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

[Geb]

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

Pour ceux que ça intéresse, je viens de terminer ma traduction personnelle de l'anglais vers le français du papier de Martin & Russell (2007) qui a motivé l'ouverture de cette discussion il y a un peu plus d'un an.

J'ai pris également la peine de commencer à traduire le papier de Martin & Russell (2003) et il me reste les pages 15 à 20 à terminer, ce qui devrait être fait d'ici une petite semaine si je trouve le temps de m'y consacrer d'ici là.

Cordialement.
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[Geb]

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)

Conscient qu'on a peut-être pas le temps de regarder une conférence aussi longue, j'ai décidé de recopier le passage intéressant au sujet des ions métalliques dans le vivant, qui constitue le début de la conférence, de 1:04 à 13:57 dans la vidéo mentionnée ci-dessus.

[...] �� partir d'aujourd'hui je vais parler des ions métalliques. C'est un sujet qui m'est cher parce que ça fait des années que je travaille dans ce domaine, mais aussi parce que je crois fondamentalement et je l'avais dit à une autre occasion, que pour ce qui est de la chimie du vivant, il me semble que l'une des grandes nouveautés de ces 30-40 dernières années, c'est que les ions métalliques jouent un rôle majeur dans le métabolisme cellulaire. Rôle qui est longtemps passé inaperçu et la chimie biologique est devenue ou en train de devenir autant bio-inorganique que bio-organique qu'elle l'était initialement il y a quelques siècles, lorsque les chimistes ont commencé à s'intéresser au vivant. Alors, la dernière fois j'ai essayé de vous faire sentir cette âme des enzymes et finalement j'ai surtout voulu dire que c'était assez difficile de la comprendre cette âme, parce que finalement, tout ce qui se passait au niveau d'une enzyme et notamment, l'accélération fantastique des réactions, c'était un phénomène qui était finalement assez difficile à comprendre parce que tout était inscrit dans la protéine elle-même, dans sa structuration, dans la structuration du site actif et que toute l'énergie qui était disponible à ce moment-là avait été installée bien avant, au moment du repliement de la protéine, sa synthèse. Ce que je n'avais pas dit, à ce moment-là, ce que je n'ai pas dit la dernière fois, c'est que puisque je n'avais évoqué que des enzymes qui ne contenaient pas de cofacteurs, pour l'essentiel, à part un exemple avec la vitamine B12, évidemment, une des clés de la catalyse enzymatique, ce sont les ions métalliques puisque aujourd'hui, on sait que environ 30 à 40% des systèmes enzymatiques contiennent un centre métallique et qu'il n'y aurait pas ces activités sans la présence de ces ions et c'est de ça dont je vais commencer à parler aujourd'hui et puis, dans d'autres leçons plus tard. Alors, de quoi il s'agit ? Ces ions métalliques qui sont présents dans le vivant, ce sont essentiellement ces métaux, dans la classification des éléments : métaux de transition et plus abondants, métaux alcalins (en particulier sodium, potassium) et métaux alcalino-terreux (magnésium, calcium). J'ai quelques informations sur les quantités relatives de ces éléments, mais je crois que Jacques va en dire en peu plus et de façon plus précise. Mais simplement, pour essayer rapidement de vous donner un ordre de grandeur de ces valeurs, parce que comme je vais le dire, le principe d'abondance, que je vais définir toute à l'heure, est un élément important pour comprendre la place des métaux dans le vivant et finalement il y a plusieurs espaces dans lesquels il faut avoir une information sur les quantités métalliques : c'est évidemment l'Univers, ensuite c'est la Terre et dans la Terre il y a à la fois la croûte terrestre et l'eau et c'est différent, évidemment parce que comme je vais le dire il y a des problèmes de solubilité et enfin, dans un tissu vivant et on verra que même si, à la fin, je vais conclure sur la validité du principe d'abondance, qui est en fait la corrélation entre la disponibilité des atomes et leur présence dans un organisme vivant. En gros, la Nature n'a rien fait d'autre que de commencer à récupérer ce qui lui était utile de plus abondant et ensuite de descendre dans la chaîne. Donc, voilà à peu près, les quantités relatives des éléments et comme vous voyez, notre Univers est essentiellement constitué d'hydrogène et d'hélium et ensuite on passe vraiment à des quantités beaucoup plus faibles et évidemment, plus le métal est lourd et moins il est abondant et, comme vous le savez, il y a quelques points particuliers : je reviendrai parce que le fer il joue un rôle tellement essentiel dans le vivant qu'il est intéressant s'y arrêter un tout petit peu. ��videmment, vous voyez que le fer, par rapport à tout un tas d'autres métaux de transition, est largement plus abondant et ça c'est évidemment dû au fait que, comme vous le savez, le fer est un élément particulièrement stable. Ensuite, quand on passe, à l'abondance des métaux et des éléments sur la Terre, les choses sont très très différentes et je ne veux pas rentrer dans la discussion du pourquoi, et comme vous le savez, la Terre c'est surtout de l'oxygène, du silicium et le fer, comme vous le voyez est très abondant. Mais ça je crois que Jacques en parlera toute à l'heure. Quand on regarde maintenant la composition d'un corps humain ou d'une bactérie, en gros on retrouve à peu près les mêmes choses c'est-à-dire que les ions métalliques qui sont les plus abondants ce sont les alcalins et les alcalino-terreux, comme vous pouvez le voir ici sur une échelle log, et que, évidemment ils sont moins abondants que carbone, oxygène, hydrogène, azote et ensuite, il faut passer à ce qu'on appelle des éléments traces, pour trouver les métaux les plus importants pour le vivant, à savoir le fer, le zinc et le cuivre. Et en effet, dans un système vivant, une cellule, c'est l'atome de fer, ce sont les atomes de fer et les atomes de zinc qui sont les plus abondants, ce sont des choses qui sont assez bien établies. Alors, est-ce qu'il y a une corrélation entre la présence des éléments dans un organisme vivant et la présence des éléments à la surface de la Terre ? En fait, tout dépend quelle corrélation on regarde. Si on fait une corrélation entre l'eau de mer et puis par exemple, un tissu vivant, séché, et qu'on fait l'analyse atomique, comme vous le voyez, on a une assez bonne corrélation, c'est pas fantastique mais la corrélation est pas trop mauvaise. Vous voyez dans ces tableaux, de façon très large, on voit bien que les concentrations d'alcalins et d'alcalino-terreux sont fortes dans l'eau de mer et ce sont les plus fortes dans le plasma, par exemple, et à l'inverse, les métaux de transition, les ions métalliques de transition, sont peu abondants dans l'eau de mer et sont en effet, peu abondants dans le plasma. Donc on voit à peu près une bonne corrélation. Et donc, pour avoir cette corrélation, en effet, il faut rapporter les métaux du vivant à la quantité d'eau de mer. Pourquoi ? Et je reviendrai après sur cette histoire de... vous voyez ici "fer dans la mer ancienne", qu'est-ce que ça veut dire ? Je reviens ici... En effet, comme vous le voyez ici, la corrélation par contre, entre la concentration des atomes dans l'eau de mer et la concentration des atomes dans la croûte terrestre, là la corrélation est extrêmement mauvaise. Parce qu'il y a tout un tas de paramètres physico-chimiques qui déterminent la disponibilité dans l'un ou l'autre des milieux, et parce que, en particulier, il y a un problème de solubilité. Je l'exprime ici dans le cas du fer, mais autant le fer à l'état Fe2+, le fer ferreux est soluble, autant le fer(III) ne l'est pas. Et dans une atmosphère comme dans notre atmosphère actuelle, c'est-à-dire oxydante en présence d'oxygène, le fer qui est à la surface de la Terre est oxydé, sous forme fer(III) et donc essentiellement sous forme d'oxyde de fer. Ici, c'est un hydroxyde mais si les réactions continues, vous arrivez à de l'hématite, de la magnétite, enfin, des oxydes de fer. Et en fait, ici vous avez des informations qui vous donnent une idée de "l'extractabilité" des éléments de la Terre vers la mer. Et si on admet que les organismes vivants ont surtout utilisé les éléments qui étaient solubles dans l'eau de mer, évidemment, une telle information vous explique pourquoi le fer qui est si abondant à la surface de la Terre, globalement, comme vous le voyez ici, il n'est en fait pas dans la corrélation, il est très peu abondant dans l'eau de mer. Parce qu'en fait dans l'eau de mer il n'est pas en proportion de ce qu'il est à la surface de la Terre à cause de ce phénomène de précipitation, il y a très peu de fer soluble et donc le fer est un élément qui est très très peu extractible, c'est-à-dire, qui passe très difficilement de la Terre à la mer. Et à l'inverse, vous avez des métaux comme le molybdène parce que les oxydes de molybdène sont solubles de la même façon que le soufre est très soluble parce qu'il y a des sulfates. ��videmment, les ions alcalins et alcalino-terreux sont très solubles. Vous voyez donc, ce genre de diagramme se lit assez facilement. Voilà et donc au-dessus de la ligne ici, une sorte de ligne de corrélation, vous avez les éléments qui sont très solubles et en-dessous vous avez les éléments les moins solubles et le fer en fait partie. Et donc, c'est pour ça que la corrélation entre quantité de métaux dans un organisme vivant et quantité à la surface de la Terre, cette corrélation est mauvaise. �� l'inverse comme je l'ai montré ici, elle est meilleure si vous considérez cette corrélation avec l'eau de mer. Ici, donc, "fer dans la mer ancienne", je l'évoquerai à plusieurs reprises, mais évidemment, l'histoire de la Terre est telle que les conditions, rédox en particulier, n'ont pas été les mêmes tout le temps. Et dans une atmosphère où n'existait pas l'oxygène et ça s'est produit, le fer était à l'état fer(II) donc soluble et donc il y a eu en effet, une mer ancienne dans laquelle il y avait des quantités importantes de fer et ce fer a été à ce moment-là utilisé de façon très abondante par le vivant et ensuite, on le verra, même si la précipitation a eu lieu au moment où l'oxygène est arrivée à la surface de la Terre, il s'est passé des tas de choses à ce moment-là, mais en particulier cela, comme vous le verrez, le fer est un élément tellement extraordinaire sur le plan chimique qu'il a été conservé et que les organismes vivants ont réagi en mettant en place des stratégies pour résoudre le problème de la non-disponibilité nouvelle du fer, et encore aujourd'hui, évidemment, le fer est un élément très très important, même s'il n'est pas disponible dans l'eau de mer. [...]

[noir_ecaille]

Je vais lire tout de suite ! Rien qu'à l'idée qu'on étudie la possibilité d'appliquer les développements récents concernant les fumeurs (blancs en particuliers) à l'exobiologie

C'est génial toutes ces références Geb

[Geb]

C'est génial toutes ces références Geb

Pas de quoi. Je te remercie de manifester ton intérêt. En ce qui me concerne, j'ai déjà traduit les textes principaux des 3 premiers papiers de la 44e Conférence des sciences lunaires et planétaires. Pour l'instant je suis assez déçu parce qu'en 2 pages, on voit bien qu'ils n'ont pas de quoi raconter grand-chose.

Cordialement.

[Geb]

Pour ceux que ça intéresse, je viens de terminer ma traduction personnelle de l'anglais vers le français du papier de Martin & Russell (2007) qui a motivé l'ouverture de cette discussion il y a un peu plus d'un an.

Je me suis dit que ce serait peut-être sympa d'écrire ne serait ce que ma traduction du résumé de l'article ainsi que de l'introduction.

De l'origine de la biochimie à un évent hydrothermal alcalin

Résumé

Une modèle pour l'origine de la biochimie à un évent hydrothermal alcalin a été développé qui se concentre sur la voie de l'acétyl-CoA (voie de Wood-Ljungdahl) de fixation du dioxyde de carbone et de métabolisme intermédiaire central, menant à la synthèse des constituants des purines et des pyrimidines. L'idée que l'acétogenèse et la méthanogenèse étaient les formes ancestrales du métabolisme énergétique parmi respectivement les premières cellules eubactériennes et archéobactériennes autonomes, est en toile de fond. La synthèse de ptérines formylées, qui sont des intermédiaires essentiels de la voie de Wood-Ljungdahl et de la biosynthèse des purines conforte l'idée de systèmes métaboliques avec des exigences bioénergétiques importantes qui semblerait établir un lien entre certaines, mais pas toutes les étapes de la réduction du CO2 avec les processus géochimiques à l'intérieur ou à la surface de la croûte terrestre. Des analogues prébiotiques du cœur des réactions biochimiques catalysées de manière inorganique, impliqués dans la synthèse de méthyle dépendante de la ptérine de la voie moderne de l'acétyl-CoA sont considérés. Les composés suivants apparaissent comme des candidats probables ayant joué un rôle central dans la chimie prébiotique : les sulfures de métaux, le formate, le monoxyde de carbone, le sulfure de méthyle, l'acétate, le phosphate de formyle, le carboxyphosphate, le carbamate, le phosphate de carbamoyle, les thioesters d'acétyle, le phosphate d'acétyle, peut-être le sulfure de carbonyle et finalement les ptérines. Le carbone a pu entrer dans le métabolisme primitif via des réactions à peine différentes de celles de la voie moderne de Wood-Ljungdahl, la réaction de la pyruvate synthase et le cycle inversé et incomplet de l'acide citrique. Les intermédiaires clés riches en énergie étaient peut-être les thioesters d'acétyle, avec le phosphate d'acétyle servant peut-être comme l'intermédiaire universel d'énergie métabolique avant l'origine des gènes. L'azote a pu entrer dans le métabolisme sous la forme de NH3 géochimique à travers deux voies : la synthèse de phosphate de carbamoyle et les transaminations réductrices d'alpha-cétoacides. Ensemble avec les intermédiaires de la synthèse du méthyle, ces deux voies de l'assimilation de l'azote fourniraient directement tous les intermédiaires modernes de la biosynthèse des purines et des pyrimidines. Des considérations thermodynamiques associées à la synthèse de ptérines formylées suggèrent que la capacité à se servir du gradient de protons naturel pré-existant à l'interface entre l'évent et l'océan grâce à l'ATP synthase est plus vieille que la capacité à générer un gradient de protons avec une chimie qui est spécifiée par des gènes.

[Geb]

Et voilà la traduction de l'introduction du papier de 2007 de Martin & Russell paru dans Philos Trans R Soc Lond B :

1. Introduction

Il y a moins de 30 ans que les évents hydrothermaux sous-marins ont été découverts. Depuis leur découverte, les gens ont considéré l'idée, en tant qu'alternative à la soupe prébiotique (Haldane, 1929), que la vie ait pu apparaître au niveau des évents hydrothermaux sous-marins (Corliss et al., 1981 ; Baross & Hoffman 1985). Cette idée est souvent écartée par ses opposants sur les bases que les évents hydrothermaux sous-marins sont simplement trop chauds pour avoir quoi que ce soit à voir avec l'origine de la vie. Bien qu'il soit vrai que la vie n'ait pas pu apparaître à approximativement 400°C, il n'est pas vrai que tous les évents hydrothermaux sont si chauds. Certains évents hydrothermaux sont beaucoup plus froids que les célèbres premiers d'entre eux qui ont été découverts, appelés fumeurs noirs. De tels évents alcalins, comme Lost City près de la dorsale médio-Atlantique, présente de l'eau très riche en H2 d'environ 40 à 90°C (Kelley et al., 2005 ; Proskurowski et al., 2006). Bien que de tels évents ont existé depuis au moins 30000 ans (Früh-Green et al., 2003), ils sont connus depuis environ 5 ans, donc les biologistes et les géochimistes n'ont pas eu beaucoup de temps pour penser à leurs implications pour l'origine de la vie ou de faire des expériences qui simulent leurs conditions en laboratoire. Un d'entre nous pensait déjà à ce type d'évent alcalin sous-marin pour l'origine de la vie avant qu'ils ne soient découverts. Russell et al. (1994, p. 231), écrivirent :

Nous proposons que la vie a émergé à partir d’agrégats de bulles de sulfure de fer en croissance contenant une solution hydrothermale alcaline et hautement réductrice. Ces bulles étaient enflées de manière hydrostatique au niveau des sources chaudes sous-marines riche en soufre, située à une certaine distance des rides océaniques il y a 4 milliards d'années.

Les évents de Lost City :

- sont situés à une certaine distance d'une ride médio-océanique,
- présentent une eau hautement réductrice contenant une quantité relativement faible de sulfure (Kelley et al., 2001),
- forment des microcompartiments ressemblant à des bulles (Kelley et al., 2005).

Les réflexions à propos de l'origine de la vie ont donc menées par déduction à un type particulier d'évent hydrothermal qui a été découvert par la suite ; un tel évent pourrait également avoir existé il y a 4 milliards d'années.

L'idée que les premières formes d'organismes sur Terre étaient des autotrophes (satisfaisants leurs besoins en carbone à partir du CO2 uniquement) est légèrement plus ancienne que l'idée d'une soupe prébiotique (Haldane, 1929). Le biologiste russe Mereschkowsky (1910, p. 360) tandis qu'ils considéraient la nature des premiers organismes a déduit qu'ils étaient :

-des anaérobes et qu'ils avaient

"la capacité de synthétiser des protéines et des glucides (ces derniers sans l'aide de chlorophylle) à partir de substances inorganiques" ["Fähigkeit, Eiwei��e und Kohlenhydrate (letzteres ohne Vermittlung des Chlorophylls) aus unorganischen Stoffen zu bilden"].

Leduc (1911) et d'autres (Hartman, 1975 ; Fuchs & Stupperich, 1985 ; Fuchs, 1986 ; Morowitz et al., 2000) ont également suggéré que les formes de vie les plus primitives étaient des autotrophes. Mais beaucoup de scientifiques préfèrent toujours l'idée d'une soupe prébiotique (Bada & Lazcano, 2002) dans laquelle les premiers organismes auraient survécu à partir de l'oxydation de composés organiques réduits issus de la soupe (de Duve, 1991). Quelle que soit la façon dont la vie est apparue, ou l'état ancestral du métabolisme microbien, le processus global de l'émergence de la vie doit avoir été thermodynamiquement favorable, sinon, il n'aurait pas eu lieu. Les évents hydrothermaux sont attrayants de ce point de vue, parce que l'interface entre le H2 hydrothermal et le CO2 dissout dans l'océan à partir de l'atmosphère primitive (Osborn, 1917 ; Goldschmidt, 1952). L'équilibre chimique du système H2/CO2 dans des conditions hydrothermales favorise la synthèse de composés carbonés réduits, les constituants essentiels de la vie, peu importe la voie réactionnelle prise pour y arriver (Shock, 1990 ; Shock et al., 1998). D'un point de vue haut-bas (du présent vers le passé, par biochimie comparative), parmi les réactions métaboliques anaérobies essentielles des microbes qui impliquent le H2 en tant que donneur d'électrons (Schönheit & Schäfer, 1995 ; Amend & Shock, 2001), les méthanogènes et les acétogènes sortent du lot, parce qu'ils synthétisent leur adénosine triphosphate (ATP ; tableau 1) en réduisant le CO2. Ils font cela avec l'aide de la voie de l'acétyl-coenzyme A (voie de l'acétyl-CoA ; voie de Wood Ljungdahl) de fixation du CO2 (Fuchs, 1986). La voie de l'acétyl-CoA possèdent plusieurs caractéristiques biochimiques qui indiquent son caractère ancestral (Fuchs & Stupperich, 1985), d'après la liste de Fuchs (1989) :

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

D'un point de vue bas-haut (du passé vers le présent, ou une perspective géochimique), les évents hydrothermaux fournissent une source durable d'énergie chimique, en vertu du potentiel chimique de H2/CO2. Les conditions d'un évent hydrothermal favoriseraient la synthèse de l'acétate à des concentrations d'approximativement 5 mmol/kg à approximativement 150°C (Shock, 1992), de même si le fluide hydrothermal se mélange à l'eau de mer anoxique à 40°C (Shock, 1990 ; Shock et al., 1998). De plus, la structure interne microporeuse des évents hydrothermaux fournit une solution au problème semblant insurmontable de comment était-il possible d'atteindre des concentrations suffisantes des constituants organiques de systèmes auto-reproducteurs afin que quelque chose comme un système auto-reproducteur puisse émerger (Russell & Hall, 1997 ; Martin & Russell, 2003). Ce problème important de comment les composants chimiques de la vie ont-ils pu atteindre des concentrations molaires suffisantes pour réagir est ce que de Duve (1991) a appelé avec justesse le "problème de la concentration". Les structures internes microporeuses au niveau des évents hydrothermaux pourraient, en principe, fournir le mécanisme de concentration nécessaire à l'origine de la vie.

Dans des publications précédentes, nous avons développé l'idée que la vie ait pu émerger dans des précipités structurés de monosulfure de fer dans un évent hydrothermal alcalin au niveau d'un gradient rédox, de pH et de température entre le fluide hydrothermal riche en sulfure et les eaux contenant du fer(II) au niveau du plancher océanique à l'Hadéen (Russell et. al, 1994 ; Russell & Hall, 1997 ; Martin & Russell, 2003). La compartimentation tridimensionnelle croissant naturellement observée de manière naturelle à l'intérieur d'un site d'émanation fossilisé de précipités de sulfure de métal a mené à l'idée que de tels compartiments inorganiques aient pu être les précurseurs fonctionnels des parois et membranes cellulaires des procaryotes vivants en liberté (Russell & Hall, 1997). Les découvertes que le FeS catalyse la synthèse de CH3SH (méthanethiol ou méthylmercaptan ; Heinen & Lauwers, 1996 ; Schulte & Rogers, 2004) à partir de CO2 et de H2S et que le FeS et le NiS catalysent tous les deux la synthèse d'un thioester appelé thioacétate de méthyle (CH3COSCH3), à partir de CO et de sulfure de méthyle (Huber & Wächtershäuser, 1997), suggérait davantage que des synthèses prébiotiques analogues ont eu lieu à l'intérieur de tels compartiments au niveau de l'évent. La compartimentation aurait pu retenir les produits des réactions de se diffuser dans l'océan, fournissant des concentrations suffisantes d'intermédiaires organiques pour permettre à quelque chose comme le monde à ARN de voir le jour. Ces compartiment naturellement formés, composés de parois catalytiques, aurait pu abriter les premiers systèmes auto-reproducteurs (Koonin & Martin, 2005), les précurseurs supportant la réplication ayant été synthétisés in situ, de manière géochimique et biogéochimique, et avec les centres en FeS (et en NiS) jouant le rôle catalytique décisif. L'ancêtre universel de la vie ainsi déduit n'aurait pas été une cellule vivant librement, mais plutôt confinée dans les compartiments en FeS naturellement chimiosmotiques à l'intérieur desquels elle a vu le jour (Martin & Russell, 2003 ; Koonin & Martin, 2005).

Une origine hydrothermale (avec une concentration des produits des synthèses prébiotiques catalysées par les sulfures de métaux à l'intérieur de micro-compartiments formés naturellement à un évent hydrothermal alcalin chaud) est hautement compatible avec le point de vue selon lequel la voie de l'acétyl-CoA de fixation du carbone pourrait être la voie biochimique la plus primitive de réduction du CO2 (Fuchs & Stupperic, 1985 ; Fuchs, 1989). C'est parce que, en sus des caractéristiques listées ci-dessus par Fuchs (1989), la voie de l'acétyl-CoA est :

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

Ceci a conduit à la notion que le mont hydrothermal au sein duquel la vie a évolué aurait pu avoir produit de l'acétate comme produit dérivé géochimique avant que la biochimie n'ait débuté (Russell & Martin, 2004).

Mais la voie de l'acétyl-CoA a besoin d'un groupement méthyle afin d'opérer, dont la synthèse est :

- essentiel à la production du groupement acétyle
- nécessite un apport d'énergie dans la biochimie moderne (Thauer, 1998 ; Maden, 2000 ; Graham & White, 2002 ; Müller, 2003), ce qui pose un problème bioénergétique dans le contexte des origines autotrophes.

Ici, nous évaluons l'origine du groupement méthyle dans les versions modernes de la voie de l'acétyl-CoA tel qu'elle a lieu dans les acétogènes et les méthanogènes et en termes de synthèse prébiotique. Nous évaluons l'apport de carbone, de phosphate et d'azote dans le métabolisme et proposons un schéma simple de métabolisme central qui fournit directement les composés à partir desquels les bases de l'ARN sont synthétisées dans les cellules modernes. Nous identifions un problème bioénergétique curieux lié à la synthèse primitive de ptérines formylées, auquel la nature chimiosmotique des évents alcalins pourrait permettre une solution éventuelle.

[Geb]

Je me rends bien compte que j'aurais dû faire l'inverse, mais voici ma traduction personnelle du résumé et de l'introduction de l'article de 2003 de Martin & Russell publié dans Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci.

De l'origine des cellules : une hypothèse pour les transitions évolutives de la géochimie abiotique aux procaryotes chimioautotrophes, et des procaryotes au cellules nucléées

Toute vie est organisée sous la forme de cellules. La compartimentation physique de l'environnement et l'organisation autonome de réaction d'oxydo-réduction en leur sein sont les attributs les mieux conservés des choses vivantes, par conséquent, la matière inorganique avec de tels attributs serait l'ancêtre le plus probable de la vie. Nous proposons que la vie a évolué dans des précipités structurés de monosulfure de fer au lieu d'infiltration sur le site d'un mont hydrothermal à un gradient redox, de pH et de température entre le fluide hydrothermal riche en sulfure et les eaux contenant du fer(II) au niveau du plancher océanique à l'Hadéen. La compartimentation tridimensionnelle surgissant naturellement, observé au sein de précipités en sulfure métallique de site d'infiltration hydrothermale fossile indique que ces compartiments inorganiques ont été les précurseurs des parois cellulaires et des membranes que l'on trouve chez les procaryotes vivants en liberté. La capacité connue du FeS et du NiS de catalysée la synthèse de thioacétate de méthyle à partir de monoxyde de carbone et de sulfure de méthyle, constituants du fluide hydrothermal, indique que les synthèses prébiotiques ont eu lieu dans les surfaces internes de ces compartiments faits de sulfure métallique, qui retenaient en outre les produits ayant réagit de diffuser dans l'océan, fournissant des concentrations suffisantes des réactifs pour forger la transition de la géochimie à la biochimie. La chimie de ce qui est connu comme le monde à ARN pourrait avoir pris place à l'intérieur de ces compartiments formés de murs catalytiques apparaissant naturellement pour donner naissance à des systèmes réplicateurs. Des concentrations suffisantes de précurseurs pour soutenir la réplication auraient été synthétisés in situ de manière géochimique et biogéochimique, avec des centres en FeS (et NiS) jouant le rôle catalytique central. L'ancêtre universelle que nous imaginons ne vivait pas en liberté mais était plutôt confiné au sein de compartiments en FeS naturellement chimiosmotique à l'intérieur desquels la synthèse de ses constituants avait lieu. Les premières cellules vivants en liberté sont supposées être des eubactéries et des archéobactéries chimioautotrophes qui ont émergées il y a plus de 3,8 milliards d'années de leur confinement inorganique. Nous proposons que l'émergence de ces lignées procaryotes à partir de ces confins inorganiques eut lieu de manière indépendante, facilité par des origines indépendantes de la biosynthèse lipidique des membranes : éther isoprénoïde pour les membranes des archéobactéries et ester d'acide gras pour les membranes de la lignée des eubactéries. Les attributs partagés par tous les procaryotes sont interprétés comme les héritages de leur ancêtre universel confiné. Les attributs qui distinguent les eubactéries des archéobactéries sont interprétés comme les reliques de leur phase de différentiation après la divergence de l'ancêtre universel confiné et avant l'origine du style de vie chimioautotrophe en liberté. Les attributs partagés par les eucaryotes avec les eubactéries et les archéobactéries respectivement, sont interprétés comme des héritages via la symbiose. Les attributs uniques aux eucaryotes sont interprétés comme des inventions spécifiques à leur lignée. L'origine du système endomembranaire eucaryote et de la membrane nucléaire sont suggérés comme étant le résultat fortuit de l'expression des gènes pour la synthèse lipidique de la membrane eubactérienne par un appareil génétique archéobactérien dans un compartiment qui n'était pas entièrement préparé à s'accommoder de tels composants, résultant en des vésicules de lipides eubactériens qui s'est accumulé dans le cytosol autour de leur site de synthèse. Sous ces prémisses, la division la plus ancien dans le monde vivant est celle entre les eubactéries et les archéobactéries, tandis que le grade évolutif le plus grand est celui entre les procaryotes et les eucaryotes.

1. Introduction

La Terre est âgée de 4,5 milliards d'années et le premier océan avait condensé vers environ 4,4 milliards d'années (Wilde et al., 2001). Il y a de bonnes raisons de croire que la vie est apparue ici vers environ 3,8 milliards d'années, parce que les données des isotopes de carbone fournissent une preuve de fixation biologique du carbone dans des roches sédimentaires de cette âge (Mojzsis et al., 1996 ; Rosing, 1999 ; Nisbet & Sleep, 2001 ; Ueno et al., 2002). Vers environ 3,5 milliards d'années, les stromatolithes étaient présents, des tapis microbiens signes d'une déposition par des procaryotes photosynthétiques (Walter, 1983 ; Nisbet & Sleep, 2001). Vers 1,5 milliards d'années, les dénommés acritarches devinrent raisonnablement abondants, des microfossiles d'organismes unicellulaires qui sont presque certainement eucaryotes (Javaux et al., 2001) et probablement des algues grâce à une paroi cellulaire fraîchement préservée. Vers 1,2 milliards d'années, des organismes multicellulaires spectaculairement préservés sont apparus et étaient très probablement des algues rouges (Butterfield, 2000). Il y a eu des rapports de restes plus anciens prétendument eucaryotes, mais ils sont équivoques. Par exemple, Grypania est une fossile de 2,1 milliards d'années (Han & Runnegar, 1992), mais il pourrait tout aussi bien être un procaryote filamenteux qu'un eucaryotes filamenteux, parce que la structure cellulaire du fossile n'est pas préservée. Plus récemment, des stéranes ont été trouvés dans des sédiments de 2,7 milliards d'années fournissant prétendument la preuve de l'existence des eucaryotes à cette époque (Brocks et al., 1999), mais plusieurs groupes de procaryotes incluant les protéobactéries méthanotrophes (voir Schouten et al., 2000), les myxobactéries (Kohl et al., 1983) et les cyanobactéries (Hai et al., 1996) font les mêmes genres de composés (par exemple le cholestérol) prétendument spécifiques aux eucaryotes, si bien que la preuve par le stérane pour l'âge des eucaryotes est au mieux, douteuse. De la matière faite de carbone ultra-léger qui porte la signature isotopique du méthane produit biologiquement remonte à 2,7 milliards d'années (Hayes, 1994), fournissant la preuve d'une distinction entre eubactéries (méthanotrophes) et archéobactéries (méthanogènes) à cette époque tout du moins, et indicant en outre que les arguments pour l'origine des archéobactéries il y a seulement 850 millions d'années (Cavalier-Smith, 2002) doivent être erronés.

Ces repères géologiques fournissent une orientation grossière mais robuste du processus de l'évolution primitive : l'origine des procaryotes vers au moins 3,5 milliards d'années et l'origine des eucaryotes vers au moins 1,5 milliards d'années. Mais les biologistes aussi bien que les géologues voudraient connaître un peu plus de détails. Que s'est-il passé durant ces premiers 2,5 milliards d'années ? Comment la vie a-t-elle émergé du sol pour commencer ? Pourquoi a-t-il fallu si longtemps aux eucaryotes pour apparaître ? Pourquoi les deux groupes de procaryotes contemporains (les eubactéries et les archéobactéries) sont-ils si génétiquement cohérents et pourtant si biochimiquement différents ? Pourquoi n'y a-t-il pas de formes intermédiaires entre l'organisation procaryote et l'organisation eucaryote ? D'où est venu le noyau ? Ici, nous examinons les processus évolutifs qui pourraient sous-tendre les différences entre les eubactéries et les archéobactéries et qui pourraient sous-tendre les différences entre les procaryotes et les eucaryotes ainsi que les modèles en mosaïque des attributs (Zillig, 1991) partagés entre les trois.

[Geb]

Je n'ai malheureusement pas trouvé d'articles téléchargeables sur le site de l'édition 2012 de l'AbSciCon.

En revanche, il y a le programme de cette conférence (104 pages), qui s'est tenue du 16 au 20 avril 2012 au Georgia Institute of Technology d'Atlanta.

Les sessions auxquelles Mike Russell avait participé sont les suivantes (résumés en lien) :

TUESDAY, APRIL 17, 2012

Mineral-based Catalysis on the Prebiotic Earth

Schoonen M. A.
The Availability of Metal Sulfides on the Hadean Earth and its Limitation on Mineral-Based Catalysis

White L. M. Russell M. J. Mielke R. E. Kanik I. Bhartia R. Stockton A. M. Stucky G. D.
Hydrothermal Fabrication of Iron Sulfide Chimneys and Organic Molecules

Ohara S. Boctor N. Z. Cody G.
Prebiotic Iron−Sulfur Clusters Synthesized from Amino Acid Aqueous Solutions with Pyrrhotite

Russell M. J. Nitschke W.
42: The must-have element to get life started

Shumlas S. L. Bhandari N. Gordon A. D. Smirnov A. Schoonen M. A. Strongin D.
Ammonia Formation on Molybdenum-Modified Iron Sulfide Surfaces

Barge L. M. Doloboff I. J. Kanik I. Russell M. J.
Inorganic Precipates as Electrochemical Energy Traps at Alkaline Vents on the Early Earth

Cornish J.
Explaining the Origin of Life: Making a film for cable television

Chemical Evolution and the Transition to Living Matter

Stockton A. M. White L. M. Mora M. F. Cable M. L. Mielke R. E. Russell M. J. Willis P. A.
Detection and Analysis of Amino Acids and Dipeptides Produced in an Alkaline Hydrothermal Vent
Reactor

Plausible Geochemical Conditions on the Prebiotic Earth

Beck A. Gardenghi D. Harris T. Szilagyi R.
Development of Computational Methods to Simulate Molecular Fe-S Cluster Formation on Mineral Surfaces

Das D. Omosun T. Childers S. W. Mehta A. K. Lynn D. G.
Peptide Membranes: Possible templates and catalysts for chemical evolution

Deere T. M. Lessner F. H. Lessner D. J.
Examining Iron-Sulfur Cluster Biogenesis in the Domain Archaea

Doloboff I. J. Barge L. M. Russell M. J. Kanik I.
Examining Morphology and Electrochemistry of Iron-Phosphate-Silicate Chemical Garden Structures: An Alkaline
Hydrothermal System Analog


THURSDAY, APRIL 19, 2012

Serpentinization in Astrobiology: From Molecular to Cosmic Scales

Sleep N. H.
Serpentinization and the origin of life

Russell M. J. Branscomb E.
The tectonic production of serpentinizing fracture engines led to onset of metabolism

Sherwood Lollar B. Lacrampe-Couloume G. Onstott T. C. Ballentine C. J.
Serpentinization in space and time: H2 generation for life from the worlds’ oldest rocks

Wiegel J. Mesbah N. M.
Polyextremophiles: Anaerobic halophilic alkalithermophiles with high resistance to UV radiation

Brazelton W. Nelson B. Szponar N. Morrill P. L. Schrenk M. O.
Metagenomic evidence for subsurface microbial activity fueled by serpentinization

Ehlmann B. L.
Serpentinization on Mars: Evidence, Implications and Needed Measurements

Vance S.
In Situ Investigations of Serpentine Settings for Habitability Characterization and Life Detection

Bonne lecture.

[dr.Garou]

Je trouve que dans tous ces résumés le sort de l'azote est expédié un peu vite, abscons "NH3 d'origine géochimique"; à quoi bon découvrir un métabolisme abiotique s'il ne peut conduire à rien? Il est dit dans ces résumés que de tels évents existent toujours, y a-t-on trouvé des cellules à paroi de sulfure ferreux, ayant concentré des substances organiques; un tel résultat donnerait corps à cette intéressante hypothèse.

[Geb]

Je trouve que dans tous ces résumés le sort de l'azote est expédié un peu vite, abscons "NH3 d'origine géochimique";

Le résumé de l'article de 2007 que j'ai traduit ci-dessus est tout de même plus explicite sur ce point. Il cite quand même deux "points d'entrée" de l'azote dans le métabolisme primitif :

[...] L'azote a pu entrer dans le métabolisme sous la forme de NH3 géochimique à travers deux voies : la synthèse de phosphate de carbamoyle et les transaminations réductrices d'alpha-cétoacides. Ensemble avec les intermédiaires de la synthèse du méthyle, ces deux voies de l'assimilation de l'azote fourniraient directement tous les intermédiaires modernes de la biosynthèse des purines et des pyrimidines. [...]

à quoi bon découvrir un métabolisme abiotique s'il ne peut conduire à rien?

Qu'entends-tu par là ? En quoi cela s'applique aux travaux de Mike Russell et al. ? Pourrais-tu être plus explicite s'il-te-plaît ?

Il est dit dans ces résumés que de tels évents existent toujours, y a-t-on trouvé des cellules à paroi de sulfure ferreux, ayant concentré des substances organiques; un tel résultat donnerait corps à cette intéressante hypothèse.

En fait, comme tu l'imagines sans aucun doute, les conditions au niveau du plancher océanique au début de l'Hadéen il y a ~4,4 milliards, ne sont pas les mêmes qu'actuellement. Premièrement, il n'y a pas (ou très peu) d'oxygène dissous dans l'eau. Deuxièmement, il n'y a pas de formes de vie pour rapidement consommer toute matière utile (comme le NH3 par exemple) dès qu'elle est produite (ce qui est le cas dans les évents alcalins actuels). Troisièmement, l'océan actuel est beaucoup moins riche en métaux dissous (surtout le fer, mais aussi le nickel) et n'est plus acide comme il aurait pu l'être au début de l'Hadéen (à cause du CO2 atmosphérique dissous dans l'océan).

Les évents alcalins contemporains permettent surtout de se faire une idée des sources de bases (quantité approximative d'H2, de CH4, de NH3) ainsi que des conditions physico-chimique du fluide hydrothermal (température, pH) et de la durée de vie de ces systèmes hydrothermaux (au moins 30000 ans pour "Lost City").

Finalement, le labo de Mike Russell qui a reçu une "bourse" de 8 millions de dollars de la NASA, a permis de s'attacher à la construction d'un évent hydrothermal qui permette de simuler les conditions à l'Hadéen. Cependant, le "tube à essai" (ou le "réacteur") fait quelques dizaines de cm³. En comparaison, un véritable système hydrothermal alcalin actuel peut présenter des cheminées de 30 à 60 mètres de hauteur. L'expérience de Russell est donc extrêmement limitée, à la fois sur la durée (moins de 2 semaines de fonctionnement continu à ma connaissance) et sur la taille de la "surface de réaction" disponible pour les synthèses abiotiques.

Je tiens d'ailleurs à mentionner que ces bulles en FeS et NiS ont bien été reproduites en laboratoire dans des conditions anoxiques.

Aussi, un des résumés mentionnés en lien au message #188 me semble plutôt encourageant malgré ces importantes limitations...

Detection and Analysis of Amino Acids and Dipeptides Produced in an Alkaline Hydrothermal Vent Reactor

Despite tremendous advances in the field of Astrobiology, we are still without an experimentally verified unifying theory containing all key steps in the transformation of inanimate matter into living material. Our model assumes that life was made possible by the transition from aqueous geochemistry to a self-organizing metabolic engine enabled by inorganic chemiosmotic compartments. These inorganic membranes are found at submarine vents in places where hydrogen-bearing water at around 70°C exits from a serpentinizing (non-magmatic) source on the ocean floor. The early Earth undoubtedly contained these vents, and it is possible that they are ubiquitous on wet, rocky planets. The Hydrothermal Vent Simulation Reactor (HVSR), designed and built at JPL, produces samples that are saline and high in dissolved dissolved sulfur as bisulfide and, in lower pH samples, iron. This makes low-concentration organic analysis challenging. Microcapillary electrophoresis (μCE) analyses with laser-induced fluorescence (LIF) detection have proven robust to these conditions and therefore provide a unique analysis method for obtaining a complete organic inventory of these samples. Here, we report the analysis of samples from the hydrothermal vent reactor for amine-containing species. We have identified many organic amines and amino acids, and preliminary data suggests the formation of some dipeptides in the HVSR at concentrations up to 100s of nM. While the mechanism of dipeptide formation in the HVSR is still unknown, its presence suggests the materials necessary for the first proteoenzyme, such as acetyl-coenzyme A, were likely available in a Hadean hydrothermal system. This work demonstrates the ability of portable μCE-LIF systems to analyze very low concentration biomarkers in extreme and complex samples, and preliminarily supports the formation of amino acids and small amino acid-containing biopolymers.

Ce qui signifie approximativement :

Détection et analyse d'acides aminés et de dipeptides produits dans un réacteur d'évent hydrothermal alcalin.

Malgré les formidables avancées dans le domaine de l'exobiologie, nous sommes toujours sans une théorie unificatrice vérifiée expérimentalement contenant toutes les étapes clés de la transformation de la matière inanimée en matière vivante. Notre modèle suppose que la vie a été rendue possible par la transition de la géochimie en milieu aqueux à un moteur métabolique s'auto-organisant permis par des compartiments chimiosmotiques inorganiques. On trouve ces membranes inorganiques au niveau des évents sous-marins dans des endroits où de l'eau à environ 70°C comportant de l'hydrogène sort d'une source en serpentinisation (non-magmatique) sur le plancher océanique. La Terre primitive contenait sans aucun doute ces évents et il est possible qu'ils soient omniprésents sur les planètes rocheuses humides. Le Réacteur de Simulation d'��vent Hydrothermal (RSEH), conçu et construit au JPL, produit des échantillons salins et concentrés en soufre dissous comme l'hydrosulfure et dans les échantillons avec un pH moindre, du fer. Ceci rend l'analyse de composés organiques dont la concentration est basse difficile. Des analyses par électrophorèse microcapillaire (μCE) avec une détection par fluorescence induite par laser (FIL) se sont révélées robustes dans ces conditions et fournissent donc une méthode analytique incomparable pour obtenir un inventaire organique complet de ces échantillons. Ici, nous faisons un rapport de l'analyse des échantillons du réacteur d'évent hydrothermal pour les espèces chimiques contenant des amines. Nous avons identifié beaucoup d'amines organiques et d'acides aminés et les données préliminaires suggèrent la formation de certains dipeptides dans le RSEH à des concentrations allant jusqu'à des centaines de nanomolaires. Bien que le mécanisme de formation de dipeptide dans le RSEH est encore inconnu, ça présence suggère que les matériaux nécessaires pour la première protéoenzyme, telle que l'acétyl-coenzyme A, étaient probablement disponibles dans un système hydrothermal à l'Hadéen. Ce travail démontre la capacité des systèmes μCE-FIL portables d'analyser des biomarqueurs à très basse concentration dans des échantillons extrêmes et complexes et soutien de manière préliminaire la formation d'acides aminé et de petits biopolymères contenant des acides aminés.

Cordialement.

[dr.Garou]

[...] L'azote a pu entrer dans le métabolisme sous la forme de NH3 géochimique à travers deux voies : la synthèse de phosphate de carbamoyle et les transaminations réductrices d'alpha-cétoacides. Ensemble avec les intermédiaires de la synthèse du méthyle, ces deux voies de l'assimilation de l'azote fourniraient directement tous les intermédiaires modernes de la biosynthèse des purines et des pyrimidines. [...]

D'où venait ce NH3 si l'atmosphère primitive était, comme semblent l'indiquer les théories actuelles constituée d'azote diatomique; je n'ai connaissance d'un processus qui pourrait conduire de N2 à NH3 à partir d'un phénomène géochimique;

Quant à mon interrogation sur le métabolisme qui ne mène à rien, j'entends par là que je ne vois pas très bien où se trouverait le point de départ vers la synthèse d'un matériel chimique doté d'un potentiel auto-réplicatif, pouvant éventuellement conduire au vivant.

Je ne remets par en cause ta théorie, mais il m���apparaît qu'il manque beaucoup de briques à ton mur pour parvenir à une théorie cohérente de l'apparition du vivant; par contre, comme source de carbone et d'énergie, on tient là un fil plutôt intéressant.

[Deedee81]

Salut,

Je ne remets par en cause ta théorie, mais il m���apparaît qu'il manque beaucoup de briques à ton mur pour parvenir à une théorie cohérente de l'apparition du vivant; par contre, comme source de carbone et d'énergie, on tient là un fil plutôt intéressant.

Ce n'est pas SA théorie

Je suis toujours en train de potasser la chimie pré-biotique ainsi que les réseaux catalytiques. Je trouve aussi qu'il manque pas mal de briques. Pas contre, il faut quand même le signaler, on voit se dessiner un mur là où y a vingt ans on ne voyait que des briques éparses Les travaux de Russel et Cie, les travaux de l'institut Weizzmann, et les centaines de travaux de ces dernières années (les publications sont vraiment en train d'exploser) ont énormément avancé.

Il manque, c'est mon avis, une synthèse globale de "où en sommes-nous". Une synthèse en un millier de pages par exemple (c'est fastidieux de chercher toutes les références, de chercher ce qui est intéressant, etc. Un état des lieux c'est bien pratique à certains moments)

[Geb]

D'où venait ce NH3 si l'atmosphère primitive était, comme semblent l'indiquer les théories actuelles constituée d'azote diatomique; je n'ai connaissance d'un processus qui pourrait conduire de N2 à NH3 à partir d'un phénomène géochimique;

�� ma connaissance, des émanations mesurables de NH3 n'ont pas encore été mises en évidence au niveau des cheminées hydrothermales de Lost City.

Bien que j'ignore tout de leur contenu, lorsqu'il est question de la réduction abiotique du diazote dissous dans l'eau au niveau des évents hydrothermaux alcalins, quelques uns des papiers les plus souvent cités dans les publications de Russell et al. sont les suivants :

Chemical environments of submarine hydrothermal systems (Shock, 1992)

Reactions depending on iron sulfide and linking geochemistry with biochemistry (Blöchl et al., 1992)

Abiotic nitrogen reduction on the early Earth (Brandes et al., 1998)

A Possible Prebiotic Formation of Ammonia from Dinitrogen on Iron Sulfide Surfaces (Dörr et al., 2003)

Abiotic ammonium formation in the presence of Ni-Fe metals and alloys and its implications for the Hadean nitrogen cycle (Smirnov, 2008)

Quant à mon interrogation sur le métabolisme qui ne mène à rien, j'entends par là que je ne vois pas très bien où se trouverait le point de départ vers la synthèse d'un matériel chimique doté d'un potentiel auto-réplicatif, pouvant éventuellement conduire au vivant.

Le but des travaux de Russell est de démontrer qu'on peut faire beaucoup de choses AVANT l'apparition d'un monde à ARN (autrement dit, avant l'apparition des premiers ribozymes). Cela dit, son modèle implique aussi une phase passant par la synthèse puis la polymérisation d'acides nucléiques. Quant aux mystérieuses voies de synthèse envisageables, d'autres que lui ont déjà proposé des solutions pour les bases de l'ARN, par exemple ici :

The origin of the RNA world: Co-evolution of genes and metabolism (Copley et al., 2007)

Je ne remets par en cause ta théorie, mais il m’apparaît qu'il manque beaucoup de briques à ton mur pour parvenir à une théorie cohérente de l'apparition du vivant; par contre, comme source de carbone et d'énergie, on tient là un fil plutôt intéressant.

De ce que j'en connaisse, le point de vue de Russell est d'éviter de se perdre en tergiversations. Le principe est de tout vérifier expérimentalement. C'est sans doute la raison pour laquelle il n'a jamais proposé dans le détail, à ma connaissance, de théorie de type "hypercycle" (en gros, un modèle "mathématique") pour la synthèse des acides nucléiques.

Il se contente de dire que c'est possible en citant le travail d'autres personnes et en se référant aux contraintes thermodynamiques qui semblent permettre cette synthèse de manière abiotique. Pour le reste, je crois qu'il attend de voir ce qu'on obtient en laboratoire. Malgré les limitations que j'ai déjà mentionné.

Cordialement.

[Geb]

Ce n'est pas SA théorie

Je te remercie de le mentionner. Apparemment, quand c'est moi qui le dit, ça n'a pas le même impact. Même si de mon point de vue, c'est LA théorie intéressante du moment.

Je trouve aussi qu'il manque pas mal de briques.

As-tu une idée des briques dont tu voudrais parler dans cette discussion. Tu as déjà évoqué les "poisons" qui pourraient apparaître aux cours des réactions, quoi d'autres ? Mais sans travaux expérimentaux (que l'équipe de Russell a commencé à petit échelle depuis novembre 2010), cette question risque d'être fort théorique à mon goût.

Pas contre, il faut quand même le signaler, on voit se dessiner un mur là où y a vingt ans on ne voyait que des briques éparses

On le voit très bien à travers la qualité, mais aussi la vitesse à laquelle l'équipe de Russell et ses collègues publient. �� mon sens, cette quantité relativement soudaine de publications (disons, ces 15 dernières années) et la vitesse à laquelle de nouveaux travaux sont publiés, est le reflet, selon moi, qu'ils ont beaucoup de détails à ajouter à l'hypothèse hydrothermale alcaline. Une foultitude de détails qui évidemment m'impressionnent.

Les travaux de Russel et Cie, les travaux de l'institut Weizzmann, et les centaines de travaux de ces dernières années (les publications sont vraiment en train d'exploser) ont énormément avancé.

Tu m'intrigues à citer encore l'Institut Weizmann. Tu pourrais m'indiquer quelques publications qui pourraient expliquer l'intérêt que tu témoignes ?

Parce que franchement, quand moi je vois l'édition de novembre 2012 de la revue Nature, avec 3 articles sur les hypercycles et/ou l'auto-catalyse (ce sur quoi travaille l'Institut Weizmann), je me dis que c'est vraiment la fausse bonne idée.

In Retrospect: The Origin of Life (Hyman & Brangwynne, 2012)

Origins of life: The cooperative gene (Attwater & Holliger, 2012)

Spontaneous network formation among cooperative RNA replicators (Vaidya et al., 2012)

Après tout ce que j'ai lu des travaux de Russell, le dernier article (celui de Vaidya et al.) me fait plus rire qu'autre chose.

Il manque, c'est mon avis, une synthèse globale de "où en sommes-nous". Une synthèse en un millier de pages par exemple (c'est fastidieux de chercher toutes les références, de chercher ce qui est intéressant, etc. Un état des lieux c'est bien pratique à certains moments)

Depuis fin octobre 2011, j'ai lu 259 articles au sujet de l'origine de la vie, la plupart traitant de l'hypothèse de Russell et al.,. ��a doit dépasser allègrement le millier de pages, mais je suis bien placé pour savoir que faire une synthèse est impossible si on a pas en tête ce qui intéresse vraiment les gens (ce qu'ils veulent vraiment savoir).

Tu as des requêtes personnelles à ce propos ?

Cordialement.

[noir_ecaille]

La discrimination du soufre, de l'arsenic, des isotopes lourds des macro-éléments (C, H, O, N, P...), de certains acides aminés "exotiques".

La chiralité préférentielle du vivant.

Les transports d'électrons, gaz ou protons par des molécules organiques complexes.

[Geb]

La discrimination du soufre, de l'arsenic, des isotopes lourds des macro-éléments (C, H, O, N, P...), de certains acides aminés "exotiques".

La chiralité préférentielle du vivant.

Les transports d'électrons, gaz ou protons par des molécules organiques complexes.

Mis à part la "chiralité préférentielle du vivant", je n'ai rien lu concernant les autres processus que tu soulèves dans le cadre de l'étude de l'origine de la vie. Ces derniers relèvent plutôt de la biologie "pure et dure".

J'évoquerai donc dans mon prochain message les trois hypothèses traitées jusqu'ici en matière d'apparition de l'homochiralité dans le cadre de la théorie hydrothermale (pas forcément celle de Russell) de l'origine de la vie.

En effet, il y a une hypothèse privilégiée par Mike Russell (émise en 1993), une autre hypothèse privilégiée par Bill Martin (émise en 2003) et une dernière hypothèse privilégiée par Harold Morowitz (émise en 2005). Cela dit, il ne s'agit de rien de plus que d'hypothèses qu'ils ont pris la peine d'évoquer dans certaines de leurs publications. �� ma connaissance, tous trois savent qu'en définitive une meilleure hypothèse pour l'origine de l'homochiralité pourrait se dégager à l'avenir.

Je pourrais également traité de la façon dont Mike Russell a envisagé l'apparition abiotique du mécanisme chimiosmotique à partir de la géochimie au niveau d'un évent hydrothermal alcalin du début de l'Hadéen (soit au tout début de l'histoire de la transition entre la matière inerte et la matière vivante).

Cordialement.

[Deedee81]

Salut,

Tu as déjà évoqué les "poisons" qui pourraient apparaître aux cours des réactions, quoi d'autres ? Mais sans travaux expérimentaux (que l'équipe de Russell a commencé à petit échelle depuis novembre 2010), cette question risque d'être fort théorique à mon goût.

J'y reviendrai, j'y travaille toujours. Et je ne pourrai pas beaucoup m'étendre sur le sujet (pas de théorie perso ici, même si le mot "théorie" est trop fort).

Mais je vais déjà donner un indice sur le manque de détail des scénarios. Prenons une synthèse abiotique simple, tel qu'on peut en réaliser dans des milieu atmosphérique, aqueux, froid, chaud, etc.... En tout cas dans un milieu "favorable". On obtient une trentaine d'acides aminés (il y a des variations "exotiques" sur les acides aminés classiques), la simple réaction de formose produit dans les 80 sucres différents, et je ne parle même pas des lipides, des molécules inclassables et de toutes les variations autour (molécules hybrides, liaisons diverses et variées entre sucres, acides aminés, phosphates, sulfures, lipides). Même lorsque les conditions sont suffisamment favorables à la polymérisation de quelques acides aminés, même avec de petits peptides, il y a déjà plusieurs milliards de molécules possibles.

Bref. Dans la moindre situation un peu favorable, on se retrouve avec des milliers de molécules parmi un pool potentiel de millions ou de milliards de possibilités.

Comme espérer voir dans quelques synthèses proposées autre chose qu'une simple esquisse d'un scénario de l'origine de la vie ? Ces synthèses ne concernent qu'un petit pour cent des molécules présentes. Et les autres molécules alors ? Et comment savoir si ces synthèses proposées marchent encore en présence de ces milliers de molécules ?

A l'autre bout, une cellule minimale fonctionnant avec les mécanismes actuels ne peut pas fonctionner en dessous de environ 500 enzymes. Donc, il a fallu la mise en place de systèmes originaux, qui se sont perdus, et fonctionnant, par exemple à un moment donné, avec 200 enzymes (probablement plus petits). Où est la description des systèmes avec quelques enzymes, quelques dizaines, une centaine, etc.... ?

On trouve des scénarios en dentelles dans tous les domaines : par exemple la synthèse des nucléotides, la formation de l'ARN, l'apparition du code génétique. On devine la fresque car les progrès ont été considérables mais ce n'est que ça : deviner.

Bref, si un scénario précis et détaillé de l'origine de la vie est la Joconde, alors les scénarios des années 60, 70 c'était quelques pixels de peintures. Et actuellement, les scénarios de De Duve, Russel, Kauffmann, Segre, Ben-Eli, Lancet, etc... (et bien d'autres) c'est un tracé léger des contours et quelques taches de peintures laissant deviner qu'il y a un nez et une bouche. C'est un progrès considérable, vraiment énorme, mais on en est toujours qu'aux contreforts de la montagne prébiotique.

Je vais faire un parallèle (audacieux ) avec l'étude de la génétique :
Miller, et les travaux qui ont suivi juste après, c'est la découverte qu'il existe un code génétique
Russel, et la centaines d'autres chercheurs travaillant sur l'origine de la vie, c'est comme la découverte de la structure de l'ADN
Un scénario précis et complet ce sera comme le décodage complet du génome humain actuel
Le scénario détaillé ce sera comme génomes + protéosome (complet) + activité des enzymes

Bref, on peut applaudir les travaux de Russel et des autres. Et même avec nos quatre mains. Mais il ne faut pas crier victoire. On en est TRES LOIN.

[Geb]

Mais il ne faut pas crier victoire. On en est TRES LOIN.

Comme tu le sais, la littérature est très vaste et il existe à ma connaissance, au moins 17 modèles et/ou théories ayant trait au domaine de l'origine de la vie (dans l'ordre chronologique) :

- Théorie de la panspermie (martienne [Alexandre Meinesz est encore partisan de cette hypothèse], petits corps ou interstellaire, cette dernière version étant populaire de la Renaissance aux années 1930, qui a encore de fervent défenseurs comme Rhawn Joseph)
- Théorie de la soupe primordiale (Urey-Miller, 1953)
- Microsphères peptidiques (Sidney W. Fox, 1958)
- Théorie de l'argile (Alexander Graham Cairns-Smith, à partir de 1966) et ses variantes (montmorillonite, mica, pierre ponce, etc...)
- Théorie des hypercycles et "quasi-espèce" (Eigen et Schuster, 1978)
- Théorie des fumeurs noirs (Corliss et al., 1981)
- Catalyse de surface (Günter Wächtershäuser, 1988)
- Théorie hydrothermale alcaline ou théorie chimiosmotique (Michael Russell, 1988)
- Le "monde à thioesters" de l'Hadéen (Christian de Duve, 1991)
- Modèle de la biosphère en profondeur chaude (Thomas Gold, 1999)
- Théorie du monde à lipides, connu également sous le nom de modèle Graded Autocatalysis Replication Domain ou modèle GARD (théorie proposée au Weizmann Institute en 2001)
- Modèle des polyphosphates pour la polymérisation des acides aminés ( Michael R. W. Brown et Arthur Kornberg, 2004)
- Modèle du monde à hydrocarbures aromatiques polycycliques (Simon Nicholas Platts, 2004) reprise un peu plus tard sous le nom de théorie du monde d'aromatiques (Pascale Ehrenfreund et al., 2006)
- Théorie de la genèse multiple (coexistence à l'heure actuelle ou dans le passé, de formes de vie exotiques ; de Carol Cleland et Shelley Copley en 2005, "popularisé" par Paul C.W. Davies immédiatement après)
- Théorie de la plage radioactive (Zachary Adam, 2007)
- Hypothèse des volcans de boue d'Isua (Francis Albarède et al., 2011)
- Hypothèse d'Armen Mulkidjanian (2012)

En ce qui me concerne, les arguments déjà présentés par Russell et ses collègues m'incite à m'intéresser aux publications sur l'émergence de la vie si et seulement si elle forme un tout cohérent avec la théorie de Russell et al.

Cordialement.

[Deedee81]

En ce qui me concerne, les arguments déjà présentés par Russell et ses collègues m'incite à m'intéresser aux publications sur l'émergence de la vie si et seulement si elle forme un tout cohérent avec la théorie de Russell et al.

C'est ton choix (et il n'est d'ailleurs pas du tout critiquable).

Mais ça ne change évidemment rien à mes explications ci-dessus. Le jour où on aura un scénario complet et détaillé, il fera dix mille pages. C'est inévitable. Alors les briques manquantes, c'est loin de... manquer

[dr.Garou]

Geb, tu oublies la théorie de la synthèse atmosphérique, en vogue depuis que l'on connait un peu mieux l'atmosphère de Titan et son abondante chimie, et je doute qu'on soit exhaustifs.

http://www.exobiologie.fr/index.php/...ine-de-la-vie/

[Deedee81]

Personnellement je suis d'avis de ne rien négliger, on en sait encore trop peu. Et j'ai même l'impression que de nombreuses choses ont pu jouer un rôle.

Après de nombreuses lectures j'ai constaté que les synthèses abiotiques étaient extraordinairement riches dans les évents mais qu'il y avait quelques difficultés (NH3, sucres, polymérisations). Elles n'y sont pas insurmontables (Russel et d'autres auteurs ont souvent trouvé, proposé ou spéculé des solutions). Mais pourquoi chercher des solutions difficiles.... lorsqu'elles existent déjà ! Ce n'est pas des systèmes clôt et les échanges atmosphères - embryons de continents - océans - évents étaient incroyablement plus intenses que maintenant (pluies très fortes et abondantes, volcanisme très actifs, des marées de 100 mètres de haut). Il y a dû y avoir interaction et on doit se poser la question des interactions.

[Geb]

@ dr.Garou,

Certes, j'en ai sans doute oublié plusieurs dizaines. L'idée n'était pas d'être exhaustif, mais plutôt de laisser entendre qu'il y a de bonnes et de mauvaises idées; des modèles à exclure et d'autres à explorer. En ce qui me concerne, je pense par exemple que les arguments présentés par Wächtershäuser (modèle de la catalyse de surface) et d'autres avant lui au sujet de l'antiquité des métalloprotéines en FeS sont tout à fait recevables. Le modèle de Russell est très différent du sien, mais certaines données tangibles sur lesquelles il s'est appuyé sont à conserver.

Sur le même principe, je pense que les arguments présentés par de Duve au sujet de l'importance des thioesters avant l'avènement de l'ATP ont également toutes leur importance, même si le contexte du monde à thioesters de Christian de Duve est très différent de celui privilégié par Russell et ses collègues (c-à-d un évent hydrothermal alcalin au début de l'Hadéen).

Je me souviens d'ailleurs d'un petit commentaire de Russell à ce sujet dans la conclusion d'une de ses publications (Martin & Russell, 2007) :

The synthesis of acetyl phosphate via phosphorolysis of acetyl thioesters might be the ancestral state of phosphoryl transfer potential and phosphoanhydride bonds in biochemistry, as de Duve (1991) inferred previously, but assuming very different starting conditions. The chemiosmosis-dependent nature of CO2 fixation in methanogens and acetogens indicates that the ability to harness proton gradients in these pathways must be older than the ability to generate them with a chemistry that is specified by genes.

Phosphorylation via acetyl phosphate, derived from acetyl thioesters, seems to be sufficient to support the sustained evolution of a very complicated and advanced self-replicating system, one that would have had a modern genetic code, ribosomes and proteins, but that would not have been free living, rather confined to its inorganic housing instead.

Ce qui signifie approximativement :

"La synthèse de phosphate d'acétyle par phosphorolyse de thioesters acétylés pourrait être l'état ancestral du potentiel de transfert de phosphoryle et de liaisons phosphoanhydrides dans la biochimie, comme de Duve (1991) l'avait déduit auparavant, mais en supposant des conditions de départ très différentes. La nature dépendante de la fixation du CO2 vis-à-vis de la chimiosmose chez les méthanogènes et les acétogènes indique que la capacité d'exploiter des gradients de protons dans ces voies doit être plus ancienne que la capacité à les générer avec une chimie qui est spécifiée par les gènes.

La phosphorylation par le phosphate d'acétyle, dérivé des thioesters acétylés, semble être suffisant pour soutenir l'évolution durable d'un système auto-reproducteur très compliqué et avancé, un système qui aurait un code génétique moderne, des ribosomes et des protéines, mais qui ne vivrait pas librement, étant plutôt confiné dans ses quartiers inorganiques à la place."

[dr.Garou]

"La synthèse de phosphate d'acétyle par phosphorolyse de thioesters acétylés pourrait être l'état ancestral du potentiel de transfert de phosphoryle et de liaisons phosphoanhydrides dans la biochimie, comme de Duve (1991) l'avait déduit auparavant, mais en supposant des conditions de départ très différentes. La nature dépendante de la fixation du CO2 vis-à-vis de la chimiosmose chez les méthanogènes et les acétogènes indique que la capacité d'exploiter des gradients de protons dans ces voies doit être plus ancienne que la capacité à les générer avec une chimie qui est spécifiée par les gènes.

La phosphorylation par le phosphate d'acétyle, dérivé des thioesters acétylés, semble être suffisant pour soutenir l'évolution durable d'un système auto-reproducteur très compliqué et avancé, un système qui aurait un code génétique moderne, des ribosomes et des protéines, mais qui ne vivrait pas librement, étant plutôt confiné dans ses quartiers inorganiques à la place."

Comme source d'énergie, cette voie, qu'offre qui plus est la chimie potentielle des fumeurs blancs m'apparaît très intéressante. En sus, l'existence probable de polyphosphates, issus de la déshydratation thermique de de dépots de phosphate en milieu sec ou aqueux était vraisemblablement aussi une source non négligeable d'énergie pour les métabolismes primitifs (le pyrophosphate et les polyphosphates sont d'ailleurs toujours utilisés par les organismes modernes comme sources et/ou réserve d'énergie facilement utilisables). La formation de tels composés ne nécessite que peu d'énergie et elle permet de stocker efficacement cette même énergie.

[Geb]

Personnellement je suis d'avis de ne rien négliger, on en sait encore trop peu. Et j'ai même l'impression que de nombreuses choses ont pu jouer un rôle.

Après de nombreuses lectures j'ai constaté que les synthèses abiotiques étaient extraordinairement riches dans les évents mais qu'il y avait quelques difficultés (NH3, sucres, polymérisations). Elles n'y sont pas insurmontables (Russel et d'autres auteurs ont souvent trouvé, proposé ou spéculé des solutions). Mais pourquoi chercher des solutions difficiles.... lorsqu'elles existent déjà !

L'ammoniac n'est pas observé à l'heure actuelle dans les analogues actuels des évents hydrothermaux stipulés dans la théorie de Russell. Cependant, non seulement la synthèse d'ammoniac est thermodynamiquement et cinétiquement favorable dans ces conditions, mais en plus, les analyses sont faites d'une manière à ne pas casser les cheminées de Lost City (c'est-à-dire, à l'extérieur de celle-ci). ��tant donné les températures mesurées à Lost City (40-75°C) et le débit relativement peu important du fluide hydrothermal (15 L/s max), je ne serais pas surpris que des eubactéries ou des archées bouffent le NH3 avant qu'il n'arrive dans les détecteurs du bras du submersible de Deborah Kelley et ses collègues.

En ce qui concerne les sucres, je ne vois pas le problème, mais je pourrais me renseigner en relisant les publications de Russell pour voir s'il en parle. �� mon avis, s'il est moins bavard à ce sujet, c'est sans aucun doute parce qu'il considère que les protéines et les acides nucléiques étaient un sujet plus intéressant dans ce contexte, comme la plupart des chercheurs dans le domaine avant lui.

Quant à la polymérisation, j'ai déjà apporté des arguments auparavant. Les travaux de Dieter Braun (voir message #163) suffisent pour l'instant amplement à mon bonheur.

Ce n'est pas des systèmes clôt et les échanges atmosphères - embryons de continents - océans - évents étaient incroyablement plus intenses que maintenant (pluies très fortes et abondantes, volcanisme très actifs, des marées de 100 mètres de haut). Il y a dû y avoir interaction et on doit se poser la question des interactions.

L'époque de l'apparition de la vie imaginée par Mike Russell se situe il y a ~4,4 milliards d'années. Pas d'embryons de continents à l'époque. La Terre était d'après lui une planète-océan à l'époque. Ce qui est corroboré par les derniers modèles de formation des planètes telluriques (ceux d'Alessandro Morbidelli entre autre).

D'après moi, l'hypothèse des environnements multiples ayant pu jouer un rôle n'est pas aussi féconde qu'il n'y paraît. Les évents hydrothermaux alcalins à l'Hadéen, dans un océan légèrement acide pourvu d'une eau riche en métaux dissous, est l'environnement prébiotique le plus complexe à ma connaissance, à la fois dans les phénomènes chimiques et physiques qui s'y déroulent (ou qui pourraient s'y dérouler).

Pourquoi faire l'hypothèse d'interactions tandis qu'elles ne semblent pas nécessaires pour l'instant ?

Cordialement.

[Deedee81]

En ce qui concerne les sucres, je ne vois pas le problème, mais je pourrais me renseigner en relisant les publications de Russell pour voir s'il en parle.

Oui, il a une section sur le sujet. Si ma mémoire est bonne c'est dans l'article "Origine de la biochimie dans les évents etc....". Mais à vérifier, je ne les ai pas sous la main ici.

La Terre était d'après lui

Comme tu l'as dit : d'après lui (et d'autres).

D'après certains chercheurs, il a dû exister très tôt des iles, notamment volcaniques. D'autant qu'a marée basse, avec la Lune aussi proche, les zones de haut fond se retrouvaient à l'air libre très facilement.

Mais bon, ça, ça reste anecdotique de toute façon.

Et tu remontes trop loin, il faut attendre au moins la date -4 milliards d'années car avant le bombardement météoritique était tellement intenses qu'il pouvait vaporiser les océans. (mais ce n'est pas grave puisque justement ces continents restent un aspect anecdotique..... enfin, bon, je mé méfie : toi tu es beaucoup trop confiant).

D'après moi, l'hypothèse des environnements multiples ayant pu jouer un rôle n'est pas aussi féconde qu'il n'y paraît. [...]
Pourquoi faire l'hypothèse d'interactions tandis qu'elles ne semblent pas nécessaires pour l'instant ?

Pourquoi négliger certains aspects quand on ne connait encore qu'un dixième de pourcent du scénario ? (voir mes messages précédents) Les raisonnements a priori c'est dangereux. Il faut vérifier.

Que tu trouves satisfaisant l'idée "tout évent", soit, c'est normal, moi aussi d'ailleurs, mais que tu rejettes le reste sans savoir, ça je trouve dommage.

D'autant que, sauf pour les réactions de chimie de base (synthèses abiotiques avec minéraux, etc.) qui ont été essayées expérimentalement, la plupart des chaines catalytiques que Russel présente sont totalement spéculatives, même si elles sont fondées et plausibles. Et je le répète, il n'y a absolument aucune preuve qu'elles peuvent marcher dans un environnement moléculaire aussi riche que la chimie prébiotique. Russel fait comme tout le monde : il "choisit" les molécules qui l'arrangent bien et il donne l'impression d'avoir trouvé des solutions (ceux qui expérimentent en labo font la même chose). Ce n'est pas un reproche à Russel : avant de savoir si une solution marche, il faut d'abord l'avoir trouvé Et c'est donc déjà des pas importants. Mais croire que, ça, c'est satisfaisant, c'est une illusion (et une illusion tenace, il suffit de voir les différents auteurs lorsqu'ils défendent leur "théorie préférée").

Désolé d'être aussi critique, mais je trouve que Russel mérite beaucoup d'éloges et que toi tu es trop optimiste. Beaucoup trop. C'est comme si tu trouvais un gravier et que tu me disais "j'ai trouvé un fragment d'une muraille". Tu sais, j'aurais beaucoup de mal à te croire Et ce n'est pas qu'une boutade : tu trouves un excellent scénario qui ne représente qu'un millième du scénario complet et tu clames "le scénario de l'origine de la vie enfin déterminé"
(bon, d'accord, un gravier c'est moins qu'un millième de la muraille de Chine )

[Geb]

Mais je vais déjà donner un indice sur le manque de détail des scénarios. Prenons une synthèse abiotique simple, tel qu'on peut en réaliser dans des milieu atmosphérique, aqueux, froid, chaud, etc.... En tout cas dans un milieu "favorable". On obtient une trentaine d'acides aminés (il y a des variations "exotiques" sur les acides aminés classiques), la simple réaction de formose produit dans les 80 sucres différents, et je ne parle même pas des lipides, des molécules inclassables et de toutes les variations autour (molécules hybrides, liaisons diverses et variées entre sucres, acides aminés, phosphates, sulfures, lipides).

Si ça t'intéresse, il y a un topo sympa sur la synthèse d'acides aminés en laboratoire dans des conditions (supposées prébiotiques) très différentes :

Chemical Evolution (Evard & Schrodetzki, 2007)

Aussi, l'hypothèse de Russell et al. considère comme plausibles certains modèles qui pourraient fournir un mécanisme de sélection extrêmement fort, diminuant drastiquement le nombre de possibilités dans les molécules synthétisées.

Même lorsque les conditions sont suffisamment favorables à la polymérisation de quelques acides aminés, même avec de petits peptides, il y a déjà plusieurs milliards de molécules possibles.

Bref. Dans la moindre situation un peu favorable, on se retrouve avec des milliers de molécules parmi un pool potentiel de millions ou de milliards de possibilités.

Comme espérer voir dans quelques synthèses proposées autre chose qu'une simple esquisse d'un scénario de l'origine de la vie ? Ces synthèses ne concernent qu'un petit pour cent des molécules présentes. Et les autres molécules alors ? Et comment savoir si ces synthèses proposées marchent encore en présence de ces milliers de molécules ?

Tout d'abord, j'ai déjà évoqué le modèle de Copley et al. (voir le message #132 de cette discussion pour plus de détails), quant à l'idée que le code génétique soit au départ spécifié à partir de codons fait de doublets (et non de triplets) de nucléotides.

Le modèle de Copley et al. (2005) stipule également que les premiers acides aminés auraient été la glycine, l'alanine, l'aspartate et/ou le glutamate ce qui est parfaitement en accord avec ce que déduit Russell dans une de ses publications (Martin & Russell, 2007) :

Via the kinds of non-enzymatically catalysed transamination reactions described in the preceding section, glyoxalate, pyruvate, oxalacetate and α-ketoglutarate (the only four α-keto acids in figure 3) would yield glycine, alanine, aspartate and glutamate (figure 6a). The starting bouquet of four amino acids is the same as Copley et al. (2005) infer regarding the nature of the genetic code, but ours are yet racemic (glycine has no chiral centre anyway, and is among the carbon species expected in hydrothermal fluid (Shock 1992)).

Ce qui signifie approximativement : "Via les sortes de réactions de transamination catalysées de manière non-enzymatique décrites dans la section précédente, le glyoxalate, le pyruvate, l'oxaloacétate et l'α-cétoglutarate (les 4 seules α-cétoacides de l'image 3) donneraient de la glycine, de l'alanine, de l'aspartate et du glutamate (image 6a). Le bouquet de départ de quatre acides aminés est le même que celui que Copley et al. (2005) ont suggéré concernant la nature du code génétique, mais les nôtres sont pour l'instant racémique (la glycine n'a de toute façon pas de centre chiral et est parmi les composés carbonés attendus dans le fluide hydrothermal (Shock, 1992))".

Enfin, le modèle de Copley et al. fait l'hypothèse que parmi les 16 acides aminés possibles de leur code génétique à doublets, il y en a au moins 2 qui ne sont plus synthétisés avec le code génétique actuel : l’ornithine et l’homosérine, qui sont justement des intermédiaires dans les voies de biosynthèse de l’arginine et de la thréonine (voir message #132), qui auraient donc (c'est une hypothèse) "remplacés" par la suite l’ornithine et l’homosérine. Il propose également le 2,4-diaminobutyrate comme acide aminé primitif.

Résultat, on commence avec moins d'acides aminés (4 au départ, avec une forte concentration en glycine et en alanine dans les peptides primitifs).

Un autre modèle intéressant dont Russell parle dans ces publications est celui d'Edward Trifonov (voir le message #43 de cette discussion).

L'argument des probabilités (autrement dit, de grands nombres de petites molécules en interaction) est présenté depuis au moins 50 ans comme un paradoxe dans les cadres de l'origine de la vie. En ce qui me concerne, c'est intéressant de se poser cette question uniquement après avoir obtenu des données expérimentales nous montrant qu'il y a effectivement un problème.

A l'autre bout, une cellule minimale fonctionnant avec les mécanismes actuels ne peut pas fonctionner en dessous de environ 500 enzymes. Donc, il a fallu la mise en place de systèmes originaux, qui se sont perdus, et fonctionnant, par exemple à un moment donné, avec 200 enzymes (probablement plus petits). Où est la description des systèmes avec quelques enzymes, quelques dizaines, une centaine, etc.... ?

Russell n'en est pas encore là. Pour l'instant, il a fourni un travail (comme les autres partisans de l'hypothèse hydrothermale) principalement théorique pour montrer que des molécules de moins de 10 peptides pourraient déjà remplir certaines des 11 fonctions métaboliques (voir message #141) dont un proto-métabolisme a besoin pour fabriquer les quelques centaines de métabolites qui composent un métabolisme minimal.

Les nombreux papiers qu'il a publié à ce sujet, notamment avec Milner-White, sont de véritables mines d'or :

- 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)

D'ailleurs, Milner-White a continué sans Russell sur cette voie de recherche :

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

Soit dit en passant, à ceux qui lui rétorquent qu'une petite molécule d'une dizaine d'acides aminés ne peut pas remplir de fonction métabolique, Russell cite un passage intéressant d'une publication :

An interpretive review of the origin of life research (David Penny, 2005)

In biochemistry the focus has been on macromolecules (especially proteins) catalysing reactions. However, weak catalysis is a property of many small molecules and metallic ions, albeit with much lower rates. For example, we think of the break down of hydrogen peroxide (H2O2) to water and oxygen being carried out by the protein enzyme catalase. However, catalase has a heme molecule as a coenzyme (cofactor) that is involved in this chemical reaction, and the heme molecule by itself (without the protein) is a weak catalyst of the reaction. Again, the metal at the active centre of heme, Fe2C, is also a catalyst, even though even weaker than heme. Thus small molecules and ions are also catalysts. [.] These principles are all important in the search for a good explanation for the origin of life, and equally perhaps for rejecting others that rely on untestable and unlikely events.

"En biochimie, on s'est concentré principalement sur les macromolécules (surtout les protéines) catalysant les réactions. Cependant, la faible catalyse est une propriété de beaucoup de petites molécules et d'ions métalliques, quoique avec des taux beaucoup plus faibles. Par exemple, on pense que la dégradation du peroxyde d'hydrogène (H2O2) en eau et en oxygène est effectuée par l'enzyme protéique catalase. Cependant, la catalase a une molécule hème comme coenzyme (cofacteur) qui est impliqué dans la réaction chimique, et la molécule hème en elle-même (sans la protéine) est un catalyseur faible de la réaction. De nouveau, le métal au centre actif de l'hème, Fe2+, est aussi un catalyseur, même si encore plus faible que l'hème. Donc les petites molécules et ions sont aussi des catalyseurs. [...] Ces principes sont tous importants dans la recherche d'une bonne explication pour l'origine de la vie, et également peut-être pour en rejeter d'autres qui reposent sur des évènements non testables ou improbables."

Russell commente ensuite simplement :

One could interject that whatever small amount of whatever product is formed under our assumed conditions will rapidly react or otherwise diffuse, but our proposal entails a continuous and uninterrupted geochemical supply of the basic starting compounds: acetyl thioesters and acetyl phosphate (figure 6b). The three-dimensional nature of the metal sulphide compartments at the vent provides a physical barrier to diffusion. Hence, whatever reactions occur, they can occur more or less continuously with the central and reactive intermediates being constantly replenished, and channelling into more complex organic molecules, but initially without stereospecificity.

"On pourrait objecter que quelle que soit la faible quantité de quelque produit qui est formé sous les conditions que nous supposons réagira rapidement ou autrement diffusera, mais notre proposition nécessite un apport géochimique continu et ininterrompu des composés de base de départ : les thioesters acétylés et le phosphate d'acétyle. (image 6b). La nature tridimensionnelle des compartiments en sulfure de métal au niveau de l'évent fournit une barrière physique contre la diffusion. De là, quelques soient les réactions qui ont lieu, elles peuvent avoir lieu plus ou moins continûment, les réactifs intermédiaires et centraux étant constamment reconstitués, et canaliser en des molécules organiques plus complexes, mais initialement sans stéréospécificité".

On trouve des scénarios en dentelles dans tous les domaines : par exemple la synthèse des nucléotides, la formation de l'ARN, l'apparition du code génétique. On devine la fresque car les progrès ont été considérables mais ce n'est que ça : deviner.

��tant donné que le sujet d'étude est à plus de 4 milliards d'années dans notre passé, il FAUT forcément deviner.

Cordialement.

[Geb]

Et tu remontes trop loin, il faut attendre au moins la date -4 milliards d'années car avant le bombardement météoritique était tellement intenses qu'il pouvait vaporiser les océans. (mais ce n'est pas grave puisque justement ces continents restent un aspect anecdotique..... enfin, bon, je mé méfie : toi tu es beaucoup trop confiant).

D'après les derniers modèles de formation des planètes telluriques, le taux d'impacts dépassant le seuil de vaporisation des océans n'a jamais été dépassé depuis... la solidification de la première croûte de la Terre il y a... ~4,4 milliards d'années.

Alessandro Morbidelli en parle ici, à 15 minutes dans sa conférence :

The Dangerous Life of a Habitable Planet (juillet 2011, 31 minutes)

Après avoir cherché un petit temps, j'ai trouvé la version écrite ici :

The Sawtooth-like Timeline of the First Billion Year of Lunar Bombardment (Morbidelli et al., 2012)

Pourquoi négliger certains aspects quand on ne connait encore qu'un dixième de pourcent du scénario ? (voir mes messages précédents) Les raisonnements a priori c'est dangereux. Il faut vérifier.

Que tu trouves satisfaisant l'idée "tout évent", soit, c'est normal, moi aussi d'ailleurs, mais que tu rejettes le reste sans savoir, ça je trouve dommage.

Je suis sensible à ton appel à la prudence. Cependant, encore une fois, la littérature est beaucoup trop vaste. Bien que je lise à peu près tout ce qui me passe sous la main en matière d'hypothèses sur l'origine et l'évolution précoce de la vie sur Terre, je dois bien avouer que lorsqu'un modèle sort franchement des clous (ces derniers étant défini par mon "modèle de référence", c-à-d celui de Russell), me viennent à l'esprit toutes les objections déjà formulées dans ces publis et alors, ce que je pense de ce que je lis c'est quelque chose du genre : "poubelle", ou bien : "suivant".

Cordialement.

[Deedee81]

Salut,

Aussi, l'hypothèse de Russell et al. considère comme plausibles certains modèles qui pourraient fournir un mécanisme de sélection extrêmement fort, diminuant drastiquement le nombre de possibilités dans les molécules synthétisées.

CA c'est intéressant (une des particularités de la vie est de n'utiliser, avec "intelligence", qu'un nombre extraordinairement restreint de molécules dans l'ensemble des possibilités. J'ai lu ça dans une étude statistique fort intéressante qui mettait en graphique la disposition des différents systèmes prébiotiques ou vivants, avec des axes sur la complexité informationnelle et le nombre de molécules).

Merci pour la référence.

Russell n'en est pas encore là. Pour l'instant, il a fourni un travail [...]

Il est clair que je ne lui reproche rien Au contraire, je trouve que le travail qu'il a déjà accompli est plutôt exceptionnel.

Je dis juste que les prédécesseurs avaient accomplis quelques pas. Les chercheurs actuels dont Russel ont accomplis quelques dizaines de pas. Et que.... allez, courage, il n'en reste plus que quelques milliers

Cependant, encore une fois, la littérature est beaucoup trop vaste.

Hélas.... ou plutôt tant mieux C'est pour cela que j'en appelle a une synthèse en, disons, un millier de pages. Ce serait un bonne base pour continuer.

Mais, la non plus je ne reprocherai à personne d'entamer un tel travail de moine bénédictin. Je fais moi même une synthèse, mais pas avec une telle ambition, car je suis comme tout le monde : j'ai mes propres idées et je veux les exploiter, et rien que ça, ça prend un temps bête (enfin, bête n'est pas le mot qu'il convient). Je veux entamer des simulations chimiquement réalistes (*) et, croit moi, c'est une gageure (en plus, je râle, car ma plateforme de développement n'était plus compatible avec les nouveaux windows, j'ai dû tout racheter et réinstaller).

(*) c'est ce qui m'a le plus frappé dans la littérature. On a d'un coté des études sur les réactions chimiques ne manipulant que quelques dizaines de molécules (comment faire autrement ?) et d'un autre coté des simulations numériques extrêmement intéressantes mais avec une modélisation franchement simpliste. Enfin, c'est mon sentiment. Et je n'ai pas la prétention de dire que moi je vais y arriver. Je vais le tenter et.... je verrai bien Et puis, n'étant pas biochimiste, je suis plus porté vers une étude in silico, il en faut aussi

[Geb]

Hélas.... ou plutôt tant mieux C'est pour cela que j'en appelle a une synthèse en, disons, un millier de pages. Ce serait un bonne base pour continuer.

Une synthèse certes, mais d'après moi, on ne peut pas tout synthétiser. En imaginant que ce fil de discussion soit une synthèse grossière des travaux de Russell, je serais enclin à synthétiser les modèles dont il s'est servi pour mener ses recherches, comme la catalyse de surface de Wächtershäuser ou le monde à thioesters de Christian de Duve ou encore le modèle de Dieter Braun pour la polymérisation, etc...

Mais je trouve inutile de perdre mon temps à synthétiser des modèles comme celui de la glace eutectique ou les modèles de la panspermie martienne ou de la plage radioactive. Je sais que ces modèles existent, je sais les idées de base les concernant, mais je ne leur accorde pas toute mon attention dans le cadre de l'émergence de la vie. Dans cette synthèse que tu imagines, il y a des modèles qui seront forcément plus bancales que d'autres. Des modèles avec lesquels ont ne pourrait rien faire de plus que de les citer, dire qu'ils existent, sans entrer dans les détails (parce qu'ils n'entrent pas dans les détails comme l'ont fait des chercheurs comme Wächtershäuser, Russell, Morowitz et bien d'autres).

D'ailleurs, pour une comparaison de 6 modèles différents, voir la publication de Nick Lane "Chance or Necessity? Bioenergetics and the Probability of Life" au message #30 de cette discussion.

Cordialement.

[Deedee81]

Une synthèse certes, mais d'après moi, on ne peut pas tout synthétiser.

Ben non, il y a toujours une perte d'information. C'est pour ça qu'il faut des annexes et des références

Et non, on n'est pas obliger de tout synthétiser. Des cas comme la panspermie, je cite, puis je passe à autre chose (tiens, la plage radioactive, ça je ne connaissais pas , mais j'ai vu plus farfelu). Ici j'envisageais plutôt :
chimie prébiotique (indépendamment du lieu, c'est les conditions physiques et la chimie qui sont intéressantes)
puis le reste (avec là, les lieux, mécanismes et autres évents hydrothermaux)

Mais, bon, ça c'est un peu ma manière à moi de voir une synthèse. A chacun sa manière. J'aime bien séparer puis rassembler (une déformation de mon job d'informaticien sans doute, analyse top - down suivi de down - top).

[Geb]

Mais, bon, ça c'est un peu ma manière à moi de voir une synthèse. A chacun sa manière. J'aime bien séparer puis rassembler (une déformation de mon job d'informaticien sans doute, analyse top - down suivi de down - top).

�� ma connaissance, il s'agit d'une terminologie introduite en informatique par John von Neumann en 1956 et reprise dans la terminologie de l'étude des origines de la vie en 1992 par Harold J. Morowitz dans son livre "Beginning of Cellular Life" (Yale University Press, New Haven) et abondamment utilisée depuis lors.

Cordialement.
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[Deedee81]

et reprise dans la terminologie de l'étude des origines de la vie en 1992 par Harold J. Morowitz dans son livre "Beginning of Cellular Life" (Yale University Press, New Haven) et abondamment utilisée depuis lors.

Ah tiens, je ne savais pas

[Geb]

Oui, il a une section sur le sujet. Si ma mémoire est bonne c'est dans l'article "Origine de la biochimie dans les évents etc....". Mais à vérifier, je ne les ai pas sous la main ici.

J'ai décidé d'analyser mot à mot (en trois messages étant donné le nombre de caractères) ce que Martin et Russell disent à ce propos, afin qu'on me corrige si je fais erreur.

Donc au départ, à la fin du chapitre 7 (page 14 de la publication) :

Although the incomplete citric acid cycle provides important intermediates for amino acid (and nucleotide) biosynthesis today, it does not directly provide sugars, which is a more difficult topic.

Soit : "Bien que le cycle incomplet de l'acide citrique fournit aujourd'hui des intermédiaires importants pour la biosynthèse d'acides aminés (et de nucléotides), il ne fournit pas directement des sucres, ce qui est un sujet plus difficile".

Donc, Martin et Russell ont déjà expliqué comment ils voyaient la synthèse d'acides aminés et de nucléotides mais leur voie de synthèse ne fournit pas directement de sucres.

Ensuite, ils continuent au chapitre suivant :

8. Difficult D-sugar phosphates

In contrast to the TCA cycle, the metabolic intermediates and chemical conversions in sugar phosphate metabolism are hardly conserved at all across all microbes (Verhees et al. 2003; Ahmed et al. 2005; Siebers & Schönheit 2005), leaving the early state of sugar phosphate conversions difficult to approach from the consideration of modern pathways.

Soit : "8. Les difficiles phosphates de sucres D

Contrairement au cycle TCA, les intermédiaires métaboliques et les conversions chimiques dans le métabolisme des phosphates de sucres sont rarement conservés parmi tous les microbes (Verhees et al., 2003 ; Ahmed et al., 2005 ; Siebers & Schönheit, 2005), laissant l'état primitif des conversions de phosphates de sucres difficile à approcher à partir de la prise en compte des voies modernes".

Autrement dit, les intermédiaires chimiques et les réactions chimiques utilisées dans les voies de synthèses sont tellement différentes parmi les micro-organismes, que cette fois-ci la phylogénie ne pourra pas orienter la recherche de la voie primitive.

Given a hydrothermal vent setting, it is possible that ancestral gluconeogenic flux might have looked more like the pathway of Pyrococcus furiosus (Mukund & Adams 1995; Sapra et al. 2003) than like the Embden���Meyerhoff pathway as it occurs in yeast.

Soit : "En prenant le cadre d'un évent hydrothermal, il est possible que le flux gluconéogénique ancestral ait pu ressemblé davantage à la voie de Pyrococcus furiosus (Mukund & Adams ; Sapra et al., 2003) plutôt qu'à la voie de Embden-Meyerhoff telle qu'elle a lieu chez la levure".

Donc, dans ces conditions de flou phylogénétique, Martin et Russell décident de partir (ou de s'inspirer) de la voie métabolique des sucres utilisée par une archée extrémophile, Pyrococcus furiosus, qui d'après eux semble adaptée aux conditions d'un évent hydrothermal alcalin.

For example, P. furiosus uses a single FeS-containing, ferredoxin- and pterin-dependent enzyme, D-glyceraldehyde-3-phosphate oxidoreductase (GAPOR), to interconvert D-glyceraldehyde-3-phosphate (D-GA3P) and 3-phospho-D-glycerate (Mukund & Adams 1995), consistent with an ancient role for FeS and pterins. The GAPOR reaction contrasts to the more widely familiar, two-step enzymatic conversion from 3-phospho-D-glycerate to 1,3-bisphospho-D-glycerate (an intermediate altogether lacking in the P. furiosus pathway) and onto D-GA3P as found in eukaryotes (Cerff 1982), reactions that are NAD- and ATPdependent. In other words, the ATP-producing step of glycolysis in yeast, which requires the concerted action of D-GA3P dehydrogenase and 3-phospho-D-glycerate kinase, is catalysed by one FeS enzyme in P. furiosus that is pterin dependent, and does not consume ATP in the anabolic (sugar-synthesizing) direction (Mukund & Adams 1995; Sapra et al. 2003).

Soit : "Par exemple, P. furiosus utilise une seule enzyme contenant du Fe-S et dépendante d'une ferrédoxine et d'une ptérine, la D-glycéraldéhyde-3-phosphate oxydoréductase (GAPOR), pour interconvertir le D-glycéraldéhyde-3-phosphate (D-GA3P) et le 3-phospho-D-glycérate (Mukund & Adams, 1995), ce qui est cohérent avec un rôle ancien du FeS et des ptérines. La réaction de la GAPOR diffère de la conversion enzymatique en deux étapes plus largement familière du 3-phospho-D-glycérate au 1,3-bisphospho-D-glycérate (un intermédiaire qui est aussi absent dans la voie chez P. furiosus) et en D-GA3P tel que trouvé chez les eucaryotes (Cerff, 1982), des réactions qui sont dépendantes de la NAD et de l'ATP. En d'autres mots, l'étape de la glycolyse productrice d'ATP chez la levure, qui nécessite une action concertée de la D-GA3P déhydrogénase et de la 3-phospho-D-glycérate kinase, est catalysée par une enzyme FeS chez P. furiosus qui est dépendante d'une ptérine et qui ne consomme pas d'ATP dans la direction (synthétisant du sucre) anabolique (Mukund & Adams, 1995 ; Sapra et al., 2003)".

Donc, la voie utilisée par P. furiosus pour la synthèse des sucres présente justement plusieurs avantages cohérent avec la théorie de Martin et Russell. Premièrement, la réaction chimique nécessaire est catalysée par une seule enzyme, et une enzyme à centre actif en FeS qui plus est. En outre, cette enzyme est dépendante d'une ferrédoxine (une autre enzyme à FeS) et d'une ptérine, deux composés qui dans le cadre de la théorie de Russell et Martin passent pour ancestraux. Cette enzyme, la GAPOR catalyse l'oxydation du D-glycéraldéhyde-3-phosphate (D-GA3P) en 3-phospho-D-glycérate et la réduction du 3-phospho-D-glycérate en D-glycéraldéhyde-3-phosphate. De plus, chez les eucaryotes comme la levure, c'est une réaction à deux étapes (c-à-d, qui nécessite l'action consécutive de deux enzymes enzymes différentes), réaction qui consomme de l'ATP avant d'en produire par glycolyse. Chez P. furiosus, cette réaction nécessite une sueule enzyme à FeS qui est capable de faire les deux réactions en une seule étape et qui ne consomme pas d'ATP dans le sens anabolique (c'est-à-dire lorsque du sucre est produit).

[Geb]

Suite du message précédent...

Traditionally, thoughts on the prebiotic synthesis of sugars centre around something similar to a formose reaction (Ricardo et al. 2004), whereby their phosphorylation is assumed to have occurred independently of their synthesis, perhaps with the help of inorganic phosphate or nucleoside phosphates, i.e. the origin of sugars is traditionally viewed independently of the origin of sugar phosphates. De Duve’s (1991) suggestion for the entry of phosphate into metabolism via acetyl phosphate would provide a suitable phosphoryl donor, but how to get from acetyl-CoA to sugars?

"Traditionnellement, les réflexions à propos de la synthèse prébiotique de sucres se concentre autour de quelque chose de similaire à la réaction de formose (Ricardo et al., 2004), tandis que leur phosphorylation est supposée avoir eu lieu indépendamment de leur synthèse, peut-être avec l'aide de phosphate inorganique ou de phosphate de nucléosides, c'est-à-dire que l'origine des sucres est traditionnellement envisagée indépendamment de l'origine des sucres phosphatés. La suggestion de de Duve (1991) vis-à-vis de l'entrée du phosphate dans le métabolisme via le phosphate d'acétyle fournirait un donneur adapté de phosphoryl, mais comment passer de l'acétyl-CoA aux sucres ?"

Donc, avant eux, on imaginait que la synthèse prébiotique des sucres était réalisée à travers quelque chose qui ressemblait à la réaction de formose. Dans ce cadre, la phosphorylation des sucres (pour faire des nucléotides par exemple) était envisagée comme indépendante de la synthèse des sucres eux-mêmes. Russell et Martin ne l'entendent pas de cette manière. En reprenant l'hypothèse de de Duve à propos du phosphate d'acétyle (autrement dit, que la présence de phosphate dans les synthèses des sucres fournirait une source d'énergie adaptée), il se posent la question : comment passer de cette idée appliquée jusqu'ici à l'acétyl-CoA, à la synthèse des sucres désormais ?

In many organisms, this occurs via gluconeogenesis and involves the synthesis of phosphoenolpyruvate (PEP) in a manner that circumvents the reaction catalysed by pyruvate kinase, which is thermodynamically unfavourable in the direction of PEP

pyruvate + ATP → PEP + ADP, (8.1)

with ΔG°r = +31,4 kJ mol-1.

PEP assumes an important role in our considerations because a primitive proteinaceous precursor of the enzyme enolase consisting of handed peptides might havemarked the origin of chirality in sugar phosphates (Martin & Russell 2003).

"Dans beaucoup d'organismes, ceci a lieu par la gluconéogenèse et implique la synthèse de phosphoénolpyruvate (PEP) d'une manière qui contourne la réaction catalysée par la pyruvate kinase, qui est thermodynamiquement défavorable dans la direction du PEP :

pyruvate + ATP → PEP + ADP, (8.1)

avec ΔG°r = +31,4 kJ/mol. Le PEP assume un rôle important dans nos considérations parce qu'un précurseur protéinique de l'enzyme énolase consistant en des peptides chiraux pourrait avoir initié l'origine de la chilarité des phosphates de sucres (Martin & Russell, 2003)".

Donc, ils font l'observation suivante : beaucoup d'organismes accomplissent leur gluconéogenèse par la synthèse de phosphoénolpyruvate (PEP) mais en évitant de passer par une réaction catalysée par la pyruvate kinase, qui a le défaut d'être endergonique (elle consomme de l'énergie).

Ensuite, ils résument une hypothèse expliquée dans une publication précédente pour rendre les sucres chiraux (comme c'est le cas dans le vivant actuel), grâce à l'enzyme énolase :

Enolase catalyses the stereospecific addition of a water molecule to the double bond in PEP to produce 2-phospho-D-glycerate (2-PGA), and the stereochemistry at carbon atom 2 arising from that water addition is conserved in core metabolism, also in RNA. Sugar phosphate homochirality might have arisen this way (anabolically) in biochemical evolution.

"L'énolase catalyse l'addition stéréospécifique d'une molécule d'eau à une double liaison de PEP pour produire du 2-phospho-D-glycérate (2-PGA), et la stéréochimie au niveau du carbone 2 qui se fait jour à partir de cette addition d'eau est conservée dans le métabolisme central, ainsi que dans l'ARN. L'homochiralité des phosphates de sucres pourraient avoir vu le jour par cette voie (anaboliquement) durant l'évolution biochimique".

Ils en reviennent ensuite à la synthèse des sucres sans passer par la réaction endergonique de la pyruvate kinase :

Many modern cells generate PEP from pyruvate via the TCA cycle intermediate oxalacetate, typically synthesized in a reaction catalysed by the enzyme pyruvate carboxylase

pyruvate + CO2 + ATP → oxaloacétate + ADP + Pi, (8.2)

with ΔG°r = -2.1 kJ mol-1, which will proceed readily. Were this reaction coupled to acetyl phosphate hydrolysis (ΔG°r = -43 kJ mol-1) rather than to ATP hydrolysis (ΔG°r = -31 kJ mol-1), it would be more exergonic under standard conditions by about -12 kJ mol-1. The conversion of oxalacetate to PEP is then typically catalysed by the enzyme PEP carboxykinase

oxaloacétate + GTP → PEP + CO2 + GDP, (8.3)

with ΔG°r = +4.2 kJ mol-1, which is thermodynamically uphill, but the reaction proceeds readily in modern metabolism nonetheless, and would again be more favourable if coupled to acetyl phosphate rather than to GTP hydrolysis. The sum of reactions (8.2) and (8.3) is

pyruvate + ATP + GTP → PEP + ADP + GDP + Pi, (8.4)

with ΔG°r = +2.1 kJ mol-1, and will tend to proceed if there is more pyruvate than PEP available (which is reasonable) and would furthermore be more favourable by about -24 kJ mol-1 if coupled to acetyl phosphate hydrolysis.

"Beaucoup de cellules modernes génère le PEP à partir de pyruvate via l'intermédiaire du cycle TCA oxaloacétate, typiquement synthétisé par une réaction catalysée par l'enzyme pyruvate carboxylase :

pyruvate + CO2 + ATP → oxaloacétate + ADP + Pi, (8.2)

avec ΔG°r = -2,1 kJ/mol, qui aura lieu facilement. Si cette réaction était couplée à l'hydrolyse de phosphate d'acétyle (ΔG°r = -43 kJ/mol) plutôt qu'à l'hydrolyse de l'ATP (ΔG°r = -31 kJ/mol), elle pourrait être plus exergonique dans des conditions standards d'environ -12 kJ/mol. La conversion d'oxaloacétate en PEP est ensuite catalysée par l'enzyme PEP carboxykinase :

oxaloacétate + GTP → PEP + CO2 + GDP, (8.3)

avec ΔG°r = +4,2 kJ/mol, ce qui est thermodynamiquement défavorable, mais la réaction a lieu facilement dans le métabolisme moderne néanmoins, et pourrait à nouveau être plus favorable si couplée à l'hydrolyse de phosphate d'acétyle plutôt qu'à celle de la GTP. La somme des réactions (8.2) et (8.3) est :

pyruvate + ATP + GTP → PEP + ADP + GDP + Pi, (8.4)

avec ΔG°r = +2,1 kJ/mol, et tendra à procéder s'il y a plus de pyruvate disponible que de PEP (ce qui est raisonnable) et serait encore plus favorable d'environ -24 kJ/mol si elle était couplée à l'hydrolyse de phosphate d'acétyle".

On obtient donc le PEP à partir d'oxaloacétate (qui est en fait un simple catalyseur dans la synthèse du PEP), qui lui-même est obtenu à partir de pyruvate et selon Martin et Russell, toutes ces réactions pourraient être exergoniques (spontanées) si elles étaient alimentées par le phosphate d'acétyle plutôt que par l'ATP ou la GTP.

En outre, selon Martin et Russell, dans le cas des micro-organismes P. furiosus et de Escherichia coli, la synthèse de PEP fait appel à l'enzyme PEP synthétase, qui catalyse la réaction de synthèse de manière directe :

The route via oxalacetate would get us to PEP in energetic terms. But in prokaryotes, the biochemical interconnections between pyruvate,PEPand oxalacetate aremore direct (Sauer & Eikmanns 2005). In particular, the enzyme PEP synthase,which occurs in Escherichia coli (Cooper & Kornberg 1967) and P. furiosus (Hutchins et al. 2001), catalyses the reaction

pyruvate + ATP → PEP + AMP + Pi, (8.5)

with ΔG°r = -12 kJ mol-1 (Eyzaguirre et al. 1982), the favourable thermodynamic value being founded in the hydrolysis of two phosphoanhydride bonds during the reaction (Cook&Knowles 1985).

"Le chemin via l'oxaloacétate nous mènerait au PEP en termes énergétiques. Mais chez les procaryotes, les interconnections biochimiques entre le pyruvate, le PEP et l'oxaloacétate sont plus directes (Sauer & Eikmanns, 2005). En particulier, l'enzyme PEP synthétase, qui est présente chez Escherichia coli (Cooper & Kornberg, 1967) et P. furiosus (Hutchins et al., 2001) catalyse la réaction :

pyruvate + ATP → PEP + AMP + Pi, (8.5)

avec ΔG°r = -12 kJ/mol (Eyzaguirre et al., 1982), la valeur thermodynamique favorable étant fondée dans l'hydrolyse de deux liaisons phosphoanhydride durant la réaction (Cook & Knowles, 1985)".

De plus, pour chacune des six interconversions directes possibles du pyruvate, du phosphoénolpyruvate et l'oxaloacétate il existe au moins une enzyme (voire deux) :

- la pyruvate carboxylase,
- l'oxaloacétate décarboxylase,
- la phosphoénolpyruvate synthase (ou pyruvate: orthophosphate dikinase),
- la pyruvate kinase (ou pyruvate: orthophosphate dikinase),
- la phosphoénolpyruvate carboxylase,
- la phosphoénolpyruvate carboxykinase.

Indeed, for each of the six possible direct interconversions of pyruvate, PEP and oxalacetate (figure 3), at least one enzyme is known that catalyses the reaction directly under physiological conditions (O’Brien et al. 1977; Sauer & Eikmanns 2005). Such tight interlocking of these three central intermediates inmodernmetabolism(Sauer&Eikma nns 2005), which connect autotrophic pyruvate production, the entry point of gluconeogenesis (PEP) and the entry point of the reverse TCA cycle (oxalacetate), would be compatible with the view that these are extremely ancient chemical reactions, regardless of the age of the enzymes by which they are catalysed.

"Effectivement, pour chacune des six interconversions directes possibles du pyruvate, du PEP et de l'oxaloacétate (image 3), au moins une enzyme est connue pour catalyser la réaction directement dans des conditions physiologiques (O'Brien et al., 1977 ; Sauer & Eikmanns, 2005). Un tel verrouillage étroit de ces 3 intermédiaires centraux du métabolisme moderne (Sauer & Eikmanns, 2005), qui connectent la production autotrophe du pyruvate, le point d'entrée de la gluconéogenèse (le PEP) et le point d'entrée du cycle TCA inversé (oxaloacétate), serait compatible avec l'idée que ces dernières sont des réactions chimiques extrêmement anciennes, peu importe l'âge des enzymes par lesquelles elles sont catalysées".

Ce qui dénote, d'après Martin et Russell, une étroite relation entre la production de glucose (en passant par le phosphoénolpyruvate)et les deux autres intermédiaires centraux du métabolisme autotrophe moderne et pointe vers l'ancienneté (probablement prébiotique) de ces réactions.

Ils parlent ensuite d'une autre réaction pouvant produire du PEP à partir de pyruvate, mais en présence de pyrophosphate (produit par la réaction) cette fois, plutôt que d'acétyle phosphate :

In addition to the pyruvate synthase reaction, there is also a reaction catalysed by pyruvate: pyrophosphate
dikinase (PPDK) that could, in principle, bridge the gap between pyruvate and PEP (Müller 1996)

pyruvate + ATP + Pi → PEP + AMP + PPi, (8.6)

with ΔG°r = +9.9 kJ mol-1 (Eyzaguirre et al. 1982). The relevant chemistry of the reaction is the conversion of one phosphoanhydride bond into one enolphosphoester bond. Even though the reaction goes energetically uphill, it proceeds forward in modern metabolism to produce PEP; these unfavourable thermodynamics being ‘pulled’ by subsequent pyrophosphate hydrolysis.

"En plus de la réaction pyruvate synthase, il y a aussi une réaction catalysée par le pyruvate : la pyrophosphate dikinase (PPDK) qui pourrait, en principe, combler le fossé entre le pyruvate et le PEP (Müller, 1996) :

pyruvate + ATP + Pi → PEP + AMP + PPi, (8.6)

avec ΔG°r = + 9,9 kJ/mol (Eyzaguirre et al., 1982). La chimie pertinente de la réaction est la conversion d'une liaison phosphoanhydride en une liaison énolphosphoester. Bien que cette réaction soit énergétiquement défavorable, elle procède en avant dans le métabolisme moderne, pour produire du PEP ; cette thermodynamique défavorable étant tirée par une hydrolyse ultérieure de pyrophosphate".

Cependant, Russell et Martin lui préfère la réaction précédente alimentée par le phosphate d'acétyle :

The acyl phosphate bond has a higher phosphorylating potential than the phosphoanhydride bond, so, in principle, the reaction of pyruvate and acetyl phosphate to yield PEP would be

H3CCOCOOH + CH3COOPO3H2 → CH2C(COOH)OPO3H2 + CH3COOH, (8.7)

with the relevant chemistry being the conversion of one acylphosphate bond into one enolphosphoester bond, energetically better than the PPDK reaction, which works (with the help of an enzyme).

"La liaison phosphate d'acyle a un potentiel phosphorylant plus élevé que la liaison phosphoanhydride, donc, en principe, la réaction du pyruvate avec le phosphate d'acétyle pour donner du PEP serait :

H3CCOCOOH + CH3COOPO3H2 → CH2C(COOH)OPO3H2 + CH3COOH, (8.7)

avec la chimie pertinente étant la conversion d'une liaison phosphate d'acyle en une liaison énolphosphoester, énergétiquement meilleure que la réaction PPDK, qui fonctionne (avec l'aide d'une enzyme)".

Notez la production d'acétate (CH3COOH).

[Geb]

(suite et fin des messages précédents...)

Thus, the equilibrium thermodynamics under standard conditions of the chemical conversions linking pyruvate and oxalacetate to PEP is far from insurmountable. The presence of the simple phosphoryl donor (acetyl phosphate) plus a simple energyreleasing reaction (acetate production) could promote reactions to go forward. Acetyl phosphate is much more attractive than GTP or ATP as an early phosphoryl donor, because its hydrolysis product (acetate) is indeed a waste product that can be lost to the environment at no expense, whereas the loss of ADP would pose a serious problemof resource waste to a primordial chemical system. In this sense, phosphate appears in our considerations as a cofactor, a very simple one, whose recharging in terms of the mixed anhydride bond in acetyl phosphate would be favourable, given a sustained synthesis of acetyl thioesters.

"Donc, la thermodynamique à l'équilibre dans des conditions standards des conversions chimiques liant le pyruvate et l'oxaloacétate au PEP est loin d'être insurmontable. La présence d'un donneur de phosphoryl simple (le phosphate d'acétyle) plus une réaction simple relâchant de l'énergie (la production d'acétate) pourraient favoriser les réactions à aller de l'avant. Le phosphate d'acétyle est beaucoup plus attrayant que la GTP ou l'ATP en tant que donneur de phosphoryl primitif, parce que le produit de son hydrolyse (l'acétate) est effectivement un produit sous forme de déchet, qui peut être perdu dans l'environnement sans coût, tandis que la perte d'ADP poserait un sérieux problème de perte de ressource pour un système chimique primordial. En ce sens le phosphate apparaît dans nos considérations comme un cofacteur, très simple, dont la recharge en termes de liaison anhydride mixte du phosphate d'acétyle serait favorable, moyennant la synthèse durable de thioesters d'acétyle".

Donc, la production de PEP comme intermédiaire dans la synthèse de glucose est thermodynamiquement favorable avec un apport constant de phosphate d'acétyle. La réaction produit de l'acétate qui, en tant que petite molécule, est un déchet qui peut s'échapper facilement de l'évent avec le fluide hydrothermal sans dommage pour la synthèse abiotique.

Une fois le PEP synthétisé de manière spontanée, il y a ajout d'une molécule d'eau qui va nous mener à la synthèse du 3-phospho-D-glycérate dont on parlait au début :

Phosphoenolpyruvate is an important intermediate, because in organisms that use the Wood���Ljungdahl pathway, the enzyme enolase introduces the first chiral atom in sugar phosphate biochemistry by catalysing the stereospecific addition of a water molecule to the double bond in PEP:

PEP + H2O → 2-PGA, (8.8)

with ∆G°r = +4,7 kJ mol-1. This uphill reaction works very well in modern metabolism, but it would be better if there were a ���pulling��� reaction for 2-PGA product removal. The modern solution is the conversion of 2-PGA to 3-phospho-D-glycerate via the enzyme phosphoglyceromutase. This reaction is facile, as Wold (1971) writes:

The phosphate ester of glycerate 2-phosphate is quite stable to hydrolysis in both acid and base, but at elevated temperatures an acid-catalysed migration takes place to give a mixture of the 2- and 3-phosphate ester of glycerate in a ratio of 4 : 1 in favour of the 3-phosphate.

"Le phosphoénolpyruvate est un intermédiaire important, parce que chez les organismes qui utilisent la voie de Wood-Ljungdahl, l'enzyme énolase introduit le premier atome chiral dans la biochimie du phosphate de sucre en catalysant l'addition stéréospécifique d'une molécule d'eau à la double liaison dans le PEP :

PEP + H2O → 2-PGA, (8.8)

avec ∆G°r = +4,7 kJ/mol. Cette réaction défavorable fonctionne très bien dans le métabolisme moderne, mais ce serait mieux s'il y avait une réaction tireuse pour l'enlèvement du produit 2-PGA. La solution moderne est la conversion de 2-PGA en 3-phospho-D-glycérate via l'enzyme phosphoglycéromutase. Cette réaction est facile, comm Wold (1971) l'écrit :

Le phosphate d'ester du glycérate 2-phosphate est assez stable à l'hydrolyse dans l'acide et dans une base, mais à des températures élevées, une migration catalysée par l'acide a lieu, donnant une mixture d'ester 2-phosphate et d'ester 3-phosphate du glycérate à un ratio de 4:1 en faveur du 3-phosphate".

Autrement dit, la réaction de conversion du glycérate-2-phosphate en 3-phospho-D-glycérate a beau être légèrement défavorable thermodynamiquement, à haute température, elle fonctionne, avec une fort avantage pour la synthèse de 3-phospho-D-glycérate avec un ratio de 4:1.

Ils poursuivent ensuite avec la réaction de départ catalysée par l'enzyme à FeS GAPOR :

This reaction would leave us one hydride transfer short of glyceraldehyde-3-phosphate (GA3P; the simplest sugar phosphate with a chiral centre) and sugar phosphate chemistry. If one were to get to sugar phosphates, their reactivity is such that various species would readily coexist in aqueous solution, as indicated in the small box at the right of figure 3 for the geminal diols of triosephosphate (Noltmann 1972), pulling products away from their source of synthesis, as in the case of 2-PGA and 3-PGA just mentioned above (Wold 1971). However, two issues bear heavily upon the foregoing considerations.

"Cette réaction nous laisserait à un transfert d'hydrure près du glycéraldéhyde-3-phosphate (GA3P ; le phosphate de sucre le plus simple avec un centre chiral) et la chimie des phosphates de sucres. Si on devait aller jusqu'aux phosphates de sucres, leur réactivité est telle que des composés variés coexisteraient facilement en solution aqueuse, comme indiqué dans le petit encart à la droite de l'image 3 pour les diols géminaux du triose-phosphate (Noltmann, 1972) tirant les produits en dehors de la source de leur synthèse, comme dans le cas de 2-PGA et 3-PGA mentionné ci-dessus (Wold, 1971). Cependant, deux problèmes pèsent lourdement sur les considérations précédentes".

Voilà donc comment Martin et Russell envisagent la synthèse de sucres, mais ils admettent quand même un caveat en deux volets par rapport au scénario qu'ils proposent dont ils parlent plus bas.

First, all of the thermodynamic values for the biochemical reactions mentioned in this section are for pH 7, 25°C and equilibrium, which do not exist at a hydrothermal vent on the ocean floor where our considerations are seated. There, variable temperatures and high pressures will prevail, and H2 and CO2 at hydrothermal vent conditions are far from equilibrium. The thermodynamics of the biochemical reactions considered here has not been calculated, to our knowledge, for simulated vent conditions. However, chemical equilibria for the CO2, H2, N2 and H2O systems have been calculated for hydrothermal vent conditions almost identical to those that we assume (Shock 1992; point 8 in path B, approximately 15 km off ridge and close to the ocean floor), where the predominant carbon product is acetate (approximately 5 mM), very much in line with our salient argument.

"Premièrement, toutes les valeurs thermodynamiques des réactions biochimiques mentionnées dans cette section sont pour un pH de 7 à 25°C et à l'équilibre, ce qui n'existe pas dans un évent hydrothermal sur le plancher océanique où nos considérations se trouvent. Là-bas, les températures variables et des pressions élevées prédominerons et l'H2 et le CO2 dans les conditions hydrothermales sont loin de l'équilibre. La thermodynamique des réactions biochimiques considérées ici n'ont pas été calculées, à notre connaissance, pour les conditions simulées d'un évent. Cependant, les équilibres chimiques des systèmes de CO2, d'H2, de N2 et d'H2O ont été calculés pour des conditions hydrothermales presque identiques à celles que nous supposons (Shock, 1992 ; point 8 dans la voie B, à approximativement 15 km de la ride et près du plancher océanique), où le produit carboné prédominant est l'acétate (approximativement 5 mM), très en phase avec notre argument valide".

Donc, les valeurs thermodynamiques sur lesquelles ils s'appuient pour faire cette proposition ne sont malheureusement disponibles que pour des systèmes à l'équilibre, à 25°C et à pH neutre, ce qui ne correspond évidemment pas aux conditions d'un évent hydrothermal alcalin, dans lesquelles les températures varies, les pressions sont élevées et l'H2 et le CO2 hors d'équilibre.

Autrement dit, d'après Russell et Martin, l'imaginer à partir des données d'autres études c'est bien, mais le vérifier en labo dans les bonnes conditions ce serait mieux.

Ils continuent avec le deuxième caveat :

Second, modern biochemistry involves many uphill reactions, but it is the overall thermodynamics of a biological system (an open system) that allows some uphill reactions to proceed. The main reaction of acetogen metabolism

4 H2 + 2 HCO3- + H+ → CH3COO- + 2 H2O, (8.9)

is highly exergonic with ∆G°r = -104,6 kJ mol-1 (Thauer et al. 1977), but the side reactions made possible by the main reaction are the ones that synthesize the fabric of life.

"Deuxièmement, la biochimie moderne implique beaucoup de réactions défavorables, mais c'est la thermodynamique d'ensemble d'un système biologique (un système ouvert) qui permet à quelques réactions défavorables d'avoir lieu. La réaction principale du métabolisme acétogène :

4 H2 + 2 HCO3- + H+ → CH3COO- + 2 H2O, (8.9)

est très exergonique avec ∆G°r = -104,6 kJ/mol (Thauer et al., 1977), mais les réactions secondaires rendues possibles par la réaction principale sont celles qui synthétisent les composants de la vie".

Autrement dit, pour les quelques réactions défavorables qui pourraient exister dans le proto-métabolisme, il faut imaginer un couplage avec la réaction exergonique principale du métabolisme acétogène. ��a se fait chez les êtres vivants, mais ce n'est peut-être pas automatique dans des conditions abiotiques.

Ils concluent le chapitre sur la synthèse des sucres en ces termes :

Acetogens synthesize acetyl phosphate (and subsequently ATP) from thioester hydrolysis, even though some of the individual reactions are steeply uphill. This works because they grow when H2 and CO2, but little acetate, are present, whereby they ���take a cut��� of both the energy and the carbon, as H2 and CO2 enter their cells and try to reach thermodynamic equilibrium with acetate (Schink 1997), their main waste product. Acetogen cell mass is a minor by-product of their main thermodynamically favourable reaction: acetate production. Organic synthesis at an alkaline hydrothermal vent can be viewed similarly.

"Les acétogènes synthétisent le phosphate d'acétyle (et ultérieurement l'ATP) par l'hydrolyse d'un thioester, même si certaines réactions individuelles sont fortement défavorables. Ceci fonctionne parce qu'elles croissent quand l'H2 et le CO2, mais peu d'acétate, sont présents, tandis qu'elles prennent à la fois un peu d'énergie et de carbone, en tant qu'H2 et CO2, entrent dans les cellules et essayent d'atteindre l'équilibre thermodynamique avec l'acétate (Schink, 1997), leur principal déchet produit. La masse cellulaire acétogène est un produit secondaire mineur de leur réaction principale thermodynamiquement favorable : la production d'acétate.La synthèse organique dans l'évent hydrothermal peut être vue d'une manière similaire".

Autrement dit, si l'acétate est produit en continu mais évacuée efficacement pour ne pas étouffer l'apport d'H2 et de CO2 nécessaires au réactions prébiotiques, alors tout devrait se passer comme sur des roulettes en matière d'apport indispensable de phosphate d'acétyle pour alimenter les réactions défavorables thermodynamiquement.

Cordialement.

[Geb]

Je crois utile de poster ici un lien vers le site internet du laboratoire de Dieter Braun de la LMU Munich :

Braun lab on Systems Biophysics

Il y a notamment une liste de ses publications récentes et futures.

Cordialement.

[Obamot]

chacun sa manière. J'aime bien séparer puis rassembler (une déformation de mon job d'informaticien sans doute, analyse top - down suivi de down - top).

Ch'tite question: On ne dirait pas «bottom up» plutôt que «down top»? Voire une éventuelle confusion avec l'appellation: «down under the top» qui aurait induit en erreur? Ou c'est moi?

Mais je vais déjà donner un indice sur le manque de détail des scénarios. Prenons une synthèse abiotique simple, tel qu'on peut en réaliser dans des milieu atmosphérique, aqueux, froid, chaud, etc.... En tout cas dans un milieu "favorable". On obtient une trentaine d'acides aminés (il y a des variations "exotiques" sur les acides aminés classiques), la simple réaction de formose produit dans les 80 sucres différents, et je ne parle même pas des lipides, des molécules inclassables et de toutes les variations autour (molécules hybrides, liaisons diverses et variées entre sucres, acides aminés, phosphates, sulfures, lipides). Même lorsque les conditions sont suffisamment favorables à la polymérisation de quelques acides aminés, même avec de petits peptides, il y a déjà plusieurs milliards de molécules possibles.

Bref. Dans la moindre situation un peu favorable, on se retrouve avec des milliers de molécules parmi un pool potentiel de millions ou de milliards de possibilités.

Une autre concernant les probabilités d'appariton de la vie: Il serait étonnant que la variable de température soit très large, non? Sinon, alors il faudrait trouver la bonne, ce qui accroit encore les scénarios à analyser. Et nous n'y serions pas encore je présume. Car l'observation de l'apparition de nouvelles variétés, a démontré que le développement d'opportunité/s de conditions de subsistance préalables et favorables étaient un prérequis (forcément, sinon elle ne peuvent se développer: tel l'apparition des graminées AVANT l'arrivée des premiers amphibiens ou que sais-je). Selon cette logique, il faudrait donc trouver les briques, le décencheur et également le substrat sur lequel la vie a pu démarrer! J'ai bon?

Par contre, j'ai de la peine à croire en l'"hypothèse atmosphérique", car encore fallait-il un substrat pour nourrir cette vie émergeante! Sauf si... Sauf si... En tout cas un des "sauf si..." pourrait-être que la vie n'est pas apparue en une seule fois, mais qu'il eut fallu une ou plusieurs étape/s de "maturation/s chimique minérale/s", avec transformation ad hoc successives, pour en arriver au moment "T" de la rencontre de la brique ultime, qui débouchera ��� après «un certain temps», comme disait Fernand Raynaud ��� à l'éclosion. Sans compter le fait que ces conditions minérales particulières, ne sont peut-être plus reproductibles, tout simplement parce que les conditions initiales (lesdites briques originelles) ont disparues avec le temps?


PS: ça fait pas mal de variables d'ajustement: je laisse les questions métaphysiques en suspens à cause du HS ( )

[Geb]

J'ai trouvé la publication la plus récente à ma connaissance (publiée en ligne le 25 janvier 2013) à propos du système hydrothermal alcalin "Lost City", qui n'est malheureusement pas disponible gratuitement :

Sources of organic nitrogen at the serpentinite-hosted Lost City hydrothermal field (Lang et al., 2013)

Abstract

The reaction of ultramafic rocks with water during serpentinization at moderate temperatures results in alkaline fluids with high concentrations of reduced chemical compounds such as hydrogen and methane. Such environments provide unique habitats for microbial communities capable of utilizing these reduced compounds in present-day and, possibly, early Earth environments. However, these systems present challenges to microbial communities as well, particularly due to high fluid pH and possibly the availability of essential nutrients such as nitrogen. Here we investigate the source and cycling of organic nitrogen at an oceanic serpentinizing environment, the Lost City hydrothermal field (30°N, Mid-Atlantic Ridge). Total hydrolizable amino acid (THAA) concentrations in the fluids range from 736 to 2300 nM and constitute a large fraction of the dissolved organic carbon (2.5–15.1%). The amino acid distributions, and the relative concentrations of these compounds across the hydrothermal field, indicate they most likely derived from chemolithoautotrophic production. Previous studies have identified the presence of numerous nitrogen fixation genes in the fluids and the chimneys. Organic nitrogen in actively venting chimneys has δ¹⁵N values as low as 0.1‰ which is compatible with biological nitrogen fixation. Total hydrolizable amino acids in the chimneys are enriched in ¹³C by 2–7‰ compared to bulk organic matter. The distribution and absolute δ¹³C_THAA values are compatible with a chemolithoautotrophic source, an attribution also supported by molar organic C/N ratios in most active chimneys (4.1–5.5) which are similar to those expected for microbial communities. In total, these data indicate nitrogen is readily available to microbial communities at Lost City.

Ce qui signifie approximativement :

"La réaction de roches ultramafiques avec l'eau durant la serpentinisation à des températures modérées entraîne des fluides alcalins avec de fortes concentrations de composés chimiques réduits tels que de l'hydrogène et du méthane. De tels environnements fournissent des habitats incomparables pour les communautés microbiennes capables d'utiliser ces composés réduits dans les environnements actuels et éventuellement, ceux de la Terre primitive. Cependant, ces systèmes présentent également des défis pour les communautés microbiennes, surtout dus au pH élevé du fluide et éventuellement à la disponibilité de nutriments essentiels comme l'azote. Ici, nous enquêtons sur la source et le recyclage d'azote organique dans un environnement océanique en serpentinisation, le champ hydrothermal de Lost City (30°N, dorsale médio-atlantique). Les concentrations en acides aminés hydrolysables totaux (AAHT) dans les fluides vont de 736 à 2300 nanomolaires et constituent une large part du carbone organique dissous (2,5-15,1%). Les distributions en acides aminés et les concentrations relatives de ces composés à travers le champ hydrothermal indiquent qu'ils sont très probablement issus de la production chimiolithoautotrophe. Des études antérieures ont identifiées la présence de nombreux gènes de fixation de l'azote dans les fluides et dans les cheminées. L'azote organique dans les cheminées ventilant activement ont des valeurs δ¹⁵N aussi basses que 0,1‰ ce qui est compatible avec la fixation biologique de l'azote. Les acides aminés hydrolysables totaux dans les cheminées sont enrichies en ¹³C_AAHT à 2–7‰ comparé à une source chimiolithoautotrophe, une attribution également soutenue par les ratios molaires organiques C/N dans les cheminées les plus actives (4,1-5,5) qui sont similaires à ceux attendus pour des communautés microbiennes. Au total, ces données indiquent que l'azote est facilement disponible pour les communautés microbiennes de Lost City".

Cordialement.

[Geb]

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).

Puisque ce genre de phrase à le don d'éveiller ma curiosité, j'ai essayé de rassembler tout ce que j'ai pu comme publications du Weizmann Institute à propos de l'origine de la vie.

Vu les éloges que Deedee81 en fait, je dois bien avouer que je m'attendais à trouver beaucoup plus de littérature issue de cet institut. Je n'ai trouvé aucune publication avant 1996.

Une fois n'est pas coutume, je vais essayer de décortiquer des articles sur l'origine de la vie qui n'ont a priori pas grand-chose en commun avec l'hypothèse de Russell...

La plupart des publications que j'ai trouvé proviennent du vieux site internet du groupe de Doron Lancet au Weizmann Institute :

Origin Of Life at the Weizmann Institute of Science

La liste de ces publications (ci-dessous) n'a manifestement pas été actualisée depuis 2005 :

The Lipid World: from catalytic and informational headgroups to micelle replication and evolution without nucleic acids (Bar-Even et al., 2005)

Polymer GARD: computer simulation of covalent bond formation in reproducing molecular assemblies (Shenhav et al., 2005)

Early Systems Biology and Prebiotic Networks (Shenhav et al., 2005)

Prospects of a computational origin of life endeavor (Shenhav & Lancet, 2004)

Theoretical and Computational Approaches to the Study of the Origin of Life (Segré & Lancet, 2004)

Graded Artificial Chemistry in Restricted Boundaries (Shenhav et al., 2004)

Lipidia: An Artificial Chemistry of Self-Replicating Assemblies of Lipid-like Molecules (Nahev et al., 2004)

Life without the double helix: Oparin revisited (Lancet, 2003)

Mesobiotic emergence: Molecular and ensemble complexity in early evolution (Shenhav et al., 2003)

The molecular roots of compositional inheritance (Segré et al., 2001)

The Lipid World (Segré et al., 2001)

Compositional genomes: prebiotic information transfer in mutually catalytic noncovalent assemblies (Segré et al., 2000)

Composing Life (Segré & Lancet, 2000)

Prebiotic evolution of amphiphilic assemblies far from equilibrium: from compositional information to sequence-based biopolymers (Segré et al., 2000)

GARDobes: Primordial cell nano-precursors with organic catalysis, compositional genome and capacity to evolve (Segré et al., 1999)

A statistical chemistry approach to the origin of life (Segré & Lancet, 1999)

Mutually catalytic amphiphiles: simulated chemical evolution and implications to exobiology (Segré & Lancet, 1998)

Mutual catalysis in sets of prebiotic organic molecules: Evolution through computer simulated chemical kinetics (Segré et al., 1998)

Graded Autocatalysis Replication Domain (GARD): kinetic analysis of self-replication in mutually catalytic sets (Segré et al., 1998)

Self-replication and evolution in primordial mutually catalytic set (Segré et al., 1997)

Les autres publications plus récentes que j'ai déniché sont co-écrites par au moins un des membres du Weizmann Institute :

Articles en accès libre sur le net :

Research Spontaneous chiral symmetry breaking in early molecular networks (Kafri et al., 2010)

Spontaneous Chiral Symmetry Breaking in Early Molecular Networks (Markovitch et al., 2010)

Question 7: the first units of life were not simple cells (Norris et al., 2007)

Coevolution of compositional protocells and their environment (Shenhav et al., 2007)

Articles payants :

Is There an Optimal Level of Open-Endedness in Prebiotic Evolution? (Markovitch et al., 2012)

Replication of simulated prebiotic amphiphile vesicles controlled by experimental lipid physicochemical properties (Armstrong , 2011)

Mutations and lethality in simulated prebiotic networks (Inger et al., 2009)

A multi-scaled approach to artificial life simulation with p systems and dissipative particle dynamics (Smaldon et al., 2008)

Compositional complementarity and prebiotic ecology in the origin of life (Hunding et al., 2006)

Self replication and chemical selection in primordial mutually catalytic sets (Lancet et al., 1996)

Cette liste (30 publis entre octobre 1996 et aujourd'hui donc) se veut la plus exhaustive possible, mais l'existence d'autres publications n'est évidemment pas exclue. Le cas échéant, je vous prie de la compléter.

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.

La conférence (60 minutes) est déjà disponible ici :

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

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

@ Deedee 81 : tu pourrais retrouver ce que tu as lu du Weizmann Institute, histoire de me faire gagner un peu de temps ?

La conférence (60 minutes) est déjà disponible ici

Je viens de terminer de regarder la conférence, que j'ai beaucoup aimé. Même si elle rappelle beaucoup sa conférence du 24 mai 2011 (voir message #57 de cette discussion), à la prestigieuse Royal Swedish Academy of Sciences (celle qui désigne les futurs Prix Nobel de Chimie).

J'ai bien envie d'analyser avec vous absolument tout ce que Russell dit dans cette dernière conférence, bien que je ne sache pas trop comment organiser tout ça, ou encore, s'il y a une demande en ce sens de votre part.

Je pense plutôt à une transcription écrite de l'intégralité de l'intervention de Russell (que j'ai terminé hier soir), séparée en fonction de chaque diapositive (il en utilise 39 différentes dans sa présentation). Je pourrais peut-être prendre le temps de la traduire si j'ai le temps (et le courage).

J'ai également dans l'idée de mettre en évidence les différentes publications qu'il cite dans le Powerpoint de sa conférence, ainsi que celles auxquelles il fait allusion dans son discours, afin d'être complet.

Si vous le souhaitez, on peut aussi analyser les réponses qu'il fournit à chacune des 7 questions posées par les membres du SETI Institute après sa conférence.

Cordialement.

[Geb]

J'ai trouvé un court résumé (13 pages) assez sympa sur le site de l'Université Bordeaux 1, à propos des conditions de la Terre primitive (surtout à l'Archéen, il y a entre 2,5 et 4,0 milliards d'années) :

L’environnement de la Terre primitive (Martin, 2006)

On le doit au géologue Hervé Martin, dont nous avons déjà parlé à plusieurs reprises dans cette discussion.

J'ai aussi trouvé une thèse (47 pages) terminée en juillet 2009 par Céline Konn, de l'Université de Stockholm, sur le site du quartier général de l'Ifremer à Brest :

Origin of organic compounds in fluids from ultramafic-hosted hydrothermal vents of the Mid-Atlantic Ridge (2009)

Ce qui est intéressant, c'est que son introduction est traduite en français :

Introduction (français)

La circulation hydrothermale est un phénomène répandu à l’échelle de la planète qui désigne la circulation de fluides dans la coûte et le manteau terrestre. Les manifestations extérieures de l’activité hydrothermale sont à la fois terrestres (geyser et sources chaudes) et océaniques (fumeurs noirs). Les systèmes hydrothermaux sous-marins constitueraient des environnements vivement favorables pour l’origine de la vie sur Terre, dans l’hypothèse où cette dernière aurait été initiée sans aucun apport de matière extraterrestre. Les conditions physico- chimiques rencontrées dans les systèmes hydrothermaux des grands fonds seraient, en effet, représentatives des supposées conditions qui régnaient sur la Terre primitive lorsque la vie serait apparue au tout début de l’Archean (il y a ∼3.8 Ga). La fixation primaire du carbone est indispensable à l’émergence de la vie et en constitue la clé de voûte. Ce processus se défini par l’extraction du carbone d’une source minérale (eau, air, roches) et la conversion de ce carbone inorganique en carbone organique c’est à dire l’incorporation dans des molécules organiques qui sont formées de carbone, oxygène, hydrogène et azote. A noter que tout organisme vivant se nourrit de carbone afin de construire sa biomasse (tissus, cellules...). Les systèmes hydrothermaux produiraient du méthane (CH4) à partir de dioxyde de carbone (CO2) et d’hydrogène (H2) uniquement via des procédés chimiques, ce qui constitue une forme de fixation primaire du carbone par un procédé dit abiotique car aucun organisme vivant donc qu’aucun processus biologique n’intervient dans la fabrication. Ainsi peut-on évoquer la question suivante: les systèmes hydrothermaux ont-ils été capables de produire d’autres composés organiques qui auraient constitué la matière première nécessaire à la naissance de la vie? Par ailleurs, dans un tout autre registre, la formation du méthane abiogénique, qui s’accompagne de la synthèse d’autres gaz hydrocarbures légers (éthane, propane et butane), soulève la question de la production abiotique de pétrole ce qui s’oppose à la théorie communément acceptée affirmant que le pétrole provient de la décomposition thermique d’ancien fragments de plantes et animaux sédimentés puis compactés. Mais la quantité de gaz naturel (principalement CH4) abiogénique générée par les systèmes hydrothermaux est-elle conséquente? Est-ce que des huiles plus lourdes (i.e. précurseurs des carburants) pourraient également être produites dans ces mêmes environnements? L’on voit ainsi toute l’importance d’une telle hypothèse pour l’industrie pétrolière. Dans un contexte global, la question qui se pose est : «Les systèmes hydrothermaux océaniques produisent-ils des composés organiques de façon abiogénique ?».

Il existe énormément de données thermodynamiques et de résultats expérimentaux qui soutiennent fortement la faisabilité de synthétiser une large gamme de composés organiques de manière abiogénique, en conditions hydrothermales. Néanmoins, un manque évident de données de terrains devait être absolument et rapidement comblé. Pour ce faire et pour répondre à la question de la synthèse organique abiotique, nous avons collectés des fluides de différents évents hydrothermaux sur la dorsale Médio-Atlantique et nous les avons analysés afin d’y rechercher des composés organiques. En premier lieu une méthode permettant d’extraire, concentrer et caractériser les molécules organiques a été établie et est décrite dans les papiers I et II. Ensuite l’attention a été portée sur l’identification et le recensement de tous les composés potentiellement issus de l’activité hydrothermale dans différents environnements géologiques et ceci constitue le but principal du papier I. Cependant, deux questions restaient sans réponse: à quel endroit dans le système ces composés sont-ils produits ? Et sont-ils abiogénique ou biogéniques (i.e. dérivés de matière biologique)? Dans le papier II nous avons étudié les variations de composition organique à l’intérieur d’un même site hydrothermal dans le but de discriminer la production locale (échelle du fumeur noir) de la production globale (échelle d’un site hydrothermal). Le papier III visait à répondre à la seconde question et présente une nouvelle approche pour l’identification de l’origine des composés organiques dans les fluides hydrothermaux. Cette approche est complémentaire à la méthode traditionnelle de la mesure des rapports isotopiques de carbone qui utilisée seule ne permettrait pas de conclure. Finalement, des composés plus spécifiques et importants dans la question de l’origine de la vie, dans notre cas les acides aminés, ont été étudiés dans le papier IV. On peut établir au jour d’aujourd’hui des conclusions majeures : (i) une partie des hydrocarbures saturés présents dans les fluides hydrothermaux seraient abiogéniques, alors que les acides gras seraient biogéniques et les composés aromatiques seraient thermogéniques (= processus qui consiste à dégrader une source de carbone biogénique à hautes température et pression) ; (ii) les réactions se déroulent certainement à grande profondeur dans le manteau à des températures supérieures à 400°C ; (iii) il est plus que probable que les acides aminés soient présents dans les fluides hydrothermaux bien que leur origine reste à déterminer.

Elle cite également plusieurs publications co-signées par Michael Russell.

Cordialement.

[Geb]

Il y a une notion que je voudrais aborder ici avant d'analyser dans le détails les deux plus longues conférences de Russell à ma connaissance (celles en lien aux messages #57 et #220 de cette discussion).

Michael Russell parle souvent de la concentration de protons dans l'eau dans ces conférences.

Pour rappel, la formule chimique de l'eau est H₂O. Il s'agit donc de 2 atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène liés ensemble.

Nous avons l'oxygène, qui est un élément fortement électronégatif comparé à l'hydrogène. Donc, l'atome d'oxygène va "tirer" les électrons des deux atomes d'hydrogène vers lui, ce qui aura pour effet de rendre l'atome du côté de l'hydrogène légèrement négatif du côté de l'oxygène et légèrement positif du côté des extrémités occupés par les atomes d'hydrogène. On dit que la molécule d'eau est dipolaire (il y a un côté δ^-, avec une charge négative et un autre côté δ⁺, avec une charge positive).

Grâce à cette caractéristique de l'eau, les côtés des molécules d'eau avec des charges opposés s'attirent et il se forme alors ce qu'on appelle une "liaison hydrogène" (on dit aussi "pont hydrogène"). C'est parce que la molécule d'eau est dipolaire que l'eau peut dissoudre (on parle aussi de "solvatation") des ions ou des molécules polaires, comme certaines protéines. Dépendant de la polarité (négative ou positive) des molécules ou des ions, nous aurons des molécules d'eau qui vont s'aligner, soit avec l'oxygène, soit avec les protons. Donc, dans le cas des protéines polaires, elles sont complètement entourées par des molécules d'eau, qui forment alors ce qu'on appelle une "couche de solvatation".

Cependant, lorsque l'eau est liquide, ce n'est pas aussi simple que ça. En fait, les protons contenus dans les molécules d'eau peuvent également se dissocier. Donc si nous avons deux molécules d'eau liquide, un proton peut se dissocier complètement de sa molécule d'origine à une autre molécule. C'est un phénomène qu'on appelle "autoprotolyse de l'eau".

Dans ce cas, nous avons donc une molécule d'eau qui perd son proton (la molécule d'H₂O devient OH^-, chargée négativement) et une molécule d'eau qui gagne un proton provenant de l'autre molécule (la molécule d'H₂O devient H₃O⁺, chargée positivement). Ces molécules sont appelées respectivement ion hydroxyde (pour OH^-) et ion hydronium (pour H₃O⁺).

Ce n'est qu'un détail, mais on recommande désormais d'appeler H₃O⁺ l'ion oxonium ou hydroxonium.

Pour être plus complet, si on reprend la propriété expliquée plus haut (c'est-à-dire le fait que l'eau est une molécule polaire), l'ion hydronium, qui présente une charge positive, peut aussi être solvaté par plusieurs molécules d'eau, devenant ainsi H₇O₃⁺, H₉O₄⁺, etc...

Mais, on parle généralement de concentration en protons parce que l'ion hydronium H₃O⁺ est souvent simplifié en H⁺ (soit un simple proton). Soit dit en passant, H₃O⁺ et OH^- sont des molécules très réactives.

La concentration en protons (en fait, en ions hydronium H₃O⁺) est définie comme le pH (qui signifie "potentiel hydrogène"). Le pH d'une solution est :

pH = -log [H⁺]

[H+] exprimant la concentration de protons, exprimée en moles par litre.

Dans le cas d'un pH de 7 (c'est-à-dire neutre), nous avons donc 18 x 10^-7 gramme de protons par litre (1000 grammes) d'eau, soit 1,8 x 10^-9 gramme de protons par gramme d'eau.

Ce qui signifie que dans l'eau pure (neutre), seulement une molécule d'eau sur 555 millions est dissociée.

Un changement de pH traduit en fait une modification de la concentration en ions. Par exemple, lorsqu'on passe d'un pH neutre (de 7,0) à un pH inférieur à 7 (l'eau devient donc acide), cela signifie que l'on a augmenté la concentration en ions hydronium (H₃O⁺), mais on parle plus généralement d'une augmentation de la concentration en protons, pour plus de simplicité.

Michael Russell, lui, parle constamment de concentration en protons.

Cordialement.

[JPL]

Ces molécules sont appelées respectivement ion hydroxyde (pour OH^-) et ion hydronium (pour H₃O⁺).
......
Mais, on parle généralement de concentration en protons parce que l'ion hydronium H₃O⁺ est souvent simplifié en H⁺ (soit un simple proton). Soit dit en passant, H₃O⁺ et OH^- sont des molécules très réactives.

Un point de vocabulaire : ce sont des ions (tu le dis bien à un moment) donc pas des molécules. On tolère par approximation simplificatrice ion H⁺ et concentration en protons mais on ne tolère pas molécule quand il faut dire ion.

[Geb]

Un point de vocabulaire : ce sont des ions (tu le dis bien à un moment) donc pas des molécules. On tolère par approximation simplificatrice ion H⁺ et concentration en protons mais on ne tolère pas molécule quand il faut dire ion.

Effectivement. Merci d'avoir relevé cette faute. Il faut aussi biffer une partie d'une phrase :

Nous avons l'oxygène, qui est un élément fortement électronégatif comparé à l'hydrogène. Donc, l'atome d'oxygène va "tirer" les électrons des deux atomes d'hydrogène vers lui, ce qui aura pour effet de rendre la molécule légèrement négative du côté de l'oxygène et légèrement positive du côté des extrémités occupées par les atomes d'hydrogène.

C'est parfois ce qui arrive quand on essaye de reformuler en cours de route...

Je me suis dit que quelqu'un allait plutôt corriger mon calcul de la quantité relative des molécules d'eau par rapport aux ions hydronium à pH neutre. Parce que même si la réponse semble correcte (~555 millions pour 1), le calcul est un peu bizarre.

Cordialement.

[Pfhoryan]

Je me suis dit que quelqu'un allait plutôt corriger mon calcul de la quantité relative des molécules d'eau par rapport aux ions hydronium à pH neutre. Parce que même si la réponse semble correcte (~555 millions pour 1), le calcul est un peu bizarre.

OK, peut-être plus lisible?

La molarité de l'eau est 55.5 M (1000 g/L et 18 g/mol).
à pH 7.0, la concentration en H₃O⁺ est 10^-7 M.
55.5/10^-7 = 555 millions

[Geb]

OK, peut-être plus lisible?

Merci pour ton aide Pfhoryan !

J'ai trouvé une autre présentation de Michael Russell (23 minutes), à l'occasion de la conférence "Setting Time Aright" organisée du 27 août au 1er septembre 2011 (sous la forme d'une croisière entre Bergen en Norvège et Copenhague au Danemark) par le Foundational Questions Institute (stylisé en FQXi)

Michael Russell on LIFE (en HD !)

Le FQXi a été fondé en 2005 par Max Tegmark (Massachusetts Institute of Technology) et Anthony N. Aguirre (University of California Santa Cruz) et est financé par une subvention (depuis mars 2006) de la très controversée John Templeton Foundation.

Je vais probablement lui réserver le même sort (c'est-à-dire une transcription complète et traduite) que les conférences aux messages #57, #76, #220 et l'interview vidéo de février 2012 de Michael Russell au message #52 de cette discussion.

Ce qui intéressant à propos de cette conférence, c'est que Michael Russell y évoque une publication de février 2011 qui m'était jusqu'alors complètement inconnue, qu'il n'a pas co-écrite, mais à laquelle a participé Shawn E. McGlynn (un des habitués des collaborations avec Michael Russell) :

Speculation on quantum mechanics and the operation of life giving catalysts (Haydon et al., 2011)

Il s'agit apparemment d'utiliser certaines notions de mécanique quantique (qui me sont complètement étrangères) pour comprendre plus en profondeur les mécanismes de catalyse dans les membranes inorganiques de la théorie de Russell et. al.

Aussi, juste pour information, une nouvelle version (corrigée) du CV de Mike Russell est disponible sur le site du JPL depuis ce mardi 23 avril.

Cordialement.

[Geb]

Je suis revenu récemment sur une discussion lancée par dodo71 :

http://forums.futura-sciences.com/pl...ml#post4478069

Il se demandait pourquoi a t-on abandonné le modèle d'une atmosphère primitive riche en méthane (type Miller-Urey) pour celui d'un atmosphère riche en CO2 ? En d'autres termes, pourquoi Miller et Urey ont-il pris une atmosphère réductrice (CH4, NH3, H2O et H2) pour faire leur fameuse expérience ?

Afin de répondre à cette question, j'ai entrepris de faire un tour de la littérature (merci Google scholar) et j'ai remarqué que les raisons avancées a posteriori sont très différentes. Autrement dit, les chercheurs travaillant sur l'origine de la vie connaissent rarement les justifications que Urey (et non Miller) a avancé à l'origine pour expliquer le choix d'une atmosphère réductrice avec une telle composition.

Je vous propose de faire un tour du net (et un petit passage dans la littérature scientifique à ce sujet).

[Geb]

Tout d'abord, j'ai retranscrit une conférence du cosmochimiste français Hervé Cottin, membre de la Société Française d'Exobiologie, datée du 13 novembre 2007 et disponible sur un site dont j'avais déjà parlé au message #118 de cette discussion (à travers le lien "webstreaming network") :

Lecture 03 - Basic Prebiotic Chemistry

J'ai donc décidé de retranscrire ci-après le discours approximatif de Hervé Cottin en sa partie qui commence de la diapositive 20 (à partir de 27:41) à la diapositive 28 (jusqu'à 41:02)

We are now in 1924, and with the magic of ABC-NET, for the first time, I'm sure that some of my students, here in Saint Petersburg, will understand the title of this book. I'll let you read the title of the book and for the others who are not familiar with Russian I will translate it. It's simply entitled "The Origin of Life". This book was written in 1924 by Alexander Ivanovich Oparin. In this book, he sets the basics of the theory of chemical evolution, which is the theory we are still working on to explain the origin of life. It could be considered as the roots of the Darwinian evolution tree, which says that from very simple living beings you would, in the end, by evolution, have a large variety of complex organisms. In the theory of Oparin, the chemical evolution, it's basically the same: you start with a limited mixture of simple organic compounds and in some environment, the prebiotic environment of the Earth, those molecules would spontaneously react one with the others, and in the end, you would have a large variety of very complex organic compounds. So that's the idea of the chemical evolution. And, Oparin published two versions of his book, one in 1924 where he was considering that the Earth has a very oxidizing environment and in a second edition of his book, in 1938, he was considering that the Earth has a highly reducing environment. I can't help to quote some of his first book. You can see it's very interesting and you can see that he had already all the ideas we are still working on. He says:

At first we found carbon scattered in the form of separated atoms, in the red hot stellar atmospheres.

So, you can refer to the first lecture of the ABC-NET by Kirsi Lehto who told you how the elements were synthesized in the stars. Then, I quote again:

We then found it as a component of hydrocarbons which appeared on the surface of the Earth. (...) In the waters of the primitive ocean these substances formed more complex compounds. Proteins and similar substances appeared. (...)

You have this evolution, this chemical evolution.

[They] (...) acquired a more and more complex and improved structure and were finally transformed into primary living beings ��� the forbears of all life on Earth.

In 1924, Oparin was very optimistic, he had a great idea, he was very confident, and it's very funny to read the last words of his book where he says:

We have every reason to believe that sooner or later we shall be able practically to demonstrate that life is nothing else but a special form of existence of matter. The successes scored recently by Soviet biology hold out the promise that the artificial creation of life of the simplest living beings is not only possible, but that it will be achieved in the not too distant future.

We are still waiting, and we realized that it was not that obvious. And Oparin actually, realized that too, because in 1938, the conclusion of his book is quite different. It is very funny to quote the end of his first book because at that time Oparin was very optimistic, he had found a great idea and he was very confident that it would eventually work, and very soon. And the last sentences of his book were:

We have every reason to believe that sooner or later we shall be able practically to demonstrate that life is nothing else but a special form of existence of matter. The successes scored recently by Soviet biology hold out the promise that the artificial creation of life of the simplest living beings is not only possible, but that it will be achieved in the not too distant future.

So, believing him it would be done right now, something like one century after. But it is not the case, as you all know, and Oparin quickly became aware that it was not that easy, and it's interesting to see the conclusion of his second book. In 1938, the last words of his book are:

We are faced with a colossal problem of investigating each separate stage of the evolutionary process as it was sketched here. (...) The road ahead of us is hard and long but without doubt it leads to the ultimate knowledge of the nature of life. The artificial building or synthesis of living things is a very remote, but not an unattainable goal along this road.

Oparin theory was just a theory. He didn't make any benchwork, any experiment, not because he didn't want to, but because he didn't have the equipment in his laboratory to try to figure out if his ideas were consistent or not. So, I was seeing that Oparin ideas were brilliant and visionnary but always stayed as words in books. Not because Oparin didn't want to test this hypothesis, but because at that time he didn't have the equipment in his laboratory to test this idea. And towards the first laboratory test of the chemical evolution, we have to wait until 1950, and the famous Miller-Urey experiment. This experiment is really a major breakthrough in exo/astrobiology. It was a simulation of a putative primitive Earth environment. On the right side you can see a photo of Stanley Miller, who sadly passed away a few months ago. He was a young student doing his PhD, in 1950. He was a student of Nobel Prize Urey and both had the idea to test in the laboratory if Oparin was right. So, how did they do that? They first had to consider what was the environment of the primitive Earth. As I told you, Oparin was considering either an oxidizing environment, which would mean that the atmosphere would be made of CO2, nitrogen, water and may be some amount of oxygen. And in his second version of his book he was considering a very reducing environment, which would mean that the atmosphere would be made of methane (CH4), ammonia (NH3), water and molecular hydrogen. And this is this first hypothesis that Miller and Urey chose, and this is what I'm going to explain you right know. And I will also explain you why they chose this environment.

On this slide you see a description of the experiment. So, to understand the experiment you have to imagine that it's a simulation of the Earth before life appeared on Earth. And on the primitive Earth, you had an atmosphere which is presented on the upper right of this scheme in a [???]. You have a gas mixture, and in this gas mixture you have methane ammonia, water, and hydrogen. And, to make some chemistry, you need some energy. What was the energy on the primitive Earth? You have the solar UV's. Which was not very easy to simulate in the laboratory at that time. And you could also reproduce spark discharges, made during storms in the primitive Earth. So, a gas mixture, a source of energy and you had also an ocean when a was talking about the ocean, the primitive ocean, which is in the second balloon at the lower left of the scheme, as it was thought at that time and it is still thought nowadays, that the primitive oceans were warmer than they are today, and so, there was a heat source under the water, and they let the experiment run during a few days, a few weeks. And what was very amazing to see? That during this time, the water would get darker and darker, and after analysis of the content of the water, they found that there was a production of a large range of organic compounds including amino acids. So, that's the first step of the chemical evolution, from very simple ingredients simulating a primitive environment, you can synthesize some basic blocks of life: the amino acids. We had amino acids, but they are a racemic mixture, which means that we had both forms of amino acids as I've already explained you earlier in this lecture.

Why did Miller and Urey chose a reducing atmosphere made of CH4, NH3, H2O and H2? For three reasons, basically:

- Because first, those gases were detected in the atmospheres of giant planets in the 1930's. That's actually why Oparin changed his ideas between the two books. Because these compounds were detected in the atmospheres of the giant planets, like Jupiter.

- And it was thought that all the primitive atmospheres of the planet were identical and they were captured to the solar nebula when the planets were formed.

- And as the giant planets are cold and far from the Sun, and they have a very important amount of atmosphere, the composition of the atmosphere of the giant planets would have remained unchanged during their formation.

Then, the current composition of the atmosphere of the giant planets would be a good model for the primitive composition of the atmosphere of the Earth. That's why they pick this mixture.

Of course, as always, things are not as simple, and there is a but. Why is there a but?

- First thing is that the telluric planets are very small compared to the giant ones, and they don't have a sufficient mass to capture the gas of the Solar Nebula like the giant planets did. This is the first reason.

-The second reason is that Earth, like Venus and Mars, had probably a second atmosphere which was built later, after the formation of the core of the planet, by outgassing from the mantle and also, probably, by importation of volatile material by meteorites and comets.

Then, most probably, the primitive composition of the Earth atmosphere was dominated by CO2 and nitrogen, in which organic syntheses are not as efficient as in a reducing atmosphere. We'll come back on this point later.

So, we can't just stop here and say: "Miller experiment was wrong he didn't have the good hypothesis", because this was the starting point of all the bench studies on the origin of life.

[Geb]

Ce qui est à mon avis à retenir de l'avis de Hervé Cottin c'est qu'Alexandre Oparine aurait envisagé une atmosphère primitive relativement oxydée dans son premier ouvrage sur le sujet publié en 1924 (en russe), pour envisager en 1938 (dans sa seconde édition en anglais), une atmosphère primitive réductrice.

Hervé Cottin avance 3 arguments :

1) On aurait détecté dans les années 1930 (avant la publication du second ouvrage d'Oparine), des composés réducteurs dans l'atmosphère des planètes géantes comme Jupiter.

Effectivement, après une petite recherche, j'ai appris que dans un article intitulé "Note on the Spectra of Jupiter and Saturn" publié en 1933, l'astronome Theodore Dunham Jr. apporte les indices les plus convaincants de la présence d'ammoniac (NH3) et de méthane (CH4) dans l'atmosphère de Jupiter et de Saturne, grâce aux observations spectroscopiques de ces planètes faites à l'observatoire du mont Wilson, en Californie.

2) L'atmosphère primitive de la Terre aurait, à une époque, été constituée à partir de gaz de la nébuleuse solaire, que la planète aurait capturé tandis qu'il remplissait encore l'espace interplanétaire.

Malheureusement, je n'ai pas pu vérifier quand cet théorie a été abandonné (ou quand elle a été formulée pour la première fois, "preuves" à l'appui). Nous verrons de toute manière si ce sont bien là les arguments qui ont convaincu Urey dans son choix.

3) Comme les planètes géantes sont loin du Soleil et donc froides, ainsi qu'une atmosphère plus importante que les planètes telluriques, la composition de les enveloppes atmosphériques des planètes géantes seraient restées inchangées depuis leur formation.

Là, je n'ai même pas cherché à trouver des papiers antérieurs à 1924 (ou à 1938) qui suggéraient que les atmosphères des planètes seraient restées inchangées depuis leur formation.

Maintenant, dans les raisons qui auraient motivé l'abandon de la composition de Urey-Miller (devrait-on dire, au lieu de Miller-Urey) pour l'atmosphère terrestre primitive, Hervé Cottin nous dit ceci :

1) Les planètes telluriques sont très petites comparées aux planètes géantes, donc elles n'ont jamais eu une masse suffisante pour capturer les gaz de la nébuleuse solaire.

C'est juste d'un point de vue théorique, mais pour déterminer quel gaz s'échappe et quel gaz reste avec une force gravitationnelle donnée (et la température estimée de la haute atmosphère) on se base sur une relation mathématique établie par Maxwell (de mémoire) en 1860. Donc, je pense qu'Oparine le savait déjà.

2) Les planètes telluriques ont probablement hérités d'une atmosphère secondaire que la Terre aurait acquise par dégazage (grâce aux volcans) des gaz volatiles contenus dans le manteau terrestre, après la ségrégation du c��ur de la planète et pourquoi pas (nous dit Hervé Cottin), par apport des bombardements météoritiques et cométaires.

L'hypothèse du dégazage atmosphérique comme principal moteur de la formation (et donc principale contrainte sur la composition) de l'atmosphère primitive est l'hypothèse contre laquelle, en parfait accord avec Oparine, Harold Urey semble s'être opposé. Nous verrons pourquoi et son hypothèse alternative.

3) Dans ce cas, toujours d'après Cottin, la composition de l'atmosphère terrestre primitive était dominée par le CO2 et le N2.

Hervé Cottin rappelle toutefois que même si Urey et Miller pourraient s'être trompés sur la composition de l'atmosphère terrestre primitive (Miller a toujours défendu l'hypothèse réductrice jusqu'à sa mort, tout comme son dernier doctorant Jeffrey Bada le fait encore aujourd'hui), ils ont quand même lancé les premières études expérimentales modernes sur l'origine de la vie terrestre et surtout, je dirais, ils ont inspiré d'autres chercheurs qui se sont lancés dans le domaine eux aussi.

D'ailleurs, j'ai été enchanté d'entendre la remarque de Nigel Mason lors d'une conférence à l'Université d'Oxford le 4 août 2011 :

The Origin of Life (68 minutes)

�� la question de savoir pourquoi les études expérimentales sur le sujet n'ont pas commencé plus tôt, il répond (à partir de 8:20 dans la vidéo) :

Nothing then happens, for about forty years, until these men, Harold Urey and Stanley Miller, decided to do an experiment. Now, to do an experiment you need money, ok? And getting money, even in the 1950's, to say: "I want to do an experiment to see if I can make life in a test tube in the lab", you didn't get much research money from the government. So what you have to do is winning the Nobel Prize, and then you get some money, and you can do with it what you like. So, that's what they did. Urey got the Prize.

Donc, d'après Nigel Mason, c'est parce que Harold Urey a gagné de l'argent grâce à son Prix Nobel pour la découverte du deutérium, qu'il a pu consacré cette argent à la première vérification expérimentale d'une théorie moderne de l'origine de la vie. Inutile de dire que je pense qu'il a effectivement raison sur ce point.

[Geb]

Au tout début (dans la première minute) de la conférence citée au message #227, Michael Russell dit :

Ever since Darwin, we've known that the early atmosphere was carbon dioxide. And unfortunately, this was lost with Urey assuming, probably in a little bit of a panic, what to do with Stanley Miller (his new PhD student in 1950)... Urey said: "Well, let's assume the early atmosphere was methane, like Jupiter". There has never been a geologist to think that.

J'ai cherché une publication dans laquelle Urey justifierait son choix. Durant cette recherche, j'ai remarqué une publication dans laquelle l'auteur, Preston E. Cloud Jr. écrit :

[...] A salient and long-appreciated aspect of the terrestrial atmosphere is its great depletion in the noble gases, relative to their cosmic abundances (1). This seems to require the conclusion that the atmosphere as we know it is of secondary origin. Either the earth originated without a primary atmosphere, or such an atmosphere was mainly lost in a subsequent thermal episode.

Actually, an internal source for our atmosphere as a result of gradual episodic, or rapid volcanic outgassing and weathering was proposed long before the depletion in noble gases was recognized. The Swedish geologist Högbom (2) suggested this in 1894, and his countryman Arrhenius (3), in 1896. Later Chamberlin (4) recognized a post-accumulational generation of the atmosphere from occluded gases as a necessary consequence of his and Moulton's planetesimal hypothesis for the origin of the earth. Rubey's critical and comprehensive assessment (5) of possible sources for the volatiles that comprise the atmosphere and hydrosphere has led to wide acceptance of the concept of accumulation of both from juvenile sources. [...]

Donc, l'idée du dégazage atmosphérique, qui donnerait une atmosphère riche en CO2, est défendue depuis longtemps (au moins depuis 1894), comme le dit Michael Russell dans sa conférence. Là, où il se trompe, c'est dans les circonstances et les bases sur lesquelles Urey semble avoir basé son choix d'une atmosphère primitive réductrice.

Pour appuyer mes propos, je me base sur un papier que Harold Urey a publié le 1er avril 1952 :

On the Early Chemical History of the Earth and the Origin of Life

En voici un rapide résumé...

Harold Urey avait écrit un papier sur la formation des planètes du système solaire (Urey, 1951 ; révisé et augmenté en 1952).

Il part d'une remarque qu'il attribue à Alexandre Oparine (Oparine, 1938), pour lequel les atmosphères hautement oxydés à la surface de la Terre et probablement de Vénus et de Mars, seraient l'exception plutôt que la règle dans le Cosmos. Il ajoute que c'est essentiellement l'argument d'Oparine.

Il introduit ensuite l'observation d'au moins 6 formations concentriques sur la Lune qui comme Mare Imbrium (Baldwin, 1949), seraient de gros cratères d'impact sur la Lune, qui d'après lui, ce seraient tous formés dans un intervalle de seulement ~100000 ans.

Il en conclue que des planétésimaux de plusieurs centaines de kilomètres s'écrasaient à l'époque sur la Lune et donc, sur la Terre, "à la fin de leur accrétion". Ces planétésimaux étaient riches en fer natif et contenaient également des silicates hydratés (c'est-à-dire riches en eau). La température des roches des planétésimaux avant impact n'était pas élevée.

Les planétésimaux tombant sur Terre étaient plus rapides à cause de l'attraction gravitationnelle de la Terre plus importante et avant l'impact, ils entraient en contact avec un atmosphère beaucoup plus dense qu'à la surface de la Lune.

�� l'impact, les roches se seraient volatilisées sous la chaleur intense et les débris se seraient éparpillés sur plusieurs milliers de kilomètres tandis que le nuage de l'explosion serait monté bien au-dessus de l'atmosphère. En retombant, des gouttelettes de fer et de silicates qui auraient refroidi dans la haute atmosphère auraient réagi avec l'atmosphère durant leur chute.

En prenant pour exemple les débris récoltés sur le site de Meteor Crater en Arizona (à la suite d'une discussion avec un certain Harvey Harlow Nininger), il fait l'hypothèse que ces petits débris contenaient un alliage fer-nickel, des silicates, du graphite, du carbure de fer, de l'eau (telle quelle ou sous forme hydratée dans les roches), des sels d'ammonium et des nitrures. D'après lui, ce sont ces substances qui auraient fourni les constituants volatiles et non-volatiles de l'atmosphère primitive et de la Terre respectivement.

Selon lui, bien que les températures à l'impact aient sans doute été très importantes (supérieures à 10000K), le taux de collision n'était pas assez rapide pour provoquer une augmentation de la température générale de la planète, qui n'était donc pas excessivement élevée (~1200K maximum d'après lui).

Il fait ensuite la liste des réactions chimiques que ces débris auraient subi durant leur chute dans l'atmosphère terrestre primitive (j'ai mis les gaz produits en gras).

FeO + H₂ = Fe + H₂O
Fe₃O₄ + H2 = 3 FeO + H₂O
C + H₂O = CO + H₂
C + 2 H₂ = CH₄
Fe₃C + 2 H₂ = Fe + CH₄
NH₃ + 1/2 N₂ + 3/2 H₂

En calculant les constantes d'équilibre des réactions susmentionnées à 1200K (voir page 3 du pdf), il conclue :

From these equilibrium constants one sees that hydrogen was a prominent constituent of the primitive atmosphere and hence that methane was as well. Nitrogen was present as nitrogen gas at high temperatures but may have been present as ammonia or ammonium salts at low temperatures. At high temperatures hydrogen would escape from the planet very rapidly, but if the temperatures were high objects must have arrived rapidly to replenish the lost hydrogen. If the objects arrived slowly then the temperatures were low and hydrogen did not escape rapidly. Thus it is very difficult to see how the primitive atmosphere of the earth contained more than trace amounts of other compounds of carbon, nitrogen, oxygen and hydrogen than CH4, H2O, NH3 (or N2) and H2.

Ce qui signifie approximativement : "De ces constantes d'équilibre, on voit que l'hydrogène était un élément constitutif important de l'atmosphère primitive et donc, que le méthane l'était aussi. L'azote était présent sous forme gazeuse à hautes températures mais pourrait avoir été présent sous la forme d'ammoniac ou de sels d'ammonium à basses températures. �� hautes températures l'hydrogène se serait échappée de la planète très rapidement, mais si les températures étaient élevées, cela signifie que les bolides seraient arrivés rapidement pour réapprovisionner en hydrogène manquant. Si les bolides arrivaient lentement, alors les températures étaient basses et l'hydrogène ne s'échappait pas rapidement. Donc, il est très difficile de voir comment l'atmosphère primitive de la Terre contenait plus que des traces de composés de carbone, d'azote, d'oxygène et d'hydrogène autres que le CH₄, l'H₂O, le NH₃ (ou le N₂) et l'H₂".

��videmment, il critique aussi l'hypothèse (alternative à la sienne) d'un dégazage par les volcans de gaz provenant de l'intérieur de la Terre (plutôt que l'hypothèse qu'il soutient, celle d'une origine météoritique de l'atmosphère primitive) en ces termes (voir page 4 du pdf, en note de bas de page) :

The alternative to this course of events would be the production of carbon dioxide from the earth's interior and there is evidence that at least some oxidized carbon is so produced. [...] It seems probable to the writer that atmospheric oxygen directly or indirectly is responsible for the oxidation. Observers report burning gases as escaping from lavas, thus indicating the escape of reduced gases from the lava. Also surface oxidation of the lava pool must occur, as is shown by the high temperatures in the surfaces of such pools. Ferric oxide is probably produced and this in turn would oxidize carbon within the magma. [...] If atmospheric oxygen is the source, then the carbon dioxide does not represent oxidized carbon being supplied to the atmosphere, but on the contrary it represents reduced carbon being so supplied.

Autrement dit, pour faire court, la présence de CO₂ dans les laves actuelles, qui sont utilisées par les partisans de l'hypothèse du dégazage comme analogues de la composition de l'atmosphère primitive, serait dû à l'oxydation a posteriori, à cause de l'oxygène moléculaire dans l'atmosphère actuelle. En outre, si d'après Urey on retire l'oxygène atmosphérique de l'équation (ce qui était le cas au début de l'histoire de la Terre), ça voudrait dire que les laves contenait du charbon (et pas du CO₂), ce qui est favorable à son hypothèse (l'oxydation de carbone pur est une des réactions qu'il utilise plus haut).

Juste pour le côté pitoresque, j'ajoute aussi une phrase d'anthologie dans le texte en page 4, pour son côté assez pittoresque :

Mars has no mountains higher than 750 meters.

Ce qui est important de retenir ici, c'est qu'avant la publication de l'expérience qu'il a proposé à Stanley Miller, Urey était un peu "seul contre tous" à prétendre que l'atmosphère de la Terre primitive aurait été réductrice. En parcourant la littérature, j'ai remarqué qu'il s'opposait quasi systèmatiquement aux expériences de chimie prébiotique menées à l'époque (à partir de 1946) par le biochimiste américain Melvin Calvin. Dans le papier que j'ai cité, il s'oppose aussi aux résultats présentés par William Walden Rubey en 1951 (publiés en 1955; publication également citée dans le papier de Preston Cloud de 1968), qui étaient également en faveur d'une atmosphère primitive riche en CO₂, N₂ et H₂O.

C'est en fait le succès inattendu de l'expérience de Miller, qui a lancé la "mode" de dire que l'atmosphère terrestre aurait été réductrice. La plupart (tous ?) les géologues en seraient restés à l'hypothèse de l'atmosphère primitive riche en CO₂, comme c'est toujours le cas pour les autres planètes telluriques sans vie apparente, comme Vénus et Mars.

Cordialement.

[Geb]

Je vais commencer les transcriptions des conférences de Russell par celle du 10 octobre 2009 qui figure au message #76 de cette discussion :

TED^x Talks - Art&Science - Michael Russell (10 octobre 2009, Los Angeles)

Ici, il s'adresse à des artistes et son introduction artistique est assez longue, donc j'ai commencé la transcription à la diapositive 13 (à 8:39 dans la vidéo).

J'ai ensuite commenté chaque discours associé à chaque diapositive, qui sont en gros une traduction grossière des idées principales dont il parle. J'ai aussi essayé d'associer un titre (en gras) à chaque diapositive, pour que ce soit un peu plus clair (du moins je l'espère).

�� la diapositive 24, Mike Russell reprend brièvement des considérations artistiques que j'ai choisi de ne pas retranscrire dans cette discussion. Aussi, il est important de se rendre compte que durant les 4 conférences que je vais transcrire, on peut voir l'évolution de ses idées (ce qu'il dit ci-après n'est parfois plus ce qu'il pense aujourd'hui).

Diapositive 13 : What drove life into being? (08:39 ��� 10:04)

My actual interest is in working on the emergence of life. And I recognize it's because the planet is far from equilibrium. It has a job to do. And we know what a standard job for a planet to do is it's very hot in the center, they are always hot in the center. They want to lose energy. How do they lose energy? You'll know if we go to another planet how they lose energy. They lose energy by convection. Convection in the core, convection in the mantle of the Earth, convection in the crust of the Earth, hydrothermal convection, convection in the water itself, in the ocean, and convection in the atmosphere of course, before that heat is spread into space. And here is the Hadean water world, 4 billion years ago, when life probably have started, maybe before that. It was not a nice place to be. The idea of, some of you may have heard of it, Darwin's little pond. Forget it. You've got to unlearn things in things about the origin of life. There is no pool here, it's a water world. And it's far-from-equilibrium water world. It's 5- or 6-hour days. If you know about the Roaring Forties, I mean, think what weather was like? There is no floor to take up the slack here. These currents got to get round and round and round. You're not gonna start life on the surface of this planet. It's just too wild. There is impacts from meteorites. There is 8 times the present UV radiation. So, I think we need to get out of there. But we've got to think about why life would start?

Les planètes sont toujours très chaudes en leur centre. Comme les autres planètes, la Terre dissipe son énergie grâce à la convection : convection dans le noyau, dans le manteau, dans la croûte, convection hydrothermal au niveau du plancher océanique, convection (de l'eau elle-même) dans les océans, convection dans l'atmosphère terrestre, jusqu'à la dissipation de cette "chaleur", source des cellules de convection, dans le vide de l'espace.

Il y a plus de 4 milliards d'années, lorsque la vie est probablement apparue, à l'Hadéen, la Terre était une planète océan qui n'était pas très accueillante. Il n'y avait pas de "petite mare", telle que celle imaginée par Darwin. C'est une des notions qu'il nous faut "désapprendre" lorsqu'on s'intéresse à l'origine de la vie. La durée d'un jour est de 5 à 6 heures (au lieu des 24 heures actuelles). Avec une telle vitesse de rotation, les vents et les ouragans étaient beaucoup plus puissants qu'actuellement. De plus, il n'y a pas de terres émergées pour les arrêter. C'est pourquoi la vie ne peut apparaître à la surface de cette planète. Il faut y ajouter les impacts de météorites et un flux de rayonnement UV 8 fois plus important à la surface (Canuto et al., 1982).

UV radiation from the young Sun and oxygen and ozone levels in the prebiological palaeoatmosphere (Canuto et al., 1982)

Diapositive 14 : Hurricane (10:04 ��� 10:18)

So, we go back to understand that structure, and of course this is a convective system in the atmosphere. This is to remind us that, perhaps this is what some of the early Earth's atmosphere. That's what was happening in the early Earth's atmosphere.

Il est intéressant de s'arrêter sur la structure d'un ouragan. Il s'agit d'un système convectif dans l'atmosphère. C'était un phénomène courant dans l'atmosphère de la Terre primitive.

Diapositive 15 : The Earth produced hydrogen (10:18 ��� 10:33)

So, it's getting rid of its physical energy, if you like. The planet is doing quite well. But at the same time as it's getting rid of its physical energy, it's actually generating hydrogen. So, it's getting rid of its physical energy by these convection cells, but out comes hydrogen. Now we all know that's a great fuel, or at least carrier gas.

Tandis que la planète se débarrasse de son énergie grâce aux cellules de convection, elle génère de l'hydrogène: un bon combustible, ou tout du moins un bon vecteur d'énergie

Diapositive 16 : Carbon dioxide exhaled from volcanoes (10:33 ��� 11:04)

And yet, high temperature volcanoes are gonna generate carbon dioxide. Now, actually carbon dioxide is very oxidized. We think erroneously that all oxidized atmospheres should have oxygen in them. I mean, this is very weird. This is because of life, because of photosynthesis. A planet with carbon dioxide and H2O (water), is oxidized, in the exterior. Whereas in the inside, is bringing hydrogen, for example, from things like the native iron in the mantle.

Les volcans, à haute température, génèrent du dioxyde de carbone. En fait, le dioxyde de carbone est un composé très oxydé. Nous avons tendance à penser, à tort, qu'un atmosphère oxydé contient forcément de l'oxygène. Mais la présence d'oxygène est due à la vie, à la photosynthèse. En fait, une planète qui présente du dioxyde de carbone et de l'eau à l'extérieur (dans l'atmosphère et les océans respectivement) est oxydée. De l'intérieur, s'échappe de l'hydrogène grâce au fer natif contenu dans le manteau.

Diapositive 17 : Oceans on Earth (11:04 ��� 11:23)

So, that means that the ocean wasn't just wild and tempestuous but it was also carbonic. So it'd have a pH of about 5.5. And I'm being a little facetious, I guess, by saying, hopefully, that is how we like it, pH 5.5, I mean, you can even advertise with.

L'océan n'était pas seulement tumultueux et tempétueux mais aussi carbonique (riche en dioxyde de carbone dissous dans l'eau). Cela le rendrait acide. Il aurait un pH d'environ 5,5.

Diapositive 18 : Hydrogen plus carbon dioxide react slowly to produce methane (11:23 ��� 12:25)

Now, hydrogen plus carbon dioxide actually wants to make methane. Ok? We've all heard about, this is the frightening greenhouse gas. And that's what happens. Hydrogen plus carbon dioxide react slowly to produce methane, without any help, except from geochemistry. Ok, so it's something that happens. So, it's kind of resolving the disequilibrium. So, we know that convection resolves the disequilibrium of heat. But, generating methane is resolving the chemical disequilibrium, because the very fact of convection is actually producing chemicals that are far of equilibrium. So, if you'd like, what I'm gonna tell you, is that metabolism takes over from that convection cells.So, we've got these nice convection cells. But if you think about it, all metabolism is always related to convection. You know, even if it's just bringing the water to the land through rain, or the fisherfolk knowing exactly where to go in the ocean, for [???] zones. Mostly the ocean is a desert.

L'hydrogène et le méthane tendent à réagir lentement pour produire du méthane, sans aucune aide, si ce n'est celle de la géochimie. La convection résout le problème d'un déséquilibre causé par la chaleur. La production de méthane par la planète elle-même résout un déséquilibre chimique. En fait, c'est la convection qui génère les produits chimiques hors d'équilibre et donc, le déséquilibre chimique. Un métabolisme prend le relais de ces cellules de convection.

Diapositive 19 : and the potential to produce acetate (12:25 ��� 12:46)

There is also a potential to produce acetate, which is vinegar. But it's not such a good potential, this. But it could happen. So that's CH3COOH. It doesn't matter the formula particularly. Notice that all these reactions produce water. All living things. We produce water.

En plus du méthane, on pourrait pontentiellement produire de l'acétate, c'est-à-dire du vinaigre (CH3COOH). Il ne s'agit pas d'un bon potentiel, mais ça pourrait arriver.

Diapositive 20 : An energetic reaction that quickened to life (12:46 ��� 13:03)

Now, these reactions I'm interested in, is: how can we quicken them to life? And I'm using that word carefully. The word quick as in "the quick and the dead", "coming to the quick". It's not just speeding up, it's enlivening these systems. How can we enliven them? So, let's think about how that might take place.

Comment pouvons-nous accélérer ces réactions chimiques ? Il ne s'agit pas juste de les accélérer, mais de leur "faire prendre vie", de les "amener à la vie" dans ces systèmes.

Diapositive 21 : But where? (13:03 ��� 13:05)

Well, where would it happen?

Où cela aurait-il lieu ?

Diapositive 22 : Black smokers? (13:05 ��� 13:33)

Well, many people have thought of these things called black smokers, which are 400°C, and they come into the ocean they are spectacular. They are down a kilometer or so, down on the ocean floor. They are driven by volcanic material coming up close to the surface of the bottom of the ocean. You get these lovely structures and life does seem happy here. There is a crab here for example, plenty of nice tube worms you often get fish around here.

Et bien, beaucoup de personnes ont pensé aux fumeurs noirs, qui sont à 400°C. Ils sont au fond de l'océan et sont mû par du magma remontant à proximité de la surface, c'est-à-dire à proximité du fond de l'océan.

Diapositive 23 : But it is much too hot for life to have started here (13:33 ��� 13:44)

So, I can understand why people thought that that might be the case. But, it's really much too hot, too spasmodic. I mean, 400°C it's higher than the melting point of lead. So, I don't think we need to think that this is the right place.

Cependant, c'est un milieu bien trop chaud, trop éphémère. Donc, je ne crois pas que c'est le bon endroit.

Diapositive 24 : (13:44 ��� 15:24)

[...]

(Suite dans mon prochain message)

[Geb]

La suite de la conférence de Mike Russell du 10 octobre 2009 :

Diapositive 25 : Laboratory simulation of an alkaline seepage into acidulous ocean, at JPL (15:24 ��� 16:22)

Let's start from scratch. So, starting from scratch, and this is rather... it's crude. But, we've got a reactor here. You don't have to know much about it, except to see that we are trying to reproduce conditions on the early Earth, 4 billion years ago. So, we take what we think are those conditions, we put them in the reactor. And we take the fluid from that reactor and put them into what we think, what's called the Hadean or the hellish ocean 4 billion years ago, or more. And we get this structure: the hydrothermal mound. And to me, these kind of structure, this kind of bulbous structure, with many little compartments in it, is where life actually started. This is the hatchery of life to my mind. What's it doing? It's solving the problem of hydrogen and carbon dioxide being out of equilibrium. And it's a very slow process in geochemistry, but biochemistry comes along and solves the problem and quickens these reactions to generate things like methane and acetate and so on. But they are the two initial chemicals.

Voici un réaction qui tente de reproduire les conditions de la Terre primitive il y a 4 milliards d'années. Donc, nous y mettons ce que nous pensons savoir de ces conditions. Ensuite, nous prenons le fluide du réacteur et nous le mettons dans un analogue de ce que nous pensons savoir de l'océan à la même époque (appelée l'Hadéen). De cet interaction, nous obtenons une structure, un mont hydrothermal. Il s'agit d'une structure bulbeuse, avec de nombreux petits compartiments à l'intérieur. Russell pense que c'est la que c'est dans ce type de structure, dans ses petits compartiments, que la vie est en fait apparue.

Quel est le rôle de cette structure et de la vie qui y apparaît ? Elles résolvent le problème de l'hydrogène et du dioxyde de carbone hors d'équilibre. C'est un processus lent en géochimie, mais la biochimie apparaît et résout le problème tout en accélérant ces réactions pour générer du méthane, de l'acétate, etc... Il s'agit des deux produits chimiques initiaux.

Diapositive 26 : From convection to frustration to life (16:22 ��� 17:56)

So, here we have an ocean. It's 4 billion years old ocean. It's called the Hadean ocean. It's carbonic. It means it's acidic. It's got a pH of 5 to 6, for those people who are used to that kind of language. Here, the water goes down the crust of the Earth. And it becomes entirely altered. It changes to an alkaline solution, a bitter alkaline solution: pH about 10 or 11. And it also picks up hydrogen, a little bit of methane, as we've heard. And the hydrogen comes from water because the oxygen in the water has oxidized the iron, to make it rusty. So, hydrogen is left over. So, here comes the fuel, up comes the fuel. And it's gonna come out, and it's gonna titrate into this ocean. Except, as every artist knows, the real key to creativity is frustration. You know, you can't do something. You've got to have the boundaries. What are these boundaries? The boundary here, is the kind of fouling up of this system. Because, as this solution tries to get out, it actually precipitates some mineral, and it makes little membranes. But those membranes are inorganic, they are not organic. They didn't rain down from space. There are actually just inorganic membranes made of silica and iron sulfide and nickel and so forth. All those metals that came out of the black smoker that we still need and buy occasionally from the chemist shop. So, here's the solution coming out. Here is this structure. From that we can find in our hydrothermal mineral deposits, to show that we've actually got iron sulfide, in this case, little vacuoles, or bubbles. So these are kind of little eggs so to speak in the hatchery form which life first started.

Donc, nous avons un océan à l'Hadéen, il y a 4 milliards d'années. Il est carbonique, ce qui signifie qu'il est acide. Il a un pH de 5 à 6. L'eau pénètre dans la croûte terrestre et elle est complètement altérée. Elle devient une solution très alcaline (c'est-à-dire basique), avec un pH d'environ 10 ou 11. Elle ramène aussi de l'hydrogène et un peu de méthane.

L'hydrogène vient de l'eau, parce que l'eau qui s'est infiltré dans la croûte terrestre a oxydé le fer, pour le transformé en rouille. Donc, il reste de l'hydrogène. La solution remonte et titre (elle diffuse) dans l'océan. Sauf que, la véritable clé de la créativité, c'est la frustration. Vous devez avoir des limites. Quelles sont ces limites ? La limite dans ce cas, c'est la concrétion de ce système. Tandis que cette solution essaye de s'échapper, elle précipite des minéraux et cela forme de petites membranes. Il s'agit de membranes inorganiques faites de silice et de sulfures de fer et de nickel, etc... De tous ces métaux qui s'échappent en fait des fumeurs noirs et dont nous avons besoin.

Diapositive 27 : H2 > CH4 (17:56 ��� 19:10)

Of course, I can't go into to much detail but, to give you the sense, this is what it was like. Well, fortunately, about 10 years after we published this thesis, such a spring, a similar kind of spring was found in the Atlantic ocean, which generates hydrogen and methane coming out of it, it's got a pH of 11, so it's alkaline. Of course, the present day ocean is rather alkaline itself, so not much changes there, but in the original place you can imagine that you've got a kind of gradient. So, it's all about gradients. So, you've got, you know, we think of energetic gradients. The requirement in the morning to have the coffee to get the energy goingto have that kind of gradient which you spend during the day, as you generate entropy by the way. Here come the gradients, the great gradients are pH gradients, that actually converts to 300 millivolts, and we live of about 300 millivolts. You know, we are partly electrical. We've also got a temperature gradient and even what's called a redox gradient. It's more oxidized out here than it is in here. Everything ! Everything that life requires is here, in this kind of system. All the metals, every requirement, including the fact that these things last for 10,000 to 100,000 years. Plenty of time for life to start to my opinion.

Dix ans environ après que Russell aient publié cette hypothèse, une source similaire a été trouvée dans l'océan Atlantique. Elle produit de l'hydrogène et du méthane, elle a un pH de 11 (alcalin). L'océan actuel est plutôt alcalin lui aussi, donc il n'y pas beaucoup de changement de ce point de vue, entre l'intérieur et l'extérieur de l'évent. Mais à l'Hadéen, il y aurait eu un gradient (une différence) plus importante de pH. Ceci se traduit par une différence de potentiel d'environ 300 millivolts. C'est proportionnel avec ce que la vie utilise, puisque comme vous le savez, nous sommes partiellement électriques. Il y a également un gradient de température et aussi un gradient rédox, qui est caractérisé par le fait que l'océan à l'Hadéen est plus oxydée (avec le CO2 qu'il contient) que l'intérieur de l'évent, qui lui est réduit (avec l'H2 et le CH4 qu'il contient). Absolument tout ce dont la vie a besoin pour démarrer est dans ce type de système hydrothermal. Tous les métaux, toutes les conditions requises, y compris le fait qu'il dure entre 10000 et 100000 ans. Bien assez de temps pour que la vie apparaisse d'après Russell.

[Geb]

J'ai trouvé une autre vidéo d'une conférence de Michael Russell, invité le 14 octobre 2010 par Nils Holms, professeur de géochimie des sédiments marins au départment des sciences géologiques de l'Université de Stockholm :

Why does life start, what does it do, where will it be?

Abstract :

Energised by protons ("proticity") from the carbonic Hadean Ocean, life was forced into being to hydrogenate carbon dioxide of volcanic derivation on the tempestuous water‐world that was our planet 4 billion years ago. The hatchery of life was a compartmentalized submarine hydrothermal mound comprising silica and clay precipitates interspersed with transition metal sulfide clusters and phosphate/pyrophosphate. It was fed from an alkaline hydrothermal solution bearing hydrogen gas derived through serpentinization of the ocean crust. The metal sulfides acted as hydrogenation, reduction, transfer and assembly catalysts, while the pyrophosphate polymerized amino acids to peptides (uncoded proteins). The phosphate was recharged to pyrophosphate by the proton gradient acting across the inorganic compartment walls separating the carbonic (pH 5‐6) oceans from the alkaline (pH 10‐12) hydrothermal (~100degC) solutions exhaling from the ocean floor. The peptides wrapped around, and stabilized the pyrophosphate and metal sulfide complexes with the overall effect of quickening the hydrogenation of CO2. Once the metabolic engine was running, biosynthesizing and producing effluent of acetate or methane, then virus‐like selfreplicating RNAs infected contiguous compartments and encoded the proteins that ushered in Darwinian evolution���synthesizing enzymes that constituted a critical and irreversible improvement on the random associations between the peptide "nests" and their inorganic "eggs". Eventually, through the use of a calcium manganese cluster similar in structure to hollandite, hydrogen was split off from water through photosynthesis to hydrogenate CO2 in a process that evolved to produce oxygen as a waste gas to our ultimate advantage. Evolution then, is a search engine for energies and nutrients commensurate with those of the hydrothermal mound���evolution as "the survival of the most fitting" on this, or any other wet, rocky and sunlit planet of sufficient mass to support mantle convection and hold a CO2/N2 atmosphere.

Il est possible de télécharger la conférence ou de la regarder en streaming.

La résolution de la vidéo n'est vraiment pas terrible, mais un résumé, le PowerPoint et une copie des slides en pdf (y compris ceux de la séance de questions sont également disponibles.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Voici le moment que j'attendais depuis un moment. Les publications que nous attendions depuis novembre 2012 ont enfin été publiées, dans Philosophical transactions of the Royal Society B :

The inevitable journey to being (Russell et al., 2013)

Life is evolutionarily the most complex of the emergent symmetry-breaking, macroscopically organized dynamic structures in the Universe. Members of this cascading series of disequilibria-converting systems, or engines in Cottrell's terminology, become ever more complicated���more chemical and less physical���as each engine extracts, exploits and generates ever lower grades of energy and resources in the service of entropy generation. Each one of these engines emerges spontaneously from order created by a particular mother engine or engines, as the disequilibrated potential daughter is driven beyond a critical point. Exothermic serpentinization of ocean crust is life's mother engine. It drives alkaline hydrothermal convection and thereby the spontaneous production of precipitated submarine hydrothermal mounds. Here, the two chemical disequilibria directly causative in the emergence of life spontaneously arose across the mineral precipitate membranes separating the acidulous, nitrate-bearing CO₂-rich, Hadean sea from the alkaline and CH₄/H₂-rich serpentinization-generated effluents. Essential redox gradients���involving hydrothermal CH₄ and H₂ as electron donors, CO₂ and nitrate, nitrite, and ferric iron from the ambient ocean as acceptors���were imposed which functioned as the original ���carbon-fixing engine���. At the same time, a post-critical-point (milli)voltage pH potential (proton concentration gradient) drove the condensation of orthophosphate to produce a high energy currency: ���the pyrophosphatase engine���.

La vie est d'un point de vue évolutif la plus complexe des structures dynamiques macroscopiquement organisée émergente briseuse de symétrie dans l'Univers. Les membres de ces séries en cascade de systèmes convertisseurs de déséquilibre, ou moteurs, d'après la terminologie de Cottrell, deviennent de plus en plus compliqué - plus chimique et moins physique - tandis que le moteur extrait, exploite et génére des degrés toujours moindres d'énergie et de ressources au service de la génération d'entropie. Chacun de ces moteurs émergent spontanément à partir de l'ordre créé par un moteur ou des moteurs mère(s) particulier(s), tandis que le potentiel déséquilibré fille est entraîné au-delà d'un point critique. La serpentinisation exothermique de la croûte océanique est le moteur mère de la vie. Il entraîne la convection hydrothermale alcaline et ainsi la production spontanée de monts hydrothermaux sous-marins précipités. Ici, les deux déséquilibres chimiques directement causales de l'émergence de la vie émergent spontanément à travers les membranes de précipité minéral séparant la mer de l'Hadéen, acide, comportant du nitrate et riche en CO2, des effluents générés par la serpentinisation alcalins et riches en CH4 et en H2. Les gradients rédox essentiels - impliquant le CH4 et le H2 hydrothermaux comme donneurs d'électrons, le CO2, le nitrate, le nitrite et le fer ferrique de l'océan alentour comme accepteurs - ont été imposés, qui fonctionnaient comme le "moteur fixateur de carbone" originel. En même temps, un potentiel de pH en mesuré en millivolt au-delà du point critique (un gradient de la concentration en protons) entraînait la condensation d'orthophosphate pour produire une monnaie énergétique riche: "le moteur phyrophosphatase".

Beating the acetyl coenzyme A-pathway to the origin of life (Nitschke et al., 2013)

Attempts to draft plausible scenarios for the origin of life have in the past mainly built upon palaeogeochemical boundary conditions while, as detailed in a companion article in this issue, frequently neglecting to comply with fundamental thermodynamic laws. Even if demands from both palaeogeochemistry and thermodynamics are respected, then a plethora of strongly differing models are still conceivable. Although we have no guarantee that life at its origin necessarily resembled biology in extant organisms, we consider that the only empirical way to deduce how life may have emerged is by taking the stance of assuming continuity of biology from its inception to the present day. Building upon this conviction, we have assessed extant types of energy and carbon metabolism for their appropriateness to conditions probably pertaining in those settings of the Hadean planet that fulfil the thermodynamic requirements for life to come into being. Wood���Ljungdahl (WL) pathways leading to acetyl CoA formation are excellent candidates for such primordial metabolism. Based on a review of our present understanding of the biochemistry and biophysics of acetogenic, methanogenic and methanotrophic pathways and on a phylogenetic analysis of involved enzymes, we propose that a variant of modern methanotrophy is more likely than traditional WL systems to date back to the origin of life. The proposed model furthermore better fits basic thermodynamic demands and palaeogeochemical conditions suggested by recent results from extant alkaline hydrothermal seeps.

Les tentatives d'esquisser des scénarios plausibles de l'origine de la vie ce sont par le passé largement appuyées sur les conditions limites paléogéochimiques bien que, comme détaillé dans un article connexe dans cette édition, négligeant fréquemment de s'accorder avec les lois thermodynamiques fondamentales. Même si les exigences à la fois de la paléogéochimie et de la thermodynamique sont respectées, alors une pléthore de modèles qui diffèrent fortement sont toujours concevables. Même si nous n'avons aucune garantie que la vie à son origine ressemblait nécessairement à la biologie des organismes existants, nous considérons que la seule manière empirique pour déduire comment la vie aurait pu émerger est en prenant le parti de supposer une continuité de la biologie, de son origine à aujourd'hui. En nous appuyant sur cette conviction, nous avons évalué les types existants de métabolismes énergétiques et du carbone pour leur adéquation aux conditions appartenant probablement à ces paramètres de la planète à l'Hadéen qui remplissent les conditions thermodynamiques pour que la vie naisse. Les voies de Wood-Ljungdahl (WL) menant à la formation d'acétyl-CoA sont d'excellents candidats pour un telle métabolisme primordial. Basé sur un examen de notre compréhension actuelle de la biochimie et de la biophysique des voies acétogènes, méthanogène et méthanotrophe et sur une analyse phylogénétique des enzymes impliquées, nous proposons qu���une variante de la méthanotrophie moderne est plus probable que les systèmes WL traditionnels de remonter à l'origine de la vie. Le modèle proposé par ailleurs correspond mieux aux exigences thermodynamiques de base et les conditions paléogéochimiques suggérées par les résultats récents des exhalations hydrothermales alcalines existantes.

Nous avons convenu, Wolfgang Nitschke (un des co-auteurs des deux articles précédents) et moi de discuter de tout cela d'ici demain. Peut-être que je prendrai le temps de vous en toucher un mot.

De plus, d'autres publications qui s'articulent autour de la théorie de Russell et ses collègues ont fait leur apparition récemment :

Early bioenergetic evolution (Sousa et al., 2013)

Life is the harnessing of chemical energy in such a way that the energy-harnessing device makes a copy of itself. This paper outlines an energetically feasible path from a particular inorganic setting for the origin of life to the first free-living cells. The sources of energy available to early organic synthesis, early evolving systems and early cells stand in the foreground, as do the possible mechanisms of their conversion into harnessable chemical energy for synthetic reactions. With regard to the possible temporal sequence of events, we focus on: (i) alkaline hydrothermal vents as the far-from-equilibrium setting, (ii) the Wood���Ljungdahl (acetyl-CoA) pathway as the route that could have underpinned carbon assimilation for these processes, (iii) biochemical divergence, within the naturally formed inorganic compartments at a hydrothermal mound, of geochemically confined replicating entities with a complexity below that of free-living prokaryotes, and (iv) acetogenesis and methanogenesis as the ancestral forms of carbon and energy metabolism in the first free-living ancestors of the eubacteria and archaebacteria, respectively. In terms of the main evolutionary transitions in early bioenergetic evolution, we focus on: (i) thioester-dependent substrate-level phosphorylations, (ii) harnessing of naturally existing proton gradients at the vent���ocean interface via the ATP synthase, (iii) harnessing of Na+ gradients generated by H⁺/Na⁺ antiporters, (iv) flavin-based bifurcation-dependent gradient generation, and finally (v) quinone-based (and Q-cycle-dependent) proton gradient generation. Of those five transitions, the first four are posited to have taken place at the vent. Ultimately, all of these bioenergetic processes depend, even today, upon CO2 reduction with low-potential ferredoxin (Fd), generated either chemosynthetically or photosynthetically, suggesting a reaction of the type ���reduced iron → reduced carbon��� at the beginning of bioenergetic evolution.

Energy, genes and evolution: introduction to an evolutionary synthesis (Lane et al., 2013)

Life is the harnessing of chemical energy in such a way that the energy-harnessing device makes a copy of itself. No energy, no evolution. The ���modern synthesis��� of the past century explained evolution in terms of genes, but this is only part of the story. While the mechanisms of natural selection are correct, and increasingly well understood, they do little to explain the actual trajectories taken by life on Earth. From a cosmic perspective���what is the probability of life elsewhere in the Universe, and what are its probable traits?���a gene-based view of evolution says almost nothing. Irresistible geological and environmental changes affected eukaryotes and prokaryotes in very different ways, ones that do not relate to specific genes or niches. Questions such as the early emergence of life, the morphological and genomic constraints on prokaryotes, the singular origin of eukaryotes, and the unique and perplexing traits shared by all eukaryotes but not found in any prokaryote, are instead illuminated by bioenergetics. If nothing in biology makes sense except in the light of evolution, nothing in evolution makes sense except in the light of energetics. This Special Issue of Philosophical Transactions examines the interplay between energy transduction and genome function in the major transitions of evolution, with implications ranging from planetary habitability to human health. We hope that these papers will contribute to a new evolutionary synthesis of energetics and genetics.

The energetics of organic synthesis inside and outside the cell (Amend et al., 2013)

Thermodynamic modelling of organic synthesis has largely been focused on deep-sea hydrothermal systems. When seawater mixes with hydrothermal fluids, redox gradients are established that serve as potential energy sources for the formation of organic compounds and biomolecules from inorganic starting materials. This energetic drive, which varies substantially depending on the type of host rock, is present and available both for abiotic (outside the cell) and biotic (inside the cell) processes. Here, we review and interpret a library of theoretical studies that target organic synthesis energetics. The biogeochemical scenarios evaluated include those in present-day hydrothermal systems and in putative early Earth environments. It is consistently and repeatedly shown in these studies that the formation of relatively simple organic compounds and biomolecules can be energy-yielding (exergonic) at conditions that occur in hydrothermal systems. Expanding on our ability to calculate biomass synthesis energetics, we also present here a new approach for estimating the energetics of polymerization reactions, specifically those associated with polypeptide formation from the requisite amino acids.

Cordialement.

[noir_ecaille]

Peut-être l'un des fils les plus lus de cette section Toujours aussi riche et appréciable à chaque nouveau développement

[Descarrega]

Une conversation tout à fait passionnante.
Juste un grand merci à tous les participants qui prennent du temps pour développer leur argumentation ! Continuez

[Geb]

Bonjour,

Je souhaiterais revenir sur un précédent message :

Si ça t'intéresse, il y a un topo sympa sur la synthèse d'acides aminés en laboratoire dans des conditions (supposées prébiotiques) très différentes :

Chemical Evolution (Evard & Schrodetzki, 2007)

La publication que j'ai mise en lien au message #206 de cette discussion repris ci-dessus n'est apparemment pas de 2007 mais de 1976.

Ce n'est pas le pire. Cette publication est mise en ligne sur le site internet du Geoscience Research Institute qui sous ce nom tout a fait anodin est en fait un "institut officiel de l'��glise adventiste du septième jour" !

D'ailleurs, les deux auteurs, Rene Evard et David Schrodetzki sont diplômés de l'Université de Loma Linda, une université adventiste. Elle rejoint ainsi l'Université Biola, qui se dit "chrétienne" et privée, parmi les universités américaines prêchant le créationnisme à leurs étudiants...

Je tiens donc à ajouter, pour éviter tout mal entendu, que ce qui m'a paru intéressant dans cette publication, c'est bien la très longue liste des expériences de chimie prébiotique avec les acides aminés produites à cette occasion, à commencer par l'expérience d'Urey-Miller, non pas l'interprétation que les auteurs en font.

Pour ma défense, j'ai trouvé cette publication sur les serveurs du Biology Computer Resource Center de la respectable (du moins à ma connaissance) Université du Massachusetts à Amherst.

J'espère ne pas alimenter un hors-sujet par cette simple mise au point.

Cordialement.

[noir_ecaille]

On ne vous en voudra pas, quand bien même ces roués de créationnistes font feu de tout bois

[Cendres]

On ne vous en voudra pas, quand bien même ces roués de créationnistes font feu de tout bois

C'est un peu leur métier : écumer tout ce qui se dit, sans le digérer, en le détournant.

[noureddine2]

On ne vous en voudra pas, quand bien même ces roués de créationnistes font feu de tout bois

salut , le déterminisme de l'univers montre que l'univers est comme une horloge qui évolue , que tout est prédéterminé dés le big bang .
donc : le créationnisme c'est avant le big bang .
l'évolutionnisme c'est après le big bang .
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[Geb]

salut , le déterminisme de l'univers montre que l'univers est comme une horloge qui évolue , que tout est prédéterminé dés le big bang .
donc : le créationnisme c'est avant le big bang .
l'évolutionnisme c'est après le big bang .

Il s'agit encore d'une remarque susceptible de nous faire basculer dans un hors-sujet, mais je prends le risque...

�� mon humble avis, on ne peut/doit pas utiliser un terme avec une signification commune bien précise, pour lui adjoindre un autre sens, surtout dans ce contexte.

Donc, le "créationnisme" ne peut être que : "une doctrine selon laquelle l'homme et toutes les espèces animales sont les fruits de la création de l'Univers par Dieu".

On distingue, le créationnisme "biblique" (pentecôtiste, adventiste, baptiste, etc...), le créationnisme "islamique" (Harun Yahya & Co.), le créationnisme "extraterrestre" (secte raëlienne) et le "dessein intelligent" qui a été auto-proclamé "créationnisme scientifique" par ses partisans, ce qui, de la part d'une pseudo-science, est un comble.

Cordialement.

[noureddine2]

le "dessein intelligent" qui a été auto-proclamé "créationnisme scientifique" par ses partisans, ce qui, de la part d'une pseudo-science, est un comble.

Cordialement.

salut , je me contente de l���auto-création Panthéiste .
je veux vous dire qu'un univers déterministe est esclave et son évolution dépend du big bang et de ses constantes physiques .
excusez l'hors sujet , je voulais dire que peut être l'évolution est réglé depuis le big bang .

[Cendres]

salut , je me contente de l’auto-création Panthéiste .
je veux vous dire qu'un univers déterministe est esclave et son évolution dépend du big bang et de ses constantes physiques .
excusez l'hors sujet , je voulais dire que peut être l'évolution est réglé depuis le big bang .

A discuter (si besoin est) mais dans un autre fil, ET en respectant le point 6 de la Charte.

[noir_ecaille]

Rappelons que l'univers n'est pas déterministe mais causal.

Du fait de cette causalité, on subit le vecteur temps du passé vers le futur et pas l'inverse (pensez au refroidissement du rayonnement fossile ou à la désintégration des atomes radioactifs d'un bloc d'uranium).

�� noter que le principe déterministe a été mis en échec par le principe Carnot dans l'expérience de pensée du démon de Laplace.

[Geb]

Bonjour,

Je recopie ici un passage d'une vidéo ou Michael Russell nous dit ceci :

We now know that geochemistry makes the same kind of impact on isotopes differences as biology, or can do. So, it makes it very difficult, especially when things are at very low concentrations as well. So, it's a detection problem in every way.

J'ai essayé de retrouver une publication sur cette variation abiotique des rapports en isotopes stables par des processus géochimiques, sans succès jusqu'ici.

Si quelqu'un trouvait une référence à ce sujet, de préférence consultable gratuitement, j'apprécierai beaucoup qu'il la mette en lien dans cette discussion.

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir à tous,

J'ai regardé avec beaucoup d'intérêt une conférence d'Eric Smith, dont nous avons déjà évoqué le travail dans cette discussion (voir les messages #56 et #122) :

Inevitable Life? (63 minutes)

Elle a eu lieu au Santa Fe Institute le mercredi 18 avril 2007. La conférence commence par une courte introduction (~4 minutes) d'un professeur de l'Institut (David Krakauer). La conférence se termine par une courte séance de questions de ~18 minutes (à partir de 45:19 dans la vidéo).

Si vous n'avez pas trop de difficultés en anglais la conférence est vraiment très agréable à regarder et le propos est très clair et intéressant. Je dois dire que je suis plus attentif aux travaux de Michael Russell et Wolfgang Nitschke que de ceux d'Eric Smith et Harold Morowitz. Malgré tout, je dois bien avouer qu'Eric Smith me semble ici un meilleur conférencier que Michael Russell en matière de vulgarisation de ses idées.

Cela dit, je rappelle que leur approche en ce qui concerne l'origine de la vie est tout à fait similaire (l'approche "métabolisme d'abord" dans des évents hydrothermaux aux conditions de températures "clémentes"). Eric Smith cite d'ailleurs les papiers de Russell dans ses dernières publications au sujet de l'origine de la vie. La seule différence fondamentale entre ces deux duos est que Smith & Morowitz favorisent le cycle de Krebs inversé comme le premier métabolisme utilisé par les formes de vie terrestres, tandis que d'autres équipes, comme celle de Nick Lane & William Martin, favorisent d'autres cycles métaboliques supposés "anciens" (et non pas "primitifs").

J'avais déjà lu une publication d'Eric Smith datée de 2013 (dont je conseille la lecture aux plus courageux d'entre vous), qui est tout à fait "en phase" avec ce qui se dit (6 ans plus tôt) dans la conférence en lien ci-dessus :

The compositional and evolutionary logic of metabolism (Braakman & Smith, 2013)

Cordialement.

[Geb]

J'ai trouvé une présentation (au format pdf) utilisée par Eric Smith, Harold Morowitz et George Cody en 2008, lors d'une conférence à l'Institut de Physique Théorique situé à l'Académie Chinoise des Sciences de Beijing (ITP-CAS), auquel le Santa Fe Institute avait participé :

Understanding the origin and organization of biochemistry

Cette présentation ressemble beaucoup à celle de 2007, avec quelques détails techniques supplémentaires.

�� propos de sa conférence de 2007, j'ai oublié d'attirer votre attention sur le fait qu'il évoquait, entre autre, un métabolisme minimal de base agencé autour de 250 métabolites environ avec 5 composants de base qui sont absolument essentiels et omniprésents dans le vivant et qui entre d'une manière ou d'une autre dans la synthèse de tous les autres métabolites (il parle de 5 flèches qui pointent vers un même trésor).

Ces constatations émanent peut-être des travaux d'Harold Morowitz, qui ont été synthétisés en 2009 dans deux publications qui figurent en lien au message #141 de cette discussion, que je vous invite à relire. Dans leurs deux articles, Morowitz & Srinivasan estiment que toutes les voies anaboliques, basées sur le cycle de Krebs inversé, nécessitent un total de 287 métabolites synthétisés autour de 5 métabolites absolument essentiels qui forment des "nœuds" dans le réseau de synthèse qu'ils ont établi : le pyruvate, le phosphoenolpyruvate, l'acétyl-coenzyme A, le 2-oxoglutarate et l'oxaloacétate.

Je suis assez content de pouvoir comprendre l'origine de chacune des allusions d'Eric Smith à la recherche scientifique. Contrairement à Michael Russell, il ne cite aucune référence directement sur ses diapositives, mais personnellement, c'est comme si je les connaissais déjà toutes à travers une simple allusion.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Pour ceux qui auraient éventuellement l'impression de perdre leur précieux temps en regardant la conférence d'Eric Smith, j'ai trouvé une transcription écrite (11 pages) des 45 premières minutes de la conférence (la séance de questions n'est pas incluse) :

Inevitable Life?

Cordialement.

[Xoxopixo]

Bonjour,

Pour info, pour ceux que le sujet interresse, il va y avoir deux journées de colloque à l'académie des sciences sur Paris le 16 et 17 septembre.
Inscription nécéssaire.

HYPOTHESES SUR LES ORIGINES DE LA VIE
COLLOQUE DE L���ACADEMIE DES SCIENCES
16 - 17 septembre 2013
Académie des sciences - Grande salle des séances
23 quai de Conti, 75006 Paris

Voir le pdf de présentation ici : http://www.academie-sciences.fr/acti...que_160913.pdf

[Geb]

Pour info, pour ceux que le sujet interresse, il va y avoir deux journées de colloque à l'académie des sciences sur Paris le 16 et 17 septembre.

En ce qui me concerne j'aurai beaucoup souhaité m'y rendre, mais je ne serai malheureusement occupé ces jours-là.

Les titres des conférences prévues durant ce colloque :

1) Christian Amatore - "Origine de la vie : un hasard (géo)chimique inéluctable ?"
2) Frances Westall - "La vie sur les roches: l'environnement de la terre primitive, l'origine de la vie et les plus anciennes traces de vie"
3) Jacques Reisse - "��volution chimique"
4) Antoine Danchin - "L'invention des premières cellules"
5) Marie-Anne Bouchiat - "L���énigme de l���homochiralité moléculaire"
6) Eric Westhof - "Origine et évolution des acides nucléiques"
7) Juan Fontecilla - "Origine et évolution des protéines"
8) Patrick Forterre - "Origine et rôle des virus dans l'évolution"
9) Hervé Philippe - "Origine et diversification des eucaryotes"
10) François Lallier - "Symbiose et évolution des eucaryotes"
11) Hervé Le Guyader - "Classification phylogénétique des animaux pluricellulaires : de nouvelles réponses à de vieux problèmes"
12) Vincent Courtillot - "Incidence des cataclysmes naturels sur l���évolution de la vie - La vie peut-elle ne tenir qu���à un fil ?"
13) Armand de Ricqlès - "Cataclysmes et continuité de la vie"
14) Guillaume Hébrard - "Les planètes extrasolaires sont-elles habitables ?"
15) Alfred Vidal Madjar - "Atmosphères des planètes extrasolaires : la vie dans l'univers ?"
16) Pierre Encrenaz - "Atomes, molécules et origine de la vie"

Je voudrais signaler que nous avons déjà cité certains travaux de 5 des 16 intervenants prévus durant ce colloque, à savoir : Frances Westall, Jacques Reisse, Antoine Danchin, Juan Fontecilla (le plus "proche" des travaux de Michael Russell) et Patrick Forterre.

Je vais m'empresser d'aller explorer plus en détails les travaux d'Amatore, Danchin et Westhof qui m'ont l'air d'un grand intérêt pour cette discussion. �� la lecture du résumé de son intervention, je ne suis pas du tout d'accord avec les pistes apparemment privilégiées par Marie-Anne Bouchiat, mais je vais tout de même aller vérifier dans ses publications, on ne sait jamais.

J'ai également évoqué l'hypothèse très controversée (et selon moi difficile à admettre) défendue par Hervé Philippe (mais aussi Patrick Forterre, Charles Kurland et bien d'autres) dans une autre discussion : LUCA était-il un proto-eucaryote ?

Cordialement.

[noureddine2]

HYPOTHESES SUR LES ORIGINES DE LA VIE
COLLOQUE DE L���ACADEMIE DES SCIENCES
16 - 17 septembre 2013
Académie des sciences - Grande salle des séances
23 quai de Conti, 75006 Paris

Voir le pdf de présentation ici : http://www.academie-sciences.fr/acti...que_160913.pdf

je cherche des lien qui décrivent le contenu des conférences dans ce colloque , merci .

[Geb]

je cherche des lien qui décrivent le contenu des conférences dans ce colloque , merci .

Il y a tout un tas de résumés dans le fichier pdf (22 pages) mis en lien par Xoxopixo : Hypothèses sur les origines de la Vie

Cela dit, je suis persuadé que ce qui va être dit ne sera pas très différent de ce que les conférenciers ont déjà dit à d'autres occasions il y a parfois plus de 7 ans. Par exemple, je crois que tu auras une très bonne idée de ce qu'auront dit Frances Westall, Jacques Reisse, Antoine Danchin et Patrick Forterre dans les conférences suivantes :

Pour Frances Westall :

1) "�� la recherche des origines de la vie", conférence à l'Institut d'Astrophysique de Paris (IAP) datant du 9 janvier 2007.

Pour Jacques Reisse :

1) "La chimie prébiotique: un domaine flou", conférence au Collège de France datant du 5 mai 2009.

2) "Les premières formes de la vie", conférence au Collège de France datant du 13 octobre 2011.

Pour Antoine Danchin :

1) "Peut-on concevoir la cellule comme un ordinateur qui ferait des ordinateurs ?", conférence à l'Université de Tous les Savoirs (UTLS) datant du 8 juillet 2008.

Pour Patrick Forterre :

1) "Nouvelles questions et hypothèses sur l'origine et l'évolution des génomes", conférence à l'Université de Tous les Savoirs (UTLS) datant du 16 juin 2008.

2) "Manipulation des synthèses cellulaires et nature des virus : les virus sont-ils vivants ?", conférence au Collège de France datant du 5 mai 2009.

Si tu as le temps et/ou le courage de regarder quelques unes de ces conférences, tu verras qu'un conférencier quel qu'il soit à tendance à se répéter malgré les années, surtout Jacques Reisse.

Cela dit ce n'est pas un reproche, pour autant que ce qu'il a à dire est intéressant (ce qui est le cas). Je trouve par exemple que les publications d'Antoine Danchin sont beaucoup plus intéressantes que la vulgarisation qu'il en fait dans sa conférence. D'ailleurs, durant la séance de questions ont sent bien que son public est "à côté de la plaque".

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

J'aimerais faire un petit sondage parmi ceux d'entre vous qui ont déjà lu un ou plusieurs articles de vulgarisation sur les origines de la vie, ou qui connaissent ces travaux.

En fait, j'ai remarqué qu'il y a des auteurs qu'on cite quasi invariablement pour l'époque qui a précédé l'expérience d'Urey-Miller. Dans l'ordre chronologique nous avons : Alexandre Oparin, John Haldane, Erwin Schrödinger, Norman Horowitz (beaucoup plus rarement mais ça arrive), John Bernal, Melvin Calvin et Harold Urey.

Les auteurs de "l'âge d'or" de la chimie prébiotique (la période d'extrême optimisme entre 1953 et 1968), qu'on cite invariablement sont, également par ordre chronologique : Stanley Miller, Sidney Fox, Joan Oró, Cyril Ponnamperuma, Graham Cairns-Smith et Jeffrey Bada.

On pourrait ajouter Joël de Rosnay à cette liste des auteurs de l'âge d'or de la chimie prébiotique cités régulièrement (plutôt dans les articles francophones évidemment).

Pourriez-vous justifier l'inclusion d'autres noms dans ma courte liste de personnalités reconnues des débuts de l'étude des origines de la vie ? Personnellement, j'ai au moins une centaine d'autres noms correspondant à la période indiquée (je suis en pleine période de référencement bibliographique ), mais je ne pense pas pouvoir les considérer comme "classiques".

Cordialement.

[noir_ecaille]

Je ne vois pas Louis Pasteur malgré les bases inestimables qu'il a posé -- bien que ce soit un peu borderline en regard de la prébiotique, il a le mérite d'avoir ouvert la voie à la biologie moléculaire et tant d'autres disciplines soeurs/filles

[noir_ecaille]

Raté... Voir entre autre ses travaux concernant la chiralité, la fermentation, etc.


D'un autre côté, il réfute la génération spontanée (ou la naissance d'un paradoxe quand on cherche les origines de la vie...)

[Geb]

Je ne vois pas Louis Pasteur malgré les bases inestimables qu'il a posé -- bien que ce soit un peu borderline en regard de la prébiotique, il a le mérite d'avoir ouvert la voie à la biologie moléculaire et tant d'autres disciplines soeurs/filles

De fait, je suis content que tu en parles parce qu'il figure déjà dans ma liste "augmentée" dont je parlais toute à l'heure.

Louis Pasteur a surtout le mérite d'avoir étudié en profondeur l'énigme de l'homochiralité des molécules d'origine biologique (bien qu'il n'en soit pas le découvreur) et d'avoir mis fin à la théorie de la génération spontanée. Mais, j'ai cette impression que dans beaucoup d'articles de vulgarisation récents, cette histoire est passée sous silence.

Il faut qu'on aille voir de vieilles vidéos (par exemple ici, de 1995) ou qu'on prenne le temps de lire l'anthologie pour le centenaire de la naissance de Pasteur en 1922 (voir ici) pour avoir enfin un aperçu de ses nombreux travaux précurseurs vis-à-vis de l'origine de la vie.

D'ailleurs, dans l'introduction de l'anthologie de 1922, l'auteur, Louis Pasteur Valléry-Radot (petit-fils de l'illustre homme de science), écrit :

De toutes ses découvertes, celle sur la dissymétrie des produits essentiels de la vie lui tenait à cœur plus qu'aucune autre. Dans ses dernières années, on l'entendit plus d'une fois dire avec regret : " Ah ! Que n'ai-je une nouvelle existence devant moi ! Avec quelle joie je reprendrais ces études sur les cristaux ! " Il entrevoyait que par elles se révélerait peut-être un jour l'origine de la vie.

Cordialement.

[Geb]

Je voulais garder ça pour plus tard, mais puisque nous en parlons...

Selon moi, un des dignes successeurs de Pasteur quant à l'étude de l'origine de l'homochiralité du vivant est Søren Toxværd de l'Université de Roskilde au Danemark.

�� partir de 2000, il a été l'auteur de 9 publications (à ma connaissance) au sujet de l’origine de l’homochiralité.

- Molecular dynamics simulations of isomerization kinetics in condensed fluids (Physical review letters, 2000)

Simulations of different reaction schemes for isomerization kinetics in a condensed fluid mixture between two species with small differences in the pair energies show that one of the species dominates at late reaction times. The isomerization is performed on the basis of the energy of the two states, either by choosing minimum energy or by use of Boltzmann weighted kinetics. Both kinetics are autocatalytic and establish domain decomposition with critical fluctuations, which ensure the symmetry break. The model(s) offers a possible explanation of the origin of biomolecular chirality.

- Molecular Dynamics Simulations of Kinetic Models for Chiral Dominance in Soft Condensed Matter (Polish Journal of Chemistry, 2001)

A molecular dynamics model of binary racemic fluid mixtures, consisting of particles which only differ a little with respect to the pair attractions, shows that the isomerization kinetics in condensed states can act as a driver towards a phase separation and a symmetry break so that one of the species finally dominates. The model offers a possible explanation of the origin of biomolecular chirality.

- Domain catalyzed chemical reactions: A molecular dynamics simulation of isomerization kinetics (The Journal of chemical physics, 2004)

The model for domain catalyzed isomerization kinetics in condensed fluids [S. Toxvaerd, Phys. Rev. Lett. 85, 4747 (2000)] is applied for a diluted mixture of a chiral solute with a consolute temperature. The solution is quenched to phase separation at temperatures below the consolute temperature. The droplet coalescence enhances the isomerization kinetics due to the substantial excess pressure inside the small droplets given by the Laplace equation. The domain catalyzed isomerization kinetics breaks the symmetry, and the droplets end with only one dominating species. We argue that D-Glyceraldehyde which is only moderately solvable in water and which has played a crucial role in the evolution is a candidate for the stereo specific ordering in bio-organic matter.

- Droplet formation in a ternary-fluid mixture: Spontaneous emulsion and micelle formation (The Journal of Physical Chemistry A, 2004)

A model of a ternary mixture, which in a qualitative way describes an organic solute in water in the presence of an amphiphilic component is simulated by molecular dynamics. The system is cooled, and the separation of droplets shows that the amphiphilic molecules can separate together with the organic solute in various ways. At onset of nucleation and for moderate strength of amphiphilicity the critical nucleus contains both species, but at later stage of this segregation the droplets are emulsionlike with subdomains in the droplets of only one of the two species. When the strength of affinity to the organic solute is increased, the amphiphile molecules are concentrated in the water droplet interface as in a micelle. We argue that d-glyceraldehyde, which is only moderately soluble in water and which has played a crucial role in evolution, together with organic materials is a candidate for such an emulsionlike droplet separation.

- Origin of homochirality in biological systems (International Journal of Astrobiology, 2005)

Models for segregation of racemic mixtures of chiral amphiphiles and lipophiles in aqueous solutions show that the amphiphiles with active isomerization kinetics can perform a spontaneous symmetry break during the segregation and self-assemble to homochiral matter. Based on physico-chemical facts, it is argued that D-glyceraldehyde, which was synthesized from the volatiles at the hydrothermal reactors at the origin of life, could be the origin of homochirality in biological systems.

- Homochirality in bio-organic systems and glyceraldehyde in the formose reaction (Journal of biological physics, 2005)

The article explores the possibility that the ordering of bio-organic molecules into a homochiral assembly at the origin of life was performed not in aqueous solutions of amino acids or related materials but in racemic glyceraldehyde in the “formose” reaction at high concentration and temperature. Based on physical chemical evidence and computer simulations of condensed fluids, it is argued that the isomerization kinetics of glyceraldehyde is responsible of the symmetry break and the ordering of molecules into homochiral domains.

- Chiral discrimination and homochirality in biosystems (XXI Sitges Conference on Statistical Mechanics, 2008)

Experimental data for a series of central and simple molecules in biosystems show that some aminoacids and simple sugar molecules have a chiral discrimination in favor of homochirality. Models for segregation of racemic mixtures of chiral amphiphiles and lipophiles in aqueous solutions [1-3] show that the amphiphiles with an active isomerization kinetics can perform a spontaneous symmetry break during the segregation and selfassamble to homochiral matter. Based on this observation it is argued that biomolecules with a sufficient strong chiral discrimination could be the origin to homochirality in biological systems.

- Origin of homochirality in biosystems (International journal of molecular sciences, 2009)

Experimental data for a series of central and simple molecules in biosystems show that some amino acids and a simple sugar molecule have a chiral discrimination in favor of homochirality. Models for segregation of racemic mixtures of chiral amphiphiles and lipophiles in aqueous solutions show that the amphiphiles with an active isomerization kinetics can perform a spontaneous break of symmetry during the segregation and self-assembly to homochiral matter. Based on this observation it is argued that biomolecules with a sufficiently strong chiral discrimination could be the origin of homochirality in biological systems.

La plus récente date de la dernière édition du célèbre journal de l'ISSOL Origins of Life and Evolution of Biospheres (OLEB) :

The Role of Carbohydrates at the Origin of Homochirality in Biosystems (Origins of Life and Evolution of Biospheres, 2013)

Pasteur has demonstrated that the chiral components in a racemic mixture can separate in homochiral crystals. But with a strong chiral discrimination the chiral components in a concentrated mixture can also phase separate into homochiral fluid domains, and the isomerization kinetics can then perform a symmetry breaking into one thermodynamical stable homochiral system. Glyceraldehyde has a sufficient chiral discrimination to perform such a symmetry breaking. The requirement of a high concentration of the chiral reactant(s) in an aqueous solution in order to perform and maintain homochirality; the appearance of phosphorylation of almost all carbohydrates in the central machinery of life; the basic ideas that the biochemistry and the glycolysis and gluconeogenesis contain the trace of the biochemical evolution, all point in the direction of that homochirality was obtained just after- or at a phosphorylation of the very first products of the formose reaction, at high concentrations of the reactants in phosphate rich compartments in submarine hydrothermal vents. A racemic solution of D,L-glyceraldehyde-3-phosphate could be the template for obtaining homochiral D-glyceraldehyde-3-phosphate(aq) as well as L-amino acids.

J'ai eu l'immense plaisir d'avoir sous les yeux ses deux publications de 2005 et celle de 2009 et je dois dire que je les ai trouvées extrêmement convaincantes. En ce qui me concerne, le mécanisme qu'il propose est devenu ma solution préférée au problème de l'homochiralité.

Cordialement.

[Geb]

La totalité des vidéos du colloque de l'Académie des Sciences au sujet des origines de la vie sont disponibles ici :

Vidéos du colloque de l'Académie des sciences Hypothèses sur les origines de la vie

J'espère que nous allons y trouver des propos intéressants.

Cordialement.

[Geb]

Je viens de terminer la vidéo de Christian Amatore : Origine de la vie : un hasard (géo)chimique inéluctable ? (34 minutes)

Voici le plan de son exposé (j'ai simplement repris les intitulés de ses diapositives) :

- Peut-on donner une définition scientifique du « vivant » ?
- Les principaux modèles classiques : la « Soupe Primitive »
- Les principaux modèles classiques : la fin de la « Soupe Primitive »
- Les principaux modèles classiques : les « vésicules d'abord »
- La faillite énergétique des principaux modèles classiques
- Les modèles géo(bio)chimiques

�� la fin de son discours (à partir de 29:08 dans la conférence), il cite les travaux de Russell & Hall (1990) comme l'hypothèse la plus plausible de l'apparition de la vie sur Terre, en faisant bien, fait rare, la distinction entre fumeurs noirs (à trop haute température selon lui) et fumeurs blancs.

Cordialement.

[Geb]

Je viens de tomber sur une actualité Futura-sciences qui m'avait complètement échappée :

L���origine de la vie autour des sources hydrothermales se précise

Elle concerne l'article : "The inevitable journey to being" (Russell et al., 2013) que nous avions déjà cité au message #235 de cette discussion.

Cordialement.

[Xoxopixo]

Bonjour Geb.

Je préfère réagir au message Actualité - L’origine de la vie autour des sources hydrothermales se précise ici, pour ne pas qu'on s'éparpille ni dévoyer la news.

Le second moteur est une proto-H+-pyrophosphatase, qui produit du pyrophosphate (qui dans le modèle de Russell est l'ancêtre de l'ATP).

Bien sûr et j'en suis bien conscient, les "elements" qui influent dans le pompage des protons sont actuellement fondamentalement liés à la "vie" et ceci probablement très tôt au cours de l'évolution (ne fût-elle que chimique).
Ce n'est pas le point que je critique.

Aussi, pourquoi faudrait-il que des améliorations s'étendent à d'autres systèmes hydrothermaux ? Dans le modèle de Russell, chaque îlot de serpentinite est susceptible de former la vie. Ce qui ne veut pas forcément dire que tous y parviennent, mais le "potentiel" est là.

C'est ce point là qui me parait obscure.
On établi en quelque-sorte un mécanisme de principe (entropie etc) et on compte sur la chance pour que le cas particulier se produise, sans, à mon sens, évaluer correctement les chances réelles, in-situ, que l'évolution chimique se produise.
J'essai de simuler ce processus "dans ma tête" et je n'arrive pas à trouver autre chose qu'un série de hasards plus improbables les uns que les autres. (même en déniant évidemment des cas desavantageux rédibitoires...les culs de sac "évolutifs")

Le mécanisme est partial (ne cherche à voir que ce qu'il veut bien) si j'ose dire et le contexte des "fumeurs" est, à mon avis, bien trop localisé et de durée bien trop courte (quel est la durée de vie des structures) pour imaginer dépasser un certain seuil de complexité qui pourrait, ensuite, amener à des formes de vies réplicantes ou même transmises... à d'autres fumeurs (comment ?).

Et en imaginant une chance extraordinaire (difficile à évaluer certes, j'en conviens évidemment pour mettre un bémol à mon jugement) je pense que cette adéquation du système proto-vie à l'environnement "fumeur", devient alors au contraire un handicap à la phase suivante, qui est celle de la mobilité via des vésicules lipidiques polaires.
Sans mobilité, ou extension globale et généralisée sur la planète, étant donné les conditions très dures pour la vie à l'époque (bombardement etc) ces ilots de proto-vie seraient à mon avis mécaniquement amené à disparaitre ... et retour à la case départ.

Il y a un bond évolutif important, trop grand, qui je pense ne peut être franchi du fumeur à la vésicule.
Et ce que j'entend par vésicule, ce n'est pas uniquement une membrane toute simple et fragile (bicouche lipidique polaire) mais une structure robuste et évoluée intégrant justement ces ATPases, présentant une certaine faculté à être reproduit ... ce qui nécéssite une source d'énergie, des "nutriments" ... qui vient donc à manquer si la combinaison chimique a quité l'ilot.
C'est ce bond évolutif, dans les conditions réelles, qui n'est pas crédible, à mon avis.

Roland Douce attire justement l'attention sur les structures telles que les chloroplastes et les mitochondries qui présentant des types de lipides différents n'ont pourtant pas interverti leurs modes de production (de ces lipides) au cours des derniers millions d'années d'évolution.

Selon mon opinion, la vésciule est le point crucial qui défini l'apparition de la vie.
Comme si tout le reste etait là pour la maintenir, quelqu'en soit d'ailleurs sa forme... ce qui est assez logique si on conçoit le processus évolutif chimique non pas en terme de transmission d'une molecule informative (ARNt etc), mais comme une résultante mécanique de ce qui persiste parce que c'est plus robuste.
=> Nécécissité d'une création/destruction différentuelle à grande échelle (au niveau de l'interface des océans et dans les courants de convections marins, par exemple)

Or pour les fumeurs, la destruction signifie la fin, alors que dans un sytème global il signifie une évolution chimique, compatible avec ce qu'on attend de la vie. (avec "nutriments" limités évidemment).

[Geb]

Petite question : es-tu encore dans le canevas qui voudrait qu'il faille plusieurs dizaines ou centaines de millions d'années pour que la transition du minéral vers la vie soit accomplie ?

Parce que c'était un point de vue déjà mis en doute dès 1984 par Stanley Miller lui-même, dans un chapitre intitulé "The prebiotic synthesis of organic molecules and polymers", paru en tant que chapitre 7 d'un livre intitulé "Advances in Chemical Physics, Aspects of Chemical Evolution" (disponible en aperçu sur Google books), édité par Ilya Prigogine et Stuart A. Rice.

En page 86 on peut lire :

The time period in which prebiotic synthesis of organic compounds took place is frequently misunderstood. The earth is 4.5 x 10⁹ years old, and the earliest fossil organisms known, the Warrawoona microfossils and stromatolites, are 3.5 x 10⁹ years old. The difference is 1.0 x 10⁹ years, but the time available for life to arise was probably shorter. It probably took a few hundred million years for organisms to evolve to the level of those found in the Warrawoona formation. In addition, if the earth completely melted during its formation, then the time available would be further shortened by the time needed for the earth to cool down sufficiently for organic compounds to be stable.
A period of say 0.5 x 10⁹ years does not, in my opinion, present any problems. Many writers have stressed that many improbable events were required for the origin of life, and therefore much time was needed. I believe that too much emphasis has been placed on the need for time. Periods of 10⁹ years are so far removed from our experience that we have no feeling or judgment as to what is likely or unlikely in them. If the origin of life took only 10⁶ years I would not be surprised. It cannot be proved that 10⁴ years is too short a period.

En résumé, pour Stanley Miller, même si 1 milliard d'années séparent la période de l'accrétion de la Terre de l'âge des premiers microfossiles connus, rien n'indique que la période nécessaire à l'apparition de la vie n'ait pas été plutôt de 1 million d'années ou même de seulement 10000 ans.

L'évent hydrothermal alcalin qui est à la fois le premier, le plus ancien et le plus important (en "taille") connu à ce jour est Lost City, découvert fortuitement par Deborah Kelley et son équipe le 4 décembre 2000.

Quant à la durée de vie de ces structures, on en a longuement discuté auparavant avec Deedee81 (à partir du message #159), un peu plus tôt dans cette discussion.

La durée de vie d'un fumeur noir est de 10 à 100 ans. Le système hydrothermal baptisé Lost City, qui est un fumeur blanc, remonte déjà à au moins 30000 ans et certaines de ses cheminées auraient plus de 100000 ans. De plus, au regard du processus qui l'alimente (et qui différencie un fumeur blanc d'un fumeur noir), il pourrait durée de 2 à 3 millions d'années. La situation était tout à fait similaire (voire plus favorable) au début de l'Hadéen, qui correspond à la période de l'apparition de la vie selon Russell.

En outre, un impact météoritique, pour autant qu'il ne dépasse pas un certain seuil, à tendance à stimuler l'activité hydrothermale. Si ma mémoire est bonne, Frances Westall le rappelle dans sa conférence devant l'Académie des Sciences :

La vie sur les roches : l'environnement de la terre primitive, l'origine de la vie et les plus anciennes traces de vie

En outre, Alessandro Morbidelli à déclaré récemment (voir message #207), modèle et nouvelles observations à l'appui, que le grand bombardement tardif n'a pas été aussi violent (dans le sens, ayant connu des impacts de très grands corps) qu'imaginé auparavant. Le seuil stérilisateur (vaporisation de la totalité des océans par des corps de près de 500 km de diamètre ou plus) n'a jamais été atteint selon lui.

Un dernier point que j'aimerais exprimer à ce sujet, c'est que Russell imagine que la vie ne va pas quitter les roches dans lesquelles elle était incrustée directement vers l'océan. Voir au bas de la onzième page d'un papier de Nitschke & Russell :

Hydrothermal Focusing of Chemical and Chemiosmotic Energy, Supported by Delivery of Catalytic Fe, Ni, Mo/W, Co, S and Se, Forced Life to Emerge (Nitschke & Russell, 2009)

This difficulty raises the question, 'misguided' by evolutionary thinking, why on earth a proto-cell in the mound would bother to generate an H+-gradient if it is already provided anyway? But this would be to look at the transition from inorganic reactions to biochemistry from the wrong direction. From the geochemical (bottom up) point of view, several of the extant oxidants were certainly or very probably present in substantial concentrations in and around the mound. These comprise (as indicated in Fig. 6) sulphur, polysulphides, FeIII and nitrogen oxides (Braterman and Cairns-Smith 1983; Pavlov and Kasting 2002; Martin et al. 2007) (Fig. 9). The mere presence of the oxidants together with the reductant H2 and the appropriate inorganic catalysts would render reactions having the effect of collapsing these redox disequilibria irresistible. Once harnessed and then tuned to the needs of the protocells, they may indeed have been beneficial in an evolutionary sense. This is because the escape from the hydrothermal hatchery would have almost certainly been downward and sideways into the ocean crust to inaugurate the ‘deep biosphere’ rather than into the desert of the early ocean (Russell and Arndt 2005). Once within the basaltic and komatiitic lavas and sediments comprising the ocean crust, the prokaryotes, now weaned from direct hydrothermal succour, would still be bathed in fluids rich in hydrogen from beneath (Krumholz et al. 1999; Morita 2000) and carbon dioxide and other electron acceptors percolating from the ocean above (Russell and Hall 2006). The only thing missing would have been the protons now spent dissolving groups 1 and 2 elements from minerals comprising the crust (Staudigel et al. 1981). Now chemiosmosis can really come into its own!

Donc, les premières formes de vie auraient colonisé le plancher océanique (devenant une "biosphère profonde", chère à Thomas Gold) bien avant de peupler l'océan primitif, que Russell qualifie de désert pour la vie primitive. Ceci à l'avantage de ne pas couper l'apport "facile" et "continu" en H2 et en CO2 (entre autres choses), mais en se privant de la force proton-motrice autre fois disponible au niveau de l'évent. La vie devrait donc être capable de créer de manière indépendante la force proton-motrice avant de pouvoir coloniser le socle océanique autour de l'évent.

Dans un autre papier, écrit par Russell et al. (2008) qui étend ce concept de biosphère profonde, jusqu'à l'apparition de la photosynthèse oxygénique, au niveau d'un socle rocheux sur les côtes des premiers continents, en zone épipélagique, ou d'une source chaude (chère à Armen Mulkidjanian), comme celles présentes au parc de Yellowstone (bien qu'en cadre anoxique dans le contexte décrit par Russell et ses collègues) :

Inorganic Complexes Enabled the Onset of Life and Oxygenic Photosynthesis (Russell et al., 2008)

En page 2 du pdf :

Ocean floor spreading was eventually to convey the prokaryotes (now including secondary heterotrophs) that had expanded from the mound and occupied the ocean floor, to the photic zone where some bacteria evolved to exploit solar energy along the ocean shore. Here much of the protection from hard UV would have been provided initially by fine-grained manganite and manganate photoprecipitates.

Cordialement.

[Geb]

On ne compte pas sur la chance, on compte sur les lois de la thermodynamique hors-d'équilibre.

Quant au fait que l'on aurait pas évaluer correctement les chances réelles, in situ, que l'évolution chimique se produise, je ne peux être moins d'accord avec toi. Les phénomènes décrits par Russell ont été analysés avec soin pour lui éviter d'écrire des bêtises.

D'ailleurs, dans une courte interview de Mike Russell (voir message #52) accordée à Jesse Dylan en février 2012, Russell disait à son interlocuteur :

Jesse Dylan interviews Michael Russell

I've spent the latter part of my life trying to get the theory right. I mean, I think you've got to have a reasonable, a good theory, before you can start doing the experiments. I don't think you can't just say:

"I think I'm gonna work on the origin of life. How do I make an amino acids? I need some ammonium chloride, I need some cyanide..."

We can't do that. We've got to obey the initial conditions on our planet and see how the planet did it, and try and reproduce that.

Premièrement, on sent encore une fois son attachement au point de vue partagé par Jacques Reisse. C'était d'ailleurs déjà le cas dans une autre interview de Michael Russell (MR) plus ancienne (en 2008, voir message #15) pour Astrobiology Magazine (AM) :

The Present is the Key to the Past

Studies of the origin of life area are peculiar. In any other area of science, you must get the initial conditions right. But many people seem to ignore the initial conditions at the origin of life, perhaps because they think it's some kind of miracle.

When people say to me that life came from other planets, or pre-biotic molecules were delivered from outer space and rained down into the ocean to make a little slick on the surface which was eventually energized to life by photons, I think that's hopeless. There's no core reaction.

It's like finding a dead whale on the beach -- you can't bring back to life even one of its cells. It's got DNA, RNA, lipids, peptides, broken-down proteins, but it's dead. How could we think that an oil slick comprised of organic dust from space could do any better?

AM: So you disagree with current theories regarding the spread of life in the universe by the dispersion of organic materials in comets?

MR: I think the current theories are lazy. They say for life to originate we need some organic molecules, and there's some up there in space, so maybe that'll do. That's just an extraordinary conclusion. No other branch of science works like this.

The temperature in space is very close to zero -- it's 2.4 Kelvin. It is true that sparse carbon-bearing molecules occasionally react through a process known as tunneling, but that hardly constitutes a proto-metabolism.

AM: But they're pre-biotic molecules.

MR: They're not! That is a really bad term. They're not on the way to anywhere. They may as well be excrement. The term "pre-biotic" is misleading, and I would love to see it dropped.

AM: So you think life can't arise from organic molecules in deep space?

MR: The organic molecules that make up the carbonaceous chondrites in space are mostly gunge. It's a Beilsteinian nightmare out there. Life works with a few building blocks. Look at a steel and concrete building. If you raze it down and then try to build another building out of the pieces, it would be a hopeless job. You'd do better constructing a new building out of simple raw materials.

This is how life had to start. You don't start with thousands upon thousands of organic molecules and end up with the 8 or so amino acids the earliest life needed. It's got to be from the bottom up, just like anything else.

If you find organic molecules elsewhere, for instance on Titan, then you don't need life. The organics are in a stable state. It's a mess; it's tar. The point is that life is what it does. It reacts hydrogen with carbon dioxide. That's why it's going to be the same everywhere.

Deuxièmement, cette prudence est je crois, particulièrement bien démontrée dans les faits. Je vais prendre en exemple deux articles consacrés à la théorie de Mike Russell.

Tout d'abord, au message #227, dans "Speculation on quantum mechanics and the operation of life giving catalysts" (Haydon et al., 2011), qui est une recherche approfondie autour de l'effet catalytique dans les membranes inorganiques, jusque dans les détails ayant trait à la physique quantique. Quelles théories ont déjà été aussi loin dans l'analyse avant la théorie chimiosmotique de Russell et ses collèges ?

Puis au message #71, dans "Turnstiles and bifurcators: The disequilibrium converting engines that put metabolism on the road" (Branscomb & Russell, 2012), qui consacre les 5 premières pages à l'étude de l'idée de ce qui est décrit comme une machine de Atwood généralisée, ou les fameux moteurs de conversion de l'énergie disponible (free energy conversion engine), énergie à la fois physique et chimique. Cette section, purement mathématique, se sert des lois de la thermodynamique hors-d'équilibre, calculs à l'appui, pour s'assurer du caractère spontanée des réactions envisagées dans ces moteurs (particulièrement du couplage décrit).

Troisièmement, Mike Russell est sans doute le chercheur qui a été un des plus "prudents" parmi les chercheurs qui ont étudié les origines de la vie. Puisque sa théorie lui permet d'aller dans les détails (plus qu'aucune autre à ma connaissance), elle est par la même parfaitement réfutable et je dirais même, de multiples manières.

Cela dit, comme Robert Hazen disait dans un article bibliographique consacré à Russell dans la revue Nature en 2009 (voir message #56) :

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

Autrement dit, l'idée de Russell est tellement précise, que si elle ne s���avérait pas correct dans les détails qu'il propose, il aurait toujours le loisir de choisir d'autres possibilités tout aussi plausibles. On le voit bien avec la synthèse du formaldéhyde. Jusqu'en 2010, il avait tenté de trouver un mécanisme abiotique spontané pour le synthétiser à partir d'H2 et de CO2 (comme le font les bactéries acétogènes). Depuis lors, en collaboration avec Wolfgang Nitschke (voir message #107), il est passé du métabolisme acétogène à la méthanotrophie acétogénique dénitrifiante. En d'autres termes, ils ont estimé qu'ajouter le méthane disponible dans le cycle rendait le scénario plus plausible.

�� la place de Hazen, je n'aurais pas pris feu Winston Churchill en exemple, mais plutôt une personnalité encore en vie, parce qu'il n'y a pas eu que 6 milliards de personnes décédées sur Terre, mais bon...

Cordialement.

[Geb]

Cela dit, ce qui m'impressionne le plus dans la théorie de Russell, c'est que de solides bases (l'idée de l'apparition dans un fumeur blanc) lui permette de construire un scénario "chronologiquement" cohérent jusque dans les moindres détails, une chose que je n'ai jamais vue chez aucun autre chercheur dans le domaine (d'où mon intérêt particulier pour les travaux de Russell).

Revenons par exemple aux membranes. �� ma connaissance, avant décembre 2002, une membrane organique à base de lipides (le Lipid World de l'Institut Weizmann), de peptides (les microsphères de Sydney W. Fox) ou que sais-je encore, était considérée comme un passage obligée dans les premiers stades de l'origine de la vie. C'était d'ailleurs un des principaux points d'achoppement entre les tenants de l'approche vésiculaire et ceux de la catalyse de surface (comme Wächtershäuser) : sans vésicule/compartimentation, qu'advient-il des molécules une fois qu'elle quitte la surface catalytique ?

Ce qui a poussé William Martin et Michael Russell a abandonné fin 2002 l'idée d'une membrane organique au profit d'une membrane inorganique, c'est justement (entre autres) la comparaison des membranes organiques actuelles chez les bactéries d'une part et chez les archées d'autre part, dont la biosynthèse est très différente.

Cela a le mérite de conserver (voire d'amplifier), l'importance de la compartimentation, tout en permettant la formation, dans un cadre évolutionniste, des molécules complexes de ce qu'on appelle aujourd'hui le cytoplasme. Les tenants de la catalyse de surface avait beau jeu de dire que si la vésicule apparaît au début, comment une vésicule "vide" évolue-t-elle vers une membrane pourvue d'un cytoplasme (en ce compris les acides nucléiques) chimiquement actif, dans toute sa complexité ?

La réponse de Russell et Martin a été d'envisager, sur des bases phylogénétiques et biochimiques, que peut-être, la vésicule se construit au fur et à mesure, à partir d'une membrane inorganique.

Si tu veux avoir une idée un peu plus précise du processus qui mène du précipité inorganique en FeS et NiS (et d'autres complexes minéraux) à la membrane cellulaire, je te suggère de lire tous les papiers que Russell a écrit avec Milner-White (voir message #120), par exemple, celui de 2008 (voir surtout image 2, en page 5 du pdf) :

Predicting the conformations of peptides and proteins in early evolution (Milner-White & Russell, 2008)

Dans le texte (en page 4 du pdf) :

Amyloid three-dimensional structure is simpler than the complicated arrangements of native proteins, yet, because it is sticky and does not crystallise easily, precise knowledge about its structure has been difficult to gather and still presents problems for scientists. However, in early evolution this stickiness of amyloid is likely to have been useful in forming protective insulating layers, so is a plausible candidate for the material of the first proper organic membranes, as has been suggested [48-50]. This idea is illustrated in Fig 2b.

Dire qu'un mécanisme de principe ne dépend que de la chance, ça me rappelle les objections créationnistes aux théories de l'origine de la vie, du style : "la vie ne peut être apparue dans l'eau à cause de l'hydrolyse, qui décompose les molécules, spécifiquement les liaisons peptidiques". Comme tu le sais, c'est une interprétation très simpliste de ce qu'on dit des scientifiques avant eux.

Or, dans le modèle de Toxvaerd pour l'apparition de l'homochiralité, selon ses propres dires, complètement compatible avec le modèle de Russell, il y a 4 pré-requis (voir message #258) :

Origin of homochirality in biosystems (Toxvaerd, 2009)

En page 6 du pdf :

1) First of all a molecule should exhibit a strong chiral discrimination in favor of homochirality.
2) It should have an active isomerization kinetics at relevant temperatures and pressures.
3) It should be present in a big amounts at the origin of life.
4) If the origin of life started by obtaining homochiral domains of stereospecific molecules, one should expect these molecules to be central for the succeeding synthesis of stereospecific bio-molecules. Therefore one should expect that the molecule(s) show(s) up in bio-systems today as ���key-molecule(s)���.

La molécule qui selon Toxvaerd, correspond remplit tous ces critères (particulièrement le point 1) est le D-glycéralhyde. Le point qui est particulièrement intéressant selon moi est le deuxième. Généralement, on pense que la capacité des acides aminés, et d'autres composés chiraux, à retourner à un état racémique (50% de forme droite, 50% de forme gauche) spontanément après un certain temps en solution aqueuse, est un problème majeur pour l'origine de la vie.

Le modèle de Toxvaerd semble démontrer que ce n'est pas un problème, mais à l'inverse, plutôt une condition sine qua non, cet effet étant absolument indispensable à l'apparition de l'homochiralité. En conclusion, selon Toxvaerd, ce qui était auparavant considéré comme un problème est en fait la solution. On passe de : "il est impossible que l'homochiralité soit obtenue dans l'eau" à "l'homochiralité DOIT être apparue dans l'eau", justement parce qu'elle permet une certaine instabilité de la molécule d'intérêt.

Stanley Miller a été un des premiers scientifiques à attirer l'attention sur l'hypothèse que les molécules devaient être stables pendant un long moment pour favoriser l'apparition de la vie. C'est en partie à lui qu'on doit l'émergence du paradoxe selon lequel les différentes molécules indispensable à la vie (les différentes classes d'acides aminés, les bases puriques et pyrimidiques, les sucres comme le ribose, etc...) ont tous besoin de conditions physico-chimiques (de pH ou de température) très différentes pour en assurer, non seulement la synthèse, mais aussi la stabilité à long terme. Or, avec les travaux de Russell, Toxvaerd et Braun, on découvre que dans beaucoup de cas, l'instabilité des molécules seraient plus que bénéfique pour obtenir non seulement les briques de la vie, l'homochiralité, mais aussi des polymères de ces différents composés, comme les acides nucléiques ou les cofacteurs/coenzymes.

De la même manière, le côté "extrêmement improbable", ou le côté "mécanisme difficile à conceptualiser" qui te pose problème, ne m'effraie pas le moins du monde.

Il y a un autre exemple, purement illustratif. J'ai déjà lu qu'il serait absolument impossible qu'une séquence protéique (la structure primaire) donnée soit apparue par hasard (je pense notamment aux publications de Hubert Yockey). Or, si on s'intéresse, non pas à la structure primaire, mais à la structure secondaire (surtout les différents repliements protéiques), on s���aperçoit que là où on s'attendait à voir 10⁶⁸ repliements possibles (pour une séquence protéique de 150 résidus), on se rend compte qu'il y a d'autres contraintes, très loin d'être dû au hasard, qui font en sorte que le nombre de repliements théoriquement possibles sont au nombre de 4000. D'ailleurs, dans les protéines actuels, il y a de nombreuses protéines qui montrent les mêmes structures tridimensionnelles, avec des séquences d'acides aminés pourtant extrêmement différentes. En outre, certains de ces 4000 repliements théoriques (3756 pour être précis) sont tellement improbables, qu'on estime que seulement ~2000 pourraient être exprimés dans le vivant :

Estimating the Total Number of Protein Folds (Govindarajan et al., 1999)

On connaît 1194 repliements différents (d'après la classification SCOP) aujourd'hui, et ce nombre n'a pas bougé depuis 2009 (voir ici).

Encore une fois, cela démontre bien que le côté probabiliste, aléatoire ou les références aux culs-de-sacs évolutifs, n'ont peut-être rien à voir avec la façon dont les choses s'agencent au niveau moléculaire à l'origine de la vie. Ou alors, il faudrait prendre en compte le travaux de Toxvaerd.

Même les travaux de Dieter Braun (voir message #163):

Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems (Baaske et al., 2007)

Escalation of polymerization in a thermal gradient (Mast et al., 2013)

Avant lui, on pensait impossible d'obtenir une concentration ou une polymérisation spontanée aussi importantes et sûrement pas par un mécanisme simple tel que la diffusion thermique qu'il propose.

Ces deux exemples semblent suggérer que ce que l'on considérait comme une difficulté insurmontable serait finalement un atout indispensable.

Comme le disait Eric Smith dans sa conférence de 2007 :

Inevitable Life?

�� 29:22 dans la conférence :

So in biology the struggle has always been when you think in terms of control, how do you explain why something is there because when we think why is something there, we always think what is it good for. Well what is it good for, is a purpose-based question and it's not clear that it came up because it was good for anything, it came up for a different reason. In chemistry we are not so susceptible to that error, because in chemistry we are used to saying what was it getting away from. So a new way to ask about why life emerged is to say what was wrong with a non living earth? What was so wrong that could have driven it to have to change and why was that change in the direction that led toward life and that's the thing that I think we can answer or that we can at least pose good questions to that are testable in the laboratory.

Ce qu'��ric Smith appelle "penser en termes de contrôle", c'est de penser en terme de gènes (réplication, traduction, hérédité, etc...) et non en terme de métabolisme.

On voit ici la différence entre la réflexion métabolique (qui se concentre sur la chimie et la physique) et les réflexions génétiques, de Gould, Monod et Crick (qui se concentre sur l'importance de la réplication, de la sélection darwinienne, du côté accidentel).

Plus loin, à 1:00:30 dans la conférence, durant la séance de questions :

You bet. You bet. You know why? Because there wasn't a "self" back then. And that to me is one of the most important things that should revise our understanding of biology. The Darwinian revolution took for granted that we know what individuals are. And that we know what it means for an individual to have offspring. But in thermodynamics they are no individuals. And so, there is a big question. Is the Darwinian dynamics of life completely unrelated to the things we understand? Or in fact, should we recognize that Darwinian dynamics come into existence when individuals come into existence, and that there is a dynamic before that which continues all the way back and becomes part of the physics. So, in fact, what I wanna say is, you start with the geochemistry, you have an ordered geochemistry, which is the seeds of biochemistry. But they are not individuals yet. From biochemistry, you get cells because they are the best way to make biochemistry happen, and you get the chemistry of ecosystems, but still there are no stable individuals. Later, and later, and later, when it becomes possible to specialize, it starts to become worthwhile to have an individuality that persists. And then, the dynamics that we've all heard of from Darwin, starts to become important, and that's also where accidents start to become important, and where family trees began to show up. So there is a lovely continuity that goes back. But to me it's wonderful, we don't have to take the cell for granted anymore. It could be a concept that it is the responsability of science to derive.

Cordialement.

[Xoxopixo]

Tout ça est très interressant, mais comme je le soulignais avant, si le modèle ne prend en compte que ce qu'il veut bien voir il s'agit d'un modèle d'ingénieur.
C'est à dire venant de quelqu'un qui chercherait à fabriquer les constituants de la vie de manière contrôlé.

Ce qui me semble assez évident, et pour en être convaincu il suffit d'ouvrir un manuel de chimie organique ou même de chimie, c'est que dans la vraie vie la réactivité des élements chimiques les uns avec les autres ne produit pas des transformations successives de manière linéaire.
On peut imager ça en disant que certains sous-produits "ininterressant" viennent "polluer" la réaction chimique souhaitée.

La question est donc ici de savoir comment dans les fumeurs blancs cette "dépollution" peut avoir lieu pour donner pile poil la bonne réactivté.
Dans les cellules on sait, il y a compartimentation et fixation des molecules "interressantes" sur des substrat et contrôle des entrees/sorties.
Mais dans les fumeurs je ne vois pas par quel miracle (qui croît évidemment très vite avec le nombre de réactants) la dépollution peut avoir lieu.

C'est la raison pour laquelle j'évoquais le mécanisme de création/destruction, qui dans un système ouvert et vaste propose une solution plus crédible à ce problème.
La composition d'un milieu, pour arriver à un "début de quelque-chose" viable peut en effet résulter du hasard, d'autant plus probable que les vésicules (pas trop vastes) se créent et se détruisent, enfermant par hasard les bons constituants et permettant cette "dépollution".
Dans les cellules viables, il s'agit évidemment d'éjecter ce qu'on appele les "dechets".

[Geb]

Tout ça est très interressant [...]

Tant mieux, parce que la rédaction m'a pris un temps fou.

[...] mais comme je le soulignais avant, si le modèle ne prend en compte que ce qu'il veut bien voir il s'agit d'un modèle d'ingénieur.
C'est à dire venant de quelqu'un qui chercherait à fabriquer les constituants de la vie de manière contrôlé.

Comme je l'ai souligné déjà lorsque cette critique est ressortie dans ma conversation avec Deedee81 plus tôt dans cette discussion, à ma connaissance, ce n'est pas ainsi que la recherche fonctionne, ou devrait fonctionner.

La première étape, admirablement remplie par Russell et ses collègues (je dirais même son école), a été "d'avoir une bonne théorie avant de commencer les expériences", pour paraphraser ses propres dires. Il s'agit de vérifier que la synthèse de ce que l'on voudrait obtenir ne va pas à l'encontre des lois de la Nature (qu'il s'agisse de la thermodynamique hors d'équilibre ou de la physique quantique).

Autrement dit, rien ne sert de s'enquiquiner avec ce qui pourrait mal tourner, si ce que l'on cherche à prouver semble interdit par les règles du jeu (en référence aux lois).

Comme je l'avais dit à Deedee81 (et mon opinion n'a pas changé), pour ce qui est des réactions secondaires et autres produits délétères, je te dirais que, suivant l'exemple de Toxvaerd et Braun, j'attends de voir.

Par exemple, rien ne sert de s'enquiquiner à faire des calculs de probabilité qu'une protéine à d'apparaître, si l'expérience démontre que tout se passe comme sur des roulettes une fois l'expérience mise en place. De manière analogue, même si un problème devait apparaître, on ne sera vraiment sûr de l'existence d'un problème qu'une fois les expériences menées.

D'ailleurs, n'est-ce pas le but de toute expérience ? Vérifier expérimentalement, dans les faits, la possibilité d'un cadre théorique idéalisé établi à l'avance, justement pour vérifier si les paramètres expérimentaux attendus "collent" aux observations ?

Ce qui me semble assez évident, et pour en être convaincu il suffit d'ouvrir un manuel de chimie organique ou même de chimie, c'est que dans la vraie vie la réactivité des élements chimiques les uns avec les autres ne produit pas des transformations successives de manière linéaire.
On peut imager ça en disant que certains sous-produits "ininterressant" viennent "polluer" la réaction chimique souhaitée.

La question est donc ici de savoir comment dans les fumeurs blancs cette "dépollution" peut avoir lieu pour donner pile poil la bonne réactivté.
Dans les cellules on sait, il y a compartimentation et fixation des molecules "interressantes" sur des substrat et contrôle des entrees/sorties.
Mais dans les fumeurs je ne vois pas par quel miracle (qui croît évidemment très vite avec le nombre de réactants) la dépollution peut avoir lieu.

Personnellement, je ne croirai au problème de la "pollution", qu'une fois que l'expérience aura démontré l'existence d'un problème de pollution.

Comme dirait Nick Lane (voir ma transcription de sa conférence aux messages #147 et #148) :

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.

Et ensuite :

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.

Donc, d'un point de vue purement conceptuel, comme je le disais auparavant, même les bons produits, doivent être évacués. L'acétate qui n'a pas réagi avec les catalyseurs inorganiques passe simplement à travers les membranes inorganiques et s'échappe de l'évent.

Tout ce qui ne participe pas à la complexification des réactions chimiques, par exemple, de l'acétate aux acides aminés, s'échappe de l'évent. C'est permis par le simple fait que dans l'évent, tout est produit à partir de molécules très simples, donc très petites (H2O, H2, CH4, NH3, NO, etc...). Donc, si une réaction centrale (par référence à la notion de métabolisme central) est maintenue en continu, la production des bons produits est maintenue en continu. Les petits réactifs qui ne réagissent pas, eux, sont évacués.

De plus, comme exprimé dans le papier de Milner-White & Russell (2008), la notion de "site liant" (binding site en anglais) apparaît très tôt dans la théorie de Russell, une fois que des structures protéiques qu'on appelle des "nids" (nests en anglais) apparaissent avec les premiers peptides riches en glycine, de 3 à 6 résidus de long. Tout comme des proto-canaux ioniques (du moins pour le H+ et le K+) traversant les membranes à l'interface entre l'océan de l'Hadéen et l'intérieur de l'évent, ce qui est encore une fois expliqué dans la publication.

C'est la raison pour laquelle j'évoquais le mécanisme de création/destruction, qui dans un système ouvert et vaste propose une solution plus crédible à ce problème.
La composition d'un milieu, pour arriver à un "début de quelque-chose" viable peut en effet résulter du hasard, d'autant plus probable que les vésicules (pas trop vastes) se créent et se détruisent, enfermant par hasard les bons constituants et permettant cette "dépollution".
Dans les cellules viables, il s'agit évidemment d'éjecter ce qu'on appele les "dechets".

Encore une fois, l'appel au hasard n'a rien d'intéressant pour moi. Les théories qui mettent systématiquement le hasard dans l'équation sont pour moi l’œuvre de chercheurs qui sont intellectuellement dépassés par une trop grande emphase sur la notion de hasard, ou sur la vie telle qu'elle est aujourd'hui (le fruit d'une très longue évolution), sans passer par des intermédiaires (parfois beaucoup) plus simples.

Le meilleur exemple (pour ne pas citer Jacques Monod) est Francis Crick, qui a participer non seulement à la découverte de la structure en double-hélice de l'ADN, mais aussi à élucider le mécanisme de la synthèse des protéines. Il était tellement subjugué, d'une part par la complexité du système et par l'existence du code génétique, d'autre part par l'existence des molybdoenzymes, qu'il en a été conduit à avancer très sérieusement l'hypothèse de la panspermie dirigée (il a même écrit un bouquin de vulgarisation à ce sujet dans les années 1980).

Pour info, la panspermie dirigée, c'est l'hypothèse non-réfutable expérimentalement (et donc non-scientifique) selon laquelle une civilisation d'extraterrestres intelligents aurait envoyé un vaisseau rempli de bactéries vers la Terre, celles-ci s'échappant ensuite pour coloniser une Terre primitive que les extraterrestres savaient potentiellement "habitable".

Pour moi, l'idée que la vie serait apparue grâce à une pluie d'acides aminés venus de l'espace est du même acabit. La théorie de Russell a au moins le mérite de proposer des solutions moins fortuites, qui "se servent" toutes des propriétés physico-chimiques disponibles au niveau du système hydrothermal, apportant parfois des solutions contre-intuitives qui se révèlent tout à fait plausibles à la fois théoriquement (pour reprendre les travaux de Soren Toxvaerd), mais aussi expérimentalement (dans le cas des travaux de Dieter Braun).

Donc, rasoir d'Ockham : rien pour l'instant n'indique qu'on ait besoin d'ajouter des vésicules (si ce n'est une boule de cristal), alors oublions les vésicules. On les ajoutera si on a la preuve expérimentale qu'une étape vésiculaire précoce est indispensable (à la l'excrétion des déchets ou à autre chose, qui sait).

Cordialement.

[Xoxopixo]

La première étape, admirablement remplie par Russell et ses collègues (je dirais même son école), a été "d'avoir une bonne théorie avant de commencer les expériences", pour paraphraser ses propres dires. Il s'agit de vérifier que la synthèse de ce que l'on voudrait obtenir ne va pas à l'encontre des lois de la Nature (qu'il s'agisse de la thermodynamique hors d'équilibre ou de la physique quantique).

De ce que l'on voudrait obtenir => methode d'ingénierie.
Maintenant que des réactions chimiques ne vont pas contre les lois de la nature, bien sûr, mais les possibilités réactionelles sont si nombreuses et d'autant plus que les conditions physicochimiques peuvent l'être également, qu'il me parait très arbitraire (injustifié en ce qui concerne le choix) de se focaliser sur un petit ensemble de processus chimiques.

Russel n'est pas à blamer et je pense qu'il fait un travail remarquable.
Néanmoins il tombe je pense dans le piège de la simplicité; comme on dit "On cherche les clefs sous le lampadaire".

La complexité croissante qui apparait à partir des éléments chimiques les plus simples dans les conditions physiques réelles est à mon avis, ici, tout simplement, sous-estimée, alors que justement on peut s'appuyer sur cette diversité pour rendre le hasard des configurations inatendues...probable, mais pas en vase clos.

Je ne vais pas aller jusqu'à dire que finalement, tout réagit avec tout, mais on en est pas loin.
Après, "ce qui reste" préferentiellement dans le temps et dans l'espace est très difficile à évaluer, surtout dans un ocean où les étapes intermédiaires du vivant ne sont très probablement pas ce que l'on imagine...
Personnellement, je dirais qu'on surestime la nécéssité des ARNt, et plus généralement le support de l'information telle que nous le connaissons, qui ne sont peut-être qu'une amélioration tardive du vivant.
Une bicouche lipidique associée à des molécules assurant sa stabilité constitue elle-même un support de l'information, "transmissible", dans le sens où il est possible de la grouper (par hasard...) à d"autres.

Il y a tout un ensemble de paramères physiques qui peuvent donner de nombreux résultats surprenant et qu'on n'a évidement pas l'habitude de voir dans les laboratoires lorsque le système est "contrôlé".
La sédimentation differentielle des molecules chimiques, la convection des couches oceaniques, les variations de températures, de salinité etc, etc, etc, une simple pluie sur des couche lipidiques et les effets osmotiques qui en résultent, à l'échelle des oceans, ne sont pas des paramètres que nous sommes en mesure de reproduire ou simuler et valider avec rigueur.
Celui qui voudrait d'ailleurs tester ces "soupes primitives" serait à notre époque très probablement traité "d'alchimiste".

Donc "le lampadaire" n'éclaire pas très loin.

Ceci nous condamne-il aux toymodels de Russel ?
Peut-être pas, puisqu'il reste également la possibilité d'évaluer les choses avec une certaine "largesse" et d'en déduire des signatures chimiques à l'échelle des oceans, qui seraient donc identifiables dans l'espace venant de proto-terres pour lesquelles la "vie" serait en marche. (imaginez des mètres de lipides recouvrant l'océan comme un organisme unique, par exemple)

Evidemment, si la vie venait des fumeurs blancs, il n'y aurait aucun signature à identifier étant donné la taille très réduite de ces "ilots de vie".

[Geb]

De ce que l'on voudrait obtenir => methode d'ingénierie.
Maintenant que des réactions chimiques ne vont pas contre les lois de la nature, bien sûr, mais les possibilités réactionelles sont si nombreuses et d'autant plus que les conditions physicochimiques peuvent l'être également, qu'il me parait très arbitraire (injustifié en ce qui concerne le choix) de se focaliser sur un petit ensemble de processus chimiques.

Pas si ce petit ensemble de processus chimiques paraît suffisant. Les processus physiques et chimiques qui entrent en jeu sont déjà tellement nombreux et leurs interactions tellement complexes à simuler, qu'il me paraît déjà important de parvenir à comprendre dans le détail certains d'entre eux, en fonction de leur importance supposée (comme la catalyse ou la diffusion thermique).

Russel n'est pas à blamer et je pense qu'il fait un travail remarquable.
Néanmoins il tombe je pense dans le piège de la simplicité; comme on dit "On cherche les clefs sous le lampadaire".

De mon point de vue, la simplicité prônée par Russell n'est pas un piège, puisque ce que tu qualifies de simple à déjà fourni un travail pour 25 ans à Russell et toute son équipe du JPL, travail qui est loin d'être terminé et qui a porté ses fruits au-delà de tout ce qui a été fait avant lui (mais ça ce n'est que mon avis). En outre, le nombre relativement minime d'hypothèses de départ n'est-il pas un critère de la plausibilité de l'ensemble ? Russell ne remplit-il pas ici la nécessité de parcimonie des hypothèses ?

La complexité croissante qui apparait à partir des éléments chimiques les plus simples dans les conditions physiques réelles est à mon avis, ici, tout simplement, sous-estimée, alors que justement on peut s'appuyer sur cette diversité pour rendre le hasard des configurations inatendues...probable, mais pas en vase clos.

En fait, même dans le milieu contrôlé du laboratoire, la complexification est très certainement muselée par la nécessité d'un milieu stérile et anoxique. En conséquence, l'évent hydrothermal alcalin que Russell peut simuler en laboratoire ne fait que quelques centimètres cubes, alors que Lost City fait plusieurs milliers de mètres cubes (sans compter la "partie immergée de l'iceberg") et que les systèmes hydrothermaux du début de l'Hadéen était sûrement encore plus vastes.

Je ne vais pas aller jusqu'à dire que finalement, tout réagit avec tout, mais on en est pas loin.
Après, "ce qui reste" préferentiellement dans le temps et dans l'espace est très difficile à évaluer, surtout dans un ocean où les étapes intermédiaires du vivant ne sont très probablement pas ce que l'on imagine...

Qu'entends-tu par "dans un océan" ? Considères-tu comme valide l'hypothèse de la "soupe chaude diluée" à la Haldane ?

Personnellement, je dirais qu'on surestime la nécéssité des ARNt, et plus généralement le support de l'information telle que nous le connaissons, qui ne sont peut-être qu'une amélioration tardive du vivant.

Moi ce que j'apprécie ces dernières années, ce sont les hypothèses (initiées dès 1975), qui font intervenir une co-évolution entre la synthèse des acides aminées et l'appariement avec les bases azotées qui entreront par après dans le code génétique. Russell considère par exemple l'hypothèse de Copley et al. (2005) comme plausible (voir message #132 pour un rapide résumé de la première partie de la publication, qui n'entre pas encore dans la biochimie).

Il y ajoute également l'idée que la phosphorylation des acides nucléiques est venue subséquemment, d'abord avec une phosphorylation des sucres (et pas seulement le ribose). Dans le cadre du modèle de Toxvaerd (que Russell ne connaît pas encore à ma connaissance, bien que j'en ai parlé à Nitschke), c'est une interaction entre les sucres (le D-glycérahldéhyde, mais il n'exclue pas d'autres candidats) et les acides aminés, qui mènerait à l'homochiralité de l'ensemble, mais aussi, à son maintien au fil du temps, toujours en solution aqueuse.

Une bicouche lipidique associée à des molécules assurant sa stabilité constitue elle-même un support de l'information, "transmissible", dans le sens où il est possible de la grouper (par hasard...) à d"autres.

Je crois que voir dans la bicouche lipidique un support de l'information, revient à faire d'une partie le tout. Selon moi, tous les processus du vivant ont une importance (excrétion des déchets compris) et toutes à ma connaissance sont raisonnablement concevables à l'intérieur d'un système hydrothermal alcalin. Bien que nous ne soyons pas d'accord sur le moyen de la compartimentation (bicouche lipidique pour toi, membrane inorganique pour moi), nous sommes d'accord sur l'importance de la compartimentation, n'est-ce pas ?

Cela dit, comme Russell, je préfère attirer l'emphase sur une réaction proto-métabolique capable de synthétiser les "moyens" de ces fonctions (qui d'après Nick Lane sont au nombre de 6, mais Antoine Danchin en dénombre 11 à ma connaissance, peu importe). C'est la réaction centrale (core reaction en anglais), qui permet de transformer le côté fortuit, en côté "cinétiquement et thermodynamiquement favorable", autrement dit hautement sélectif si on y intègre l'idée de boucle autocatalytique.

Il y a tout un ensemble de paramères physiques qui peuvent donner de nombreux résultats surprenant et qu'on n'a évidement pas l'habitude de voir dans les laboratoires lorsque le système est "contrôlé".

Je ne suis pas de cet avis. Si tu qualifies le petit réacteur hydrothermal de Russell de système contrôlé, je ne suis pas de cet avis. Tu es bien conscient que Russell et ses collègues ont déjà découverts de "nombreux résultats surprenants" et des "paramètres physiques" qui n'avaient pas été pris en compte avant eux, non ?

Un "système contrôlé" nous permet, en variant les paramètres, de... faire de la science, c'est-à-dire, de finir par améliorer la compréhension d'un phénomène. C'est là toute l'importance de la simplification.

Qu'est-ce que tu suggères ? �� ma connaissance, le budget de Russell était de 8 millions de dollars sur 5 ans (soit 1,6 million de dollars par an) pour son micro-réacteur hydrothermal de quelques centimètres cubes (qu'il n'a pas fait tourner en continu). Si on entend pas trop parler de lui en ce moment, c'est parce qu'il est à nouveau empêtré dans la recherche d'un budget (et celui de la NASA, son employeur, est plutôt en train de se réduire). Avec quelques dizaines de milliards de dollars, Russell pourrait peut-être construire un réacteur hydrothermal artificiel aussi grand que Lost City. Dès lors, tu envisagerais peut-être de le faire tourner 30000 ans pour voir si une bactérie méthanotrophe s'y trouve à la fin de "l'expérience" ?

La sédimentation differentielle des molecules chimiques, la convection des couches oceaniques, les variations de températures, de salinité etc, etc, etc, une simple pluie sur des couche lipidiques et les effets osmotiques qui en résultent, à l'échelle des oceans, ne sont pas des paramètres que nous sommes en mesure de reproduire ou simuler et valider avec rigueur.
Celui qui voudrait d'ailleurs tester ces "soupes primitives" serait à notre époque très probablement traité "d'alchimiste".

Donc "le lampadaire" n'éclaire pas très loin.

Encore une fois, je ne suis pas de cet avis. Pourquoi cette tendance répandue à reprocher à quelqu'un ce que, confronté à la même situation, nous ferions tous à l'identique ? Comment fait-on de la science avec des phénomènes hautement chaotiques, où le hasard est primordial ?

Ceci nous condamne-il aux toymodels de Russel ?
Peut-être pas, puisqu'il reste également la possibilité d'évaluer les choses avec une certaine "largesse" et d'en déduire des signatures chimiques à l'échelle des oceans, qui seraient donc identifiables dans l'espace venant de proto-terres pour lesquelles la "vie" serait en marche. (imaginez des mètres de lipides recouvrant l'océan comme un organisme unique, par exemple)

Evidemment, si la vie venait des fumeurs blancs, il n'y aurait aucun signature à identifier étant donné la taille très réduite de ces "ilots de vie".

Il y avait sans doute des dizaines de milliers de fumeurs blancs au début de l'Hadéen. En outre, comme je l'ai rappelé, l'acétate n'est pas produit de manière géochimique dans les fumeurs blancs actuels. Pour Russell, le dégagement d'acétate est un signe du passage de la géochimie à la biochimie. Donc, l'idée de Russell, c'est que si on trouve dans l'atmosphère d'une jeune planète tellurique la signature spectroscopique de l'acétate, c'est que la vie y est en gestation, ou dans ses premières phases (sous la forme de bactéries méthanotrophes).

Cordialement.

[Xoxopixo]

Qu'entends-tu par "dans un océan" ? Considères-tu comme valide l'hypothèse de la "soupe chaude diluée" à la Haldane ?

Tout à fait, c'est l'hypothèse (ou du moins le principe, le détail peut varier) qui me parait la plus plausible.

Je remet ici le principe de base :

The Oparin-Haldane Hypothesis
In the early decades of the 20th century, Aleksandr Oparin (in 1924), and John Haldane (in 1929, before Oparin's first book was translated into English), independently suggested that if the primitive atmosphere was reducing (as opposed to oxygen-rich), and if there was an appropriate supply of energy, such as lightning or ultraviolet light, then a wide range of organic compounds might be synthesised.

http://www.simsoup.info/Origin_Landm...n_Haldane.html

Je crois que voir dans la bicouche lipidique un support de l'information, revient à faire d'une partie le tout.

Non, ce n'est pas dans ce sens que je l'entend.
Je pense que la "vie" initiale etait sous cette forme, suffisante à elle-même et que cette "forme de vie" est devenue de plus en plus robuste, "par cuisson" et selection vis à vis des conditions physiques si j'ose dire. (les contraintes mécaniques étant je pense très importantes concernant la selection des "parties" les plus robustes de ce tout difforme.)
Ces portions de bicouches lipidiques sont renforçées parce-qu'il existe dans le milieu des molécules qui s'y prêtent.
Ces renforts ne dont pas nécéssairement produits par "l'organisme" lui-même... du moins au début. ("l'organisme" n'existe alors pas tel qu'on l'entend actuellement, qui peut être considéré comme une "autre" forme de vie).

Le fait d'avoir des "briques" suffisamment robustes pour se maintenir dans le temps, ces portions renforçées contenant, par hasard des reductases etc voir des molecules permettant de faire office de "pores", est l'équivalent fonctionnel de la fonction "génétique" que l'on retrouve plus tard.

Il ne s'agit pas de systèmes clos, mais un système global interchangeant par hasard des portions de plus en plus fonctionelles, dans le seul "but" (qui est sa propre concéquence) de la robustesse (le mainteint selectif des structures), qui aboutissent plus tardivement à une fermeture de plus en plus perenne. (voir par exemple la "phagocytose" qui permet un apport membranaire et un remplissage du reservoire de protons)

Selon moi, tous les processus du vivant ont une importance (excrétion des déchets compris) et toutes à ma connaissance sont raisonnablement concevables à l'intérieur d'un système hydrothermal alcalin. Bien que nous ne soyons pas d'accord sur le moyen de la compartimentation (bicouche lipidique pour toi, membrane inorganique pour moi), nous sommes d'accord sur l'importance de la compartimentation, n'est-ce pas ?

Bien sûr, mais ça, ce sont des problématiques du vivant tel qu'on le connait, à partir du moment ou justement on a affaire à des systèmes clos.
C'est bien plus tardif à mon sens et c'est là ou justement je pense que les théories telles que celles de Russel se trompent dans l'ordre des fonctions nécéssaires à l'apparition du vivant "moderne".

Cela dit, comme Russell, je préfère attirer l'emphase sur une réaction proto-métabolique capable de synthétiser les "moyens" de ces fonctions (qui d'après Nick Lane sont au nombre de 6, mais Antoine Danchin en dénombre 11 à ma connaissance, peu importe). C'est la réaction centrale (core reaction en anglais), qui permet de transformer le côté fortuit, en côté "cinétiquement et thermodynamiquement favorable", autrement dit hautement sélectif si on y intègre l'idée de boucle autocatalytique.

Tout à fait, ça c'est très bien, mais plus tardif à mon sens (ce qui me faisait dire que les travaux s'interresant à ce sujet ne sont pas inutiles)

Je ne suis pas de cet avis. Si tu qualifies le petit réacteur hydrothermal de Russell de système contrôlé, je ne suis pas de cet avis. Tu es bien conscient que Russell et ses collègues ont déjà découverts de "nombreux résultats surprenants" et des "paramètres physiques" qui n'avaient pas été pris en compte avant eux, non ?

Je maintient, c'est contrôlé dans le sens où c'est selectif basé sur des a-priori.
On pourraut dire : "Ce n'est pas au chimiste de dire à la nature ce qu'elle a à faire."

Un "système contrôlé" nous permet, en variant les paramètres, de... faire de la science, c'est-à-dire, de finir par améliorer la compréhension d'un phénomène. C'est là toute l'importance de la simplification.

Ce n'est pas tout.
Un principe en sciences est également (surtout lorsqu'il s'agit de processus complexes évoluant dans le temps) d'y aller par petit pas et de vérifier par l'observation le bienfondé des hypothèses à chaque étape, sans quoi il y a foisonnement.
Si c'etait aussi simple, comme nous le faisions tous les deux remarquer, cela ferait longtemps que le sujet serait tranché.

Qu'est-ce que tu suggères ? �� ma connaissance, le budget de Russell était de 8 millions de dollars sur 5 ans (soit 1,6 million de dollars par an) pour son micro-réacteur hydrothermal de quelques centimètres cubes (qu'il n'a pas fait tourner en continu). Si on entend pas trop parler de lui en ce moment, c'est parce qu'il est à nouveau empêtré dans la recherche d'un budget (et celui de la NASA, son employeur, est plutôt en train de se réduire). Avec quelques dizaines de milliards de dollars, Russell pourrait peut-être construire un réacteur hydrothermal artificiel aussi grand que Lost City. Dès lors, tu envisagerais peut-être de le faire tourner 30000 ans pour voir si une bactérie méthanotrophe s'y trouve à la fin de "l'expérience" ?

On est d'accord, c'est la misère et c'est bien dommage.

Encore une fois, je ne suis pas de cet avis. Pourquoi cette tendance répandue à reprocher à quelqu'un ce que, confronté à la même situation, nous ferions tous à l'identique ? Comment fait-on de la science avec des phénomènes hautement chaotiques, où le hasard est primordial ?

Justement, je faisait remarquer que "le lampadaire eclairait peu autour de lui".
Alors pourquoi en choisir un plutot qu'un autre ?
Ma réponse c'est que le lampadaire de Russel n'est pas testable sur Terre et qu'il n'y a pas de signaux dans l'espace avant la forme hypothetique "bacterie" si la source de vie est localisée, au fond des océans qui plus est.
Alors que des processus quasiment chimiques à l'échelle d'une Terre devraient eux être observables pour chacune des étapes dans l'espace.
On n'en est pas là bien entendu (budget etc) mais le principe experimental est "là" concretement à portée.

Pour rappel, il ne s'agit pas de savoir si il existe de la vie dans l'espace sous forme bacterienne (actate etc), ce qui poserait plus de questions que de réponses (panspermie etc), mais comment la vie évolue depuis la chimie.

Il y avait sans doute des dizaines de milliers de fumeurs blancs au début de l'Hadéen. En outre, comme je l'ai rappelé, l'acétate n'est pas produit de manière géochimique dans les fumeurs blancs actuels. Pour Russell, le dégagement d'acétate est un signe du passage de la géochimie à la biochimie.

C'est trop peu pour permettre une detection.