Les origines de la vie
Bonjour,
en ce moment je fais un TPE avec comme problématique : Comment les caractéristiques d'un corps céleste peuvent déterminer les aptitudes de celui-ci à être le support des origines de la vie ? Je pensais faire une premiere partie sur les origines de la vie, puis une autres sur les caractéristiques des planetes pouvant héberger la vie, en faisant un parallele avec les planete du systeme solaire. Qu'en pensez vous ?
Ensuite je voulais vous demander ce que vous pensiez de ma premier partie parce qu'avec tout ce qui a sur internet c'est dur de ne pas se contredire. Alors voila ce que j'ai fait (sans images ni schémas) :
Merci de votre aideQu'est ce que la vie ?
Selon la NASA, «*est vivant tout système délimité sur le plan spatial par une membrane semi-perméable de sa propre fabrication et capable de s'auto-entretenir, ainsi que de se reproduire en fabriquant ses propres constituants à partir d'énergie et/ou à partir d'éléments extérieurs*». Un bœuf ou tout autre animal incapable de se reproduire en raison d'une ablation des organes reproducteur est considéré comme vivant car cette ablation n'est pas le fruit de l'évolution naturelle.
Mais la vie est aussi un état organisé et homéostatique de la matière. L'homéostasie est la capacité que peut avoir un système quelconque à conserver son équilibre de fonctionnement en dépit des contraintes qui lui sont extérieures. Selon Claude Bernard, « l’homéostasie est l’équilibre dynamique qui nous maintient en vie. »
Ainsi, chaque espèce, pour être considérée comme vivante, doit posséder certaines caractéristiques. Par exemple, elle doit avoir :
une croissance ou un développement ;
un métabolisme, une consommation, transformation et stockage d'énergie ;
une motricité externe (locomotion) ou interne (circulation) ;
De plus, tous les êtres vivants possèdent un génome comprenant l'ensemble des instructions nécessaires pour fabriquer un organisme. Ce génome est composé d'acides nucléiques. Il s'agit généralement d'ADN (acide désoxyribonucléique) ou, dans le cas de quelques organismes primitifs, d'ARN (acide ribonucléique).
Ainsi, la question de l'appartenance ou non à la catégorie des êtres vivants se pose pour les virus biologiques qui ne possèdent aucunes notion de croissance mais qui possèdent de l'ARN.
Les origines de la vie sur Terre
L'atmosphère primitive était essentiellement composée d'eau (H2O), de dioxyde de carbone (CO2) de méthane (CH4) et d'hydrogène (H). La pression était très forte. On peut remarquer la présence du carbone, qui, par sa capacité à se lier facilement à quatre autres atomes en créant des architectures spécifiques, est un élément important intervenant dans les réactions chimiques amenant la vie.
Il y a environ quatre milliards d'années, une soudaine baisse de température permet à l'azote (N), au dioxygène (O2) et à l'hydrogène de réagir avec le carbone l'énergie étant fournie par le rayonnement solaire, la chaleur du cœur de la terre et les éclairs. La mer est un milieu tout désigné pour ces réactions, grâce notamment à sa capacité à déplacer et donc à se faire rencontrer les atomes et molécules. Le sable, quant à lui, est le support de réaction, car il attire et absorbe certaines molécules, ce qui fragilise les liaisons moléculaires.
Le décor pour l'apparition de la vie elle-même est en place. En 1924, Alexandr Ivanovitch Oparine (1894-1980), un biochimiste soviétique, publie une théorie alors révolutionnaire sur l'évolution de la matière inanimée vers la matière vivante, en proposant une théorie conceptuelle de l'apparition de la vie. Il faut signaler que bien qu'on attribue généralement cette conceptualisation à Oparine, un biologiste anglais, John Haldane (1892-1964), a aussi proposé à peu près la même chose, au même moment et de façon indépendante. C'est l'idée de la "soupe primitive" qui aurait permis la formations d'éléments chimiques-clés, permettant par la suite la formation de complexes physico-chimiques échangeant matière et énergie avec l'extérieur. Un de ces modèles est le coacervat ou "protoplasme". Selon les deux hommes, c'est de là auraient jailli les premières bactéries. La théorie de la soupe prébiotique suppose donc que les composés organiques se sont accumulés
dans l'océan primordial, polymérisant et donnant toujours plus de macromolécules qui à un moment
ont éventuellement acquis la capacité de catalyser leur propre réplication.
L'atmosphère terrestre ayant bien évoluée depuis quatre milliards d'années, il était impossible pour les scientifiques de savoir si la théorie d'Oparine était juste. Mais en 1953, Stanley Miller, un jeune étudiant de 23 ans préparant sa thèse sous la direction du prix Nobel de chimie Harold Urey (1934, découverte de l'eau lourde), tente de simuler la synthèse de molécules organiques dans un environnement rappelant celui de la Terre primitive. Pour Oparine, l'atmosphère terrestre était un milieu réducteur. Le jeune chimiste fabrique donc une atmosphère similaire à celle de la Terre primitive en mélangeant dans un ballon de l'hydrogène, du méthane, de l'ammoniac et de la vapeur d'eau. En guise de lacs, Miller verse au fond de son ballon une petite quantité d'eau, qu'il chauffe avec beaucoup de soin (la Terre primitive étant considéré comme un environnement chaud). Pour finir, Miller soumet son modèle de terre primitive à des décharges électriques sensées simuler les éclairs orageux zébrant la basse troposphère terrestre.
Au bout d'une semaine, Miller prélève et analyse le dépôt qui s'était formé lors de l'experience. Cette analyse montre que le dépôt est constitué de nombreux composés organiques, en particulier du formaldéhyde et de l'acide cyanhydrique (deux molécules qui jouent des rôles clés dans la synthèse de molécules organiques d'intérêt biologique), ainsi qu'une petite quantités d'acides aminés (quatre en tout), en majorité de la glycine. Grâce à une expérience très simple, Stanley Miller venait ainsi de prouver que la synthèse des briques du vivant était possible à partir d'un mélange chimique très simple.
Son expérience fut donc couronnés de succès, mais elle fut aussi rapidement remise en question car la composition de l'atmosphère de la Terre primitive n'est encore pas connue exactement. Dernièrement, en 2007, Le Figaro précisait que les modèles actuels d'atmosphère primitive tablent sur une atmosphère moins riche en hydrogène et plus riche en CO2. Selon Louis d'Hendecourt (de l'Institut d'astrophysique spatiale d'Orsay), « dans ce cas, les expériences de Miller ne marchent pas ».
Mais maintenant l'ensemble du monde scientifique sait que la synthèse de «*briques du vivant*» (les acides aminés) est relativement facile et que, même si l'atmosphère était bien différente de celle de l'expérience de Miller, les acides aminés ont pu apparaître sur Terre dans des conditions similaire. Certains pensent qu'ils ont pu aussi se créer au fond des océans, au niveau des dorsales, où se trouvent des monts hydrothermaux qui évacuent une partie de la chaleur interne de la Terre (comme les volcans). Le fluide hydrothermal est riche en gaz dissous H2S ( 2% ), CH2, CO ( 43 % ), CO2, H2 ( 45 % ), N ( 4 % ), CH4 ( 6 % ) et en métaux Si, Mn, Fe et Zn. Au niveau des ces «*fumeurs noirs*» se trouvent donc réunis tous les ingrédients de la soupe prébiotique nécessaires à la vie. L'énergie utilisée est la chimiosynthèse, qui repose sur l’oxydoréduction de composés soufrés par l’oxygène présent dans l’eau froide océanique. Cette hypothèse est soutenue par de nombreux spécialistes, car beaucoup d'arguments jouent en sa faveur. En effet, la couche d'eau filtre les UV et protège les organismes des chocs dûs aux météorites. De plus, la plupart des organismes les plus proches de ceux qu'il y avait au début sont thermophiles, voir ultra thermophile, c’est-à-dire qu’ils adorent les températures élevées. Enfin, l'hydrothermalisme était beaucoup plus développé dans les début de la Terre que maintenant.
Il faut signaler que dans les soupes prébiotiques crées par les expériences de Miller, les scientifiques ont souvent remarqué la présence de composés organiques tels que des molécules amphiphiles (comme des acides gras) qui forment spontanément des gouttes (ressemblant à des gouttes d'huile dans l'eau) ou même des vésicules (Jack Szostak en a crées au MIT) mais c'est un processus lent quoique accéléré par des surfaces minérales de types argileuses. Mais ces systèmes de type protométabolique sont encore loin de la vie.
Pour résumer, on sait alors que des molécules organiques peuvent apparaître dans un milieu sans vie, des systèmes de type protométabolique peuvent s'installer, des molécules hydrophiles peuvent s'assembler et former des structures ressemblant à des vésicules (protocellules) mais il n'y a toujours pas de support pour l'information génétique.
Cette information génétique sera apportée par l'ARN (et non pas par l'ADN, qui est trop complexe), qui peut se dupliquer et catalyser ou participer à des réactions chimiques. C'est l'apparition du premier métabolisme primitif.
La vie elle-même apparaîtra lorsque des vésicules rencontreront l'ARN et l'engloberont lors de leur formations. Cela donnera les premières cellules capable de se «*reproduire*», et celles-ci se multiplient, épuisant ainsi la soupe prébiotique au détriment des autres vésicules moins perfectionnés. C'est la première sélection naturelle. Des expériences confirment que les vésicules membranaires peuvent grossir et incorporer d'autres éléments (lipides, ...) et former des cellules complexes. C'est ainsi que, surement par hasard, l'ARN s'est fixé à la membrane avec les «*outils*» utiles à sa réplication. Petit à petit, la division cellulaire c'est calée sur sur la reproduction du code héréditaire.
Avec cette duplication naît l'évolution, car les objets capables de se reproduire plus facilement que les autres prennent naturellement l'ascendant sur les autres. Avec l'évolution, le vivant commence à se diversifier, grâce notamment à l'ARN qui, s'il peut coder de l'information, peut aussi servir de catalyseur à de nombreuses réactions chimiques. Ainsi, les protéines sont créée grâce à l'ARN : celui-ci attire les acides aminés et se lie à eux pour gagner en stabilité, puis il les met bout à bout, ce qui créé des protéines de plus en plus longue. Ensuite, la traduction apparaît, c'est à dire que l'ARN «*dicte*» la composition des protéines, et certaines protéines sont créée avec des aptitudes imprévisibles comme celle de faciliter l'activité de l'ARN. Ainsi, le code génétique devient de plus en plus important et les protéines de plus en plus utiles (catalyse de réactions, transport d'éléments chimiques, première photosynthèse).
Enfin, l'ADN est créé. Le but de ce TPE n'étant pas de raconter la création de l'ADN et l'évolution de la vie jusqu'à nos jours, nous terminerons cette partie en rappelant que la vie est solidement ancré sur Terre, et plus rien ne la fera partir.
L'éxogenèse et la panspermie
Ces deux théories ne considèrent pas la manière dont les acides aminés ont pu être créés mais affirment qu'ils seraient arrivés de l'espace. En effet, l'exogénèse suppose simplement que les acides aminés ont été apportées sur Terre par le bombardement cosmique.
La panspermie quant à elle stipule que, plus que les acides aminés, c'est la vie directement
que les météorites auraient amenée sur Terre.
En effet, on sait aujourd'hui que le transport de molécules du vivant par les météorites est non seulement possible, mais aussi courant. Ainsi, la météorite de Murchison qui est tombé dans le désert australien en 1969 renfermait 70 acides aminés dont 8 servent pour la fabrication des protéines. Les sondes Véga 1 et 2, Giotto, Suisei et Sakigake ont montré que la comète de Halley est riche en matériaux organiquex, le taux moyen en poids de carbone présent dans les grains cométaires étant estimé à 14*%. Parmi les molécules identifiées, on retrouve l’acide cyanhydrique et le formaldéhyde. Ces composés, ainsi que de nombreuses autres molécules d’intérêt prébiotique, ont également été observés dans les comètes Hyakutake en 1996 et Hale-Bopp en 1997. De même, Michel Maurette, astrophysicien de l'université d'Orsay, a récolté des micrométéorites en Antarctique, et 80% des chondrites carbonées renferment de la matière organique, dont des acides aminés. Sachant que 1000 tonnes de micrométéorites carbonées tombent chaque année sur Terre de nos jours, et que le bombardement cosmique sur la Terre primitive était bien plus important, la quantité de matière organique apportée par les météorites a pu être très importante.
-----
