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



  1. #211
    Geb

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


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    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    Mais, bon, ça c'est un peu ma manière à moi de voir une synthèse. A chacun sa manière. J'aime bien séparer puis rassembler (une déformation de mon job d'informaticien sans doute, analyse top - down suivi de down - top).
    À ma connaissance, il s'agit d'une terminologie introduite en informatique par John von Neumann en 1956 et reprise dans la terminologie de l'étude des origines de la vie en 1992 par Harold J. Morowitz dans son livre "Beginning of Cellular Life" (Yale University Press, New Haven) et abondamment utilisée depuis lors.

    Cordialement.

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  3. #212
    Deedee81

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

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

    Ah tiens, je ne savais pas
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)

  4. #213
    Geb

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

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    Oui, il a une section sur le sujet. Si ma mémoire est bonne c'est dans l'article "Origine de la biochimie dans les évents etc....". Mais à vérifier, je ne les ai pas sous la main ici.
    J'ai décidé d'analyser mot à mot (en trois messages étant donné le nombre de caractères) ce que Martin et Russell disent à ce propos, afin qu'on me corrige si je fais erreur.

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

    Although the incomplete citric acid cycle provides important intermediates for amino acid (and nucleotide) biosynthesis today, it does not directly provide sugars, which is a more difficult topic.
    Soit : "Bien que le cycle incomplet de l'acide citrique fournit aujourd'hui des intermédiaires importants pour la biosynthèse d'acides aminés (et de nucléotides), il ne fournit pas directement des sucres, ce qui est un sujet plus difficile".

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

    Ensuite, ils continuent au chapitre suivant :

    8. Difficult D-sugar phosphates

    In contrast to the TCA cycle, the metabolic intermediates and chemical conversions in sugar phosphate metabolism are hardly conserved at all across all microbes (Verhees et al. 2003; Ahmed et al. 2005; Siebers & Schönheit 2005), leaving the early state of sugar phosphate conversions difficult to approach from the consideration of modern pathways.
    Soit : "8. Les difficiles phosphates de sucres D

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

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

    Given a hydrothermal vent setting, it is possible that ancestral gluconeogenic flux might have looked more like the pathway of Pyrococcus furiosus (Mukund & Adams 1995; Sapra et al. 2003) than like the Embden–Meyerhoff pathway as it occurs in yeast.
    Soit : "En prenant le cadre d'un évent hydrothermal, il est possible que le flux gluconéogénique ancestral ait pu ressemblé davantage à la voie de Pyrococcus furiosus (Mukund & Adams ; Sapra et al., 2003) plutôt qu'à la voie de Embden-Meyerhoff telle qu'elle a lieu chez la levure".

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

    For example, P. furiosus uses a single FeS-containing, ferredoxin- and pterin-dependent enzyme, D-glyceraldehyde-3-phosphate oxidoreductase (GAPOR), to interconvert D-glyceraldehyde-3-phosphate (D-GA3P) and 3-phospho-D-glycerate (Mukund & Adams 1995), consistent with an ancient role for FeS and pterins. The GAPOR reaction contrasts to the more widely familiar, two-step enzymatic conversion from 3-phospho-D-glycerate to 1,3-bisphospho-D-glycerate (an intermediate altogether lacking in the P. furiosus pathway) and onto D-GA3P as found in eukaryotes (Cerff 1982), reactions that are NAD- and ATPdependent. In other words, the ATP-producing step of glycolysis in yeast, which requires the concerted action of D-GA3P dehydrogenase and 3-phospho-D-glycerate kinase, is catalysed by one FeS enzyme in P. furiosus that is pterin dependent, and does not consume ATP in the anabolic (sugar-synthesizing) direction (Mukund & Adams 1995; Sapra et al. 2003).
    Soit : "Par exemple, P. furiosus utilise une seule enzyme contenant du Fe-S et dépendante d'une ferrédoxine et d'une ptérine, la D-glycéraldéhyde-3-phosphate oxydoréductase (GAPOR), pour interconvertir le D-glycéraldéhyde-3-phosphate (D-GA3P) et le 3-phospho-D-glycérate (Mukund & Adams, 1995), ce qui est cohérent avec un rôle ancien du FeS et des ptérines. La réaction de la GAPOR diffère de la conversion enzymatique en deux étapes plus largement familière du 3-phospho-D-glycérate au 1,3-bisphospho-D-glycérate (un intermédiaire qui est aussi absent dans la voie chez P. furiosus) et en D-GA3P tel que trouvé chez les eucaryotes (Cerff, 1982), des réactions qui sont dépendantes de la NAD et de l'ATP. En d'autres mots, l'étape de la glycolyse productrice d'ATP chez la levure, qui nécessite une action concertée de la D-GA3P déhydrogénase et de la 3-phospho-D-glycérate kinase, est catalysée par une enzyme FeS chez P. furiosus qui est dépendante d'une ptérine et qui ne consomme pas d'ATP dans la direction (synthétisant du sucre) anabolique (Mukund & Adams, 1995 ; Sapra et al., 2003)".

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

  5. #214
    Geb

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

    Suite du message précédent...

    Traditionally, thoughts on the prebiotic synthesis of sugars centre around something similar to a formose reaction (Ricardo et al. 2004), whereby their phosphorylation is assumed to have occurred independently of their synthesis, perhaps with the help of inorganic phosphate or nucleoside phosphates, i.e. the origin of sugars is traditionally viewed independently of the origin of sugar phosphates. De Duve’s (1991) suggestion for the entry of phosphate into metabolism via acetyl phosphate would provide a suitable phosphoryl donor, but how to get from acetyl-CoA to sugars?
    "Traditionnellement, les réflexions à propos de la synthèse prébiotique de sucres se concentre autour de quelque chose de similaire à la réaction de formose (Ricardo et al., 2004), tandis que leur phosphorylation est supposée avoir eu lieu indépendamment de leur synthèse, peut-être avec l'aide de phosphate inorganique ou de phosphate de nucléosides, c'est-à-dire que l'origine des sucres est traditionnellement envisagée indépendamment de l'origine des sucres phosphatés. La suggestion de de Duve (1991) vis-à-vis de l'entrée du phosphate dans le métabolisme via le phosphate d'acétyle fournirait un donneur adapté de phosphoryl, mais comment passer de l'acétyl-CoA aux sucres ?"

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

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

    pyruvate + ATP → PEP + ADP, (8.1)

    with ΔG°r = +31,4 kJ mol-1.

    PEP assumes an important role in our considerations because a primitive proteinaceous precursor of the enzyme enolase consisting of handed peptides might havemarked the origin of chirality in sugar phosphates (Martin & Russell 2003).
    "Dans beaucoup d'organismes, ceci a lieu par la gluconéogenèse et implique la synthèse de phosphoénolpyruvate (PEP) d'une manière qui contourne la réaction catalysée par la pyruvate kinase, qui est thermodynamiquement défavorable dans la direction du PEP :

    pyruvate + ATP → PEP + ADP, (8.1)

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

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

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

    Enolase catalyses the stereospecific addition of a water molecule to the double bond in PEP to produce 2-phospho-D-glycerate (2-PGA), and the stereochemistry at carbon atom 2 arising from that water addition is conserved in core metabolism, also in RNA. Sugar phosphate homochirality might have arisen this way (anabolically) in biochemical evolution.
    "L'énolase catalyse l'addition stéréospécifique d'une molécule d'eau à une double liaison de PEP pour produire du 2-phospho-D-glycérate (2-PGA), et la stéréochimie au niveau du carbone 2 qui se fait jour à partir de cette addition d'eau est conservée dans le métabolisme central, ainsi que dans l'ARN. L'homochiralité des phosphates de sucres pourraient avoir vu le jour par cette voie (anaboliquement) durant l'évolution biochimique".

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

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

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

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

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

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

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

    with ΔG°r = +2.1 kJ mol-1, and will tend to proceed if there is more pyruvate than PEP available (which is reasonable) and would furthermore be more favourable by about -24 kJ mol-1 if coupled to acetyl phosphate hydrolysis.
    "Beaucoup de cellules modernes génère le PEP à partir de pyruvate via l'intermédiaire du cycle TCA oxaloacétate, typiquement synthétisé par une réaction catalysée par l'enzyme pyruvate carboxylase :

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    with ΔG°r = -12 kJ mol-1 (Eyzaguirre et al. 1982), the favourable thermodynamic value being founded in the hydrolysis of two phosphoanhydride bonds during the reaction (Cook&Knowles 1985).
    "Le chemin via l'oxaloacétate nous mènerait au PEP en termes énergétiques. Mais chez les procaryotes, les interconnections biochimiques entre le pyruvate, le PEP et l'oxaloacétate sont plus directes (Sauer & Eikmanns, 2005). En particulier, l'enzyme PEP synthétase, qui est présente chez Escherichia coli (Cooper & Kornberg, 1967) et P. furiosus (Hutchins et al., 2001) catalyse la réaction :

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

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

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

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

    Indeed, for each of the six possible direct interconversions of pyruvate, PEP and oxalacetate (figure 3), at least one enzyme is known that catalyses the reaction directly under physiological conditions (O’Brien et al. 1977; Sauer & Eikmanns 2005). Such tight interlocking of these three central intermediates inmodernmetabolism(Sauer&Eikma nns 2005), which connect autotrophic pyruvate production, the entry point of gluconeogenesis (PEP) and the entry point of the reverse TCA cycle (oxalacetate), would be compatible with the view that these are extremely ancient chemical reactions, regardless of the age of the enzymes by which they are catalysed.
    "Effectivement, pour chacune des six interconversions directes possibles du pyruvate, du PEP et de l'oxaloacétate (image 3), au moins une enzyme est connue pour catalyser la réaction directement dans des conditions physiologiques (O'Brien et al., 1977 ; Sauer & Eikmanns, 2005). Un tel verrouillage étroit de ces 3 intermédiaires centraux du métabolisme moderne (Sauer & Eikmanns, 2005), qui connectent la production autotrophe du pyruvate, le point d'entrée de la gluconéogenèse (le PEP) et le point d'entrée du cycle TCA inversé (oxaloacétate), serait compatible avec l'idée que ces dernières sont des réactions chimiques extrêmement anciennes, peu importe l'âge des enzymes par lesquelles elles sont catalysées".

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

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

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

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

    with ΔG°r = +9.9 kJ mol-1 (Eyzaguirre et al. 1982). The relevant chemistry of the reaction is the conversion of one phosphoanhydride bond into one enolphosphoester bond. Even though the reaction goes energetically uphill, it proceeds forward in modern metabolism to produce PEP; these unfavourable thermodynamics being ‘pulled’ by subsequent pyrophosphate hydrolysis.
    "En plus de la réaction pyruvate synthase, il y a aussi une réaction catalysée par le pyruvate : la pyrophosphate dikinase (PPDK) qui pourrait, en principe, combler le fossé entre le pyruvate et le PEP (Müller, 1996) :

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

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

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

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

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

    with the relevant chemistry being the conversion of one acylphosphate bond into one enolphosphoester bond, energetically better than the PPDK reaction, which works (with the help of an enzyme).
    "La liaison phosphate d'acyle a un potentiel phosphorylant plus élevé que la liaison phosphoanhydride, donc, en principe, la réaction du pyruvate avec le phosphate d'acétyle pour donner du PEP serait :

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

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

    Notez la production d'acétate (CH3COOH).
    Dernière modification par Geb ; 12/04/2013 à 19h34.

  6. #215
    Geb

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

    (suite et fin des messages précédents...)

    Thus, the equilibrium thermodynamics under standard conditions of the chemical conversions linking pyruvate and oxalacetate to PEP is far from insurmountable. The presence of the simple phosphoryl donor (acetyl phosphate) plus a simple energyreleasing reaction (acetate production) could promote reactions to go forward. Acetyl phosphate is much more attractive than GTP or ATP as an early phosphoryl donor, because its hydrolysis product (acetate) is indeed a waste product that can be lost to the environment at no expense, whereas the loss of ADP would pose a serious problemof resource waste to a primordial chemical system. In this sense, phosphate appears in our considerations as a cofactor, a very simple one, whose recharging in terms of the mixed anhydride bond in acetyl phosphate would be favourable, given a sustained synthesis of acetyl thioesters.
    "Donc, la thermodynamique à l'équilibre dans des conditions standards des conversions chimiques liant le pyruvate et l'oxaloacétate au PEP est loin d'être insurmontable. La présence d'un donneur de phosphoryl simple (le phosphate d'acétyle) plus une réaction simple relâchant de l'énergie (la production d'acétate) pourraient favoriser les réactions à aller de l'avant. Le phosphate d'acétyle est beaucoup plus attrayant que la GTP ou l'ATP en tant que donneur de phosphoryl primitif, parce que le produit de son hydrolyse (l'acétate) est effectivement un produit sous forme de déchet, qui peut être perdu dans l'environnement sans coût, tandis que la perte d'ADP poserait un sérieux problème de perte de ressource pour un système chimique primordial. En ce sens le phosphate apparaît dans nos considérations comme un cofacteur, très simple, dont la recharge en termes de liaison anhydride mixte du phosphate d'acétyle serait favorable, moyennant la synthèse durable de thioesters d'acétyle".

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

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

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

    PEP + H2O → 2-PGA, (8.8)

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

    The phosphate ester of glycerate 2-phosphate is quite stable to hydrolysis in both acid and base, but at elevated temperatures an acid-catalysed migration takes place to give a mixture of the 2- and 3-phosphate ester of glycerate in a ratio of 4 : 1 in favour of the 3-phosphate.
    "Le phosphoénolpyruvate est un intermédiaire important, parce que chez les organismes qui utilisent la voie de Wood-Ljungdahl, l'enzyme énolase introduit le premier atome chiral dans la biochimie du phosphate de sucre en catalysant l'addition stéréospécifique d'une molécule d'eau à la double liaison dans le PEP :

    PEP + H2O → 2-PGA, (8.8)

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

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

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

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

    This reaction would leave us one hydride transfer short of glyceraldehyde-3-phosphate (GA3P; the simplest sugar phosphate with a chiral centre) and sugar phosphate chemistry. If one were to get to sugar phosphates, their reactivity is such that various species would readily coexist in aqueous solution, as indicated in the small box at the right of figure 3 for the geminal diols of triosephosphate (Noltmann 1972), pulling products away from their source of synthesis, as in the case of 2-PGA and 3-PGA just mentioned above (Wold 1971). However, two issues bear heavily upon the foregoing considerations.
    "Cette réaction nous laisserait à un transfert d'hydrure près du glycéraldéhyde-3-phosphate (GA3P ; le phosphate de sucre le plus simple avec un centre chiral) et la chimie des phosphates de sucres. Si on devait aller jusqu'aux phosphates de sucres, leur réactivité est telle que des composés variés coexisteraient facilement en solution aqueuse, comme indiqué dans le petit encart à la droite de l'image 3 pour les diols géminaux du triose-phosphate (Noltmann, 1972) tirant les produits en dehors de la source de leur synthèse, comme dans le cas de 2-PGA et 3-PGA mentionné ci-dessus (Wold, 1971). Cependant, deux problèmes pèsent lourdement sur les considérations précédentes".

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

    First, all of the thermodynamic values for the biochemical reactions mentioned in this section are for pH 7, 25°C and equilibrium, which do not exist at a hydrothermal vent on the ocean floor where our considerations are seated. There, variable temperatures and high pressures will prevail, and H2 and CO2 at hydrothermal vent conditions are far from equilibrium. The thermodynamics of the biochemical reactions considered here has not been calculated, to our knowledge, for simulated vent conditions. However, chemical equilibria for the CO2, H2, N2 and H2O systems have been calculated for hydrothermal vent conditions almost identical to those that we assume (Shock 1992; point 8 in path B, approximately 15 km off ridge and close to the ocean floor), where the predominant carbon product is acetate (approximately 5 mM), very much in line with our salient argument.
    "Premièrement, toutes les valeurs thermodynamiques des réactions biochimiques mentionnées dans cette section sont pour un pH de 7 à 25°C et à l'équilibre, ce qui n'existe pas dans un évent hydrothermal sur le plancher océanique où nos considérations se trouvent. Là-bas, les températures variables et des pressions élevées prédominerons et l'H2 et le CO2 dans les conditions hydrothermales sont loin de l'équilibre. La thermodynamique des réactions biochimiques considérées ici n'ont pas été calculées, à notre connaissance, pour les conditions simulées d'un évent. Cependant, les équilibres chimiques des systèmes de CO2, d'H2, de N2 et d'H2O ont été calculés pour des conditions hydrothermales presque identiques à celles que nous supposons (Shock, 1992 ; point 8 dans la voie B, à approximativement 15 km de la ride et près du plancher océanique), où le produit carboné prédominant est l'acétate (approximativement 5 mM), très en phase avec notre argument valide".

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

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

    Ils continuent avec le deuxième caveat :

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

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

    is highly exergonic with ∆G°r = -104,6 kJ mol-1 (Thauer et al. 1977), but the side reactions made possible by the main reaction are the ones that synthesize the fabric of life.
    "Deuxièmement, la biochimie moderne implique beaucoup de réactions défavorables, mais c'est la thermodynamique d'ensemble d'un système biologique (un système ouvert) qui permet à quelques réactions défavorables d'avoir lieu. La réaction principale du métabolisme acétogène :

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

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

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

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

    Acetogens synthesize acetyl phosphate (and subsequently ATP) from thioester hydrolysis, even though some of the individual reactions are steeply uphill. This works because they grow when H2 and CO2, but little acetate, are present, whereby they ‘take a cut’ of both the energy and the carbon, as H2 and CO2 enter their cells and try to reach thermodynamic equilibrium with acetate (Schink 1997), their main waste product. Acetogen cell mass is a minor by-product of their main thermodynamically favourable reaction: acetate production. Organic synthesis at an alkaline hydrothermal vent can be viewed similarly.
    "Les acétogènes synthétisent le phosphate d'acétyle (et ultérieurement l'ATP) par l'hydrolyse d'un thioester, même si certaines réactions individuelles sont fortement défavorables. Ceci fonctionne parce qu'elles croissent quand l'H2 et le CO2, mais peu d'acétate, sont présents, tandis qu'elles prennent à la fois un peu d'énergie et de carbone, en tant qu'H2 et CO2, entrent dans les cellules et essayent d'atteindre l'équilibre thermodynamique avec l'acétate (Schink, 1997), leur principal déchet produit. La masse cellulaire acétogène est un produit secondaire mineur de leur réaction principale thermodynamiquement favorable : la production d'acétate.La synthèse organique dans l'évent hydrothermal peut être vue d'une manière similaire".

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

    Cordialement.

  7. #216
    Geb

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

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

    Braun lab on Systems Biophysics

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

    Cordialement.

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  9. #217
    Obamot

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

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    chacun sa manière. J'aime bien séparer puis rassembler (une déformation de mon job d'informaticien sans doute, analyse top - down suivi de down - top).
    Ch'tite question: On ne dirait pas «bottom up» plutôt que «down top»? Voire une éventuelle confusion avec l'appellation: «down under the top» qui aurait induit en erreur? Ou c'est moi?

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    Mais je vais déjà donner un indice sur le manque de détail des scénarios. Prenons une synthèse abiotique simple, tel qu'on peut en réaliser dans des milieu atmosphérique, aqueux, froid, chaud, etc.... En tout cas dans un milieu "favorable". On obtient une trentaine d'acides aminés (il y a des variations "exotiques" sur les acides aminés classiques), la simple réaction de formose produit dans les 80 sucres différents, et je ne parle même pas des lipides, des molécules inclassables et de toutes les variations autour (molécules hybrides, liaisons diverses et variées entre sucres, acides aminés, phosphates, sulfures, lipides). Même lorsque les conditions sont suffisamment favorables à la polymérisation de quelques acides aminés, même avec de petits peptides, il y a déjà plusieurs milliards de molécules possibles.

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

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


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

  10. #218
    Geb

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

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

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

    Abstract

    The reaction of ultramafic rocks with water during serpentinization at moderate temperatures results in alkaline fluids with high concentrations of reduced chemical compounds such as hydrogen and methane. Such environments provide unique habitats for microbial communities capable of utilizing these reduced compounds in present-day and, possibly, early Earth environments. However, these systems present challenges to microbial communities as well, particularly due to high fluid pH and possibly the availability of essential nutrients such as nitrogen. Here we investigate the source and cycling of organic nitrogen at an oceanic serpentinizing environment, the Lost City hydrothermal field (30°N, Mid-Atlantic Ridge). Total hydrolizable amino acid (THAA) concentrations in the fluids range from 736 to 2300 nM and constitute a large fraction of the dissolved organic carbon (2.5–15.1%). The amino acid distributions, and the relative concentrations of these compounds across the hydrothermal field, indicate they most likely derived from chemolithoautotrophic production. Previous studies have identified the presence of numerous nitrogen fixation genes in the fluids and the chimneys. Organic nitrogen in actively venting chimneys has δ15N values as low as 0.1‰ which is compatible with biological nitrogen fixation. Total hydrolizable amino acids in the chimneys are enriched in 13C by 2–7‰ compared to bulk organic matter. The distribution and absolute δ13CTHAA values are compatible with a chemolithoautotrophic source, an attribution also supported by molar organic C/N ratios in most active chimneys (4.1–5.5) which are similar to those expected for microbial communities. In total, these data indicate nitrogen is readily available to microbial communities at Lost City.
    Ce qui signifie approximativement :

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 13/04/2013 à 09h33.

  11. #219
    Geb

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

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    J'ai en effet constaté une véritable explosion des travaux dans le domaine de l'origine de la vie avec des avancées importantes (j'ai beaucoup aimé les travaux de l'institut Weizmann sur les chaines auto-catalytiques, par exemple).
    Puisque ce genre de phrase à le don d'éveiller ma curiosité, j'ai essayé de rassembler tout ce que j'ai pu comme publications du Weizmann Institute à propos de l'origine de la vie.

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

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

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

    Origin Of Life at the Weizmann Institute of Science

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    The Lipid World (Segré et al., 2001)

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

    Composing Life (Segré & Lancet, 2000)

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

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

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

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

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

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

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

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

    Articles en accès libre sur le net :

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

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

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

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

    Articles payants :

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

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

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

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

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

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 13/04/2013 à 12h08.

  12. #220
    Geb

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

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    Mike Russell est invité à donner une conférence au SETI Institute de Mountain View en Californie. La conférence est prévue pour le 9 avril 2013 et la vidéo de la conférence sera disponible sur le site du SETI Institute (rubrique "Connect", puis en 2e colonne, "Multimedia", choisir "Attend a Weekly Colloquium") 3 à 4 semaines plus tard.
    La conférence (60 minutes) est déjà disponible ici :

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

    Cordialement.

  13. #221
    Geb

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

    Bonjour,

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

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    La conférence (60 minutes) est déjà disponible ici
    Je viens de terminer de regarder la conférence, que j'ai beaucoup aimé. Même si elle rappelle beaucoup sa conférence du 24 mai 2011 (voir message #57 de cette discussion), à la prestigieuse Royal Swedish Academy of Sciences (celle qui désigne les futurs Prix Nobel de Chimie).

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

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

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 18/04/2013 à 10h41.

  14. #222
    Geb

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

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

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

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

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

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

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

    Introduction (français)

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

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

    Cordialement.

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  16. #223
    Geb

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    pH = -log [H+]

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

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

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

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

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

    Cordialement.

  17. #224
    JPL

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

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    Ces molécules sont appelées respectivement ion hydroxyde (pour OH-) et ion hydronium (pour H3O+).
    ......
    Mais, on parle généralement de concentration en protons parce que l'ion hydronium H3O+ est souvent simplifié en H+ (soit un simple proton). Soit dit en passant, H3O+ et OH- sont des molécules très réactives.
    Un point de vocabulaire : ce sont des ions (tu le dis bien à un moment) donc pas des molécules. On tolère par approximation simplificatrice ion H+ et concentration en protons mais on ne tolère pas molécule quand il faut dire ion.
    Rien ne sert de penser, il faut réfléchir avant - Pierre Dac

  18. #225
    Geb

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

    Citation Envoyé par JPL Voir le message
    Un point de vocabulaire : ce sont des ions (tu le dis bien à un moment) donc pas des molécules. On tolère par approximation simplificatrice ion H+ et concentration en protons mais on ne tolère pas molécule quand il faut dire ion.
    Effectivement. Merci d'avoir relevé cette faute. Il faut aussi biffer une partie d'une phrase :

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 25/04/2013 à 13h28.

  19. #226
    Pfhoryan

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

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

    La molarité de l'eau est 55.5 M (1000 g/L et 18 g/mol).
    à pH 7.0, la concentration en H3O+ est 10-7 M.
    55.5/10-7 = 555 millions
    “if something happened it’s probably possible.” Peter Coney

  20. #227
    Geb

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

    Citation Envoyé par Pfhoryan Voir le message
    OK, peut-être plus lisible?
    Merci pour ton aide Pfhoryan !

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

    Michael Russell on LIFE (en HD !)

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

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

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

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

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

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

    Cordialement.

  21. #228
    Geb

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

    Je suis revenu récemment sur une discussion lancée par dodo71 :

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

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

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

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

  22. Publicité
  23. #229
    Geb

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

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

    Lecture 03 - Basic Prebiotic Chemistry

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

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

    At first we found carbon scattered in the form of separated atoms, in the red hot stellar atmospheres.
    So, you can refer to the first lecture of the ABC-NET by Kirsi Lehto who told you how the elements were synthesized in the stars. Then, I quote again:

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

    [They] (...) acquired a more and more complex and improved structure and were finally transformed into primary living beings – the forbears of all life on Earth.
    In 1924, Oparin was very optimistic, he had a great idea, he was very confident, and it's very funny to read the last words of his book where he says:

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

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

    We have every reason to believe that sooner or later we shall be able practically to demonstrate that life is nothing else but a special form of existence of matter. The successes scored recently by Soviet biology hold out the promise that the artificial creation of life of the simplest living beings is not only possible, but that it will be achieved in the not too distant future.
    So, believing him it would be done right now, something like one century after. But it is not the case, as you all know, and Oparin quickly became aware that it was not that easy, and it's interesting to see the conclusion of his second book. In 1938, the last words of his book are:

    We are faced with a colossal problem of investigating each separate stage of the evolutionary process as it was sketched here. (...) The road ahead of us is hard and long but without doubt it leads to the ultimate knowledge of the nature of life. The artificial building or synthesis of living things is a very remote, but not an unattainable goal along this road.
    Oparin theory was just a theory. He didn't make any benchwork, any experiment, not because he didn't want to, but because he didn't have the equipment in his laboratory to try to figure out if his ideas were consistent or not. So, I was seeing that Oparin ideas were brilliant and visionnary but always stayed as words in books. Not because Oparin didn't want to test this hypothesis, but because at that time he didn't have the equipment in his laboratory to test this idea. And towards the first laboratory test of the chemical evolution, we have to wait until 1950, and the famous Miller-Urey experiment. This experiment is really a major breakthrough in exo/astrobiology. It was a simulation of a putative primitive Earth environment. On the right side you can see a photo of Stanley Miller, who sadly passed away a few months ago. He was a young student doing his PhD, in 1950. He was a student of Nobel Prize Urey and both had the idea to test in the laboratory if Oparin was right. So, how did they do that? They first had to consider what was the environment of the primitive Earth. As I told you, Oparin was considering either an oxidizing environment, which would mean that the atmosphere would be made of CO2, nitrogen, water and may be some amount of oxygen. And in his second version of his book he was considering a very reducing environment, which would mean that the atmosphere would be made of methane (CH4), ammonia (NH3), water and molecular hydrogen. And this is this first hypothesis that Miller and Urey chose, and this is what I'm going to explain you right know. And I will also explain you why they chose this environment.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

  24. #230
    Geb

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

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

    Hervé Cottin avance 3 arguments :

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    The Origin of Life (68 minutes)

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

    Nothing then happens, for about forty years, until these men, Harold Urey and Stanley Miller, decided to do an experiment. Now, to do an experiment you need money, ok? And getting money, even in the 1950's, to say: "I want to do an experiment to see if I can make life in a test tube in the lab", you didn't get much research money from the government. So what you have to do is winning the Nobel Prize, and then you get some money, and you can do with it what you like. So, that's what they did. Urey got the Prize.
    Donc, d'après Nigel Mason, c'est parce que Harold Urey a gagné de l'argent grâce à son Prix Nobel pour la découverte du deutérium, qu'il a pu consacré cette argent à la première vérification expérimentale d'une théorie moderne de l'origine de la vie. Inutile de dire que je pense qu'il a effectivement raison sur ce point.

  25. #231
    Geb

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

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

    Ever since Darwin, we've known that the early atmosphere was carbon dioxide. And unfortunately, this was lost with Urey assuming, probably in a little bit of a panic, what to do with Stanley Miller (his new PhD student in 1950)... Urey said: "Well, let's assume the early atmosphere was methane, like Jupiter". There has never been a geologist to think that.
    J'ai cherché une publication dans laquelle Urey justifierait son choix. Durant cette recherche, j'ai remarqué une publication dans laquelle l'auteur, Preston E. Cloud Jr. écrit :

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

    Actually, an internal source for our atmosphere as a result of gradual episodic, or rapid volcanic outgassing and weathering was proposed long before the depletion in noble gases was recognized. The Swedish geologist Högbom (2) suggested this in 1894, and his countryman Arrhenius (3), in 1896. Later Chamberlin (4) recognized a post-accumulational generation of the atmosphere from occluded gases as a necessary consequence of his and Moulton's planetesimal hypothesis for the origin of the earth. Rubey's critical and comprehensive assessment (5) of possible sources for the volatiles that comprise the atmosphere and hydrosphere has led to wide acceptance of the concept of accumulation of both from juvenile sources. [...]
    Donc, l'idée du dégazage atmosphérique, qui donnerait une atmosphère riche en CO2, est défendue depuis longtemps (au moins depuis 1894), comme le dit Michael Russell dans sa conférence. Là, où il se trompe, c'est dans les circonstances et les bases sur lesquelles Urey semble avoir basé son choix d'une atmosphère primitive réductrice.

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

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

    En voici un rapide résumé...

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    From these equilibrium constants one sees that hydrogen was a prominent constituent of the primitive atmosphere and hence that methane was as well. Nitrogen was present as nitrogen gas at high temperatures but may have been present as ammonia or ammonium salts at low temperatures. At high temperatures hydrogen would escape from the planet very rapidly, but if the temperatures were high objects must have arrived rapidly to replenish the lost hydrogen. If the objects arrived slowly then the temperatures were low and hydrogen did not escape rapidly. Thus it is very difficult to see how the primitive atmosphere of the earth contained more than trace amounts of other compounds of carbon, nitrogen, oxygen and hydrogen than CH4, H2O, NH3 (or N2) and H2.
    Ce qui signifie approximativement : "De ces constantes d'équilibre, on voit que l'hydrogène était un élément constitutif important de l'atmosphère primitive et donc, que le méthane l'était aussi. L'azote était présent sous forme gazeuse à hautes températures mais pourrait avoir été présent sous la forme d'ammoniac ou de sels d'ammonium à basses températures. À hautes températures l'hydrogène se serait échappée de la planète très rapidement, mais si les températures étaient élevées, cela signifie que les bolides seraient arrivés rapidement pour réapprovisionner en hydrogène manquant. Si les bolides arrivaient lentement, alors les températures étaient basses et l'hydrogène ne s'échappait pas rapidement. Donc, il est très difficile de voir comment l'atmosphère primitive de la Terre contenait plus que des traces de composés de carbone, d'azote, d'oxygène et d'hydrogène autres que le CH4, l'H2O, le NH3 (ou le N2) et l'H2".

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

    The alternative to this course of events would be the production of carbon dioxide from the earth's interior and there is evidence that at least some oxidized carbon is so produced. [...] It seems probable to the writer that atmospheric oxygen directly or indirectly is responsible for the oxidation. Observers report burning gases as escaping from lavas, thus indicating the escape of reduced gases from the lava. Also surface oxidation of the lava pool must occur, as is shown by the high temperatures in the surfaces of such pools. Ferric oxide is probably produced and this in turn would oxidize carbon within the magma. [...] If atmospheric oxygen is the source, then the carbon dioxide does not represent oxidized carbon being supplied to the atmosphere, but on the contrary it represents reduced carbon being so supplied.
    Autrement dit, pour faire court, la présence de CO2 dans les laves actuelles, qui sont utilisées par les partisans de l'hypothèse du dégazage comme analogues de la composition de l'atmosphère primitive, serait dû à l'oxydation a posteriori, à cause de l'oxygène moléculaire dans l'atmosphère actuelle. En outre, si d'après Urey on retire l'oxygène atmosphérique de l'équation (ce qui était le cas au début de l'histoire de la Terre), ça voudrait dire que les laves contenait du charbon (et pas du CO2), ce qui est favorable à son hypothèse (l'oxydation de carbone pur est une des réactions qu'il utilise plus haut).

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

    Mars has no mountains higher than 750 meters.
    Ce qui est important de retenir ici, c'est qu'avant la publication de l'expérience qu'il a proposé à Stanley Miller, Urey était un peu "seul contre tous" à prétendre que l'atmosphère de la Terre primitive aurait été réductrice. En parcourant la littérature, j'ai remarqué qu'il s'opposait quasi systèmatiquement aux expériences de chimie prébiotique menées à l'époque (à partir de 1946) par le biochimiste américain Melvin Calvin. Dans le papier que j'ai cité, il s'oppose aussi aux résultats présentés par William Walden Rubey en 1951 (publiés en 1955; publication également citée dans le papier de Preston Cloud de 1968), qui étaient également en faveur d'une atmosphère primitive riche en CO2, N2 et H2O.

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

    Cordialement.

  26. #232
    Geb

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

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

    TEDx Talks - Art&Science - Michael Russell (10 octobre 2009, Los Angeles)

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

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

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

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

    My actual interest is in working on the emergence of life. And I recognize it's because the planet is far from equilibrium. It has a job to do. And we know what a standard job for a planet to do is it's very hot in the center, they are always hot in the center. They want to lose energy. How do they lose energy? You'll know if we go to another planet how they lose energy. They lose energy by convection. Convection in the core, convection in the mantle of the Earth, convection in the crust of the Earth, hydrothermal convection, convection in the water itself, in the ocean, and convection in the atmosphere of course, before that heat is spread into space. And here is the Hadean water world, 4 billion years ago, when life probably have started, maybe before that. It was not a nice place to be. The idea of, some of you may have heard of it, Darwin's little pond. Forget it. You've got to unlearn things in things about the origin of life. There is no pool here, it's a water world. And it's far-from-equilibrium water world. It's 5- or 6-hour days. If you know about the Roaring Forties, I mean, think what weather was like? There is no floor to take up the slack here. These currents got to get round and round and round. You're not gonna start life on the surface of this planet. It's just too wild. There is impacts from meteorites. There is 8 times the present UV radiation. So, I think we need to get out of there. But we've got to think about why life would start?
    Les planètes sont toujours très chaudes en leur centre. Comme les autres planètes, la Terre dissipe son énergie grâce à la convection : convection dans le noyau, dans le manteau, dans la croûte, convection hydrothermal au niveau du plancher océanique, convection (de l'eau elle-même) dans les océans, convection dans l'atmosphère terrestre, jusqu'à la dissipation de cette "chaleur", source des cellules de convection, dans le vide de l'espace.

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

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

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

    So, we go back to understand that structure, and of course this is a convective system in the atmosphere. This is to remind us that, perhaps this is what some of the early Earth's atmosphere. That's what was happening in the early Earth's atmosphere.
    Il est intéressant de s'arrêter sur la structure d'un ouragan. Il s'agit d'un système convectif dans l'atmosphère. C'était un phénomène courant dans l'atmosphère de la Terre primitive.

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

    So, it's getting rid of its physical energy, if you like. The planet is doing quite well. But at the same time as it's getting rid of its physical energy, it's actually generating hydrogen. So, it's getting rid of its physical energy by these convection cells, but out comes hydrogen. Now we all know that's a great fuel, or at least carrier gas.
    Tandis que la planète se débarrasse de son énergie grâce aux cellules de convection, elle génère de l'hydrogène: un bon combustible, ou tout du moins un bon vecteur d'énergie

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

    And yet, high temperature volcanoes are gonna generate carbon dioxide. Now, actually carbon dioxide is very oxidized. We think erroneously that all oxidized atmospheres should have oxygen in them. I mean, this is very weird. This is because of life, because of photosynthesis. A planet with carbon dioxide and H2O (water), is oxidized, in the exterior. Whereas in the inside, is bringing hydrogen, for example, from things like the native iron in the mantle.
    Les volcans, à haute température, génèrent du dioxyde de carbone. En fait, le dioxyde de carbone est un composé très oxydé. Nous avons tendance à penser, à tort, qu'un atmosphère oxydé contient forcément de l'oxygène. Mais la présence d'oxygène est due à la vie, à la photosynthèse. En fait, une planète qui présente du dioxyde de carbone et de l'eau à l'extérieur (dans l'atmosphère et les océans respectivement) est oxydée. De l'intérieur, s'échappe de l'hydrogène grâce au fer natif contenu dans le manteau.

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

    So, that means that the ocean wasn't just wild and tempestuous but it was also carbonic. So it'd have a pH of about 5.5. And I'm being a little facetious, I guess, by saying, hopefully, that is how we like it, pH 5.5, I mean, you can even advertise with.
    L'océan n'était pas seulement tumultueux et tempétueux mais aussi carbonique (riche en dioxyde de carbone dissous dans l'eau). Cela le rendrait acide. Il aurait un pH d'environ 5,5.

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

    Now, hydrogen plus carbon dioxide actually wants to make methane. Ok? We've all heard about, this is the frightening greenhouse gas. And that's what happens. Hydrogen plus carbon dioxide react slowly to produce methane, without any help, except from geochemistry. Ok, so it's something that happens. So, it's kind of resolving the disequilibrium. So, we know that convection resolves the disequilibrium of heat. But, generating methane is resolving the chemical disequilibrium, because the very fact of convection is actually producing chemicals that are far of equilibrium. So, if you'd like, what I'm gonna tell you, is that metabolism takes over from that convection cells.So, we've got these nice convection cells. But if you think about it, all metabolism is always related to convection. You know, even if it's just bringing the water to the land through rain, or the fisherfolk knowing exactly where to go in the ocean, for [???] zones. Mostly the ocean is a desert.
    L'hydrogène et le méthane tendent à réagir lentement pour produire du méthane, sans aucune aide, si ce n'est celle de la géochimie. La convection résout le problème d'un déséquilibre causé par la chaleur. La production de méthane par la planète elle-même résout un déséquilibre chimique. En fait, c'est la convection qui génère les produits chimiques hors d'équilibre et donc, le déséquilibre chimique. Un métabolisme prend le relais de ces cellules de convection.

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

    There is also a potential to produce acetate, which is vinegar. But it's not such a good potential, this. But it could happen. So that's CH3COOH. It doesn't matter the formula particularly. Notice that all these reactions produce water. All living things. We produce water.
    En plus du méthane, on pourrait pontentiellement produire de l'acétate, c'est-à-dire du vinaigre (CH3COOH). Il ne s'agit pas d'un bon potentiel, mais ça pourrait arriver.

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

    Now, these reactions I'm interested in, is: how can we quicken them to life? And I'm using that word carefully. The word quick as in "the quick and the dead", "coming to the quick". It's not just speeding up, it's enlivening these systems. How can we enliven them? So, let's think about how that might take place.
    Comment pouvons-nous accélérer ces réactions chimiques ? Il ne s'agit pas juste de les accélérer, mais de leur "faire prendre vie", de les "amener à la vie" dans ces systèmes.

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

    Well, where would it happen?
    Où cela aurait-il lieu ?

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

    Well, many people have thought of these things called black smokers, which are 400°C, and they come into the ocean they are spectacular. They are down a kilometer or so, down on the ocean floor. They are driven by volcanic material coming up close to the surface of the bottom of the ocean. You get these lovely structures and life does seem happy here. There is a crab here for example, plenty of nice tube worms you often get fish around here.
    Et bien, beaucoup de personnes ont pensé aux fumeurs noirs, qui sont à 400°C. Ils sont au fond de l'océan et sont mû par du magma remontant à proximité de la surface, c'est-à-dire à proximité du fond de l'océan.

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

    So, I can understand why people thought that that might be the case. But, it's really much too hot, too spasmodic. I mean, 400°C it's higher than the melting point of lead. So, I don't think we need to think that this is the right place.
    Cependant, c'est un milieu bien trop chaud, trop éphémère. Donc, je ne crois pas que c'est le bon endroit.

    Diapositive 24 : (13:44 – 15:24)

    [...]

    (Suite dans mon prochain message)

  27. #233
    Geb

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

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

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

    Let's start from scratch. So, starting from scratch, and this is rather... it's crude. But, we've got a reactor here. You don't have to know much about it, except to see that we are trying to reproduce conditions on the early Earth, 4 billion years ago. So, we take what we think are those conditions, we put them in the reactor. And we take the fluid from that reactor and put them into what we think, what's called the Hadean or the hellish ocean 4 billion years ago, or more. And we get this structure: the hydrothermal mound. And to me, these kind of structure, this kind of bulbous structure, with many little compartments in it, is where life actually started. This is the hatchery of life to my mind. What's it doing? It's solving the problem of hydrogen and carbon dioxide being out of equilibrium. And it's a very slow process in geochemistry, but biochemistry comes along and solves the problem and quickens these reactions to generate things like methane and acetate and so on. But they are the two initial chemicals.
    Voici un réaction qui tente de reproduire les conditions de la Terre primitive il y a 4 milliards d'années. Donc, nous y mettons ce que nous pensons savoir de ces conditions. Ensuite, nous prenons le fluide du réacteur et nous le mettons dans un analogue de ce que nous pensons savoir de l'océan à la même époque (appelée l'Hadéen). De cet interaction, nous obtenons une structure, un mont hydrothermal. Il s'agit d'une structure bulbeuse, avec de nombreux petits compartiments à l'intérieur. Russell pense que c'est la que c'est dans ce type de structure, dans ses petits compartiments, que la vie est en fait apparue.

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

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

    So, here we have an ocean. It's 4 billion years old ocean. It's called the Hadean ocean. It's carbonic. It means it's acidic. It's got a pH of 5 to 6, for those people who are used to that kind of language. Here, the water goes down the crust of the Earth. And it becomes entirely altered. It changes to an alkaline solution, a bitter alkaline solution: pH about 10 or 11. And it also picks up hydrogen, a little bit of methane, as we've heard. And the hydrogen comes from water because the oxygen in the water has oxidized the iron, to make it rusty. So, hydrogen is left over. So, here comes the fuel, up comes the fuel. And it's gonna come out, and it's gonna titrate into this ocean. Except, as every artist knows, the real key to creativity is frustration. You know, you can't do something. You've got to have the boundaries. What are these boundaries? The boundary here, is the kind of fouling up of this system. Because, as this solution tries to get out, it actually precipitates some mineral, and it makes little membranes. But those membranes are inorganic, they are not organic. They didn't rain down from space. There are actually just inorganic membranes made of silica and iron sulfide and nickel and so forth. All those metals that came out of the black smoker that we still need and buy occasionally from the chemist shop. So, here's the solution coming out. Here is this structure. From that we can find in our hydrothermal mineral deposits, to show that we've actually got iron sulfide, in this case, little vacuoles, or bubbles. So these are kind of little eggs so to speak in the hatchery form which life first started.
    Donc, nous avons un océan à l'Hadéen, il y a 4 milliards d'années. Il est carbonique, ce qui signifie qu'il est acide. Il a un pH de 5 à 6. L'eau pénètre dans la croûte terrestre et elle est complètement altérée. Elle devient une solution très alcaline (c'est-à-dire basique), avec un pH d'environ 10 ou 11. Elle ramène aussi de l'hydrogène et un peu de méthane.

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

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

    Of course, I can't go into to much detail but, to give you the sense, this is what it was like. Well, fortunately, about 10 years after we published this thesis, such a spring, a similar kind of spring was found in the Atlantic ocean, which generates hydrogen and methane coming out of it, it's got a pH of 11, so it's alkaline. Of course, the present day ocean is rather alkaline itself, so not much changes there, but in the original place you can imagine that you've got a kind of gradient. So, it's all about gradients. So, you've got, you know, we think of energetic gradients. The requirement in the morning to have the coffee to get the energy goingto have that kind of gradient which you spend during the day, as you generate entropy by the way. Here come the gradients, the great gradients are pH gradients, that actually converts to 300 millivolts, and we live of about 300 millivolts. You know, we are partly electrical. We've also got a temperature gradient and even what's called a redox gradient. It's more oxidized out here than it is in here. Everything ! Everything that life requires is here, in this kind of system. All the metals, every requirement, including the fact that these things last for 10,000 to 100,000 years. Plenty of time for life to start to my opinion.
    Dix ans environ après que Russell aient publié cette hypothèse, une source similaire a été trouvée dans l'océan Atlantique. Elle produit de l'hydrogène et du méthane, elle a un pH de 11 (alcalin). L'océan actuel est plutôt alcalin lui aussi, donc il n'y pas beaucoup de changement de ce point de vue, entre l'intérieur et l'extérieur de l'évent. Mais à l'Hadéen, il y aurait eu un gradient (une différence) plus importante de pH. Ceci se traduit par une différence de potentiel d'environ 300 millivolts. C'est proportionnel avec ce que la vie utilise, puisque comme vous le savez, nous sommes partiellement électriques. Il y a également un gradient de température et aussi un gradient rédox, qui est caractérisé par le fait que l'océan à l'Hadéen est plus oxydée (avec le CO2 qu'il contient) que l'intérieur de l'évent, qui lui est réduit (avec l'H2 et le CH4 qu'il contient). Absolument tout ce dont la vie a besoin pour démarrer est dans ce type de système hydrothermal. Tous les métaux, toutes les conditions requises, y compris le fait qu'il dure entre 10000 et 100000 ans. Bien assez de temps pour que la vie apparaisse d'après Russell.

  28. #234
    Geb

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

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

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

    Abstract :

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

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

    Cordialement.

  29. Publicité
  30. #235
    Geb

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

    Bonjour,

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

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

    Life is evolutionarily the most complex of the emergent symmetry-breaking, macroscopically organized dynamic structures in the Universe. Members of this cascading series of disequilibria-converting systems, or engines in Cottrell's terminology, become ever more complicated—more chemical and less physical—as each engine extracts, exploits and generates ever lower grades of energy and resources in the service of entropy generation. Each one of these engines emerges spontaneously from order created by a particular mother engine or engines, as the disequilibrated potential daughter is driven beyond a critical point. Exothermic serpentinization of ocean crust is life's mother engine. It drives alkaline hydrothermal convection and thereby the spontaneous production of precipitated submarine hydrothermal mounds. Here, the two chemical disequilibria directly causative in the emergence of life spontaneously arose across the mineral precipitate membranes separating the acidulous, nitrate-bearing CO2-rich, Hadean sea from the alkaline and CH4/H2-rich serpentinization-generated effluents. Essential redox gradients—involving hydrothermal CH4 and H2 as electron donors, CO2 and nitrate, nitrite, and ferric iron from the ambient ocean as acceptors—were imposed which functioned as the original ‘carbon-fixing engine’. At the same time, a post-critical-point (milli)voltage pH potential (proton concentration gradient) drove the condensation of orthophosphate to produce a high energy currency: ‘the pyrophosphatase engine’.
    La vie est d'un point de vue évolutif la plus complexe des structures dynamiques macroscopiquement organisée émergente briseuse de symétrie dans l'Univers. Les membres de ces séries en cascade de systèmes convertisseurs de déséquilibre, ou moteurs, d'après la terminologie de Cottrell, deviennent de plus en plus compliqué - plus chimique et moins physique - tandis que le moteur extrait, exploite et génére des degrés toujours moindres d'énergie et de ressources au service de la génération d'entropie. Chacun de ces moteurs émergent spontanément à partir de l'ordre créé par un moteur ou des moteurs mère(s) particulier(s), tandis que le potentiel déséquilibré fille est entraîné au-delà d'un point critique. La serpentinisation exothermique de la croûte océanique est le moteur mère de la vie. Il entraîne la convection hydrothermale alcaline et ainsi la production spontanée de monts hydrothermaux sous-marins précipités. Ici, les deux déséquilibres chimiques directement causales de l'émergence de la vie émergent spontanément à travers les membranes de précipité minéral séparant la mer de l'Hadéen, acide, comportant du nitrate et riche en CO2, des effluents générés par la serpentinisation alcalins et riches en CH4 et en H2. Les gradients rédox essentiels - impliquant le CH4 et le H2 hydrothermaux comme donneurs d'électrons, le CO2, le nitrate, le nitrite et le fer ferrique de l'océan alentour comme accepteurs - ont été imposés, qui fonctionnaient comme le "moteur fixateur de carbone" originel. En même temps, un potentiel de pH en mesuré en millivolt au-delà du point critique (un gradient de la concentration en protons) entraînait la condensation d'orthophosphate pour produire une monnaie énergétique riche: "le moteur phyrophosphatase".

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

    Attempts to draft plausible scenarios for the origin of life have in the past mainly built upon palaeogeochemical boundary conditions while, as detailed in a companion article in this issue, frequently neglecting to comply with fundamental thermodynamic laws. Even if demands from both palaeogeochemistry and thermodynamics are respected, then a plethora of strongly differing models are still conceivable. Although we have no guarantee that life at its origin necessarily resembled biology in extant organisms, we consider that the only empirical way to deduce how life may have emerged is by taking the stance of assuming continuity of biology from its inception to the present day. Building upon this conviction, we have assessed extant types of energy and carbon metabolism for their appropriateness to conditions probably pertaining in those settings of the Hadean planet that fulfil the thermodynamic requirements for life to come into being. Wood–Ljungdahl (WL) pathways leading to acetyl CoA formation are excellent candidates for such primordial metabolism. Based on a review of our present understanding of the biochemistry and biophysics of acetogenic, methanogenic and methanotrophic pathways and on a phylogenetic analysis of involved enzymes, we propose that a variant of modern methanotrophy is more likely than traditional WL systems to date back to the origin of life. The proposed model furthermore better fits basic thermodynamic demands and palaeogeochemical conditions suggested by recent results from extant alkaline hydrothermal seeps.
    Les tentatives d'esquisser des scénarios plausibles de l'origine de la vie ce sont par le passé largement appuyées sur les conditions limites paléogéochimiques bien que, comme détaillé dans un article connexe dans cette édition, négligeant fréquemment de s'accorder avec les lois thermodynamiques fondamentales. Même si les exigences à la fois de la paléogéochimie et de la thermodynamique sont respectées, alors une pléthore de modèles qui diffèrent fortement sont toujours concevables. Même si nous n'avons aucune garantie que la vie à son origine ressemblait nécessairement à la biologie des organismes existants, nous considérons que la seule manière empirique pour déduire comment la vie aurait pu émerger est en prenant le parti de supposer une continuité de la biologie, de son origine à aujourd'hui. En nous appuyant sur cette conviction, nous avons évalué les types existants de métabolismes énergétiques et du carbone pour leur adéquation aux conditions appartenant probablement à ces paramètres de la planète à l'Hadéen qui remplissent les conditions thermodynamiques pour que la vie naisse. Les voies de Wood-Ljungdahl (WL) menant à la formation d'acétyl-CoA sont d'excellents candidats pour un telle métabolisme primordial. Basé sur un examen de notre compréhension actuelle de la biochimie et de la biophysique des voies acétogènes, méthanogène et méthanotrophe et sur une analyse phylogénétique des enzymes impliquées, nous proposons qu’une variante de la méthanotrophie moderne est plus probable que les systèmes WL traditionnels de remonter à l'origine de la vie. Le modèle proposé par ailleurs correspond mieux aux exigences thermodynamiques de base et les conditions paléogéochimiques suggérées par les résultats récents des exhalations hydrothermales alcalines existantes.

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

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

    Early bioenergetic evolution (Sousa et al., 2013)

    Life is the harnessing of chemical energy in such a way that the energy-harnessing device makes a copy of itself. This paper outlines an energetically feasible path from a particular inorganic setting for the origin of life to the first free-living cells. The sources of energy available to early organic synthesis, early evolving systems and early cells stand in the foreground, as do the possible mechanisms of their conversion into harnessable chemical energy for synthetic reactions. With regard to the possible temporal sequence of events, we focus on: (i) alkaline hydrothermal vents as the far-from-equilibrium setting, (ii) the Wood–Ljungdahl (acetyl-CoA) pathway as the route that could have underpinned carbon assimilation for these processes, (iii) biochemical divergence, within the naturally formed inorganic compartments at a hydrothermal mound, of geochemically confined replicating entities with a complexity below that of free-living prokaryotes, and (iv) acetogenesis and methanogenesis as the ancestral forms of carbon and energy metabolism in the first free-living ancestors of the eubacteria and archaebacteria, respectively. In terms of the main evolutionary transitions in early bioenergetic evolution, we focus on: (i) thioester-dependent substrate-level phosphorylations, (ii) harnessing of naturally existing proton gradients at the vent–ocean interface via the ATP synthase, (iii) harnessing of Na+ gradients generated by H+/Na+ antiporters, (iv) flavin-based bifurcation-dependent gradient generation, and finally (v) quinone-based (and Q-cycle-dependent) proton gradient generation. Of those five transitions, the first four are posited to have taken place at the vent. Ultimately, all of these bioenergetic processes depend, even today, upon CO2 reduction with low-potential ferredoxin (Fd), generated either chemosynthetically or photosynthetically, suggesting a reaction of the type ‘reduced iron → reduced carbon’ at the beginning of bioenergetic evolution.
    Energy, genes and evolution: introduction to an evolutionary synthesis (Lane et al., 2013)

    Life is the harnessing of chemical energy in such a way that the energy-harnessing device makes a copy of itself. No energy, no evolution. The ‘modern synthesis’ of the past century explained evolution in terms of genes, but this is only part of the story. While the mechanisms of natural selection are correct, and increasingly well understood, they do little to explain the actual trajectories taken by life on Earth. From a cosmic perspective—what is the probability of life elsewhere in the Universe, and what are its probable traits?—a gene-based view of evolution says almost nothing. Irresistible geological and environmental changes affected eukaryotes and prokaryotes in very different ways, ones that do not relate to specific genes or niches. Questions such as the early emergence of life, the morphological and genomic constraints on prokaryotes, the singular origin of eukaryotes, and the unique and perplexing traits shared by all eukaryotes but not found in any prokaryote, are instead illuminated by bioenergetics. If nothing in biology makes sense except in the light of evolution, nothing in evolution makes sense except in the light of energetics. This Special Issue of Philosophical Transactions examines the interplay between energy transduction and genome function in the major transitions of evolution, with implications ranging from planetary habitability to human health. We hope that these papers will contribute to a new evolutionary synthesis of energetics and genetics.
    The energetics of organic synthesis inside and outside the cell (Amend et al., 2013)

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

  31. #236
    noir_ecaille

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

    Peut-être l'un des fils les plus lus de cette section Toujours aussi riche et appréciable à chaque nouveau développement
    "Deviens ce que tu es", Friedrich W. Nietzsche

  32. #237
    Descarrega

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

    Une conversation tout à fait passionnante.
    Juste un grand merci à tous les participants qui prennent du temps pour développer leur argumentation ! Continuez
    “Beautiful things don't seek attention.” ― The secret life of Walter Mitty

  33. #238
    Geb

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

    Bonjour,

    Je souhaiterais revenir sur un précédent message :

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

    Chemical Evolution (Evard & Schrodetzki, 2007)
    La publication que j'ai mise en lien au message #206 de cette discussion repris ci-dessus n'est apparemment pas de 2007 mais de 1976.

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

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

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

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

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

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 29/08/2013 à 11h55.

  34. #239
    noir_ecaille

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

    On ne vous en voudra pas, quand bien même ces roués de créationnistes font feu de tout bois
    "Deviens ce que tu es", Friedrich W. Nietzsche

  35. #240
    Cendres

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

    Citation Envoyé par noir_ecaille Voir le message
    On ne vous en voudra pas, quand bien même ces roués de créationnistes font feu de tout bois
    C'est un peu leur métier : écumer tout ce qui se dit, sans le digérer, en le détournant.
    N'a de convictions que celui qui n'a rien approfondi (Cioran)

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