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



  1. #91
    Geb

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

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

    Brock Biology of Microorganisms

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

    La table des matières :

    Table of Contents

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Appendices 1 and 2
    Glossary
    Index
    Apparemment, la théorie de Russell serait traité avec assez de détails dans la partie 16 intitulée "Microbial Evolution and Systematics", du chapitre VI.

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

    Cordialement.

    -----

    Dernière modification par Geb ; 11/11/2012 à 20h53.

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  3. #92
    Geb

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

    Bonjour,

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

    - carte des sites hydrothermaux

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

    L'article auquel la carte est attaché est ici :

    - Contextes géologiques de différents écosystèmes

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

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

    Les sources hydrothermales

    Bonne lecture.
    Dernière modification par Geb ; 16/11/2012 à 02h09.

  4. #93
    Geb

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

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    on y trouve un bon article sur l'histoire de la recherche des fumeurs noirs, tiré d'un Science & Vie de 1991
    Il s'agit de l'article de Lucien Laubier (p. 46-54) intitulé "Faunes de l'extrême" et paru dans le Science & Vie Hors-Série n°176 de septembre 1991, lui-même intitulé "La vie des océans".

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

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

    Prof. Patrick Forterre - research

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Dans l’hypothèse d’une origine virale de l’ADN, on comprend bien comment différents mécanismes de réplication ont pu apparaître indépendamment dans plusieurs lignées de virus à ADN, par recrutement de différentes protéines impliquées dans la réplication de l’ARN. L’ADN aurait pu être ensuite transféré une ou plusieurs fois indépendamment des virus aux cellules, avant ou après l’émergence de LUCA, (selon que l’on imagine un LUCA à ADN ou à ARN). Comme on le voit, le problème de la nature de LUCA est loin d’être résolu. Pour bien souligner le problème soulevé à cette occasion par l’origine des virus, je suggère maintenant de considérer que l’acronyme LUCA correspond à the Last Universal Cellular Ancestor (Forterre, 2002). Quelle que soit la validité de ces hypothèses, elles ont selon moi l’avantage d’attirer à nouveau l’attention des évolutionnistes sur le monde des virus. Par la force des choses, les virus avaient été plus ou moins évacués de la problématique évolutive suite au développement des phylogénies et des modèles d’évolution basés sur les ARN ribosomaux.
    Cependant, il est important de noter que Patrick Forterre, contrairement à Russell et ses collègues (ainsi que bons nombres d'autres chercheurs), est favorable à l'idée que le premier organisme cellulaire avec un génome à ADN ressemblait plus à un "proto-eucaryote" qu'à une archée ou une bactérie. Voir sa conférence du 1er avril 2011, au message #55 de cette discussion.

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

    Evolution differently: the origins of prokaryotes

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 16/11/2012 à 03h00.

  5. #94
    Geb

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

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    Il s'agirait donc a priori uniquement de fumeurs noirs, le premier d'entre eux, "Rainbow" (au milieu de l'Atlantique), ayant été découvert en 1977.
    C'est faux évidemment. Le premier champ hydrothermal sous-marin découvert a été "Rose Garden" (roseraie en français) par l'équipe de John B. Corliss, qui l'a découvert le 17 février 1977, grâce au submersible Alvin. À ma connaissance, Rose Garden est signalé inactif depuis 2002.

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

    On 17 February 1977, Alvin skimmed along the ocean bottom about 400 kilometres northeast of the Galapagos Islands. Days before, sensors towed by a ship had identified a spike in water temperatures near the sea floor. Alvin explored the region and brought researchers face to face, for the first time, with hydrothermal vents, fissures in the sea floor that spew streams of warm, shimmering brine into the near-freezing water. In what was supposed to be a barren desert at the ocean bottom — far from the reaches of life-powering sunlight — Alvin revealed oases of clams, crabs, shrimp and alien-like white tube worms crowned with crimson tops.
    J'ai aussi trouvé un bon site internet qui liste d'une manière exhaustive les évents hydrothermaux (à la fois les fumeurs blancs et les fumeurs noirs) connus :

    InterRidge Vents Database

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

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

    Global Distribution of Hydrothermal Vent Fields

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 17/11/2012 à 08h49.

  6. #95
    Geb

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

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

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

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

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

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 18/11/2012 à 12h27.

  7. #96
    JPL

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

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

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

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

    N'oublie surtout pas les phosphates et leur rôle capital dans l'énergétique cellulaire (oses phosphatés dans des réactions intermédiaires et surtout nucléosides phosphatés ; ATP,ADP, AMP,GTP...)
    Rien ne sert de penser, il faut réfléchir avant - Pierre Dac

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  9. #97
    Geb

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

    Salut JPL,

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

    Citation Envoyé par JPL Voir le message
    22 acides aminés, auxquels s'ajoutent certains acides aminés exotiques qui résultent de remaniements a posteriori (après assemblage de la chaîne polypeptidique) d'acides aminés classiques.
    Oui. D'ailleurs j'ai lu un vieux topo (1981) qui est sans aucun doute obsolète et qui citait déjà une belle liste d'acides aminés non codées génétiquement.

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

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

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

    Citation Envoyé par JPL Voir le message
    pour les bases azotées 5 fondamentales en effet plus des bases exotiques en particulier dans les ARNt.
    Ça par contre je l'ignorais. Tu as le nom de bases azotées atypiques des ARNt, afin que je commence quelque part ?

    Citation Envoyé par JPL Voir le message
    Pour les glucides, sans aller chercher très loin ajoute par exemple le fructose, le mannose, le tréhalose.
    Justement, j'ai trouvé un site qui parle de ~20 monosaccharides différents (ce qui serait cohérent avec l'idée d'une cinquantaine de "building blocks"). Toutefois, je ne connais pas de site qui prenne la peine de nommer ces 20 monosaccharides.

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

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

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

    Citation Envoyé par JPL Voir le message
    Quant aux acides gras il y en une belle brochette qui se distinguent par la longueur de la chaîne et la position des éventuelles doubles liaisons.
    Là encore, je crois savoir qu'il faut y compter les stéroïdes (en tant que lipides) comme le cholestérol mais je ne sais pas combien de "types différents" d'acides gras, en ajoutant le glycérol pour former des polymères d'acides gras. J'imagine qu'on ne prend pas en compte les saturés ou insaturées (cis ou trans).

    Citation Envoyé par JPL Voir le message
    Tu parles aussi des triglycérides et des phospholipide (qui sont souvent des phosphoaminolipides), mais là on n'est pas au niveau des constituants de base mais d'assemblages.
    Oui, encore une fois, dans un phospholipide typique, il faudrait compter la choline, le groupement phosphate et les acides gras.

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

    Citation Envoyé par JPL Voir le message
    N'oublie surtout pas les phosphates et leur rôle capital dans l'énergétique cellulaire (oses phosphatés dans des réactions intermédiaires et surtout nucléosides phosphatés ; ATP,ADP, AMP,GTP...)
    À ma connaissance, quelque soit la brique dont il est un des composants, le groupement phosphate est effectivement une de ces fameuses briques.

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 18/11/2012 à 19h12.

  10. #98
    JPL

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

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

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

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

  11. #99
    Geb

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

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

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

    Although some have argued that less than 20 monosaccharides (d-Glc, d-GlcNAc, d-Man, l-IdoA, d-GlcA, d-Gal, d-GalNAc, d-Sia, l-Fuc, d-Xyl, each with two different anomeric states [1]), are required to generate the mammalian glycome, the number of natural monosaccharides increases drastically if we include the glycomes of other taxonomic groups such as plants, fungi and bacteria.
    Donc, ces fameux 20 monosaccharides qui entrent dans les briques constituantes "du vivant", ne seraient en fait valide que pour l'être humain. Je déteste quand les auteurs font des généralités grossières en passant de "chez les mammifères" à "pour le vivant"...

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

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 18/11/2012 à 23h27.

  12. #100
    JPL

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

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    À ce propos, le tréhalose est un disaccharide formé de 2 molécules de glucose.
    Oups ! quand on répond sans réfléchir ça mérite
    Rien ne sert de penser, il faut réfléchir avant - Pierre Dac

  13. #101
    Geb

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

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

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

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

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

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

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

    Citation Envoyé par JPL Voir le message
    Oups ! quand on répond sans réfléchir ça mérite
    Ne sois pas trop dur avec toi-même. Une erreur est si vite arrivée.

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 19/11/2012 à 00h04.

  14. #102
    LXR

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

    Dans les briques de la vie, il y a peut-être les micro-éléments et les oligo-éléments, tout dépend de l'échelle à laquelle on considère ces briques...
    Never give up.

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  16. #103
    Alhec

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

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

  17. #104
    Geb

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

    Citation Envoyé par Alhec Voir le message
    Ils me semblent qu'ils sont, au moins pour certains d'entre eux, intégrés justement dans le modèle de Russel non? Puisque l'idée est que l'origine de la vie soit liée à des réactions chimiques en interaction avec le substrat "géologique".
    En effet, la paléogéophysique, la paléogéochimie et les prémisses de la biologie sont des processus étroitement liés dans le modèle de Russell. Bien sûr la géophysique du noyau terrestre au manteau supérieur, en passant par la géochimie il y a 4,4 milliards d'années environ, sont des disciplines encore sujettes à débat.

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

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

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

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

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

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

    Cordialement.

  18. #105
    JPL

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

    Bien que ce ne soit pas un métal le soufre joue aussi un rôle catalytique important via des groupes fer-soufre : https://fr.wikipedia.org/wiki/Prot%C3%A9ine_fer-soufre
    Rien ne sert de penser, il faut réfléchir avant - Pierre Dac

  19. #106
    Geb

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

    Citation Envoyé par JPL Voir le message
    Bien que ce ne soit pas un métal le soufre joue aussi un rôle catalytique important via des groupes fer-soufre : https://fr.wikipedia.org/wiki/Prot%C3%A9ine_fer-soufre
    Quand je parlais des 4 métaux qui avaient une importance particulières dans le modèle de Russell, le fer, le nickel, le molybdène et/ou le tungstène sont justement sous forme minérales avec du soufre.

    Cordialement.

  20. #107
    Geb

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

    Bonjour à tous,

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 21/11/2012 à 13h36.

  21. #108
    Geb

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

    Bonjour,

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

    La concentration de méthane d'origine abiotique de Lost City (jusqu'à 2mmol/L), était une surprise.
    J'ai trouvé un des papiers les plus récents à ma connaissance (publié en ligne le 1er novembre 2009) sur le système hydrothermal alcalin Lost City :

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

    Dans l'abstract :

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

    Fluids from the Lost City hydrothermal field (LCHF) are rich in hydrogen and methane, and have high pHs (9–11), as a result of serpentinization reactions taking place in the sub-surface at moderate temperatures of approximately 120–250 °C (Kelley et al., 2001, 2005; Palandri and Reed, 2004; Allen and Seyfried, 2004; Proskurowski et al., 2006; Foustoukos et al., 2008).
    En page 2 :

    In addition to high concentrations of methane (CH4; 1–2 mM) and hydrogen (H2; <1–15 mM), detectable levels of sulfate are present in the fluids (1–4 mM; Kelley et al., 2005).
    En page 7 :

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

    HCO3- + H2 = CHOO- + H2O (2)

    The equilibration of these chemical species proceeds rapidly under laboratory conditions at temperatures >175 °C (McCollom and Seewald, 2001, 2003, 2006; Seewald et al., 2006). Despite attempts to do so, the abiological production of acetate under similar conditions has not been observed.
    En résumé, la réaction de serpentinisation de l'olivine a lieu sous le plancher océanique à une température estimée approximativement à 120–250°C. On observe de grandes concentrations de produits abiotiques, c'est-à-dire de l'hydrogène (jusqu'à 15 mM), du méthane (jusqu'à 2 mM) et du formate (jusqu'à 158 µmol/kg). L'acétate produit est d'origine biotique.

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 22/11/2012 à 10h54.

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  23. #109
    Geb

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Cordialement.

  24. #110
    Geb

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

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    Cependant, il me paraît évident que ce métabolisme préféré pourrait encore changer. C'est pourquoi il faut bien distinguer la validité de la théorie de l'origine hydrothermale alcaline de l'émergence de la vie, qui n'est jamais remise en cause quelque soit le métabolisme (pour tout un tas de raisons) et la validité du métabolisme qu'un évent hydrothermal alcalin pourrait "synthétisé" de manière abiotique à l'émergence de la vie.
    Il est très important de distinguer la validité du lieu de développement (source hydrothermale alcaline) des caractéristiques de la première cellule qu'il a produit, qui a, pourrait et même va encore sûrement évolué (exemple : métabolisme méthanotrophe).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 22/11/2012 à 16h43.

  25. #111
    Geb

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

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

    Elevated concentrations of formate, acetate and dissolved organic carbon found at the Lost City hydrothermal field
    Il y a un autre papier un peu plus ancien, publié le 1er février 2008 et co-écrit par Deborah Kelley :

    Abiogenic Hydrocarbon Production at Lost City Hydrothermal Field

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

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

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

    Serpentinite and the dawn of life

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

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

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

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

    L'actualité est ici :

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

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

    La vie dans les abysses

    Cordialement.

  26. #112
    Geb

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

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

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

    UCL Grand Challenge Research Frontiers programme: Origins of life symposium

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

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

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

  27. #113
    Geb

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

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

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

    First UCL Symposium on the Origin of Life

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

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

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

    Il y avait également quelques personnes moins connues :

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

    Cordialement.

  28. #114
    Geb

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

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

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

    Stetter, 1996 (hyperthermophiles en gras)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 24/11/2012 à 05h36.

  29. Publicité
  30. #115
    Geb

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

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

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

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

    Formamide and the origin of life

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Genetics first or metabolism first? The formamide clue

    Bonne lecture.

  31. #116
    Geb

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

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

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

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 24/11/2012 à 09h07.

  32. #117
    noir_ecaille

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

    Oh, de la lecture -- j'adore

    Merci pour cette réactualisation d'un sujet ô combien passionnant, Geb
    "Deviens ce que tu es", Friedrich W. Nietzsche

  33. #118
    Geb

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

    Bonjour,

    Citation Envoyé par noir_ecaille Voir le message
    Oh, de la lecture -- j'adore

    Merci pour cette réactualisation d'un sujet ô combien passionnant, Geb
    Je te remercie pour ton commentaire encourageant. Je serais ravi si tu pouvais accompagner tes lectures de questions sur ces dernières.

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

    Hunting for protein ancestors

    In searching the origin of life it is possible to apply two different approaches. The first one is a down-to-top approach, in which, starting from inanimated matter, like for instance basic organic compounds or aminoacids, one tries to reproduce the processes and the conditions that gave birth to the first living beings about 3.85 Ga ago. Alterna-tively, one may attempt to extract hints about the first steps of the evolution of life from the observation of present organisms. This top-down approach is based on the fact that all living forms have a common ancestor, so that it is licit to assume that some of its ves-tiges are still preserved inside the genetic code of current cells and bacteria. Indeed, it is well known that there are structures inside proteins, like structural motifs and folds, which seem to be intimately connected with evolution. For example, while there are about 100,000 expressed proteins in eukariotic systems, there are much fewer motifs and folds, a fact that is related to the pathways of evolution. In this lecture some aspects of the top-down approach will be illustrated. After a brief review of the known structures in proteins and other macromolecules which are relevant for life, a discussion will follow about the physical and chemical properties of biopolymers. Physical and chemical laws were in fact present during the period in which life started on the Earth and have cer-tainly put constraints on the formation of the earliest biopolymers. Therefore, they can be exploited in order to guess how the genome of the most primitive organisms looked like. The information about the general characteristics of ancient life forms obtained using physical and chemical arguments may be used in the search of the remnants of the first genes which could be inside modern genes for instance due to processes of gene fusion. The lecture will end up with a discussion about the physical experimental methods that allow the detection of possible substructures inside biopolymers like proteins or DNA.
    Je pense que cette conférence à sa place dans cette discussion parce qu'à partir de 35:58 dans la vidéo, il introduit progressivement un papier d'Igor Berezovsky et Edward Trifonov (2003) et explique dans les grandes lignes l'hypothèse qu'ils y développent :

    Protein structure: Marriage with polymer physics

    Abstract

    A journey to the field of polymer physics, with polypeptides in mind, leads to a major discovery: the protein globules appear to be built of nearly standard size elements – closed loops, stabilized by the interactions between their ends. The closed loops project into the early evolution of proteins and into the protein folding process. They provide a novel basis for eventual alphabetization in description of structure and function of proteins.
    Je tiens à dire que le groupe d'Igor Berezovsky (sachant qu'Edward Trifonov est désormais à la retraite) a publié de nombreux papiers très intéressants sur les étapes de l'évolution des acides aminés, des protéines, des codons et du code génétique (rien que ça).

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 02/12/2012 à 02h27.

  34. #119
    noir_ecaille

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

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


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

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


    Interrogations personnelles :

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

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

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


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

  35. #120
    Geb

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

    Citation Envoyé par noir_ecaille Voir le message
    C'est intéressant qu'on arrive à la synthèse spontanée de formamide à partir de HCN et H2O, puis à partir du Formamide obtenir spontanément toutes les bases nucléiques. Reste à expliquer comment ça se fait qu'on ait démarré avec des nucléotides de conformation D plutôt que L ou qu'un 50/50. Sûrement une histoire de concentration mais qu'est-ce qui l'aurait favorisé ? Un rayonnement solaire polarisé à travers l'atmosphère d'époque ? Autre chose ?
    Cela reste une hypothèse, très controversée qui plus est. J'ai eu récemment une discussion avec dr.Garou à ce sujet :

    Formes de vie prionique. Commencement d'une vie exobiologique

    Citation Envoyé par noir_ecaille Voir le message
    En revanche ce scénario privilégie l'hypothèse du monde ARN (voire en a fait son point de départ pour une remontée temporelle ?).
    À ma connaissance, depuis la découverte des ribozymes en 1982, les modèles d’abiogenèse (peut-être pas tous) font intervenir l’ARN avant l’ADN, qu’il s’agisse des modèles dits "métabolisme d’abord" ou "gènes d’abord". Dans ce contexte, beaucoup de modèle comporte un "monde à ARN". Cependant, dans le modèle de Russell, la synthèse des premiers acides nucléiques est précédée par celle de peptides (voire de proto-protéines) et de proto-enzymes, qui ont probablement joué un rôle important dans la synthèse (difficile) des premiers nucléotides et/ou brins d’ARN.

    Citation Envoyé par noir_ecaille Voir le message
    L'ADN est-il apparu presqu'en même temps ?
    Probablement pas. Mon hypothèse préférée (ou plutôt celle qui me paraît la moins farfelue) reste celle de Patrick Forterre, qui favorise l'idée d'une origine virale de l'ADN. Ce qui ferait du premier organisme cellulaire vivant, une cellule à ARN.

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

    Citation Envoyé par noir_ecaille Voir le message
    D'un autre côté, on a une synthèse expliquée (spontanée ?) des peptides de nos origines -- là encore reste à expliquer comment la conformation L l'a emporté sur la conformation D. Le tout en milieu alcalin.
    D'abord, à propos de la synthèse spontanée des peptides, il est important de noter que les peptides ne sont probablement pas apparu tous en même temps. Il n'était probablement qu'une dizaine au départ. D'ailleurs, dans les nombreux papiers que Michael Russell a publié en collaboration avec James Milner-White, il est bien question de premiers peptides de 3 à 6 résidus (peut-être même jusqu'à 10) riches en glycine et en alanine. Voir par exemple ici :

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

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

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

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

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

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

    À propos de l'homochiralité des acides aminés :

    A possible way out of the racemic world could have involved the origin of the peptidyl transferase reaction of the large ribosomal subunit. Among the myriad of molecules that existed in the RNA-world, a population of them was involved in the origin of translation, whereby it has been sensibly suggested that the original function of the ribosome was RNA replication via triplets, not translation (Poole et al. 1999). We can take it as a given that at some point a precursor of the peptidyl transferase reaction (Muth et al. 2000) of an RNA molecule did evolve, and the chance stereochemistry of that molecule would determine the decision of whether it could catalyse the polymerization of D- or L-amino acids into peptides. That filter would be sufficient to tip the holochirality scale, because despite the presence of a racemate, only amino acids of the same a-carbon configuration would preferentially end up in peptides, yielding a population of distinctly handed peptides, some of which would eventually need to feed back in a hypercycle-like manner (Eigen & Schuster 1978) into favoured synthesis of their stereochemically correct polymerizing template.
    Cette idée (passage en gras) semble rejoindre l'idée avancée par Patrick Forterre (voir message #55 ).

    À propos de l'homochiralité des sucres :

    Concerning D-sugars, if we assume that the FeS-catalysed synthesis of acetyl-CoA and pyruvate was possible as above, then the origin of chirality should be sought at the three-carbon stage. Pyruvate is not chiral, nor is its phosphorylated derivative, phosphoenolpyruvate. In organisms that use the acetyl-CoA pathway, the next step of autotrophic carbon metabolism involves the stereospecific addition of a water molecule to the double bond in phosphoenolpyruvate, yielding 2-phospho-D-glycerate. Today, that reaction is catalysed by the enzyme enolase, which is by far the most highly conserved of all glycolytic enzymes (figure 1) and as far as we are aware, is the only enzyme of core carbon metabolism that is truly ubiquitous among all free-living organisms. For the whole remainder of central carbon metabolism in all organisms, the stereochemistry at C2 of 2-phospho-D-glycerate never changes. This approach to the holochirality problem implicates the peptidyl transferase reaction of the ribosome as the pacemaker for amino-acid stereochemistry and a simpler precursor of enolase as the pacemaker of sugar stereochemistry. It is probably just curious coincidence that enolase is the only enzyme of carbon metabolism, other than adenylate kinase, that balances AMP, ADP and ATP levels, that is encoded in the highly conserved ribosomal protein superoperon in archaebacteria (Hannaert et al. 2000), which might also carry a faint trace of chiral origins. At any rate, our suggestion for the origin of holochirality starts with the peptidyl transferase reaction and is thus largely congruent with Woese’s (2002, p. 8745) assessment ‘The evolution of modern cells, then, had to begin with the onset of translation’. It was certainly a decisive step.
    Cependant, j'ai la conviction que ces deux passages, qui font tous partie de la section 6 du papier de décembre 2002, sont le fruit du travail de William Martin uniquement. En effet, dans un papier à peine plus ancien, publié en tant que chapitre d'un livre en 2003 :

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

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

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

    Citation Envoyé par noir_ecaille Voir le message
    Je conçois qu'une synthèse polymérisée donne soit du L soit du D en fonction des encombrements stériques, mais comment et quand a eu lieu le schisme aboutissant à la forme de vie telle que nous la pratiquons ?
    Je crois avoir répondu ci-dessus.

    Citation Envoyé par noir_ecaille Voir le message
    En milieu alcalin, HCN devient CN-. Cela impliquerait donc qu'on ait eu une synthèse plutôt peptidique au plus près des remontée thermales alcalines et plutôt nucléique à distance des remontées pour un pH plus acide ?
    Pour être honnête je l'ignore. J'imagine que tu as raison.

    Citation Envoyé par noir_ecaille Voir le message
    L'un des avantages de ces remontées alcalines au milieu de mers acides, c'est le double gradient pH et thermal (auquel viendrait s'ajouter les gradients de concentrations molaires ?) On constate que la vie compartimente beaucoup sa chimie, mais comment s'est mis en place le tout premier compartiment ?
    L'évent alcalin est lui-même un milieu extrêmement compartimenté. Voir Figure 1 page 2 de ce pdf (déjà mentionné au message #3) :

    The rocky roots of the acetyl-CoA pathway

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

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

    Citation Envoyé par noir_ecaille Voir le message
    Quid de l'énergie qui anime, régule, régit les échanges ? Car comme rebattu dans l'un des liens, un organisme mort contient tout les composants de la vie -- bien qu'il ne soit plus vivant.
    D'une manière générale, c'est le mécanisme chimiosmotique qui fait la différence entre un animal vivant et un animal mort. D'ailleurs, l'importance de ce gradient de protons pour la vie actuelle et justement parce qu'il existe un gradient de protons naturel au niveau de l'évent hydrothermal de l'Hadéen (acide à l'extérieur, basique à l'intérieur), Russell a envisagé d'appeler sa théorie la "théorie chimiosmotique". Il semble que "Hydrothermal alkaline theory for the emergence of life" soit un peu trop long.

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 12/12/2012 à 22h47.

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