Des idées pour l'origine de la vie ?

[GeLe5000]

Bonjour.

On annonce qu'une météorite martienne découverte en 2011 contient des traces de Carbone et l'on suggère qu'il faudrait y voir la preuve d'une vie sur Mars.

C'est oublier que la vie est précédée d'une évolution chimique pré-biotique. Il me semble plus raisonnable d'envisager d'abord que des composés du Carbone trouvés dans une météorite soient le produit de cette chimie abiotique.

Cela étant dit, je me suis posé autrefois une question un peu farfelue.

Comme scénario pour l'apparition de la vie et de l'eau sur Terre, serait-il possible que des réactions chimiques en milieu anhydre aient produit à la fois les précurseurs organiques du protométabolisme et l'eau qui permettra ensuite la chimie en milieu aqueux ?

L'évolution prébiotique aurait d'abord suivi en chemin inverse ce qui est aujourd'hui le catabolisme, à partir de petites molécules (CO2, NH3,…). Par exemple, le catabolisme des bases puriques en marche arrière produit 5 molécules d'eau jusqu'à l'acide urique, 5 supplémentaires jusqu'à l'AMP.
Ensuite des molécules plus complexes come les acides aminés, les sucres, les nucléotides produisent 1 molécule H2O à chaque ajout d'un monomère au peptide, polyoside ou polynucléotide.

La Terre était chaude, l'eau s'évaporait à mesure qu'elle était produite et le milieu de synthèse restait anhydre.
Un immense nuage s'est formé. La Terre s'est refroidie. Il pleut et l'eau revient sur Terre.
La chimie en milieu aqueux peut commencer, et la chimie précédente a produit les métabolites (comme l'ATP) qui vont rendre possibles les réactions biochimiques productrices d'eau, thermodynamiquement défavorisées.

Je sais qu'il y a plus d'un milliard de gigatonnes d'eau à produire et que pour son origine on propose plutôt l'apport des comètes ou le dégazage magmatique.


Dites-moi si vous trouvez que c'est un scénario de science-fiction.

Merci.
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[moco]

Tout est permis au niveau de la science fiction. Et tu n'es pas le premier qui se lance dans cette question de l'apparition de la vie sur Terre. Tu connais sans doute la théorie et les expériences de Miller, qui a fait éclater des étincelles dans un milieu fait de H2O, CO2 et NH3, et qui permet de former de nombreuses molécules complexes comme les acides aminés. Tu peux faire d'autres hypothèses.

La principale chose qu'on n'a pas encore compris, c'est le fait que les molécules organiques issues des organismes vivants sont chirales, soit R soit S, alors que les étincelles et autres phénomènes naturels forment toujours des mélanges racémiques d'isomères R et S. Ceci est inexplicable.

Et il y a enfin le mystère de la vie elle-même. Toutes les théories développées permettent d'imaginer comment fabriquer des substances complexes peut-être, mais mortes, donc des cadavres. Le démarrage de la vie est autre chose. C'est encore un mystère.

[Geb]

Bonsoir,

Je sais qu'il y a plus d'un milliard de gigatonnes d'eau à produire et que pour son origine on propose plutôt l'apport des comètes ou le dégazage magmatique.

Aucune de ces deux hypothèses n'est en vogue actuellement au sein de la communauté scientifique ces 15 dernières années.

Dites-moi si vous trouvez que c'est un scénario de science-fiction.

Il y a eu quelques expériences de synthèses organiques abiotiques à très hautes températures (900 à 1060°C) comme celle ci-dessous, dans les années 1970 :

Thermal Synthesis of Amino Acids from a Simulated Primitive Atmosphere (Lawless & Boynton, 1973)

Ce sont sans doute de telles expériences qui ont inspiré Carl Woese (1928-2012) à proposer une hypothèse relativement similaire à la tienne, en 1979 :

A proposal concerning the origin of life on the planet earth (Woese, 1979)

Si je lis entre les lignes, il semble suggérer que la vie serait née dans des gouttelettes transitoires, au sein de l'atmosphère surchauffée de la Terre primitive, à une époque où un océan d'eau liquide ne pouvait se condenser à la surface, encore trop chaude.

Malheureusement, je n'ai accès à aucune des publications ci-dessus. Peut-être qu'un autre membre du forum pourra t'aider à obtenir plus de détails.

La principale chose qu'on n'a pas encore compris, c'est le fait que les molécules organiques issues des organismes vivants sont chirales, soit R soit S, alors que les étincelles et autres phénomènes naturels forment toujours des mélanges racémiques d'isomères R et S. Ceci est inexplicable.

Si les acides aminés dans le vivant sont chirales, c'est grâce au centre actif du ribosome. Dire que "c'est inexplicable" est un peu exagéré. On dirait que tu répètes ce que tu as entendu dans une conférence créationniste. Dans les faits, il y a des dizaines d'hypothèses différentes, qui sont explorées simultanément, et il est encore difficile de déterminer la bonne. La difficulté, c'est que le ribosome est vraisemblablement apparu a une époque relativement tardive du processus qui a mené à l'émergence de la vie. Donc, les chercheurs placent leur différentes hypothèses de l'apparition de l'homochiralité à des étapes très différentes du scénario de l'origine de la vie. D'où la difficulté de déterminer qui a raison.

Et il y a enfin le mystère de la vie elle-même. Toutes les théories développées permettent d'imaginer comment fabriquer des substances complexes peut-être, mais mortes, donc des cadavres. Le démarrage de la vie est autre chose. C'est encore un mystère.

C'est encore un argument qui figure dans pratiquement toutes les conférences créationnistes. Tu pourrais nous fournir les sources de ce que tu avances ? Aussi, depuis la fin des années 1960, on a étudié les systèmes hors-d'équilibre en thermodynamique, et on a également découvert que la plupart des organismes vivants unicellulaires utilisait un nombre relativement restreint de métabolites (par exemple, seulement ~600 pour Escherichia coli). Au final, depuis le début des années 1990, je dirais que les interprétations métaboliques de la vie gagnent constamment du terrain sur l'interprétation génétique, également développé dans les années 1960.

Pour ceux qui maîtrisent l'anglais, je vous suggère de regarder une conférence extrêmement intéressante d'Eric Smith à ce sujet :

Inevitable Life ?

Cordialement.

[GeLe5000]

Grand merci pour la discussion et les liens. Je vais regarder cela.

En attendant, juste une précision pour le détail du scénario.
Je me suis laissé inspirer par des phrases d'un livre (La naissance de la Terre. De sa formation à l'apparition de la vie. Alain Meunier. Dunod. 2013.)

On peu y lire par exemple :

"Dans l'ordre de l'éloignement au Soleil vient Vénus. Son atmosphère est très dense et opaque (96 % CO2; 3.5 % N2). Sa surface ne peut être observée que par imagerie radar…Pas d'océans, l'eau est dans l'atmosphère où elle se combine avec des éléments sulfurés."

"Quelle était la couleur du ciel (de la Terre) à l'Hadéen ? Il n'était certainement pas bleu. Il devait ressembler d'avantage à celui de Titan…lune de Saturne…une atmosphère marron, opaque car formée d'un brouillard de molécules d'hydrocarbures."

J'imaginais donc pour la Terre, sous ce brouillard, une mer d'"hydrocabures", réagissant, se complexifiant, et produisant des molécules d'eau qui s'évaporent aussitôt du fait de la haute température, laissant cet océan de synthèse abiotique anhydre. Pour y revenir une fois la Terre refroidie. Cela permet d'envisager une "logique" de l'évolution prébiotique à connecter avec la logique de l'évolution biologique qui viendra ensuite.

Je suis d'accord avec les critiques du commentaire de moco. Notre ignorance est immense mais les millions d'années qui attendent de s'écouler permettront surement à nos descendants de faire disparaître les doutes concernant la possibilité d'une explication scientifique de l'auto-bio-organisation.

Encore merci.

[A voir en vidéo sur Futura]

[moco]

Je ne suis pas partisan des théories créationnistes, que je ne connais pas vraiment. Peut-être êtes-vous mieux renseignés que moi. Tout ce que j'ai dit vient de mon sens de la réflexion. Vous êtes les premiers à qui j'en parle. A mon sens, la vie est un mouvement auto-entretenu qui se termine par la mort, et qu'on ne peut pas expliquer. Les théories et les expériences faites en laboratoire montrent comment on parvient à imaginer la formation de soupes de protéines. Pourquoi pas ? Et peut-être même de cellules, qui sait ? Mais ce seront des cellules mortes, et une soupe morte. La vie, c'est quelque chose de plus.

D'abord, cela marche tout seul. Il n'y a pas besoin de mesurer le pH ou d'intervenir pour filtrer les impuretés. La vie fait tout cela sans contrôle. Tout seul. Automatiquement. Et cela ne tombe pas en panne. Sauf à la fin.

Et c'est quelque chose qui se termine par la mort. Cela aussi est incompréhensible. Quand vous avez un vieux réfrigérateur, ou un vieil appareil TV qui tombe en panne, il y a toujours moyen de le remettre en marche. Avec la vie, c'est exclu, impossible, malgré toute notre science et notre habileté.

Pour revenir sur les ribosomes dont vous parlez, ils existent peut-être spontanément. Mais les vrais ribosomes contiennent des molécules chirales, dont la formation demande une intervention inexplicable. Il faut reconnaître qu'on est incapable d'expliquer cette formation. Peut-être qu'un jour on trouvera une explication, qui sait ?

C'est comme les acides aminés. S'ils avaient été synthétisés par un processus purement chimique, et les lois du hasard, on aurait obtenu des acides où le groupe latéral R pourrait avoir des chaînes de carbone dérivées du méthane, de l'éthane, du propane, du butane. Or on trouve des acides aminés dont la chaîne latérale contient 1, 3 et 4 atomes C. Mais jamais 2, parmi tous les êtres vivants de notre planète. Pourquoi 1, 3 et 4, et jamais 2 ? C'est incompréhensible. Et là encore tous les acides aminés du monde vivant sont tous les mêmes, et tous de la même chiralité, de la variété L.

On n'est pas près de trouver la réponse à ces questions fondamentales.

[GeLe5000]

Je veux bien vous croire quand vous dites que vous n'êtes pas tenant du créationnisme mais quand vous dites "La vie, c'est quelque chose de plus", on pense inévitablement que vous êtes un des derniers défenseurs du vitalisme. Et cela est de nature à freiner la réflexion scientifique.

Vous dites "c'est quelque chose qui se termine par la mort. Cela aussi est incompréhensible". Je ne fais pas de psychologie amateur et ne prétends pas savoir ce qu'il y a dans votre tête, mais personnellement quand je constate qu'il m'est difficile de concevoir ma non-existence, je refuse d'extrapoler et de penser que ce que je ne comprends pas puisse arrêter la science.

Vous dites "Peut-être aucun jour on trouvera une explication, qui sait ?" Un lapsus qui révèle un souhait ? Qu'il y ait toujours un Mystère ? Si c'est le cas, je peux vous rejoindre à ce sujet. Il y aura peut-être toujours un Mystère mais toutes les questions qui peuvent être posées scientifiquement aujourd'hui, doivent être posées.

Encore une précision sur mon scénario, pour ceux qui s'y intéressent. Comme j'évoque une mer d'hydrocarbures alors que ce terme est souvent utilisé pour désigner des composés volatiles à haute température, je devrais dire plutôt des "molécules carbonées", des précurseurs de métabolites abiotiques.

Les acides aminés et nucléosides sont solides jusqu'à plus de 200°C (source Wikipedia).
L'acide phosphorique est liquide à 42,35°C et bout à 213 °C (source Wikipedia).
Le glycérol est liquide à 18,2 °C et bout à 290°C (mais se décompose au-delà de 171°C) (source Wikipedia).

Donc je propose un océan d'acide phosphorique et de petites molécules carbonées.

[Geb]

Bonjour,

Le domaine des origines de la vie étant nécessairement multidisciplinaire, il n’y a pas de doctorat en "origines de la vie". Les gens qui travaillent dans ce domaine sont donc biaisés par leur formation respective. C’est d’ailleurs un sujet de plaisanterie entre ces mêmes spécialistes, comme aime à le rappeler le minéralogiste américain Robert Hazen dans ses conférences. Par exemple, en France, Hervé Cottin, qui a passé une bonne partie de sa carrière à étudier la chimie du carbone dans le milieu interstellaire, ainsi que dans les météorites, ne manque pas de rappeler l’importance du bombardement météoritique pour l’émergence de la vie sur la Terre. Robert Hazen lui-même, en tant que minéralogiste, attire l’attention de ses lecteurs sur l’importance de la catalyse sur des surfaces minérales dans les premières étapes de l’émergence de la vie.

Justement, Alain Meunier est géologue de formation, plus précisément spécialiste de la cristallochimie des argiles. Il est actuellement Professeur à l’Université de Poitiers, où il est responsable de la Licence en Sciences de la Vie et de la Terre, ainsi que membre, incidemment, du Laboratoire de l’Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP) rattaché à l’Université.

J’ai failli me faire offrir « La naissance de la Terre » pour Noël, mais sachant ce qui précède et après m’être renseigné sur Alain Meunier, je me suis abstenu. J’ai préféré me rabattre sur les livres des historiens des sciences français qui travaillent sur la question des origines de la vie : particulièrement Florence Raulin-Cerceau et Stéphane Tirard. En tant qu’épistémologues, je les trouve un peu moins biaisés que les autres chercheurs, bien qu’ils soient encore trop influencés à mon goût par les chercheurs français comme André Brack, Hervé Cottin ou Robert Pascal. Ce qui est tout à fait normal au demeurant et n’enlève rien à la qualité de leur travail de recherche. Cela dit, les voies récentes de recherche explorées en dehors de la France (principalement l’Allemagne, le Royaume-Uni, l’Italie, le Japon, la Russie, les États-Unis, mais aussi la Roumanie) sont rarement vulgarisées dans leur ouvrage, et je le déplore.

Au final, ces livres d’historiens des sciences sont très intéressants du point de vue historique (ce qui n’est pas surprenant), mais moins précis dans les détails des théories présentées. En définitive, il faudrait acheter 30 bouquins différents, ou lire des centaines de publications scientifiques pour avoir une idée mois biaisée de la question (j’ai eu la chance et le loisir de pouvoir entreprendre la seconde option ces dernières années). Tout ça pour dire que je lis rarement des bouquins de vulgarisation; plutôt des syllabi, ou encore, directement les publications originales des chercheurs.

Je vais essayer d'illustrer mon propos avec les deux citations dont tu as bien voulu nous faire part :

"Dans l'ordre de l'éloignement au Soleil vient Vénus. Son atmosphère est très dense et opaque (96 % CO2; 3.5 % N2). Sa surface ne peut être observée que par imagerie radar…Pas d'océans, l'eau est dans l'atmosphère où elle se combine avec des éléments sulfurés."

Effectivement, si on devait extraire de l'eau de l'atmosphère de Vénus, on commencerait par la haute atmosphère, où il y a une plus grande concentration de H₂SO₄. Par contre, le géologue français Francis Albarède considère que le gros de l'eau est encore stockée dans le manteau de Vénus. Il fait cette hypothèse pour expliquer notamment le fait que les terrains sont relativement jeunes à la surface de Vénus (~750 millions d'années).

"Quelle était la couleur du ciel (de la Terre) à l'Hadéen ? Il n'était certainement pas bleu. Il devait ressembler d'avantage à celui de Titan…lune de Saturne…une atmosphère marron, opaque car formée d'un brouillard de molécules d'hydrocarbures."

Ce n'est pas non plus l'avis de tout le monde. Avant le succès de l'expérience de Miller, qui semblait valider l'idée d'une atmosphère primitive réductrice, riche en hydrogène moléculaire (H₂), en méthane (CH₄) en vapeur d'eau (H₂) et en ammoniac (NH₃), la plupart des chercheurs pensait, depuis le milieu du XIXe siècle, que l'atmosphère primitive devait être riche en CO₂. Or, à la fin des années 1960, on a noté une similitude quasi parfaite en composition relative de l'atmosphère de Vénus et de Mars. On a donc fait l'hypothèse que l'atmosphère de la Terre primitive devait plutôt être riche en CO₂, avec une part relative autour de 95%. Dans ces conditions, le ciel devait plutôt ressembler à celui de Mars, avec une couleur rouge. Encore une fois, tu remarques qu'en fonction des chercheurs, les opinions divergent. Aussi, les conditions atmosphériques vont être très différentes il y a 4,4 milliards d'années, par rapport aux conditions il y a 3,8 milliards d'années. J'entends par là que ça dépend de la date qu'un chercheur choisit pour l'émergence de la vie.

J'imaginais donc pour la Terre, sous ce brouillard, une mer d'"hydrocabures", réagissant, se complexifiant, et produisant des molécules d'eau qui s'évaporent aussitôt du fait de la haute température, laissant cet océan de synthèse abiotique anhydre.

Ça dépend de deux choses : la pression atmosphérique et la profondeur de cette "mer" d'hydrocarbures. En ce qui concerne le premier critère, certains chercheurs imaginent une atmosphère avec plusieurs centaines de bars de pression, d'autres avec 1 à 10 bars. Plus la pression est élevée, plus la température d'ébullition de l'eau s'accroît. Dans les bonnes conditions on peut envisager de l'eau en surface à 200°C qui est encore à l'état liquide. Aussi, si la colonne d'eau liquide en surface était plus importante qu'à l'heure actuelle (par exemple Bounama et al., 2001 parle d'une hydrosphère d'une profondeur moyenne jusqu'à 2,8 fois plus importante qu'aujourd'hui), la mer d'hydrocarbures devait être extrêmement diluée et se pose alors un épineux problème de concentration : si les molécules n’interagissent pratiquement jamais cela laisse peu de place à la complexification. Le problème avait déjà été soulevé en ces termes dès la fin des années 1940 par John Desmond Bernal.

Malheureusement, je suis actuellement et serai très occupé dans les semaines qui vont suivre, donc je suis contraint de ne pas réagir aux propos de moco, par manque de temps. Ce n'est que partie remise.

Cordialement.