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



  1. #121
    ryoke

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

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

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

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


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

    -----


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  3. #122
    Pfhoryan

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

    Salut,

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

  4. #123
    Geb

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

    Bonsoir,

    Citation Envoyé par Pfhoryan Voir le message
    C'est assez complémentaire de ce qui est développé dans cette discussion.
    Je te remercie pour l'article.

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

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

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

    The Origin of Membrane Bioenergetics

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

    Origin of life emerged from cell membrane bioenergetics

    How life emerged from deep-sea rocks

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

    Cofactors form a unique and essential class of components within biochemistry, both as individual molecules and as a distinctive level in the control over metabolism. In synthesis and structure they tend to be among the most complex of the metabolites, and unlike amino acids, nucleotides, sugars and lipids, they are not primary structural elements of the macromolecular components of cells. Instead, cofactors provide a limited but essential inventory of functions, which are used widely and in a variety of macromolecular contexts. As a result they often have the highest connectivity (forming topological ‘hubs’) within metabolic networks, and are required in conjunction with key inputs or enzymes [200–202] to complete the most elaborate metabolisms.
    Soit, approximativement : Les cofacteurs forment une classe exceptionnelle et essentielle de composants en biochimie, à la fois en tant que molécules à part entière et en tant que niveau distinct de contrôle sur le métabolisme. Au point de vue de leur synthèse et de leur structure, ils tendent à être parmi les métabolites les plus complexes et, contrairement aux acides aminés, aux nucléotides, aux sucres et aux lipides, ils ne sont pas des éléments structurels fondamentaux des composants macromoléculaires des cellules. À la place, les cofacteurs fournissent un inventaire limité mais essentiel de fonctions, qui sont beaucoup utilisées et dans une grande variété de contextes macromoléculaires. En conséquence, ils ont souvent la plus grande connectivité (formant des "plateformes" topologiques) à l’intérieur des réseaux métaboliques et sont nécessaires en conjonction avec les principaux réactifs ou les principales enzymes pour accomplir les métabolismes les plus élaborés.

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 21/12/2012 à 17h23.

  5. #124
    Pfhoryan

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

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

    The Origin of Membrane Bioenergetics



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

    Origin of life emerged from cell membrane bioenergetics

    How life emerged from deep-sea rocks
    çà c'est un vrai papier fondateur (en plus en accès libre). Le scénario est quasi ficelé et très convaincant. Reste plus qu'à le tester!
    “if something happened it’s probably possible.” Peter Coney

  6. #125
    Geb

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

    Citation Envoyé par Pfhoryan Voir le message
    çà c'est un vrai papier fondateur (en plus en accès libre). Le scénario est quasi ficelé et très convaincant. Reste plus qu'à le tester!
    Je n'irais pas jusqu'à dire que c'est "un vrai papier fondateur", mais cela reste un papier sur l'origine de la vie dans un évent hydrothermal alcalin, qui plus est par William Martin (un de ces plus grands contributeurs) et Nick Lane (qui est à la fois un de ces contributeurs et un de ces plus grands vulgarisateurs).

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

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

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

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

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

    While the study of such networks is still in its infancy, Morowitz suggests they hold the key to a host of knotty problems, including that of RNA synthesis. “It's not a problem in this network point of view. Very early on you get the precursor compounds,” while formation of the complete nucleotide arises later. “Even today this is the core network of biochemistry.”
    Vous l'aurez compris, ce qui m'intéresse dans ce passage, c'est une origine plausible de l'homochiralité des molécules du vivant.

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

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

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

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

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

    Armando Cordova

    La page de son groupe de recherche :

    Research groups

    Cordialement.

  7. #126
    Geb

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

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

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

    Life at the Root

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

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

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

    Part of the rational against the view of thermophilic origins was once founded in the circumstance that nucleoside triphosphates are very unstable at temperatures around 100 °C (Forterre 1996), for which reason such temperatures were deemed to be incompatible with the notion of an RNA world. However, Constanzo et al. (2009) recently reported that RNA chains dozens to over 100 nucleotides in length arise spontaneously, in hot (>80 °C) water, and without catalysts yet not from nucleoside triphosphates rather from the ribonucleoside 3′,5′ cyclic monophosphates at concentrations around 1 mM. Temperatures around 85 °C yielded rapid polymerization, below 60 °C the reaction rates dropped sharply (Constanzo et al. 2009). Thus, from the thermodynamic and chemical perspective, life at the root might be more likely in the range of 50–100 °C than at values approaching room temperature. That view is consistent with the recent discovery of a novel bifunctional fructose-1,6-bisphosphate aldolase/phosphatase from thermophilic eubacteria and archaebacteria that provides comparative biochemical evidence in favor of chemolithoautotrophic origins (Say and Fuchs 2010).
    Ce que je trouve intéressant dans ce passage, c'est qu'il va explicitement à l'encontre des propos tenus par Patrick Forterre à propos de la température d'apparition du LUCA dans sa conférence du 1er avril 2011 en lien au message #10 de cette discussion :

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

    Cordialement.

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  9. #127
    Geb

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

    Bonjour,

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

    The evolutionary aspects of bioenergetic systems

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 01/01/2013 à 11h43.

  10. #128
    Geb

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

    Bonjour,

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

    La vie est-elle apparue dans les fumeurs noirs ?

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

    Cordialement.

  11. #129
    Pfhoryan

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

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    Bonjour,

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

    La vie est-elle apparue dans les fumeurs noirs ?

    Pour l'instant, le titre de cet article est vraiment paradoxal.
    C'est un grave contre-sens qui montre que l'auteur n'a pas vraiment compris de quoi elle parle.
    Sans doute qu'un petit message lui demandant de rectifier ne ferait pas de mal.
    “if something happened it’s probably possible.” Peter Coney

  12. #130
    Geb

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

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    J'essayerai d'en savoir un petit peu plus dans les semaines qui viennent.
    En fait, la préface de Wolfgang Nitschke est disponible à la lecture en intégralité :

    The evolutionary aspects of bioenergetic systems

    J'aime assez ce passage dans le texte :

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

  13. #131
    Geb

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

    Citation Envoyé par Pfhoryan Voir le message
    C'est un grave contre-sens qui montre que l'auteur n'a pas vraiment compris de quoi elle parle.
    Je doute qu'elle n'aie pas compris l'article étant donné ses qualifications ("Master's degree, Atmosphere, Oceans and Continental Surfaces") et son expérience (déjà 107 articles pour F-S entre le 17 octobre et hier soir).

    Citation Envoyé par Pfhoryan Voir le message
    Sans doute qu'un petit message lui demandant de rectifier ne ferait pas de mal.
    Soit, je vais en toucher un mot à delph_enviro.

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 03/01/2013 à 01h02.

  14. #132
    Geb

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

    Bonsoir,

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

    Citation Envoyé par dr.Garou Voir le message
    Aucun des autres articles présentés ici ne donne la moindre information quant à la possibilité d'apparition d'un code génétique de novo à partir d'un monde protéique, contrairement à l'hypothèse de l'ARN d'abord.
    J’ai décidé de revenir sur le papier intitulé "A mechanism for the association of amino acids with their codons and the origin of the genetic code", que j’ai mis en lien au message #15 de cette discussion.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 06/01/2013 à 15h10.

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  16. #133
    Geb

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

    Bonjour,

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

    The Search for Life in the Universe

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

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

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

    Cordialement.

  17. #134
    Geb

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

    Bonsoir,

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

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

    Dans le texte :

    The purpose of the present study is to explore the thermodynamic potential for the abiotic synthesis of the five common nucleobases (adenine, guanine, cytosine, thymine and uracil) and two sugars (ribose & deoxyribose) that make up nucleic acids (DNA & RNA) from two precursor molecules, formaldehyde (CH2O) and hydrogen cyanide (HCN), over a range of pressures, temperatures, and bulk compositions that are characteristic of hydrothermal systems. This is accomplished by first quantifying the thermodynamic potential to synthesize the precursor molecules from N2, H2, CO2 and CO, and then calculating the energetics of biomolecular synthesis from the two precursor compounds.
    Le modèle de départ du papier est le fumeur noir baptisé Rainbow, situé à 2300 mètres de profondeur sur la ride médio-Atlantique, et dans lequel on a mesuré les concentrations suivantes (Charlou et al. 2002) :

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

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

    Dans le texte :

    To specify the composition of ancient hydrothermal fluids, Schulte and Shock (1995) followed a different approach that used instead fugacities of CO, CO2, and N2 constrained from estimated ancient atmospheric concentrations of the same species made by Kasting (1993). However, a cursory examination of modern hydrothermal vent compositions (Charlou et al. 2002; Von Damm 1995) reveals that the concentrations of CO, CO2, and N2 are highly variable from one system to another and do not correlate with their concentrations in the modern atmosphere. The assumption that the concentrations of the species in ancient and modern hydrothermal fluids are similar is reasonable because the composition of hydrothermal fluids are primarily determined by their interactions with mantle-derived rocks, whose composition (i.e., oxidation state) has not changed significantly in the last four billion years (Delano 2001).
    These results reflect the conditions in one modern hydrothermal system only so if the concentrations of H2 ,CO and CO2 would have been higher in ancient hydrothermal systems, the activity of CH2O in equilibrium with these reactants could also have been greater. Kasting (1993) estimated that during the first several hundred million years of Earth’s history the atmosphere contained CO+CO2 equal to 10 bars, a result which suggests that the concentration of precursor carbon molecules in hydrothermal systems could have been different from those today.
    La synthèse des précurseurs se fait de la manière suivante. Pour le cyanure d'hydrogène :

    2 CO(aq) + 3 H2(aq) + N2(aq) → 2 HCN(aq) + 2 H2O
    2 CO2(aq) + 5 H2(aq) + N2(aq) → 2 HCN + 4 H2O

    Pour le méthanal (ou formaldéhyde)

    CO(aq) + H2(aq) → CH2O(aq)
    CO2(aq) + 2 H2(aq) → CH2O(aq) + H2O

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

    Adénine : 5 HCN(aq) → C5H5N5(aq)
    Guanine : 5 HCN(aq) + H2O → C5H5N5O(aq) + H2(aq)
    Cytosine : 3 HCN(aq) + CH2O(aq) → C4H5N3O(aq)
    Thymine : 2 HCN(aq) + 3 CH2O(aq) → C5H6N2O2(aq) + H2O
    Uracile : 2 HCN(aq) + 2 CH2O(aq) → C4H4N2O2(aq) + H2(aq)

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

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

    Ribose : 5 CH2O(aq) → C5H10O5(aq)
    Désoxyribose : 10 CH2O(aq) → 2 C5H10O4(aq) + O2(g)

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

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

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

    Therefore, we have explored the range of CH2O and HCN activities on the equilibrium activities of nucleobase, ribose, and deoxyribose at what can be considered one particular hydrothermal flank condition (150°C and 500 bars). Under these conditions, activities of all of the biomolecules considered here are in equilibrium with the precursor molecules at concentrations comparable to those in modern living organisms (Voet et al. 1999).
    Le passage que j'ai mis en gras me paraît extrêmement intéressant, si seulement je savais de quoi il est question exactement... Quelqu'un pourrait-il m'éclairer sur le sens exact de cette phrase ?

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

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

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

    Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level

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

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

    This finding corroborates previous studies which have suggested that organic synthesis in submarine hydrothermal systems most likely did not occur in black smoker vent sites where the temperatures can exceed 400°C, but more plausibly on the distal, off-axis, portions of hydrothermal systems where the temperature is lower (Shock 1990, 1992a, b).
    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 12/01/2013 à 17h21.

  18. #135
    Pfhoryan

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

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    Cela dit, ce que je n'ai pas bien compris, c'est un passage en page 12 :

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

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

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

  19. #136
    Pfhoryan

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

    Salut,

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

    Pas eu encore le temps de lire, mais il y a certainement des trucs intéressants.
    “if something happened it’s probably possible.” Peter Coney

  20. #137
    Geb

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

    Citation Envoyé par Pfhoryan Voir le message
    Je comprends de cette phrase qu'en augmentant la concentration active des précurseurs (CH2O, HCN) à 150°C/500 bars, ils ont remarqué qu'à l'équilibre, les biomolécules ont une concentration active similaire à celle mesurée dans les être vivants.
    Je te remercie d'avoir partagé ton point de vue.

    Citation Envoyé par Pfhoryan Voir le message
    Il y a un numéro spécial de Accounts of Chemical Research qui est consacré à "l'évolution chimique"
    Je viens de lire les résumés des 21 articles (sans compter l'éditorial). À ma connaissance, seul celui intitulé "Role of pKa of Nucleobases in the Origins of Chemical Evolution" est en accès libre.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 14/01/2013 à 22h52.

  21. #138
    Pfhoryan

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

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    Il me semble qu'en ce qui concerne ce dernier point, l'article que j'ai numéroté 15 est de loin le plus intéressant.
    Je te l'envoie.
    “if something happened it’s probably possible.” Peter Coney

  22. Publicité
  23. #139
    Geb

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

    Bonsoir,

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 17/01/2013 à 22h13.

  24. #140
    Geb

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

    Bonsoir,

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

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

    The results of a detailed bioinformatic search for ribonucleotidyl coenzyme biosynthetic sequences in DNA- and RNA viral genomes are presented. No RNA viral genome sequence available as of April 2011 appears to encode for sequences involved in coenzyme biosynthesis. In both single- and double-stranded DNA viruses a diverse array of coenzyme biosynthetic genes has been identified, but none of the viral genomes examined here encodes for a complete pathway. Although our conclusions may be constrained by the unexplored diversity of viral genomes and the biases in the construction of viral genome databases, our results do not support the possibility that RNA viruses are direct holdovers from an ancient RNA/protein world. Extrapolation of our results to evolutionary epochs prior to the emergence of DNA genomes suggest that during those early stages living entities may have depended on discontinuous genetic systems consisting of multiple small-size RNA sequences.
    Pour info, aujourd'hui on possède la séquence complète de 3249 génomes viraux sur les serveurs du National Center for Biotechnology Information (NCBI) :

    Viral Genome Resource database

    Virus à ADN : 1758
    dont, ADN double brin : 1211
    ADN simple brin : 547
    Virus à ARN : 1146
    dont, ARN double brin : 158
    ARN simple brin : 988
    Rétrovirus : 119
    Phages non-classés : 36
    Virophages non-classés : 1
    Virus non-assignés : 6
    Virus non-classés : 6
    Virus d'archées non-classés : 2
    Vecteurs viraux dépendants : 174
    Deltavirus : 1
    J'ai également trouvé certains papiers intéressants basés sur l'eukaryote unicellulaire Oxytricha trifallax, dont le génome vient d'être séquencé cette année (annoncé le 29 janvier 2013).

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

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

    Ce microorganisme présente 2 noyaux :

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

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

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

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

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

    Cordialement.

  25. #141
    Geb

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

    Bonsoir,

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

    Voici une de ces publications, publiée en avril 2009 :

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    7) Phosphorylation : addition d'un groupe phosphate (un phosphoryl PO32- plus précisément) transféré à une protéine ou à une petite molécule.

    8) Déphosphorylation : délétion d'un groupe phosphate (un phosphoryl PO32- plus précisément) d'un composé organique par hydrolyse.

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

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

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

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

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

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

    Le résumé de ce papier est relativement exhaustif :

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

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

    Separating this network into subgraphs reveals several empirical generalizations:

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

    Preliminary analysis of the chemical reactions and resultant structures reveals

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

    These generalizations have implications for biogenesis and trophic ecology.
    Cordialement.

  26. #142
    Geb

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

    Bonjour,

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Cordialement.

  27. #143
    Geb

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

    Bonsoir,

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

    A Rocky Start Fresh take on life's oldest story

    Bonne lecture.

  28. #144
    Geb

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

    Bonjour,

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

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

    Many metalloenzymes that inject and extract reducing equivalents at the beginning and the end of electron transport chains involved in chemiosmosis are suggested, through phylogenetic analysis, to have been present in the Last Universal Common Ancestor (LUCA). Their active centres are affine with the structures of minerals presumed to contribute to precipitate membranes produced on the mixing of hydrothermal solutions with the Hadean Ocean ~4 billion years ago. These mineral precipitates consist of transition element sulphides and oxides such as nickelian mackinawite ([Fe > Ni]2S2), a nickel-bearing greigite (~FeSS[Fe3NiS4]SSFe), violarite (~NiSS[Fe2Ni2S4]SSNi), a molybdenum bearing complex (~MoIV/VI 2Fe3S0/2−9) and green rust or fougerite (~[FeIIFeIII(OH)4]+[OH]). They may be respectively compared with the active centres of Ni–Fe hydrogenase, carbon monoxide dehydrogenase (CODH), acetyl coenzyme-A synthase (ACS), the complex iron–sulphur molybdoenzyme (CISM) superfamily and methane monooxygenase (MMO). With the look of good catalysts – a suggestion that gathers some support from prebiotic hydrothermal experimentation – and sequestered by short peptides, they could be thought of as the original building blocks of proto-enzyme active centres. This convergence of the makeup of the LUCA-metalloenzymes with mineral structure and composition of hydrothermal precipitates adds credence to the alkaline hydrothermal (chemiosmotic) theory for the emergence of life, specifically to the possibility that the first metabolic pathway – the acetyl CoA pathway – was initially driven from either end, reductively from CO2 to CO and oxidatively and reductively from CH4 through to a methane thiol group, the two entities assembled with the help of a further thiol on a violarite cluster sequestered by peptides. By contrast, the organic coenzymes were entirely a product of the first metabolic pathways.
    Ce qui signifie approximativement :

    Beaucoup de métalloenzymes qui injectent ou retirent des équivalents réducteurs au début et à la fin des chaînes de transport d'électrons impliquées dans la chimiosmose sont suggérées, à travers une analyse phylogénétique, comme ayant été présentes chez le Dernier Ancêtre Commun Universel (DACU). Leurs centres actifs ont une connexion avec les structures de minéraux dont on présume qu'ils composent une partie des précipités membraneux lors du mélange des solutions hydrothermales avec l'Océan Hadéen il y a 4 milliards d'années. Ces précipités minéraux sont constitués de sulfures d'éléments de transition et d'oxydes comme une forme de mackinawite riche en nickel ([Fe > Ni]2S2), une gréigite contenant du nickel (~FeSS[Fe3NiS4]SSFe), de la violarite (~NiSS[Fe2Ni2S4]SSNi), un complexe contenant du molybdène (~MoIV/VI 2Fe3S0/2−9), et de la rouille verte ou de la fougérite (~[FeIIFeIII(OH)4]+[OH]). Ils peuvent être respectivement comparés aux centres actifs de l'hydrogénase Ni-Fe, de la monoxyde de carbone déhydrogénase (CODH), de l'acétyl-coenzyme A synthase (ACS), de la superfamille des molybdoenzymes fer-soufre (CISM) et de la méthane monooxygénase (MMO). Avec un air de bons catalyseurs – une suggestion qui est soutenue par l'expérimentation hydrothermale prébiotique – séquestrés par de petits peptides, on pourrait les envisager comme les composants constitutifs originels des centres actifs de proto-enzymes. La convergence de la composition des métalloenzymes du DACU d'une part et de la structure minérale ainsi que de la composition des précipités hydrothermaux d'autre part, ajoute foi à la théorie hydrothermale alcaline (ou théorie chimiosmotique) de l'émergence de la vie, plus précisément, à la possibilité que la première voie métabolique – la voie de l'acétyl-CoA – était initialement alimentée de bout à bout, de manière réductrice du CO2 vers le CO et de manière oxydante et réductrice du CH4 jusqu'au groupement méthane thiol, ces deux entités étant assemblées avec l'aide d'un thiol supplémentaire sur un centre en violarite séquestré par des peptides. En revanche, les coenzymes organiques étaient exclusivement un produit des premières voies métaboliques.

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 08/03/2013 à 13h04.

  29. Publicité
  30. #145
    Geb

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

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

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

    Episode 8 - The Origin of Life (17 minutes)

    Cordialement.

  31. #146
    noir_ecaille

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

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

  32. #147
    Geb

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

    Citation Envoyé par noir_ecaille Voir le message
    Je n'ai pas entendu de nouveautés par rapports aux publications.
    C'est vrai. Il est sans doute très difficile de parler des derniers développements scientifiques lorsque l'objectif est de vulgariser une théorie relativement complexe comme celle de Russell et ses collègues.

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

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

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

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

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

  33. #148
    Geb

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

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

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

  34. #149
    Pfhoryan

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

    Merci Geb,

    C'est effectivement de la vulgarisation, mais de plutôt bonne qualité.
    “if something happened it’s probably possible.” Peter Coney

  35. #150
    Geb

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    En page 18 :

    Le travail présenté dans cette thèse propose une voie prébiotique d’obtention de lipides linéaires, en particulier d’acides n-carboxyliques à longues chaînes, qui pourraient être les lipides ayant permis d’isoler le proto-organisme de l’eau de mer.
    La dernière thèse que je voudrais mentionner est celle d'Aurélie Loison, publiée en 2010, avec notamment André Brack comme examinateur et qui s'inspire également de la thèse précédente :

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

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

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

    Cordialement.

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