l'hypothèse de Russell et al., j'ai tendance à voir la découverte de Lost City le 4 décembre 2000 par l'équipe de Deborah S. Kelley, comme la "pierre de Rosette" de l'émergence de la vie.

Il y a du pour et du contre. Peut-être faut-il aussi réduire certaines hypothèses encore en suspens côté fumeurs noirs ? Je ne le vois pas comme une incontournable promotion des fumeur noirs

Ce que j'aurais voulu voir dans la thèse d'Aurélie Loison, c'est l'application de ce sens critique, particulièrement pertinent dans le cas des fumeurs noirs, à l'hypothèse des fumeurs blancs.

Les biologistes qui étudient les origines de la vie dans les sources hydrothermales font front commun, cependant, on dirait que l'antériorité et le retentissement de la découverte du premier fumeur noir en mars 1979 (Spiess et al., 1980), éclipse totalement l'hypothèse de Russell, pourtant très différente d'un point de vue physico-chimique. C'est tellement flagrant qu'on dirait que mêmes certains thésards français n'ont pas encore réalisé ces différences dans les publications de Russell qu'ils ont pourtant cité.

Cordialement.

[Geb]

Mike Russell est invité à donner une conférence au SETI Institute de Mountain View en Californie. La conférence est prévue pour le 9 avril 2013 et la vidéo de la conférence sera disponible sur le site du SETI Institute (rubrique "Connect", puis en 2e colonne, "Multimedia", choisir "Attend a Weekly Colloquium") 3 à 4 semaines plus tard.

Voir ici : Engineering the emergence of life through convection, serpentinization and the first metabolic pathway

Le texte associé à l'annonce de la conférence sur le site :

Engineering the emergence of life through convection, serpentinization and the first metabolic pathway

Abstract

The alkaline hydrothermal theory for the emergence of life holds that the endergonic (thermodynamically uphill) reactions vital for life���s origin and continued existence require free energy converters (nano-engines) fuelled by various disequilibria. The first two primary engines were i) a carbon fixation engine to generate the organic building blocks of life by reaction between hydrothermal CH₄ and H₂ with the CO₂ and NO in atmosphere and ocean, ii) a proton pyrophosphatase engine exploiting the natural pH gradient between alkaline hydrothermal solution and acidulous ocean to drive biosynthesis by condensations of these same building blocks.

To this end there occurred on the early Earth and other such rocky bodies, inorganic prebiotic molecules that would have been precipitated at the interface between a submarine alkaline hydrothermal solution and the metal-bearing acidulous ocean.

Dr. Russell will show how these metals, especially iron, occurred as readymade nano-scale sulfides and oxides with the same structures and valences as the active centers of those biotic metalloenzymes shown to be present in the Last Universal Common Ancestor of all life.

Ce qui signifie approximativement :

Réaliser l'émergence de la vie à travers la convection, la serpentinisation et la première voie métabolique

Résumé

La théorie hydrothermale alcaline de l'émergence de la vie soutient que les réactions endergoniques (thermodynamiquement défavorables) vitales pour l'origine et pour l'existence continue de la vie nécessitent des convertisseurs d'énergie disponible (des nano-moteurs) alimentés par des déséquilibres variés. Les deux moteurs principaux furent :

- un moteur de fixation du carbone pour générer les briques organiques constituantes de la vie par la réaction entre le CH₄ et l'H₂ hydrothermaux avec le CO₂ et le NO dans l'atmosphère et l'océan
- un moteur de pyrophosphatase à protons exploitant le gradient naturel de pH entre la solution hydrothermale alcaline et l'océan acide pour mener la biosynthèse par des condensations de ces mêmes briques constituantes.

Dans ce but sont apparues sur la Terre primitive et d'autres corps rocheux semblables, des molécules inorganiques prébiotiques qui auraient précipité à l'interface entre la solution hydrothermale alcaline sous-marine et l'océan acide contenant des métaux.

Le Dr Russell montrera comment ces métaux, particulièrement le fer, sont apparus comme des sulfures et des oxydes à l'échelle nanométrique prêts à l'emploi avec les mêmes structures et valences que les centres actifs de ces métalloenzymes biotiques dont ont a montré la présence dans le Dernier Ancêtre Commun Universelle de toute vie.

Cordialement.

[Deedee81]

je considère que ceux qui prétendent explorer le sujet (ne fusse "que" pour une thèse) se doivent de considérer également l'hypothèse alcaline, à défaut d'abandonner purement et simplement l'hypothèse des fumeurs noirs.

Sur la wikiversité, ils envisagent les processus abiotiques (ils travaillent essentiellement au niveau des synthèses de base : ammoniac, acide cyanhydrique, formaldéhyde, sucres, acides aminés, etc...) mais regardent ce qui peut se passer aussi bien au niveau des dorsales et des fumeurs qu'au niveau des zones de subduction ainsi que toute la gamme des températures et pression. Je trouve ça très bien (mais leur travail n'en est qu'au tout début).

Je suis même encore plus "généraliste" que ça. J'estime qu'il ne faut négliger aucune zone et que les interactions atmosphère - océans - sédiments, minéraux, argiles, carbonates - évents hydrothermaux, et même les zones glacières (par exemple, j'ai lu dans un article de nature que les nucléotide se forment plus facilement dans... la glace !),.... tout ça a dû jouer un rôle non négligeable. Une des raisons qui me font penser ça (ce n'est pas la seule) c'est que les fumeurs ont une durée de vie relativement limitée. Sans interactions complexes, échanges, etc.... avec l'ensemble de la "prébiosphère", je vois mal comment ils auraient pu être le siège de la naissance de la vie (même si c'est là que j'ai trouvé, à travers pleins d'articles, la chimie prébiotique la plus élaborée).

Mais c'est comme plus haut, c'est certainement une question de "maturation". Il faut le temps que tout se rejoigne. Par exemple, en lisant les articles de Russel et consort et en lisant les articles sur les réseaux auto-catalytiques de l'institut Weizmann j'ai pensé "bon sang, ils feraient bien de collaborer"

Enclins à détourner la célèbre citation d'André Malraux ("Le XXe siècle sera celui de la spiritualité ou ne sera pas"), certains biologistes, en observant des progrès considérables et constants, augurent que "le XXIe siècle sera celui de la biologie". Je partage cette opinion.

Celui de la génétique/protéomique/etc..., du cerveau et des nanotechnologies, très probablement (le dernier pouvant aussi rejoindre les premiers, c'est déjà utilisé dans des médicaments d'ailleurs).

[Geb]

C'est ce qui me gène le plus avec les travaux français sur les origines hydrothermales de la vie : ceux qui cite les papiers de Russell ne font qu'exceptionnellement la distinction entre fumeurs blancs et fumeurs noirs, là où ils le devraient, tandis que les conditions qu'ils choisissent de simuler sont invariablement (jusqu'ici) celles des fumeurs blancs.

Il fallait évidemment lire :

[...] ceux qui citent les papiers de Russell ne font qu'exceptionnellement la distinction entre fumeurs blancs et fumeurs noirs, là où ils le devraient, tandis que les conditions qu'ils choisissent de simuler sont invariablement (jusqu'ici) celles des fumeurs noirs.

[Geb]

Sur la wikiversité, ils envisagent les processus abiotiques (ils travaillent essentiellement au niveau des synthèses de base : ammoniac, acide cyanhydrique, formaldéhyde, sucres, acides aminés, etc...) mais regardent ce qui peut se passer aussi bien au niveau des dorsales et des fumeurs qu'au niveau des zones de subduction ainsi que toute la gamme des températures et pression. Je trouve ça très bien (mais leur travail n'en est qu'au tout début).

Je pense que ces travaux au niveau des synthèses de base, dans le cas des évents hydrothermaux (comme je l'ai dit, quasi invariablement des fumeurs noirs), en restent souvent à des calculs théoriques et des simulations. Voir par exemple la publication que nous avons analysé au message #134 de cette discussion. En outre, cette publication au message #134 force les concentrations de réactifs, comme beaucoup d'autres.

Je suis même encore plus "généraliste" que ça. J'estime qu'il ne faut négliger aucune zone et que les interactions atmosphère - océans - sédiments, minéraux, argiles, carbonates - évents hydrothermaux, et même les zones glacières (par exemple, j'ai lu dans un article de nature que les nucléotide se forment plus facilement dans... la glace !),.... tout ça a dû jouer un rôle non négligeable. Une des raisons qui me font penser ça (ce n'est pas la seule) c'est que les fumeurs ont une durée de vie relativement limitée. Sans interactions complexes, échanges, etc.... avec l'ensemble de la "prébiosphère", je vois mal comment ils auraient pu être le siège de la naissance de la vie (même si c'est là que j'ai trouvé, à travers pleins d'articles, la chimie prébiotique la plus élaborée).

Les interactions entrent des zones pourvues de conditions physico-chimiques différentes ne sont plus une nécessité dans le cadre de l'hypothèse de Russell et al. C'est l'incroyable diversité des formes d'énergie exploitables et des conditions physico-chimiques concentrées en un seul point (l'interface entre l'évent alcalin et l'océan à l'Hadéen) qui rend ces considérations en matière d'interaction entre zones obsolète. ��videmment, Russell, prend des éléments dont-ils à besoin à travers d'autres processus qui n'ont pas lieu dans l'évent. Mais les exemples parlent d'eux-mêmes :

- il considère que le flux important d'UV à la surface de l'océan favorise la dissolution de molybdène dans l'eau,
- il considère que une forte concentration de CO2 dans l'atmosphère rendrait l'océan suffisamment acide (pH < 6,0),
- l'atmosphère est lui-même une source de CO2 et de NO qui dissous dans l'océan, parviennent à l'évent alcalin,
- il considère que les fumeurs noirs seraient les sources des métaux (comme le cobalt) qu'ils considèrent nécessaires,
- ...

Autrement dit, même si les constituants de base (on parle ici de molécules de quelques atomes au plus) ont des sources variées, toute la synthèse est concentré au niveau de la couche supérieure en FeS et NiS qui compose l'évent, la "couche limite" ou les eaux de l'océan et celles du fluide hydrothermal alcalin se rencontrent. De mon point de vue, c'est forcément un avantage (je dirais même une condition sine qua non), plutôt que la marque d'une étroitesse d'esprit.

Par exemple, lorsque tu dis :

[...] par exemple, j'ai lu dans un article de nature que les nucléotide se forment plus facilement dans... la glace ! [...]

En fait, j'imagine que tu fais référence à l'hypothèse (récente à ma connaissance) selon laquelle la glace eutectique stabiliserait les châines polynucléotidiques, tout en favorisant la polymérisation des nucléotides.

Voir par exemple, ici : Ice as a protocellular medium for RNA replication (Attwater et al., 2010)

Hors, loin de représenter une possible complémentarité avec ce qui se passerait au sein d'un évent alcalin à l'Hadéen, les hypothèses hydrothermales alcalines et celles de la glace eutectique fournissent deux hypothèses "concurrentes" (pas dans le sens premier du terme), pour un même processus : la polymérisation de chaînes polynucléotidiques (ou polypeptidiques).

En effet, le mécanisme de polymérisation choisit par Russell et al. est celui étudié par Dieter Braun depuis 2002 : un simple gradient thermique (d'au moins 30°C) donnant naissance à une cellule de convection dans le fluide circulant à travers les microcompartiments de l'évent. Ce gradient thermique est d'ailleurs capable à la fois d'augmenter et/ou de diminuer la concentration d'un produit dans le fluide, entre autres propriétés.

Voir ici (on a évoqué certains de ces papiers plusieurs fois déjà) :

- Trapping of DNA by Thermophoretic Depletion and Convection (Braun & Libchaber, 2002)
- Exponential DNA Replication by Laminar Convection (Braun et al., 2003)
- Thermophoresis of DNA determined by microfluidic fluorescence (Duhr et al., 2004)
- Thermal force approach to molecular evolution (Braun & Libchaber, 2004)
- Convective polymerase chain reaction around micro immersion heater (Hennig & Braun, 2005)
- Optothermal Molecule Trapping by Opposing Fluid Flow with Thermophoretic Drift (Duhr & Braun, 2006)
- Thermophoretic Depletion Follows Boltzmann Distribution (Duhr & Braun, 2006)
- Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems (Baaske et al., 2007)
- Thermal Trap for DNA Replication (Mast & Braun, 2010)
- Thermal Solution for Molecular Evolution (Mast et. al, 2012)

C'est une hypothèse tellement simple, naturelle et efficace pour la polymérisation des molécules organiques, qu'elle a été reprise par l'équipe de Jack Szostak, qui comme tu le sais sans doute, travaille pour l'hypothèse "génétique d'abord" :

Formation of Protocell-like Vesicles in a Thermal Diffusion Column (Budin et al., 2009)

Dans ces conditions, l'hypothèse de la glace eutectique me laisse de glace.

Mais c'est comme plus haut, c'est certainement une question de "maturation". Il faut le temps que tout se rejoigne. Par exemple, en lisant les articles de Russel et consort et en lisant les articles sur les réseaux auto-catalytiques de l'institut Weizmann j'ai pensé "bon sang, ils feraient bien de collaborer"

Manfred Eigen et Peter Schuster ont introduit l'idée de l'autocatalyse en 1971. Stuart Alan Kauffman l'a appronfondie à partir de 1995.

L'idée que je trouve la plus intéressante au Weizmann Institute, est celle de "génome compositionnel" : c'est-à-dire, que lorsque une boucle d'autocatalyse apparaît, par exemple, la synthèse de pyrophosphate qui catalyse la polymérisation d'acides aminés qui elle-même catalyse la synthèse de pyrophosphate (pour reprendre une hypothèse abondamment traité par l'équipe de Russell), des composés sont forcément synthétisés de façon préférentielle au détriment d'autres composés.

Une sorte de "génome" (c'est-à-dire, essentiellement, de l'information nouvelle) apparaît donc grâce à de petites molécules, dans la boucle catalytique, l'héridité étant "stockée" dans la stabilisation de la production de composés dont la synthèse est ainsi favorisée/défavorisée par rapport aux conditions "normales".

Celui de la génétique/protéomique/etc..., du cerveau et des nanotechnologies, très probablement (le dernier pouvant aussi rejoindre les premiers, c'est déjà utilisé dans des médicaments d'ailleurs).

Moi qui suis un habitué des bases de données (voir par exemple, ce message), je ne peux qu'appuyer tes propos.

Cordialement.

[Deedee81]

Les interactions entrent des zones pourvues de conditions physico-chimiques différentes ne sont plus une nécessité dans le cadre de l'hypothèse de Russell et al.

Je suis d'accord que c'est auto-suffisant. Mais ça ne résout pas le problème que j'ai cité : les évents hydrothermaux ont une courte durée de vie. Ils s'arrêtent et renaissent à parfois des dizaines de kilomètres de là (ou des centaines). A moins d'admettre que la vie peut apparaitre et devenir entièrement autonome en à peine un siècle. Ca me semble "un peu court" (le problème s'est même posé pour la profusion de vie qu'on constate autour des fumeurs : comment se déplacent-ils au fumeur suivant lorsque le leur s'éteint, alors que la plupart de ces espèces ne sont pas adaptées à des conditions différentes, notamment les hyperthermophile).

Curieusement, ni Russel ni toi ci-dessus n'aborde ce problème qui me semble pourtant essentiel !!!!!
EDIT rectification, je n'ai pas vu Russel en parler, mais je n'ai pas tout lu de lui.

C'est bien beau d'avoir une explication d'origine de la vie.... mais si ce scénario n'a pas le temps de s'appliquer, on est bien beau.

Maintenant, si tu as une solution géniale à ce problème, je suis preneur

(il y a un autre gros pépins dont on aura peut-être l'occasion de parler plus tard et que je n'ai curieusement vu cité que deux fois, dont une fois par De Duve, et sans que le moindre embryon de solution ait été proposé, cette difficulté est "le problème des poisons". Il n'est pas du tout propre à l'approche par les évents. C'est un problème général mais qui me tient à coeur )

[Geb]

Je suis d'accord que c'est auto-suffisant. Mais ça ne résout pas le problème que j'ai cité : les évents hydrothermaux ont une courte durée de vie. Ils s'arrêtent et renaissent à parfois des dizaines de kilomètres de là (ou des centaines). A moins d'admettre que la vie peut apparaitre et devenir entièrement autonome en à peine un siècle. Ca me semble "un peu court" (le problème s'est même posé pour la profusion de vie qu'on constate autour des fumeurs : comment se déplacent-ils au fumeur suivant lorsque le leur s'éteint, alors que la plupart de ces espèces ne sont pas adaptées à des conditions différentes, notamment les hyperthermophile).

Effectivement, la durée de vie des fumeurs noirs est d'une dizaine d'années à un siècle grand maximum. Là, du coup et avec tout le respect que j'ai pour toi, tu me fais un peu penser aux publis des thésards français...

Curieusement, ni Russel ni toi ci-dessus n'aborde ce problème qui me semble pourtant essentiel !!!!!

C'est au début des années 1980 que Michael Russell a étudié les fossiles du premier évent hydrothermal alcalin découvert dans une mine irlandaise :

Formation of fossil hydrothermal chimneys and mounds from Silvermines, Ireland. (Boyce et al., 1983)

Grâce à cette découverte, il est parvenu à estimer les conditions physico-chimiques à l'intérieur de ces évents d'un nouveau genre. Avec son collègue d'alors à l'Université d'Oxford, Alan Hall, Michael Russell a proposé à partir de 1988 que la vie aurait pu apparaître au sein de tels sources hydrothermales alcalines :

Submarine hot springs and the origin of life (Russell et al., 1988)

Justement dans cette lettre dans Nature, en réponse à un papier de Jeffrey Bada (le dernier doctorant de la carrière du célèbre Stanley Miller) et Stanley Miller, qui disait en substance que l'hypothèse des fumeurs noirs de l'origine de la vie, avancée par l'équipe de John Corliss en 1981 (celle-là même qui a étudié le premier écosystème des grands fonds découvert en février 1977), avait plusieurs défauts :

- température trop élevée (250°C et plus),
- fluide trop acide (ph inférieur à 2,0),
- durée de vie beaucoup trop courte (moins d'un siècle).

Les évents hydrothermaux alcalins fossiles étudiés par Russell et ses collègues depuis 1983 semblaient exempts des deux premières critiques, tandis que leur durée de vie était encore difficile à estimer.

C'est bien beau d'avoir une explication d'origine de la vie.... mais si ce scénario n'a pas le temps de s'appliquer, on est bien beau.

Maintenant, si tu as une solution géniale à ce problème, je suis preneur

Le 4 décembre 2000, l'équipe de Deborah S. Kelley a découvert le premier évent hydrothermal alcalin encore actif :

- An off-axis hydrothermal vent field near the Mid-Atlantic Ridge at 30° N (Kelley et al., 2001)

Remarquablement, les propriétés prédites par Russell en matière de conditions physico-chimiques furent parfaitement exactes, si ce n'est la synthèse abiotique d'une quantité relativement importante de méthane (~2 mM/L), que Russell et ses collègues n'avaient pas prévu.

Par chance, la découverte de Lost City a éveillé l'intérêt des biologistes pour la théorie de Russell, c'est à cela qu'il doit sa première publication avec le célèbre Bill Martin (surtout pour son hypothèse de l'hydrogène de l'origine des eucaryotes), publiée en ligne en décembre 2002 :

- On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells (Martin & Russell, 2003)

Peut-être que tu la connais déjà, mais au cas ou, j'ai discuté de la publication de 1998 de Martin & Müller, au sujet de l'hypothèse de l'hydrogène dans une autre discussion (message #26) :

http://forums.futura-sciences.com/bi...ml#post4279274

Comme l'a rappelé Michael Russell dans pratiquement toutes ses publications depuis la découverte de Lost City, en décembre 2000, l'évent hydrothermal de Lost City a été datée par 5 méthodes isotopiques différentes :

Le strontium, le carbone et l'oxygène, qui lui donne un âge d'au moins 30000 ans :

- 30,000 Years of Hydrothermal Activity at the Lost City Vent Field (Früh-Green et al., 2003)

L'uranium et le thorium, qui lui donne un âge probable de ~100000 ans, pour les cheminées les plus anciennes du système hydrothermal :

- U/Th Geochronology of Carbonate Chimneys at the Lost City Hydrothermal Field (Ludwig et al., 2005)
- U–Th systematics and 230Th ages of carbonate chimneys at the Lost City Hydrothermal Field (Ludwig et al., 2011)

De mon point de vue, les évents hydrothermaux alcalins répondent à toutes les critiques traditionnellement formulées à l'encontre des hypothèses hydrothermales alternatives de l'origine de la vie.

En outre, les géologues savent bien que même si Lost City n'est âgé que de quelques dizaines de milliers d'années, rien n'empêche qu'il ne fonctionne pendant plusieurs millions d'années (voir message #42 de cette discussion).

(il y a un autre gros pépins dont on aura peut-être l'occasion de parler plus tard et que je n'ai curieusement vu cité que deux fois, dont une fois par De Duve, et sans que le moindre embryon de solution ait été proposé, cette difficulté est "le problème des poisons". Il n'est pas du tout propre à l'approche par les évents. C'est un problème général mais qui me tient à coeur )

Comme tu l'as si bien dit, ce n'est pas une critique propre à l'approche par les évents. C'est simplement un plaidoyer pour l'approche expérimentale plutôt que par les simulations informatiques (autrement dit par le calcul). Ce qui me permet de saluer le travail effectué actuellement au Jet Propulsion Laboratory (par l'équipe de Russell) et à l'University College London (par l'équipe de Lane), qui sont les deux seuls labos au monde à ma connaissance qui reproduisent en labos des évents hydrothermaux alcalins dans les conditions supposées de l'Hadéen.

J'en avais touché un mot dans une autre discussion :

Je pense comme Michael Russell. Même si la synthèse d’acides nucléiques est, par le calcul, thermodynamiquement favorable (c’est-à-dire théoriquement spontanée) dans un évent hydrothermal alcalin à l’Hadéen, ça ne prouve absolument rien quant à la synthèse de "déchets" inattendus pouvant perturber ou carrément stopper les réactions. ��a ne prouve rien sur la cinétique des réactions (la vitesse à laquelle elles s’établissent), ou la concentration relative des produits. ��a ne prouve pas le caractère supposé autocatalytique de ces réactions.

Cordialement.

[Deedee81]

Le 4 décembre 2000, l'équipe de Deborah S. Kelley a découvert le premier évent hydrothermal alcalin encore actif :
- An off-axis hydrothermal vent field near the Mid-Atlantic Ridge at 30° N (Kelley et al., 2001)

Heu... encore actif depuis combien de temps ?????? (parce que des fumeurs actifs il y en a beaucoup )
Le 30000 ans plus bas ? (c'est encore insuffisant (*) mais ça c'est déjà pas mal )

J'ai un problème avec ce lien (il me dit "not found").

Et merci tous ces liens, il y en a plusieurs que je ne connaissais pas. Je n'ai pas le temps de les regarder maintenant (gasp... je suis en retard) mais je les noterai certainement demain pour examen plus approfondi ultérieur

(*) EDIT : selon moi.
A demain,

[Geb]

Le 18 janvier 2013, Michael Russell a publié une nouvelle version revue et corrigée (avec ses publications les plus récentes) sur le site du JPL :

CURRICULUM VITAE

Parmi les publications qui ne figuraient pas dans la précédente version de juin 2011, aucune ne m'a échappé dans cette discussion :

Russell, M.J., Nitschke, W. & Branscomb, E. (2013). The inevitable journey to being. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. in press

Nitschke, W., McGlynn, S.E., Milner-White, E.J., Russell, M.J. (2013). On the antiquity of metalloenzymes and their substrates in bioenergetics. Biochim. Biophys. Acta, Bioenergetics, in press

Nitschke, W. & Russell, M.J. (2013). Beating the acetyl coenzyme-A pathway to the origin of life. Phil. Trans. R. Soc. B, in press.

Branscomb, E. & Russell, M.J. (2013). Turnstiles and bifurcators: the disequilibrium converting engines that put metabolism on the road. Biochim. Biophys. Acta, Bioenergetics 1827, 62-78.

Schoepp-Cothenet, B., van Lis, R., Atteia, A., Baymann, F., Capowiez, L., Ducluzeau, A-L., Duval, S., ten Brink, F., Russell, M.J. & Nitschke, W. (2013). On the universal core of bioenergetics. Biochim. Biophys. Acta, Bioenergetics, 1827, 79-93.

McGlynn, S.E.; Kanik, I.; Russell, M.J. (2012). Modification of simulated hydrothermal iron sulfide chimneys by RNA and peptides. Philos. Trans. R. Soc. Lond. A Phys. Sci. 370, 3007-3022.

Schoepp-Cothenet, B., van Lis, R., Philippot, P., Magalon. A., Russell, M.J. and Nitschke, W. (2012). The ineluctable requirement for the trans-iron elements molybdenum and/or tungsten in the origin of life. Nature Scientific Reports, 2 :263 DOI :10.1038.

Nitschke, W., Russell, M.J. (2011). Redox bifurcations: Mechanisms and importance to life now, and at its origin. BioEssays, 34, 106–109.

Simoncini, E., Russell, M.J., Kleidon, A. (2011). Modeling free energy availability from Hadean Hydrothermal Systems to the first metabolism. Origins Life Evol Bios, 41, 529-532.

Barge, L.M., Doloboff, I.J., White, L.M., Russell, M.J., Kanik, I. (2012). Characterization of Iron-Phosphate-Silicate Chemical Garden Structures. Langmuir, 28, 3714–3721.

Milner-White, E.J., Russell, M.J. (2011). Functional capabilities of the earliest peptides and the emergence of life. Genes 2, 671-688.

Mielke, R.E., Robinson, K.J., White, L.M., McGlynn, S.E., McEachern, K., Bhartia, R., Kanik, I., Russell, M.J. (2011). Iron-sulfide-bearing chimneys as potential catalytic energy traps at life’s emergence. Astrobiology, 11: 933-950.

Les 3 dernières pages (16 à 18) du CV présentent également un intérêt.

Cordialement.

[Geb]

Heu... encore actif depuis combien de temps ?????? (parce que des fumeurs actifs il y en a beaucoup )
Le 30000 ans plus bas ? (c'est encore insuffisant (*) mais ça c'est déjà pas mal )

Exactement, c'est bien le propos du résumé de l'article que j'ai mentionné. Le système hydrothermal alcalin de Lost City fonctionnerait en continu depuis au moins 30000 ans :

- 30,000 Years of Hydrothermal Activity at the Lost City Vent Field (Früh-Green et al., 2003)

Strontium, carbon, and oxygen isotope data and radiocarbon ages document at least 30,000 years of hydrothermal activity driven by serpentinization reactions at Lost City. Serpentinization beneath this off-axis field is estimated to occur at a minimum rate of 1.2 �� 10^–4 cubic kilometers per year. The access of seawater to relatively cool, fresh peridotite, coupled with faulting, volumetric expansion, and mass wasting processes, are crucial to sustain such systems. The amount of heat produced by serpentinization of peridotite massifs, typical of slow and ultraslow spreading environments, has the potential to drive Lost City–type systems for hundreds of thousands, possibly millions, of years.

En résumé, le système hydrothermal baptisé Lost City fonctionnerait en continu depuis au moins 30000 ans. Actuellement, il produirait au minimum environ 120000 m³ de fluide hydrothermal par an (soit au moins ~4 L par seconde) et le processus qui l'alimente, qui n'est pas associé à une remontée de magma (comme le sont les fumeurs noirs), mais à une simple infiltration d'eau au plus profond de la croûte océanique, pourrait "l'alimenter pour des centaines, voire des millions d'années".

Bien sûr, 30000 ans ça peut paraître peu par rapport à ce dont les scientifiques nous ont habitué auparavant (a priori, une apparition de la vie en ~200 à ~500 millions d'années d'évolution prébiotique), mais il me semble que dans des conditions hydrothermales on parviendrait à synthétiser en laboratoire des polypeptides de 3 à 10 résidus en moins d'une semaine. Autrement dit, le potentiel d'évolution moléculaire est extrêmement rapide. D'autant que les expériences en laboratoire sont bien sûr extrêmement limitées en temps et en espace (les cheminées hydrothermales de Lost City font entre 30 et 60 mètres de hauteur), ce qui a sans aucun doute des effets délétères (surtout en matière d'espace de réaction) sur la vitesse d'évolution chimique des composés obtenus. Dans ce contexte, une période d'au moins 30000 ans à quelques millions d'années au plus ne me paraît pas courte du tout.

Cordialement.

[Geb]

En résumé, le système hydrothermal baptisé Lost City fonctionnerait en continu depuis au moins 30000 ans. Actuellement, il produirait au minimum environ 120000 m³ de fluide hydrothermal par an (soit au moins ~4 L par seconde) et le processus qui l'alimente, qui n'est pas associé à une remontée de magma (comme le sont les fumeurs noirs), mais à une simple infiltration d'eau au plus profond de la croûte océanique, pourrait "l'alimenter pour des centaines, voire des millions d'années".

Il fallait bien sûr lire : pourrait "l'alimenter pour des centaines de milliers, voire des millions d'années".

Aussi, si 4 L/s paraissent peu, je tiens à rappeler que la consommation d'énergie d'une bactérie est d'environ 1 picojoule par seconde. �� combien de bactéries peut-on permettre de vivre avec une concentration en hydrogène de 15 mM/L ?

Je tiens également à ajouter que, à en juger par son curriculum vitae, Russell a co-écrit 12 publications entre le 21 juin 2011 (dernière version de son CV) et le 18 janvier 2013 (soit approximativement 21 mois). Dans le domaine de l'étude de l'origine de la vie c'est, au moins, une moyenne impressionnante, si ce n'est un record.

Cordialement.

[Deedee81]

Salut,

Il fallait bien sûr lire : pourrait "l'alimenter pour des centaines de milliers, voire des millions d'années".

Je suis extrêmement sceptique (bien qu'une telle durée résoudrait un des deux problèmes majeurs qui me tarabuste). Mais je vais regarder ces publications de plus près. Je vais imprimer ça et le lire à tête reposée ce week end (et pas pendant mon boulot, évidemment ).

Merci,

P.S. : pour le record, je crois que tu as raison

[Geb]

Salut Deedee,

Je suis extrêmement sceptique (bien qu'une telle durée résoudrait un des deux problèmes majeurs qui me tarabuste). Mais je vais regarder ces publications de plus près. Je vais imprimer ça et le lire à tête reposée ce week end (et pas pendant mon boulot, évidemment ).

Ne sachant pas exactement ce qui te rend si sceptique, je te laisserai faire ton opinion sans citer "à l'aveugle" d'autres passages dans l'espoir de te convaincre (ou de te faire gagner du temps), notamment sur les différences fondamentales entre fumeurs blancs et fumeurs noirs (qui expliquent "aisément" selon moi pourquoi ils diffèrent tant en durée de vie).

Cordialement.

[Deedee81]

Pause midi utile. J'ai parcouru les articles sur ces évents.

Je suis convaincu. C'est extrêmement plausible.

Bon, voici un problème réglé (reste l'autre, les poisons, mais qui ne concerne pas spécifiquement l'approche par les évents et qui ne remettrait pas en cause cette approche, que du contraire, ça irait plutôt dans son sens, mais il faut encore que je me penche dessus pour analyser si mes idées sont plausibles).

J'ai beaucoup aimé aussi ce qui est expliqué pour la diffusion thermique. Même si là, ça ne me posait pas de cas de conscience (les mécanismes de concentration possible sont multiples, mais ce n'est pas plus mal d'avoir de la recherche expérimentale derrière).

[Deedee81]

C'est extrêmement plausible.

Et même plus. Car le volcanisme (et autre) étant fort intense à l'hadéen, ce genre de massif volumineux et durable devait être légion.

[eboireau]

●par rapport aux critiques que ce fil serait trop long et décousu, trop anglais, ou pas assez accessible: on peut le concevoir mais aussi laisser à son initiateur (Geb) et les passionnés du sujet y compiler tant d'informations détaillées, et renvoyer les amateurs moins éclairés à des articles (Ex FuturaScience en parlait dès 2011) ou d'autres discussions plus accessibles (qu'il resterait à identifier/chercher). Grâce soit rendue à cette discussion "trop compliquée" sans laquelle n'en naitrait pas de plus synthétiques ou plus accessibles.


Dans le cas des théories sur les voies biochimiques précurseur de la vie, la théorie de Russel & co connaitra sans doute aussi bien des obstacles pour "défaut d'évidences", "résultats non reproductibles", "détournement de donnée" voire falsification (sans aller dans la conspiration), … [/SIZE]

●par rapport au rôle des métaux dans l'apparition des premières réactions biochimiques, je pense qu'il faudrait creuser la piste des MetalloProtéines (MP). Je connaissais les MP à Zinc et Fer, et les biomolécules à porphyrines qui fixent le Fer, ou Cuivre comme l'hémoglobine et l’Hémocyanine. Je découvre qu' il y a de la place pour d'autres métaux à transition… dont le Nickel qui avec le Fer m'est cher (intuition). J'ouvre donc un post séparé pour ça ci-après.

●je souscris aux 2 arguments, je pense majeurs à coté des raisons chimiques pures, en faveur de la source hydrothermale alcaline pour l'origine de la biochimie prébiotique: la durée de maintien des fumeurs blancs (100 à 10000 fois plus longtemps que les fumeurs noirs), et la température modérée (<150°C les blancs, contre 250-400°C les noirs). Je complèterai cela par une considération évolutive:
Il est plus concevable que les premières biomolécules (supposées) développées dans des fumeurs blancs aient pu s'adapter/évoluer vers une vie autour de fumeurs noirs (autour = à moins de 250-400°C) mais aussi vers une vie à 0-37°C telle qu'on la connait le mieux; plutôt qu'à l'inverse ces première biomolécules (supposées) développées dans des fumeurs noirs (=à 250-400°C) aient pu s'adapter/évoluer pour fonctionner à moins de 150°C et même à 0-37°C ! Il est même remarqué que les espèces animales qu'on trouve dans les "suintements froids" sous marins (<35°C) sont phylogénétiquement proches et assez semblable physiologiquement et anatomiquement à celles qui vivent autour des sources chaudes. Ces animaux et les biofilms bactériens qui les accompagnent auraient divergé "simultanément de ceux allant coloniser les fumeurs noirs, mais avec une spécialisation thermique et (chimio)trophique très différente, à partir de système prébiotiques apparus sur les fumeurs blancs?
C'est important de considérer aussi de telles compatibilités évolutives. Et géochimiques:

●Compatibilités géochimique: Au contraire des noirs, les fumeurs blancs :
.sont plus riches en Zn, plus représenté dans les MP,
.sont riches en sulfates de calcium et de baryum (or le Calcium a été "apprivoisé" pour faire les squelettes externes (coquilles) et internes (os). On pourrait ajouter aussi d'autres métaux rares alcalins que le calcium: sodium, potassium, magnesium, chloride, phosphate, and the organic ion bicarbonate.
La vie présentent assurément moins de compatibilité avec les sulfures (toxiques) dominant dans les fumeurs noirs, et des suintements froids ou s'ajoutent le méthane et d'autres hydrocarbures.

●Pour l'apparition de la vie prebiotique, les fumeurs blancs combinent décidément bien des caractéristiques favorables, si ce n'est adhoc!, comme l'apport énergétique, la compartimentalisation et les gradients, l'alcalinité, les relatives durabilité et variabilité,… comparé aux autres substrats envisagés (fumeurs noirs, argiles, mica, pierres ponces,…).

[noir_ecaille]

@ eboireau

Je ne parlais pas d'articles en tant que tels mais de publication = études détaillées (avec protocoles, mesures, etc), afin d'être exacte.

[eboireau]

N'apprendrait-on pas beaucoup sur l'évolution de la vie en décortiquant les MetalloProtéines (MP), leur compatibilité avec les métaux des fumeurs, Fe, Zn, Ni, S, Mg,���, leurs pouvoirs chélatants et catalytiques ?
Au sens large, les MP incluent: metalloenzymes du métabolisme à role redox (SOD, Chlorophylle, Metalloprotéases,���), métalloprotéases matricielles (MMPs à Zn: collagenases, gélatinases, emasatases...), mais aussi porphyrines (hemoglobine), cytochromes (redox et respiration), rubredoxin (protéine a Fe & S, redox), plastocyanine (a Cu - role redox aussi), ...
Elles interviennent aux principaux niveaux du métabolisme, du stockage, des structures cellullaires; les ions metalliques interviendraient dans >1/3 des biomolecules actives���

●Une recherche rapide me mène à l' article "Surprising cofactors in metalloenzymes"/C.Drennan,J.Peters (de l'université Massachusset et du Montana), illustrant la recherche active sur les structures d'assemblage par les metaux: les metallo domaines, ou clusters, dans 3 enzymes clé pour la biochimie: (a)CODH/ACS (carbon monoxide dehydrogenase/acetyl-coenzyme A synthase), (b) hydrogenase et (c) nitrogenase. CFeSP, corrinoid-iron-sulfur protein. Avec les métaux, assembleurs originels des briques de la vie?:
Holm and others [11,12] have classified as ���bridged biological metal assemblies���. The common feature of this class of metal clusters is that they all contain an [Fe4S04 ] cubane, or fragment thereof, as a fundamental unit. Another common thread amongst these enzymes is that, for the most part, they are found only in microorganisms and are key components of the global cycling of nitrogen, hydrogen and carbon (fig.1)

●l'article précédent cite un autre article (non dispo en ligne) dont le titre résonne avec la théorie pré-biotique hydrothermale selon Russel & co, et le maillon clé de acetyl-CoA qu'il promeut:
Gencic S, Grahame DA: Nickel in subunit b of the acetyl-CoA decarbonylase/synthase mulitenzyme complex in methanogens. J Biol Chem 2003, 278 :6101-6110
Qui l'aurait déjà obtenu , lu ? Est il connecté aux équipes Russel & co?

●creusant les MP a Fer et Souffre, on pourra lire par ex: Review Article Function and biogenesis of iron���sulphur proteinsNature 460, 831-838 (2009) sur la voie d'un mécanisme ancestral?:
"their synthesis and assembly into apoproteins is a highly complex and coordinated process in living cells. Different biogenesis machineries in both bacteria and eukaryotes have been discovered that assist Fe���S-protein maturation according to uniform biosynthetic principles."

●au dela du Fe, Ni cités ci-dessus, d'autres métaux de transition présents dans les fumeurs blancs sont complexés: Metalloprotéines à Cu2+ (Cytochrome oxidase, Plastocyanin; hemocyanin), Zn2+ (Carboxypeptidase A), Cobalt,... Et des métaux alcalino-terreux: Mg2+ (Alcohol deshydrogénase, Phosphotransferase, Arginase)

●l'article Metal Binding Affinity and Selectivity in Metalloproteins; Ann. Rev. Biophysics Vol.37: 97-116 (2008) supporte des "fundamental principles and the molecular bases underlying protein-metal recognition".
Remarquons que ces structures fondamentales d'assemblage ou liaison réversible sont basées sur les métaux de transition Fe2+, Zn2+, Ni2+, Cu2+ (ou alcalins: le Mg2+ !?), et contiennent notamment des résidus cystéine (contenant du Soufre) et l'histidine. On retrouve l'affinité S ��� Fe et S - Zn des fumeurs blancs!

●Les Metalloprotéines (sensu lato) ne fixent (ou catalysent) pas que des protéines!, mais remarquablement aussi le DNA/RNA: il y a toute une recherche la dessus http://pubs.acs.org/isbn/9780841216600 .
Le Nickel provoque la condensation de la chromatine, et la methylation du DNA, de complexe DNA/protéines.
Je ne citerai qu'un article/thèse qui fait échos à la théorie "alcaline":
Cobalt, nickel and zinc-DNA interactions : a structural study by Labiuk, Shaunivan Lee, 2003 http://ecommons.usask.ca/handle/1038...0142008-091835 : "M-DNA is a complex between DNA and cobalt(II), nickel(II) or zinc(II) that forms under alkaline conditions.". Les métaux des fumeurs blancs pourraient ainsi avoir servi de support catalytique au métabolisme et structuration des a.nucléiques!?
Et je finirais par évoquer les "protéines à doigt de zinc" qui m'avaient intriguées à d'autres égards que l'apparition de la vie: ce sont des protéines contenant des séquences de 20-50 aa avec plusieurs Zn2+ tétracoordonnés avec des histidines (H) et cystéines (C). Voilà une densité métallique, qui pourrait faire écho (ou miroir!) aux surfaces des cavitées ou events de fumeurs? Plus épatant, les doigts de zinc, selon leur types (C2H2, C4 ou C6 ) et leurs combinaisons, se fixent avec un certaine spécificité avec des séquences DNA ou RNA ! Au mini 3 paires de bases, et plus avec plusieurs doigts de zinc��� Ce sont des éléments clés des facteurs de transcription. On en fait même des outils d'ingénierie !
Ces doigts de zinc ne seraient ils pas un brique prébiotique clé, un prémisse de LUCA? Si on montrait ... que les fumeurs blancs contiennent beaucoup de Zinc, sous une forme capable de se coordonner avec des aminoacides (et/ou des bases thymine et purines); puis que les aa ou bases nucleiques complexées peuvent auto-organiser des composés a doigt de zinc homologues��� formant soit de films auto-assemblés soit des séquences codantes autoreproductibles.

-> Rechercher sur le web 'metalloproteine' + nickel, ou evolution, ou RNA, ou��� trouve vite bien d'autres articles intéressants��� Ceci me mène à croire que la vie n'a pas créé une telle diversité de fixations d'affinité et réactions chimiques de novo mais procède de préalables pouvoirs des metaux de transition, dans des structures qui en sont riches, comme les fumeurs blancs. La biochimie de la vie produit et héritage de la chimie tellurique���

Voilà, c'était pour exemplifier l'intérêt de creuser le sujet! Mais je trouve un dernier article
Metalloproteins. Encyclopedia of Genetics, Genomics, Proteomics and Bioinformatics. Degtyarenko, K. 2005.
dont je ne résiste pas à reproduire le résumé qui trace un scénario, prouvé?:
Metalloproteins are involved in all fundamental biochemical processes including respiration, oxygenic photosynthesis, regulation of transcription and translation, nitrogen fixation, and metabolism of xenobiotics. Metalloenzymes were the first biological catalysts on Earth. Later, when the composition of the Earth's atmosphere changed dramatically due to photosynthesis, the metalloproteins evolved to counter the toxic effects of oxygen and harness it for new physiological functions. Currently, over one-half of all proteins are estimated to bind metals. This article introduces but a small number of metalloprotein families, with emphasis on oxidoreductases, electron-transfer proteins, and photosynthetic complexes.
Jusqu'aux prochaines théories, je veux bien croire que les métaux les plus courants sur terre (Fe, Zn, Ni ) ont dû naturellement fournir à la fois les catalyseurs et substrats essentiels à la formation des pré-biotiques, plutot dans les fumeurs blancs qu'ailleurs, et que les MetalloProtéines en héritent. Les MP sont tels les trilobites, nautilus et c��lacanthes, des survivants des prémisses de la biochimie de la vie. Ils gardent des fonctions similaires aux parois de alvéoles des fumeurs blancs pour le MP d'adhésion et stockage ou de transport, et des fonctions catalytiques similaires aux réactions d'oxydoréduction pour les MP de la chaine respiratoire ou de la photosynthèse. Ainsi la vie prébiotique se serait différenciée des réactions des composés métalliques en isolant les ions métalliques avec les composés organiques qu'ils ont produits, se démarquant des cycle géochimiques pour y superposer les cycles biochimiques, puis biologiques.

[Pfhoryan]

Et même plus. Car le volcanisme (et autre) étant fort intense à l'hadéen, ce genre de massif volumineux et durable devait être légion.

Attention, ce n'est pas lié à du volcanisme, mais à la serpentinisation. Il faut juste de la peridotite et de l'eau.

[Geb]

N'apprendrait-on pas beaucoup sur l'évolution de la vie en décortiquant les MetalloProtéines (MP), leur compatibilité avec les métaux des fumeurs, Fe, Zn, Ni, S, Mg,…, leurs pouvoirs chélatants et catalytiques ?

�� ma connaissance, le biochimiste Archibald Macallum a été le premier à s'intéresser au contenu atomique d'une cellule vivante (et du plasma sanguin chez l'homme) en 1926. Aujourd'hui, l'un des chercheurs les plus célèbres dans le domaine des métalloenzymes, qu'on considère généralement comme un des pères de ce qu'on a coutume d'appeler la "biochimie inorganique" est Robert J. P. Williams (Inorganic Chemistry Laboratory, University of Oxford). Il a notamment écrit 3 livres qu'il présente lui-même comme une "trilogie", avec João José Rodiles Fraústo da Silva (Centro de Quimica Estrutural, Instituto Superior Tecnic, Lisbon, Portugal).

Apparemment, si j'en juge par l'éditorial de "Metalloproteins – a new challenge for metrology" (C. Swart et. al, 2012), c'est Robert J. P. Williams qui a utilisé le premier le terme "metallome", tandis qu'un certain Hiroki Haraguchi aurait été le premier à utiliser le terme "metallomics" en 2003 :

Metallomics, the science of metal-containing biomolecules and in particular proteins, is a very recent (the term was first coined by RJP Williams of Oxford University and Hiroki Haraguchi of Nagoya University early in the present millennium) and rapidly growing research field, although this kind of protein is presumed to account for around 30% of all proteins.

Si ce sujet t'intéresse, je te suggère de (re)lire ce papier qu'on a déjà cité dans cette discussion :

Metal ions in biological catalysis: from enzyme databases to general principles (Andreini et al., 2008)

Tu y apprendras que les centres actifs des métalloenzymes connues contiennent 13 métaux différents (calcium, magnésium, sodium, potassium, vanadium, manganèse, fer, cobalt, nickel, cuivre, zinc, molybdène et tungstène).

Je te suggère également de regarder le cours du 6 mai 2009 du biochimiste Marc Fontecave :

Les métaux : des origines aux biocatalyseurs d'aujourd'hui (71 minutes)

Je tiens aussi à mentionner la base de données Metal MACiE de la collaboration MACiE, qui classe les 4585 réactions enzymatiques connues en fonction de leur contenu en métaux.

Dans le cas des théories sur les voies biochimiques précurseur de la vie, la théorie de Russel & co connaitra sans doute aussi bien des obstacles pour "défaut d'évidences", "résultats non reproductibles", "détournement de donnée" voire falsification (sans aller dans la conspiration), …

Je trouve "singulier" de comparer la théorie de Russell et al. avec celle de la fusion froide... Je souhaite également rappeler que la transmutation n'est pas le sujet de ce fil.

Merci de votre compréhension.

[Geb]

J'ai trouvé une version html du livre "The Mechanism of Life" disponible sur le site du projet Gutenberg. Je la poste dans cette discussion parce que Michael Russell tient des propos élogieux sur ce bouquin au moins depuis 1994.

Il s'agit d'un ouvrage rédigé par le biochimiste français Stéphane Leduc (1853-1939), publié pour la première fois en Angleterre en mars 1911.

Stéphane Leduc a été un des premiers chercheurs français à remettre au goût du jour l'idée de génération spontanée dans l'apparition de la vie sur Terre. Cela lui a valu d'être exclu des Comptes Rendus de l'Académie des Sciences en 1907.

Aussi, on lui attribue généralement l'invention de l'expression "biologie synthétique".

L'ouvrage susmentionné est une version en anglais de son précédent livre "Théorie Physico-chimique de la Vie et Générations Spontanées" publié en France en 1910.

Elle a pour particularité d'avoir été corrigée et augmentée à partir de ce précédent ouvrage de 1910, par Leduc lui-même, avant d'avoir été traduite en anglais par Deane Butcher, ancien président de l'actuelle British Institute of Radiology (ancienne Röntgen Society).

Cordialement.

[Geb]

Puisque Quentin Mauguit a parlé dans un article récent pour Futura-sciences de la :

44^e Conférence des sciences lunaires et planétaires (LPSC) qui s’est tenue du 18 au 22 mars à The Woodlands (��tats-Unis)

Je tiens à rappeler que l'équipe de Russell présente régulièrement les résultats de ses expériences aux éditions de la Lunar and Planetary Science Conference (à ma connaissance, sans discontinuer depuis 2011 inclus).

Fuel Cell Simulations of Hydrothermal Vent Systems on Europa (Barge et al., 2013)

Alkaline Hydrothermal Vents: Assembling the Redox Protein Construction Kit on Icy Worlds (White et al., 2013)

Electrochemistry of Inorganic Membranes at Alkaline Hydrothermal Vents - Energy Sources for Emerging Life on Wet Rocky Planets (Barge et al., 2012)

Characterization of Electrochemical and Morphological Properties of Ironphosphate-Silicate Chemical Garden Structures (Doloboff et al., 2012)

Investigating the Role of Iron Sulfides in the Hydrothermal Vent Model for the Emergence of Life (White et al., 2011)

Precipitation Patterns of Iron Minerals in a Chemical Gradient: A Laboratory Analog to Hydrothermal Environments on the Early Earth (Barge et al., 2011)

Russell et ses collègues sont également des participants réguliers aux conférences biennales AbSciCon (Astrobiology Science Conference) et COSPAR Scientific Assembly.

Would Acetate (or its Derivatives) be the Most Reliable Guide to Life on Terraqueous Globes? (Russell et al., 2010)

Why Does Life Start, What Does It Do, Where Will It Be? (Russell, 2010)

Surface-Catalyzed Peptide Formation on Sulfide Minerals (Ohara & Cody, 2010)

Integrating Astrobiology Research for Exploration of Icy Bodies (Kanik & Russell, 2010)

Biochemical Characterization of HydF, a Scaffolding Enzyme, in the Synthesis of the Hydrogenase Active Site Metal Center: Implications Towards the Evolution of Biocatalysts from Mineral-Based Components on Early Earth (Duffus et al., 2010)

Prebiotic Organometallic Catalysis (Peters et al., 2010)

An Approach to Mimicking Abiotic Hydrogenation of Carbon Dioxide in Alkaline Hydrothermal Vents (Wade et al., 2010)

Ils ont été également des membres occasionnels du EPSC-DPS Joint Meeting annuel (European Planetary Science Congress - Division for Planetary Sciences of the American Astronomical Society Joint Meeting) ainsi qu'à la V. M. Goldschmidt Conference annuelle de la Mineralogical Society of America.

Habitability of Mars : Planetary Conditions for Life (Parkinson et al., 2011)

Abiotic Organic Syntheses in Deep Submarine, Alkaline Hydrothermal Systems Catalysed by Fe0, Mackinawite, Violarite and Green Rust (Russell et al., 2001)

Le sujet de ce dernier papier, publié en 2001, ressemble furieusement à celui présenté au message #144 de cette discussion.

Certains de ces articles figuraient déjà au message #142 de cette discussion.

J'ai pris également le temps de traduire de façon approximative un papier présenté à l'édition 2012 de la COSPAR Scientic Assembly :

Scientific Objectives of the "Thermodynamics, Disequilibrium and Evolution" Focus Group sponsored by the NASA Astrobiology Institute (Martin-Torres et al., 2012)

Objectifs scientifiques du groupe de discussion "Thermodynamique, Déséquilibre et ��volution" sponsorisé par l'Institut d'Exobiologie de la NASA

L'équipe du groupe de discussion TDE
(Plus de 50 membres d'équipe de 35 institutions)

Le groupe de discussion Thermodynamique, Déséquilibre et ��volution (groupe de discussion TDE) est un des dix groupes de discussion sponsorisés par l'Institut d'Exobiologie de la NASA (NAI)

Actuellement le groupe de discussion TDE est composé de plus de 50 chercheurs. Ce groupe de discussion est destiné a combler le fossé entre les chercheurs travaillant sur les aspects théoriques et expérimentaux de l'origine de la vie et les astronomes et les chercheurs par détection à distance planifiant de futures missions spatiales et décidant les futures cibles de la recherche de la vie extraterrestre. Il se concentre sur les exigences de la vie et des planètes en matière d'entropie et d'énergie et comment ils informent notre sélection de planètes et d'environnements potentiellement habitables dans le cosmos. La Terre affiche une vie abondante qui utilise l'énergie solaire et chimique, cette dernière en partie produite à partir d'énergie géothermique. Le transfert convectif de masse de chaleur alimenté par une ou plus de ces formes d'énergie, depuis le cœur même de notre planète jusqu'à l'atmosphère supérieur, contribuant finalement à l'interaction des tensions chimiques adéquates à l'élaboration de la vie. Un déséquilibre à l'échelle cellulaire est rendu possible par la membrane cellulaire, qui maintient les gradients rédox et de pH qui sont mis au travail par la cellule. �� une échelle supra-cellulaire les conditions de déséquilibre sont créées plus visiblement par des formateurs de colonies comme les stromatolithes ou les coraux, qui sont des aggrégats multicellulaires (souvent symbiotiques) à une échelle locale. �� une planétaire, des processus biologiques comme la photosynthèse peuvent instaurer et maintenir les conditions de déséquilibre. Avec cette compréhension du caractère fondamental de la vie (qu'elle dépend d'un déséquilibre dans l'environnement en tant que source d'énergie, qu'elle maintient un état de déséquilibre comme condition de la vie et qu'elle peut marquer son existence dans un environnement à travers la présence du déséquilibre) le groupe de discussion TDE essaye d'intégrer la communauté de l'exobiologie autour de ce paradigme pour informer notre recherche de la vie dans l'univers.

Des questions transdisciplinaires clés examinés par le groupe de discussion sont :

Sous quelles conditions énergétiques la vie démarre-t-elle ?
Quelles sont les exigences thermodynamiques de ses processus ?
Dans quels environnements est-elle susceptible d'exister ?
Comment pourrait-on la trouver ?

Dans cette conférence nous présenterons les objectifs scientifiques du groupe de discussion NAI-TDE, spécialement ceux inhérents à l'étude de Mars et à l'apparition de la vie sur Terre.

Cordialement.