Naissance de l'univers et apparition de la vie

[varaz]

Bonjour,

Je voulais avoir votre avis sur une réflexion sur l'émergence de la vie sur Terre vis à vis de l'age de l'univers.

D'après le modèle actuel du big bang, nous sommes, dans un univers extrêmement jeune et qui possèdent des propriétés et des lois physiques identiques (ou du moins dans l'univers observable). Il existe donc 100M x 2000M = 200 000 de milliard de planètes (source google) sur lesquelles peut émerger un évènement tel que la vie.

Sachant que la vie est apparue sur Terre il y a déjà au moins 3.5 milliard d'année au minimum, cela voudrait dire que l'univers tel qu'il est permet déjà de produire en a peine ~10 milliards d'année la vie.

Du coup sachant que nous sommes en soi déjà une preuve que l’émergence de la vie est possible dans des délais extrêmement courts. Si en plus on prend en compte que la vie est apparue en a peine 1 milliard d'année sur Terre et que l'espérance de vie du soleil est d'au moins 10 milliard d'année, est ce que tout cela n'est pas déjà une preuve en soit que l'organisation de la matière en une unité qui se réplique et se conserve est un processus aussi naturel que la formation d'une planète ?

Ce serai comme de dire que, dans une galaxie a 10 milliards d'année lumière, on ne peut pas dire que les planètes y existent car aucun moyen technologique actuel ne permet de les observer. Pourtant c'est quelque chose d'acquis dans nos esprits et c'est normal car tout porte a croire que cette galaxie s'est formée de la même manière que la notre, qu'elle obéit aux mêmes lois physiques, est composée de la même matière et que donc des planètes s'y sont formé. Pourquoi penser différemment pour la vie qui n'est qu'une propriété émergente de l’univers au même titre que les planètes ?

J'espère que mon raisonnement n'est pas trop confus.

Qu'en pensez vous ? Quel est votre avis sur ce raisonnement ?

En vous remerciant.
-----

[Deedee81]

Salut,

J'espère que mon raisonnement n'est pas trop confus.

Non, ça peut aller. Mais tout au plus peut-on dire que c'est plausible et d'ailleurs fort probable pour ce qu'on en sait. Mais au-delà de ça, ça reste encore de la spéculation.

[JPL]

À partir du moment où c’est invérifiable, ce n’est plus une question scientifique. On pourra peut-être en reparler un jour, mais pour des exoplanètes beaucoup plus proches !

[Geb]

À partir du moment où c’est invérifiable, ce n’est plus une question scientifique. On pourra peut-être en reparler un jour, mais pour des exoplanètes beaucoup plus proches !

Je suis assez d'accord. En outre, le seul intérêt de la vie ailleurs (du moins à mes yeux), c'est la perspective de pouvoir un jour l'étudier, et donc d'apporter d'abord la preuve qu'elle existe vraiment, pas de spéculer sur sa probabilité.

Cordialement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[JPL]

Oui, pour le moment c’est très proche du sexe des anges*... dont discutaient paraît-il l’assemblée à Byzance alors que les mur de la ville étaient assiégés. D’où l’expression de discussion byzantine.

* version plus récente : ou de ma tante

[Geocroiseur63]

Bonsoir ,

Ce soir 06/01/2022 une excellente émission de Science grand format ,sur france 5, a été diffusée de
20 h 55 à 22 h 25.
Documentaire scientifique français de 2020.
Réalisateur Laurent Lichtenstein ,Bruno Bucher , Serge Brunier .

Le titre répond parfaitement à celui de la discussion :

" Et si la Terre était unique ? "
émission ainsi présentée dans les programmes TV :
" Quelles sont les chances de découvrir un jour , quelque part dans l'univers , un écosystème semblable au notre.
Une planète sur laquelle le vivant aurait pris des formes aussi complexes et diverses que celles sur Terre.
Astronome

[Geocroiseur63]

Bonsoir ,

Coupure de transmission de la réponse :

La suite du texte est : " ... biochimistes et biologistes proposent un voyage au coeur du système solaire ,
à la découverte de l'incroyable concours de circonstances qui a permis à la vie de se développer sur Terre . "

Une excellente émission , la meilleure que j'ais vu depuis plus d'un an...
A voir , revoir et enregistrer sur : france 5 TV .

Avec toutes mes excuses .

Géocroiseur63.

[Tawahi-Kiwi]

Pourquoi penser différemment pour la vie qui n'est qu'une propriété émergente de l’univers au même titre que les planètes ?

Il n'y a pas de raison forte contre cette idee. Et on pourrait remplacer dans ton texte 'vie' par 'planete' si tu l'avais ecrit il y a plus de 30 ans (Date des premieres exoplanetes decouvertes).
Tout portait a croire que les planetes existent ailleurs (pas de raisonnement fort allant contre cette supposition); c'etait juste une question de capabilite de detection. Maintenant, cela ne fait evidemment plus debat.

Il n'est pas impossible que dans un futur plus ou moins lointain, il en soit de meme pour la vie non-terrestre. Mais pour le moment, pas de preuve.

T-K

[saint.112]

Du coup sachant que nous sommes en soi déjà une preuve que l’émergence de la vie est possible dans des délais extrêmement courts. Si en plus on prend en compte que la vie est apparue en a peine 1 milliard d'année sur Terre et que l'espérance de vie du soleil est d'au moins 10 milliard d'année, est ce que tout cela n'est pas déjà une preuve en soit que l'organisation de la matière en une unité qui se réplique et se conserve est un processus aussi naturel que la formation d'une planète ?

Désolé mais là tu enfonces une porte ouverte depuis belle lurette. L’émergence d’une proto-cellule qui se réplique et se conserve est reconnue comme un processus naturel soumis aux lois physico-chimiques ordinaires. La science a abandonné la notion du principe vital selon lequel la chimie organique obéirait à des lois spécifiques ce qui entrainerait qu’il y aurait quelque part un “intelligent designer“. La “naturalisation“ de la vie est admise depuis longtemps, on n’a donc pas besoin de nouvelles preuves.

Sachant que la vie est apparue sur Terre il y a déjà au moins 3.5 milliard d'année au minimum, cela voudrait dire que l'univers tel qu'il est permet déjà de produire en a peine ~10 milliards d'année la vie.

Tu t’avances un peu sur les dates. Ça dépend des auteurs mais en l’absence de preuve tangible on en est réduit à des spéculations.

J'espère que mon raisonnement n'est pas trop confus.

Il n’est pas confus mais il faudrait que tu t’informes mieux à de bonnes sources car tu sembles découvrir des données acquises depuis longtemps et tu prends pour acquises des données qui ne sont que des suppositions.

1. L’apparition de la vie n’ayant laissé aucune trace rien ne permet vraiment de donner une date.
2. On ne connait pas précisément les conditions qui régnaient sur terre durant ce laps de temps.
3. On ne sait pas dans quel environnement précis les premières cellules sont apparues.
4. On ne sait pas quelles ont été les conditions précises qui l’ont rendu possible.
5. On ne sait finalement pas par quel(s) processus ça s’est produit.
6. Il est impossible de dire si ça s’est produit sur d'autres planètes même si ça parait vraisemblable.

Nico

[varaz]

Désolé mais là tu enfonces une porte ouverte depuis belle lurette. L’émergence d’une proto-cellule qui se réplique et se conserve est reconnue comme un processus naturel soumis aux lois physico-chimiques ordinaires. La science a abandonné la notion du principe vital selon lequel la chimie organique obéirait à des lois spécifiques ce qui entrainerait qu’il y aurait quelque part un “intelligent designer“. La “naturalisation“ de la vie est admise depuis longtemps, on n’a donc pas besoin de nouvelles preuves.


Tu t’avances un peu sur les dates. Ça dépend des auteurs mais en l’absence de preuve tangible on en est réduit à des spéculations.


Il n’est pas confus mais il faudrait que tu t’informes mieux à de bonnes sources car tu sembles découvrir des données acquises depuis longtemps et tu prends pour acquises des données qui ne sont que des suppositions.

1. L’apparition de la vie n’ayant laissé aucune trace rien ne permet vraiment de donner une date.
2. On ne connait pas précisément les conditions qui régnaient sur terre durant ce laps de temps.
3. On ne sait pas dans quel environnement précis les premières cellules sont apparues.
4. On ne sait pas quelles ont été les conditions précises qui l’ont rendu possible.
5. On ne sait finalement pas par quel(s) processus ça s’est produit.
6. Il est impossible de dire si ça s’est produit sur d'autres planètes même si ça parait vraisemblable.

Nico

Je pense que vous me reprochez ce que vous faites vous même, avec tous le respect que je vous dois.
Pour avoir eu la chance de discuter brièvement avec Jack Szostack et de m’être intéresser pas mal à ces travaux durant ma thèse, je pense pouvoir vous dire que l’émergence d'une proto-cellule et la "naturalité" (c'est peut étre le terme que vous cherchiez ?) de la vie qui se réplique et se conserve n'a pour l'heure jamais été prouvé et n'est qu'a l'état de théorie bien que nous soyons la preuve que cela est possible. Et c'est d'ailleurs le but de ces recherches et de la recherche sur l'apparition de la vie en général, c'est de réussir, par exemple, a recréer des "organismes" primordiaux à l'aide de micelle capable simplement de pouvoir maintenir un gradient intérieur/extérieur grâce a leur membrane et de pouvoir les pousser à se dupliquer de manière stable et spontané en présence de molécules spécifiques.

Tu t’avances un peu sur les dates. Ça dépend des auteurs mais en l’absence de preuve tangible on en est réduit à des spéculations.

La aussi je vous invite a simplement lire cette page wikipedia très bien sourcé qui vous donne la preuve d'une apparition de la vie il y a au moins 3,5 milliards d'année https://en.wikipedia.org/wiki/Earliest_known_life_forms

L’apparition de la vie n’ayant laissé aucune trace rien ne permet vraiment de donner une date.

On est d'accord, c'est bien pour ça que j'ai spécifié "au moins 3,5 milliard d'année"

On ne connait pas précisément les conditions qui régnaient sur terre durant ce laps de temps.
On ne sait pas dans quel environnement précis les premières cellules sont apparues.
On ne sait pas quelles ont été les conditions précises qui l’ont rendu possible.
On ne sait finalement pas par quel(s) processus ça s’est produit.
Il est impossible de dire si ça s’est produit sur d'autres planètes même si ça parait vraisemblable.

Je suis pas vraiment d'accord avec tout. Nous avons quelques faisceaux d'indice déjà aujourd'hui. une conférence intéressante sur le sujet : https://www.youtube.com/watch?v=h1KqvoLEj7c

Cordialement

[Geb]

Bonjour,

Je suis pas vraiment d'accord avec tout. Nous avons quelques faisceaux d'indice déjà aujourd'hui. une conférence intéressante sur le sujet : https://www.youtube.com/watch?v=h1KqvoLEj7c

Je souhaiterais attirer ton attention sur le fait que dans la conférence que tu as indiqué, Jack Szostak situe la période ayant vu les origines de la vie à entre -4,4 et -4,1 milliards d’années (un schéma tiré de Joyce, 2002 ; Szostak l’a quand même pas mal modifié en terme de timing, comme tu peux le voir en le comparant au schéma original disponible ici). Or, on n’a pratiquement aucune trace matérielle de cette période d’avant -4,1 Ga, donc on pourrait dire, comme l’a justement dit Nicolas, qu’on n’en sait pratiquement rien, ou alternativement, que tout ce qu’on peut en dire dans la littérature scientifique est hautement spéculatif (du moins pour l’instant), ou pire, qu’on ne pourra jamais rien en dire à défaut d’une machine à remonter le temps.

Lorsque Jack Szostak déclare que le cyanure d’hydrogène est « le meilleur matériau à utiliser pour fabriquer les briques constituantes de la biologie », il exprime son intérêt pour les travaux de John Sutherland. Il s’agit d’une école de pensée et il y en a d’autres. Notamment, outre les composés cyanurés, l’hypothèse de John Sutherland fait appel à un environnement hydrothermal en surface (à l’époque très reculée qui nous intéresse, probablement un arc volcanique dont la durée de vie dépendait sans doute de l’intensité du volcanisme d’une part et des marées d’autre part), soumis à un rayonnement ultraviolet, auquel Szostak fait aussi allusion. D’ailleurs, je trouve très étonnant que, dans cette conférence, Jack Szostak ne semble pratiquement pas discuter de ses propres travaux, si ce n’est la mention d’une de ses publications, pendant quelques secondes, et de laquelle il ne dit rien (ou alors ça m’a échappé) :

- Template-directed synthesis of a genetic polymer in a model protocell (Mansy et al., 2008)

Au contraire, certains chercheurs ont fait remarquer que les solutions proposées par Sutherland et collaborateurs (composés cyanurés, rayonnement ultraviolet, éclairs, etc.) pour l’apparition de la vie relève de la chimie prébiotique « à la Miller » et qu’elle souffre des mêmes défauts : aucun des mécanismes de synthèse proposés ne sont utilisés par la biologie actuelle. Eux, en revanche, estiment qu’il est plus plausible de partir de l’idée que le proto-métabolisme en particulier devait être assez similaire à certains des métabolismes actuels, comme le cycle de Krebs dans son sens réducteur (c’est-à-dire l’inverse de celui qu’on étudie tous à l’école chez l’humain) ou le cycle dit « de Wood-Ljungdahl » et que l’on peut reconstruire étape par étape l’apparition de la vie des molécules à la cellule à partir d’une sorte de "proto-métabolisme" qui serait conservé universellement par les autotrophes actuels, comme le code génétique est considéré comme "quasi-universel" (voir par exemple Morowitz, 1999 ou Morowitz et al., 2000). En gros, un "proto-métabolisme universel" duquel les métabolismes modernes auraient dérivés par évolution.

Pour conclure, l’un de ces chercheurs en désaccord avec l’hypothèse de Sutherland et collaborateurs, Nick Lane, a participé au même colloque que Jack Szostak et la vidéo de son intervention est également disponible sur la même chaîne YouTube :

- Why is life the way it is?

Malheureusement, Nick Lane a choisi de consacré la dernière moitié de sa conférence à l’apparition des eucaryotes qu’à l’apparition de la vie. Mais dans les 15 premières minutes il fait plusieurs fois allusion à certaines des idées de Michael John Russell (qui a fêté ses 80 ans en 2019), un géologue britannique en précisant d’ailleurs que*: « Jack Szostak ne serait probablement pas d’accord avec (ses idées) ». Avec ces deux écoles de pensée, c’est-à-dire Sutherland et collaborateurs d’un côté et Russell et collaborateurs de l’autre côté, on a parfois droit, depuis une bonne dizaine d’années à des débats passionnants et passionnés, qui montrent surtout qu’on a encore beaucoup de choses à apprendre sur le sujet, particulièrement en ce qui concerne les processus physico-chimiques supposés adéquats que Nicolas mentionnaient dans son message. Moi j’estime le modèle de Russell plus plausible que celui de Sutherland, mais ce n’est qu’une intuition personnelle (et je n’ai aucune formation scientifique).

Pour davantage d’infos sur la théorie de Russell, je te suggère de regarder la conférence de Mike Russell datée de mai 2011 dans la même chaîne YouTube :

- On the Emergence of Life Through "Negative" Entropy Trapping

Après, j’ai l’impression d’avoir écrit un long hors-sujet un peu à côté de la plaque par rapport à la question initiale, qui concerne davantage la probabilité de la vie ailleurs que celle de l’apparition de la vie terrestre…

Cordialement.

[varaz]

Hors sujet ou pas, je vous remercie pour ce résumé détaillé et toutes ces informations. C'est très intéressant et je ne savais pas qu'il existait 2 écoles de pensée sur la question de l'apparition de la vie. Je vais aller regarder tout ça pour en apprendre d'avantage. Cordialement

[saint.112]

Je dois avouer que j’ai fait un raccourci un peu audacieux et pas très clair ici :

La “naturalisation“ de la vie est admise depuis longtemps, on n’a donc pas besoin de nouvelles preuves.

Ce que je voulais dire est que la fameuse expérience de Miller-Urey, bien qu’elle n’ait rien prouvé quant au processus d’émergence de la vie, a eu le mérite de montrer que des molécules organiques un peu complexes pouvaient être synthétisées par des procédés chimiques ordinaires. Cela a contribué à tordre le cou à la notion de principe vital qui tenait encore la corde dans certains milieux et qui postulait qu’aucune molécule organique ne pouvait être produite naturellement. Cette démonstration que la chimie organique obéit aux mêmes lois que la chimie “normale“ et est donc un processus naturel et non pas en quelque sorte surnaturel a été appelé la naturalisation. C’est peut-être un barbarisme d’ailleurs.

La aussi je vous invite a simplement lire cette page wikipedia très bien sourcé qui vous donne la preuve d'une apparition de la vie il y a au moins 3,5 milliards d'année https://en.wikipedia.org/wiki/Earliest_known_life_forms

Cet article fait partie des papiers plutôt optimistes. Des traces de chimie organique ne forment pas à mon sens la preuve qu’il y a eu des organismes vivants.
Geb a été plus précis et plus complet dans son poste #11.
À mon avis une partie du problème tient à la définition de ce qu’est un organisme vivant. J’ai ouvert un fil il y a un peu plus de deux ans sur cette question : Un organisme vivant, qu’est-ce ?

Nico

[Tawahi-Kiwi]

Des traces de chimie organique ne forment pas à mon sens la preuve qu’il y a eu des organismes vivants.

L'article fait reference a l'Apex Chert. Ce sont des microstructures de ~3,5 Ga interpretees par certains comme microfossiles.
La biogeochimie de ces structures ne fait que confirmer (ou infirmer) qu'il s'agit bien d'un fossile et non une structure abiogenique.

Autant pour les fossiles d'organismes complexes de la fin du Precambrien et plus tard, la question ne se pose pas de savoir si c'est organique; autant plus tot, plus primitif, moins complexe, le passage par la constitution chimique et isotopique de ces machins devient necessaires.

De mon point de vue, quand varaz ecrit 'au moins 3,5 milliards d'annees', c'est etre du cote assez solide de la speculation.

T-K

[saint.112]

De mon point de vue, quand varaz ecrit 'au moins 3,5 milliards d'annees', c'est etre du cote assez solide de la speculation.

C’est en effet ce qui me semble assez bien tenir la route. Ce sont les traces antérieures qui me paraissent un peu capillotractées. Ceci dit la date exacte est pour moi une question mineure. Le problème principal est à mon sens en quel lieu et comment.

Pour en revenir au sujet de la discussion :

Sachant que la vie est apparue sur Terre il y a déjà au moins 3.5 milliard d'année au minimum, cela voudrait dire que l'univers tel qu'il est permet déjà de produire en a peine ~10 milliards d'année la vie.

Je ne vois pas bien le raisonnement. Ce qui est intéressant c’est le temps qu’il a fallu sur terre pour que la vie apparaisse. L’univers n’y est pour rien.

Du coup sachant que nous sommes en soi déjà une preuve que l’émergence de la vie est possible dans des délais extrêmement courts. Si en plus on prend en compte que la vie est apparue en a peine 1 milliard d'année sur Terre et que l'espérance de vie du soleil est d'au moins 10 milliard d'année, est ce que tout cela n'est pas déjà une preuve en soit que l'organisation de la matière en une unité qui se réplique et se conserve est un processus aussi naturel que la formation d'une planète ?

Certes, mais le problème est de savoir comment ça s’est produit et on est encore loin de pouvoir l’établir avec certitude.

Pourquoi penser différemment pour la vie qui n'est qu'une propriété émergente de l’univers au même titre que les planètes ?

Je pense qu’on est tous d’accord que la biochimie est une chimie comme une autre et qu’elle obéit aux mêmes lois de la nature que celles de l’univers tout entier. Parler de “propriété émergente“ me parait peu clair car en quoi la vie est-elle une propriété ? Les organismes vivants sont des phénomènes comme les autres.

Nico

[Tawahi-Kiwi]

Je ne vois pas bien le raisonnement. Ce qui est intéressant c’est le temps qu’il a fallu sur terre pour que la vie apparaisse. L’univers n’y est pour rien.

Il y a une contrainte partielle au niveau de la metallicite des etoiles. Des etoiles de population III sont probablement necessaires pour avoir la vie que l'on connait; donc pas plus de 10 milliards d'annees, et suivant le raisonnement de varaz, 8-9 milliards d'annees max pour l'apparition du type de vie que l'on connait.

T-K

[Deedee81]

Salut,

Nous avons quelques faisceaux d'indice déjà aujourd'hui

Des indices justement, rien que des indices. Et encore, extrêmement maigres. C'est comme en quêter sur une scène de crime et de ne trouver qu'une et une seul chose : un grain de poussière.

Evidemment, chaque progrès a tendance a être montré comme si c'était le Graal, et ça se comprend : c'est un progrès ! C'est passionnant Et en plus c'est souvent un bon pas par rapport à ce qu'on connait (comme la découverte pas si ancienne des processus abiotiques pouvant aboutir assez "simplement" à la synthèse de nucléotides). Et forcément, quand on rajouter deux briques à un mur de trois briques ça fait beaucoup, mais si au final le mur doit faire cent briques on est loin du compte. Mais bien entendu, on ne peut parler que de ce qu'on connait et les briques manquantes sont souvent simplement glissées sous le tapis en attendant mieux.

Ceci n'est pas un reproche. C'est normal d'être enthousiaste et comme je l'ai dit on ne peut parler que de ce qu'on connait.

Par contre, il m'est arrivé de faire quelques reproches sur des déclarations abusives : de simples simulations qu'on présente comme importantes et même capitales alors qu'elles sont simplifiées à l'extrême. Ou des processus biochimiques imaginés par leurs auteurs et présentés comme étant la clef presque certaine de ces processus alors qu'il laisse de côté les milliards de milliards d'autres molécules possibles (*). Ce n'est pas de simplifier que je reproche mais de présenter ça comme LA solution.

Comme a dit un auteur : on en sait encore trop peu en chimie (ce qui peut sembler étonnant, mais prédire les propriétés chimiques de molécules inconnues tarabiscotées est un vrai challenge).

(*) un exemple, à une époque j'ai voulu moi-même simuler les processus chimiques abiotiques. J'ai abouti a des mélanges de plusieurs millions de molécules (la capacité de ma bzcane ). Y avait pas deux molécules identiques (sauf les plus élémentaires). C'était le chaos sans aucune augmentation de la concentration de l'une ou l'autre molécule un peu complexe. Les processus (auto-)catalytiques n'arrivaient pas à démarrer. Et ce n'était même pas ça que je voulais résoudre/étudier (au début je voulais m'attaquer au problème dit des "poisons" : pour une molécule favorisant un processus catalytique donné il en existe des dizaines qui perturbent ou bloquent le processus). Je ne dis pas qu'il n'existe aucune solution mais juste qu'elles sont difficiles à trouver (certaines idées sont d'ailleurs plus qu'intéressantes, on est dans le brouillard mais pas aveugle ).

Bref tout ça pour dire est que malgré tout ce qu'on peut parfois entendre ou lire : on ignore totalement les bonnes conditions à l'apparition de la vie (sauf extrêmes évidemment). Est-ce que dès qu'on a des conditions grosso modo assez semblables à la terre c'est bon ou au contraire faut-il des circonstances vraiment exceptionnelles et finement précises ? Le fait est qu'on en sait absolument rien (même si le premier semble assez plausible au vu de ce qu'on sait déjà, mais entre "c'est ça" et "plausible", hum, hein).

Rebref, quand on me demande : quelle est la probabilité d'apparition de la vie sur une planète de la taille de la terre, avec de l'eau et dans la zone d'habitabilité ? Ma réponse est la plus juste : entre 0 et 100% de probabilité.

L'avenir (probablement pas si lointain) nous en apprendre beaucoup plus

[Geb]

Bonjour,

Hors sujet ou pas, je vous remercie pour ce résumé détaillé et toutes ces informations.

Pas de quoi

C'est très intéressant et je ne savais pas qu'il existait 2 écoles de pensée sur la question de l'apparition de la vie.

C'est juste un point de vue personnel sur les débats actuels (voir le reste de mon message).

Je vais aller regarder tout ça pour en apprendre d'avantage.

Une fois que ce sera fait, n'hésite pas à partager tes réflexions, dans cette discussion ou en privée.

Bref tout ça pour dire est que malgré tout ce qu'on peut parfois entendre ou lire : on ignore totalement les bonnes conditions à l'apparition de la vie (sauf extrêmes évidemment).

D'abord, on peut regretter que ceux qui ont le courage de consacrer une part substantielle de leur carrière scientifique à la résolution de cette question ne sont finalement pas si nombreux que ça. Ensuite, oui, on en connaît si peu que les différents spécialistes (il y en a) sont parfois en désaccord sur des questions extraordinairement précises qui peuvent paraître sans intérêt dans ce contexte. Même si de mon point de vue, ce n’est que lorsque deux hypothèses concurrentes se confrontent aux données expérimentales à expliquer qu’on peut enfin avancer dans une discipline aussi floue que celle-là.

Pour ma part, je prétends qu’il manque une vision systématique aux études sur les origines de la vie sur la Terre. Je me souviens avoir discuté en privé avec Nicolas sur l’apparition et l’évolution des appareils cellulaires de réplication, transcription et traduction. À l’époque, j’avais l’ambition un peu folle de faire des topos historiques sur toutes les questions scientifiques traitées que je pourrais trouver dans la littérature à ce sujet. Or, sous la seule bannière "origine et évolution du code génétique", par exemple, on trouve des questions et des sujets très différents, du type :

- Pourquoi 4 bases azotées ?
- L’origine et/ou l’évolution d’une forme ancestrale (indéterminée et encore âprement débattue) jusqu'au code actuel à triplets de nucléotides ?
- L’origine et/ou l’évolution de l’assignation des codons à une vingtaine d’acides aminés différents codés génétiquement (pourquoi pas à d’autres) ?
- L’avantage évolutif du passage supposé des polyphosphates et/ou des thioesters à l’ATP,
- L’origine de certains cofacteurs organiques,
- La synthèse abiotique de l’ARN,
- L’origine et/ou l’évolution des ARN de transfert,
- L’importance supposée de l’apparition des introns/exons (ou des transposons) dans un contexte d’évolution des proto-formes de vie,
- L’origine et/ou l’évolution des protéines ribosomiques,
- L’origine et/ou l’évolution des ARN ribosomiques,
- L’origine et/ou l’évolution de la peptidyl-transférase,
- L’origine et/ou l’évolution des aminoacyl-ARNt synthétases,
- L’origine et/ou l’évolution des polymérases,
- L’origine et/ou l’évolution des génomes à ADN,
- etc.

Sur certaines de ces questions, avec une simple recherche dans Google scholar, j’ai trouvé des centaines de publications (en particulier l’origine et l’évolution des ribosomes, qui a vu un foisonnement d’hypothèses très intéressantes, surtout après l’an 2000, et dont j’avais longuement discuté en privé avec Nicolas). Plus intéressant encore, ce genre de revue de la littérature, ou de curation de contenu, ça m’a permis de faire la liste des noms de chercheurs qui revenaient régulièrement et dont je n’avais jamais entendu parler dans le cadre des origines de la vie, comme ceux de Hans Kuhn, Marcello Barbieri, Koji Tamura, Massimo di Giulio, Brian K. Davis, Paul Schimmel, le duo Alan Weiner & Nancy Maizels, le couple (dans la recherche comme dans la vie) Meredith & Robert Root-Bernstein, Lluís Ribas de Pouplana, Ilana Agmon, ou parmi les plus jeunes chercheurs, Chen Davidovich, Matthew Belousoff, Chiaolong Hsiao, Marcus Salvatore Bray et beaucoup, beaucoup d’autres.

Je pense que ce qui manque le plus, c’est une vision systématique de la discipline (j’ai l’impression d’y travailler en amateur depuis dix ans, même si je ne partage plus vraiment mes résumés sur ce forum). En effet, on comprend aisément qu’entre les biomolécules et le LUCA, il y a probablement eu de très nombreuses étapes intermédiaires et il est parfois difficile d’intégrer de manière systématique ces étapes dans les différentes écoles de pensée, ne serait-ce que Russell ou Sutherland par exemple (on pourrait peut-être ajouter, dans une moindre mesure, la construction d’un modèle tentée par Dave W. Deamer et Bruce Damer). Même si de mon point de vue, Russell et collaborateurs et Sutherland et collaborateurs, sont de trop rares exemples de groupe qui essayent de proposer une vision intégrée de l’apparition de la vie, une synthèse de nombreux résultats dans une sorte de modèle (bien que le terme soit un peu fort à ce stade).

Or, je prétends que nous, à notre petit niveau, on ne se rend pas bien compte du dynamisme des débats scientifiques sur certains points très précis concernant la vaste question des origines des premiers organismes vivants terrestres.

Après tout, ces deux dernières années, j’ai suivi les débats entre Massimo di Giulio d’une part, et Hervé Selligman et Jacques Demongeot d’autre part, sur l’origine et l’évolution des ARN de transfert. Cela a des implications, vous vous en doutez, sur l’origine et l’évolution du code génétique. Et j’ai vraiment hâte d’en voir les prochains développements. Vivement les prochaines publications !

Cordialement.

P.-S.: Je vous prie de m'excuser pour ce nouveau laïus peut-être hors sujet...

[Deedee81]

Bonjour,

Bienvenue sur Futura mais là tu commences assez mal.

Les théories personnelles ne sont pas autorisées. Voir la charte :

6c. Toutes idées ou raisonnements (aussi géniaux soient-ils) doivent reposer sur des connaissances scientifiques ou techniques valides et non sur de vagues suppositions personnelles, basées sur d’intimes convictions. L’un des objectifs de Futura-Sciences étant la vulgarisation scientifique de bon niveau, ce n’est pas le lieu pour des questionnements ou remises en cause de théories admises dont seuls des spécialistes ont les compétences pour débattre, ni pour l’exposé de théories strictement personnelles. Une telle démarche aurait sa place uniquement dans un séminaire ou un congrès scientifique.

en outre, ici ce n'est pas une théorie, juste du blabla sans intérêt. Quant aux recherches, c'est quand même douteux, tu as fait des expériences réelles avec des instruments de mesure, sur le multivers ? (et pas multinivers ).? Réfléchir ou rêver assis dans son fauteuil n'est pas de la "recherche".

En outre, un minimum de connaissance sur l'astrophysique et sur la mécanique quantique montre que les planètes et les électrons, les atomes et les systèmes solaires, c'est le jour et la nuit. Il n'y a quasiment aucune comparaison possible.
Et bien entendu quand on ne connait pas on pose des questions, pour respecter la charte.

Enfin, les réponses aux questions ont été données et ce fil dormait depuis un mois. Donc je ferme.

Merci,

[Deedee81]

Après discussion avec la modération et étant donné que la discussion n'était pas si vieille, il est préférable de laisser ouvert et de supprimer le message plus que litigieux.

Les explications ci-dessus restent de bon aloi pour Blackgod

Merci,

[dr.Garou]

Je me souviens à ce propos du diaporama d'une conférence de vulgarisation qui avait eu lieu à Nancy il y a quelques années; elle présente quelques hypothèses intéressantes, bien que non documentées. Elle propose des pistes possibles pour répondre à plusieurs des questions posées par Geb ci dessus
Je mets le lien pour les amateurs: http://als.univ-lorraine.fr/files/co...gios-Diapo.pdf

[Geb]

Bonjour,

Je me souviens à ce propos du diaporama d'une conférence de vulgarisation qui avait eu lieu à Nancy il y a quelques années; elle présente quelques hypothèses intéressantes, bien que non documentées.

Je précise que Dr. Garou et moi avions discuté de cette "hypothèse de l'urée" sur le forum il y a déjà 9 ans. Et le principal problème de cette hypothèse demeure : elle n'a été publié dans aucune revue scientifique à ma connaissance, encore moins une revue sérieuse à comité de lecture.

Elle propose des pistes possibles pour répondre à plusieurs des questions posées par Geb ci dessus

Tu veux dire la liste de questions sur l'origine et l'évolution du code génétique ? Quelles pistes possibles aux questions posées sont exposées dans le PDF, parce qu'après un rapide coup d'oeil cela m'a échappé ?

Quand je parle de l'origine et l'évolution du code génétique, pour moi, une bonne base de travail, c'est le métabolisme d'abord, cette idée qu'un proto-métabolisme universel devait plus ou moins ressembler au cycle de Krebs dans son sens réducteur ou la voie de Wood-Ljungdahl et enfin, cette hypothèse de la co-évolution telle qu'imaginée par Jeffrey Tze-Fei Wong (1975, 1976, 1981, 2005; Tze-Fei Wong & Bronskill, 1980) et admirablement défendue et poursuivie avec beaucoup plus de détails par Massimo di Giulio depuis (di Giulio, 2008), sont vraiment de très bonnes pistes à explorer pour mieux comprendre et "intégrer" l'origine et l'évolution du code génétique en un modèle cohérent dans le cadre, toujours, de l'hypothèse de Russell et collaborateurs. C'est peut-être un peu trop m'avancer, mais j'ai quand même l'impression que l'approche métabolique dans un évent hydrothermal sous-marin permet, là encore, des pistes de réponses (en particulier celles explorées par feu Harold Morowitz et ses collègues depuis la fin des années 1990) beaucoup plus argumentées et absolument fascinantes et stimulantes intellectuellement, par rapport à tout ce que j'ai pu lire par ailleurs (et il m'arrive parfois que, sur une question précise dans le domaine, je prenne le temps de passer en revue 800 publis avant de trouver une hypothèse qui me plaise ).

Je n'ai pas envie de refaire le topo que j'avais écrit sur la question, mais pour ne laisser personne sur sa faim, il y a un lien entre le cycle de Krebs dans le sens réducteur et le code génétique que j'ai trouvé fascinant dès que j'ai appris son existence en 2012 (voir l'ancienne discussion que j'avais lancé sur le sujet) et qui a suscité de nombreuses recherches depuis (voir en particulier Copley et al., 2005).

Il faut dire que l'approche métabolique avait quelque décennies de retard sur les solutions "à la Miller". Le fameux "lien" dont je parle a été identifié pour la première fois à ma connaissance à la fin des années 1980 (Taylor & Coates, 1989). Il est expliqué de manière plus intelligible dans la publication de Copley et al., 2005.

En gros, les acides aminés qui ne nécessitent qu'une seule "transformation" à partir d'un des composés de base du cycle de Krebs dans le sens réducteur ou le cycle du glyoxylate, sont codés génétiquement par des codons qui commencent par une guanine : la glycine (GGU, GGC, GGA, GGG) à partir du glyoxylate, l'aspartate à partir de l'oxaloacétate (GAU et GAC), l'alanine (GCU, GCC, GCA, GCG) et la valine (GUU, GUC, GUA, GUG) à partir du pyruvate, et enfin, le glutamate (GAA, GAG) à partir de l'alpha-cétoglutarate. Ensuite, les acides aminés qui ont besoin de plus d'une seule étape pour assurer leur synthèse le sont à partir des acides aminés déjà synthétisés plus tôt dans le cycle.

J'ai essayé de produire un schéma plus ou moins intelligible de ce "lien" entre proto-métabolisme universel et assignation des codons du code génétique "standard" à partir du dessin original (sans doute plus complet mais plus difficile à comprendre) de Taylor & Coates (1989) :



Dans ce schéma vous reconnaissez (du moins je l'espère) les onze métabolites du cycle de Krebs inversé ainsi que le glyoxylate qui vient "s'insérer" dans celui-ci. Par souci de clarté, les acides aminés dont les codons commencent en général par une guanine sont en bleu, ceux commençant par l'uracile sont en jaune, ceux commençant par l'adénine sont en rouge et ceux commençant par la cytosine sont en vert. Les flèches signifient des relations de synthèse à partir des acides aminés (ou des métabolites) correspondants.

Quoi qu'il en soit, ce que montrent les travaux de Morowitz et collaborateurs, c'est qu'on explique beaucoup de choses, y compris en ce qui concerne l'apparition du code génétique, si on fait l'hypothèse que le métabolisme de Krebs ressemblait peu ou proue au cycle de Krebs dans le sens réducteur, et que la chimie prébiotique devait beaucoup ressembler à la chimie du vivant actuel.

Cordialement.

[dr.Garou]

Ce qui m'embête dans cette "théorie du métabolisme d'abord", c'est que le pain fabrique le fournil; cela dit et comme nous en avions discuté il y a quelques années, un co-développement est en revanche assez facile à conceptualiser; pour ce qui est de la correspondance cycle de Krebs (inversé) / codon: l'identité des codons commençant par G avec les produits direct du cycle (dont le fonctionnement abiotique a été globalement démontré) pourrait tout bêtement être lié au fait que les premier proto-ARNt avaient un codon de liaison commençant toujours par G et qu'ils se liaient donc avec ce qui était disponible en quantités les plus importantes.

L'important à comprendre c'est que la rotule entre le métabolisme et le code génétique n'a pas pu se faire spontanément, l'utilisation des acides aminés (ou d'autres molécules éventuellement), n'a pu se faire que si elles ont pu avoir une autre fonction simple et immédiatement utile pour la vie naissante, ce sans qu'un quelconque métabolisme génétiquement contrôlé n'existe encore; les molécules utilisées par la vie devaient donc être présentes à sa naissance, ce qui suppose donc qu'un "métabolisme abiotique" permettant la fabrication de quelques petites molécules en grande quantité devait exister.

[dr.Garou]

Petit complément sur l'aspect métabolisme primordial, j'ai lu il y a pas longtemps un article proposant une explication à l'origine du cycle de Krebs à partir de dérivés thiocyanurés: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh3981

[Geb]

Bonjour,

Petit complément sur l'aspect métabolisme primordial, j'ai lu il y a pas longtemps un article proposant une explication à l'origine du cycle de Krebs à partir de dérivés thiocyanurés: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh3981

Oui, j'ai vu passer ça aussi. C'est une autre illustration de ce débat entre les deux écoles de pensée que je citais plus tôt dans cette discussion. Sur la même période et du "côté hydrothermal", il y a surtout les équipes autour de Daniel Segrè, Nick Lane ou Joseph Moran. Il y au moins une dizaine de papiers depuis 2019 qui se répondent peu ou proue, à intervalle soutenu. C'est assez fascinant d'ailleurs de mon point de vue extérieur. Le débat est assez bien résumé ici (Vasiliadou et al., 2019) :

While there is no necessary link between LUCA and prebiotic chemistry, neither is there necessarily no link. Most prebiotic chemistry over decades has focused on relatively facile reactions involving reactive precursors such as cyanoacetylene activated by UV radiation [23,24]. While impressive chemistry, successfully producing informational monomers such as activated pyrimidine nucleotides [23], this ‘cyanosulfidic protometabolism' bears little resemblance to the biochemistry of known cells in terms of substrates, pathways, catalysts or energy coupling [25]. By contrast, recent work shows that strong electron donors such as native iron [26,27], or 1 V electrical potential [28], can reduce CO2 to carboxylic acids, including all five universal intermediates in life's core metabolism—acetate, pyruvate, oxaloacetate, succinate and α-ketoglutarate [26,27,29,30]. Intriguingly, glyoxylate can drive interconversions between all Krebs cycle intermediates [29]. These findings are an important proof of concept and link beautifully with the structure of metabolism, in which the hydrogenation of CO2 forms primarily C2–C5 carboxylic acids—carbon skeletons—from which are formed amino acids, fatty acids, sugars and eventually nucleotides [16–18,25,26,31]. Amino acids [29,32], fatty acids [33] and sugars [34,35] have been synthesized from carboxylic acids or their derivatives under equivalent prebiotic conditions, though nucleotides have proved more difficult so far [25]. Many of these reaction pathways were proposed to occur spontaneously in alkaline hydrothermal vents by Martin and Russell more than a decade ago [18,36] and these recent experimental findings confirm their predictions.

Pour moi, il y a deux points : la "chimie cyanosulfidique", qui fonctionne largement sur les composés cyanurés et les ultraviolets/éclairs, comme on l'a faisait déjà depuis Stanley Miller, à très peu de ressemblance avec la chimie actuelle du vivant sur beaucoup de points (contrairement à la "chimie hydrothermale sous-marine"), et elle est surtout beaucoup plus facile à explorer en laboratoire que les hypothèses des évents hydrothermaux sous-marins. En particulier, la chimie des évents hydrothermaux est beaucoup plus sélective (et les produits des réactions qui n'ont pas contribué sont évacués dans l'océan), et elle est évidemment très influencée par les espèces minérales qu'on met dans la cheminée de laboratoire (ce qui par ailleurs, renforce le caractère sélectif).

Cordialement.

[Geb]

Ce qui m'embête dans cette "théorie du métabolisme d'abord", c'est que le pain fabrique le fournil; cela dit et comme nous en avions discuté il y a quelques années, un co-développement est en revanche assez facile à conceptualiser; pour ce qui est de la correspondance cycle de Krebs (inversé) / codon: l'identité des codons commençant par G avec les produits direct du cycle (dont le fonctionnement abiotique a été globalement démontré) pourrait tout bêtement être lié au fait que les premier proto-ARNt avaient un codon de liaison commençant toujours par G et qu'ils se liaient donc avec ce qui était disponible en quantités les plus importantes.

Je pense que l'analogie "le pain fabrique le fournil" est assez singulière dans ce contexte, puisque l'approche métabolique assure justement une source de métabolites et d'énergie hors de l'état d'équilibre qui me semble être un bon départ pour construire le reste (et par ailleurs, construire sur des bases solides des hypothèses plausibles sur les origines des premiers organismes vivants). Quel serait l'alternative que tu suggères ?

L'important à comprendre c'est que la rotule entre le métabolisme et le code génétique n'a pas pu se faire spontanément, l'utilisation des acides aminés (ou d'autres molécules éventuellement), n'a pu se faire que si elles ont pu avoir une autre fonction simple et immédiatement utile pour la vie naissante, ce sans qu'un quelconque métabolisme génétiquement contrôlé n'existe encore; les molécules utilisées par la vie devaient donc être présentes à sa naissance, ce qui suppose donc qu'un "métabolisme abiotique" permettant la fabrication de quelques petites molécules en grande quantité devait exister.

En fait, l'hypothèse métabolique incite à ne pas penser en terme de briques du vivant, mais précisément, en terme de métabolites et surtout en terme anabolique et pas vraiment catabolique (Srinivasan & Morowitz, 2009). D'ailleurs, avant même l'apparition des acides nucléiques (peu importe l'avantage évolutif qu'ils aient pu apporter à l'origine), il y a toute une série d'études récentes sur les interactions entre sucres et acides aminés (Morowitz, 2001).

Cordialement.

[dr.Garou]

Je pense que l'analogie "le pain fabrique le fournil" est assez singulière dans ce contexte, puisque l'approche métabolique assure justement une source de métabolites et d'énergie hors de l'état d'équilibre qui me semble être un bon départ pour construire le reste (et par ailleurs, construire sur des bases solides des hypothèses plausibles sur les origines des premiers organismes vivants). Quel serait l'alternative que tu suggères ?

Je dis simplement que la vie ne provient pas d'un métabolisme prébiotique mais plus surement que la vie naissante s'est appuyée sur cette source de molécules pour émerger.

il y a toute une série d'études récentes sur les interactions entre sucres et acides aminés (Morowitz, 2001).

J'ai lu beaucoup de publications sur cette thématique et celle des sucres prébiotiques, mais elles se heurtent toutes (comme me l'ont d'ailleurs signalés certains de leur auteurs) à deux gros écueils:
- Il y a formation d'une quantité faramineuse de produits de réaction où aucun ne présente une concentration prépondérante, ni d'orientation privilégiée vers telles ou telles molécules.
- Dans l'océan primitif, surmonté d'une atmosphère alors très riche en dioxyde de carbone, le pH devait être très bas, ce qui est idéal pour faire du "caramel", bref dégrader rapidement les sucres qui pourraient se former.

Les sucres restent de fait des molécules simples très fragiles et facilement soumises à diverses dégradations (thermiques, acido-basiques, chimiques).

[Deedee81]

Salut,

Je dis simplement que la vie ne provient pas d'un métabolisme prébiotique mais plus surement que la vie naissante s'est appuyée sur cette source de molécules pour émerger.

Réfléchit un peu :
- Métabolisme pré-biotique, cela veut simplement dire des molécules subissant des réactions chimiques (enfin, c'est un peu plus que ça mais pas tellement)
- Forcément que c'est parti de molécules pré-existante
Donc, les deux points que tu opposes sont..... identiques

Ou alors tu t'es mal expliqué et d'ailleurs je suis d'accord avec la suite :

J'ai lu beaucoup de publications sur cette thématique et celle des sucres prébiotiques, mais elles se heurtent toutes (comme me l'ont d'ailleurs signalés certains de leur auteurs) à deux gros écueils:
- Il y a formation d'une quantité faramineuse de produits de réaction où aucun ne présente une concentration prépondérante, ni d'orientation privilégiée vers telles ou telles molécules.

Cela s'appelle le problème des poisons d'une part (quand on a une chaine de réactions catalytiques, il y a plus de molécules qui peuvent la bloquer qu'y contribuer). Et le problème de dilution.
(je ne tranche pas pour le coté chiral, il y a d'ailleurs plusieurs hypothèses à ce sujet)

Il y a quelques années j'avais tenté de m'attaquer au problème des poisons en construisant un modèle informatique relativement réaliste des réactions chimiques (dur, dur, et gourmand en temps de calcul !)
Mon idée était de tester diverses hypothèses que j'avais en tête. Mais je me suis heurté au problème de dilution (je n'avais même dans un mélange important quasiment qu'une molécule de chaque sorte !!!! Et les chaînes catalytiques ne s'enclenchaient pas).

Et de fait dans les nombreuses lectures que j'ai lu sur l'origine de la vie, ces deux problèmes sont très rarement évoqués. Les chercheurs préfèrent choisir soigneusement les molécules dont ils discutent (bon, c'est un point de départ, mais ça ne résout pas le problème) ou se basent sur des données expérimentales extrêmement restreintes (on met juste ce qu'il faut dans l'éprouvette) ou des simulations contraintes (seulement certains types de molécules). Ceci me fait dire qu'on a énormément avancé sur le sujet mais qu'on n'a encore seulement effleuré les contre-fort de l'Everest si je peux m'exprimer ainsi.

Pour les sucres je ne connais pas les idées/solutions (mais en effet, c'est pas trivial).

Mais note que ces difficultés se posent quel que soient le stade (les molécules) à partir duquel ont fait émerger la vie. Il y a clairement encore certains aspects qui nous échappent totalement, je ne parle pas des détails, mais certains aspects majeurs qu'on n'a pas encore compris, trouvé .... ou deviné. Ce qui n'empêche évidemment pas de chercher, c'est passionnant
(les découvertes récentes purement abiotiques des nucléotides sont un bel exploit et particulièrement instrictifs, par exemple)

Mais je ne crois pas que des idées correctes seront trouvées ici (même en plongeant dans les centaines de publications sur le sujet).
C'est mon avis (et je pense que Geb est beaucoup plus optimiste sur l'avancement du domaine, il confirmera ou pas)

[Geb]

Bonjour,

Cela s'appelle le problème des poisons d'une part (quand on a une chaine de réactions catalytiques, il y a plus de molécules qui peuvent la bloquer qu'y contribuer).

En ce qui concerne le problème des poisons, ça nécessite de retracer une perspective historique. En gros, on commence à peine les travaux et on a mis le temps à se lancer dans cette voie avec ce que j'aurais envie d'appeler les "bons outils conceptuels".

On s’interroge depuis longtemps sur la nature de la vie et sur un programme de recherche visant à combler l’immense fossé qui conduit d’une jeune Terre sans vie à une proto-cellule. Un des paris fous qu’ont fait Harold Morowitz et ses collègues c’est d’avoir eu l’intuition que la vie était tout simplement ce qui pouvait être produit à partir des 11 métabolites du cycle de Krebs dans son sens réducteur, dans les conditions particulières qui vont faire que cette réaction auto-catalytique simple se mette à évoluer. Comme je l’ai écrit par ailleurs, il y a eu d’autres métabolismes primordiaux proposés, comme la voie de Wood-Ljungdalh ou quelque chose d’approchant. De mon point de vue, autour de cette seule intuition, on est déjà en mesure de construire un programme de recherche fascinant.

Maintenant, il y a eu la question de savoir où un métabolisme primordial (peu importe sa nature particulière) a pu apparaître ? C’est là qu’apparaît Russell qui est assez seul, voire ridiculisé (notamment par Stanley Miller et Antonio Lazcano) pendant une dizaine d’années jusqu’à ce qu'un des articles qu'il a co-écrit en 1997 commence à intéresser un certain Bill Martin.

En mai 2009, John Whitfield avait publié un portrait de Mike Russell dans la revue Nature. William F. Martin y rappelle sa première réaction à la lecture d'un article de Russell et Hall de 1997 :

Martin, now at Heinrich Heine University in Dusseldorf, Germany, loved Russell’s ideas. “I looked at it,” says Martin, “and I said ‘Well, this is easy — the origin of life is basically solved.’”

L’idée centrale de son hypothèse, c’est que les micro-compartiments d’un évent hydrothermal alcalin dans un océan acide riche en dioxyde de carbone et en hydroxyde de fer (dans les conditions anoxiques de l’Hadéen) étaient particulièrement propices à la formation d’une sorte de proto-mécanisme chimiosmotique (d’où l’importance d’un océan acide et d’un fluide hydrothermal basique). Pour Russell et ses collaborateurs, tout se passe au sein de l’évent hydrothermal alcalin, qui devient une sorte de "réacteur géochimique" où les premiers organismes vivants ont pu se former.

Je me souviens d’avoir été frappé par la remarque du minéralogiste Bob Hazen dans le portrait de Russell cité plus haut, paru dans Nature (Whitfield, 2009) :

It's a high-risk strategy, says Hazen, because the early Earth would have had many sources of organic molecules, and many places where they could have become concentrated. He likens Russell's approach of testing just one detailed possibility to starting a game of twenty questions by asking "is it Winston Churchill?" rather than "is it a man?". It is glorious if you're right, but it doesn't narrow things down much if you're wrong. "Mike Russell has a hunch, and there's nothing wrong with that," he says. "Maybe it'll be like winning the lotto and his hunch will be right, or maybe it wasn't Winston Churchill after all, and that leaves the other 6 billion people on Earth to go through."

Si des conditions géologiques particulières dans un endroit bien précis de l’environnement de la Terre primitive (un champ hydrothermal sur le plancher océanique à l’Hadéen) ont véritablement été propices à l’émergence et le maintien d’un cycle proto-métabolique autocatalytique ressemblant plus ou moins au cycle de Krebs dans un sens réducteur, ou à une voie proto-métabolique ressemblant peu ou proue à la voie de Wood Ljungdahl, auto-entretenue par les réactions de serpentinisation, une autre question fascinante se fait jour : peut-on reproduire spontanément tout ou partie du cycle de Krebs inversé, ou de tout autre proto-métabolisme supposé, dans des conditions hydrothermales ?

Alors, au début des années 1990 (avant que l’hypothèse de Russell ne soit vraiment reconnue), l’idée de reproduire des conditions hydrothermales en laboratoire, c’était de voir si des "molécules prébiotiques" (en particulier des acides aminés) pouvaient se former dans ces conditions. C’était largement influencé, à tort de mon point de vue, par les expériences de chimie prébiotiques depuis Miller, dans lesquelles ont se foutaient pas mal de se rapprocher au maximum des conditions de synthèse métaboliques dans les organismes vivants actuels. Je me souviens d’une remarque de Russell dans une interview en 2008 (impossible de la retrouver sur internet) dans laquelle il déclarait, en gros, qu’il détestait l’expression de molécules prébiotiques et que dans son modèle, les "molécules prébiotiques", étaient celles qui arrivaient dissoutes dans l’eau, de l’extérieur vers l’intérieur de son réacteur hydrothermal. Autrement dit, ce sont des molécules très simples, formées de quelques atomes, comme le dioxyde de carbone, l’ion nitrite (NO^2-), l'ion hydrosulfure (H^S-), etc.

Aujourd’hui, les expériences de laboratoire de ce type visent plutôt à trouver les conditions géochimiques susceptibles de former efficacement chacun des métabolites du cycle de Krebs inversé (ou un autre proto-métabolisme), plus ou moins dans l’ordre dans lesquels ils sont formés dans le cycle que l’on trouve actuellement chez les micro-organismes autotrophes. Il y a eu plusieurs tentatives, dans les labos de Mike Russell au Jet Propulsion Laboratory et de Nick Lane au University College London.

Dès la fin des années 1990, il y a même eu des travaux pionniers au laboratoire de George Cody (au sein duquel Bob Hazen a travaillé), mais l’idée de George Cody à l’époque c’était carrément d’essayer de trouver les conditions pour reproduire de manière abiotique le cycle de Krebs inversé dans son ensemble, dans les conditions physico-chimiques d’une cheminée hydrothermale. Sachant que sa chambre de réaction, qu’il a mis des années et des années à mettre au point, était une capsule en alliage d’or de quelques millimètres cubes (impossible de savoir ce qui se passe d’un point de vue chimique pendant l’expérience elle-même), et qu’à l’époque on avait pas encore découvert d’évent hydrothermaux alcalins, c’était super ambitieux (et incroyablement optimiste) de sa part.

Aujourd’hui, je dirais que les travaux de recherche en laboratoire, comme on le voit encore dans les discussions récentes sur la nature du proto-métabolisme, cherchent d’abord à trouver les bons catalyseurs, toujours inspiré par le vivant actuel, et en particulier par la remarque sur la "catalyse faible" des petites molécules et des ions métalliques, que David Penny a élégamment formulé (Penny, 2005) :

In biochemistry the focus has been on macromolecules (especially proteins) catalyzing reactions. However, weak catalysis is a property of many small molecules and metallic ions, albeit with much lower rates. For example, we think of the break down of hydrogen peroxide (H₂O₂) to water and oxygen being carried out by the protein enzyme catalase. However, catalase has a heme molecule as a coenzyme (cofactor) that is involved in this chemical reaction, and the heme molecule by itself (without the protein) is a weak catalyst of the reaction. Again, the metal at the active center of heme, Fe²⁺, is also a catalyst, even though even weaker than heme. Thus small molecules and ions are also catalysts.

C’est peut-être moins impressionnant que la synthèse de deux acides nucléiques par John Sutherland et son équipe en 2009, mais c’est plus cohérent du point de vue de la complité chimique qu’on tente de reproduire.

Dans son article de 2005, David Penny avait aussi écrit que :

Autocatalytic cycles work in mathematical equations (Hordijk and Steel 2004) and are an important feature for future work.

Et on voit aussi ça, l’usage des modèles mathématiques dans la définition sommaire de proto-métabolismes plausibles aux propriétés diverses, dans de nombreux travaux de recherche de ces dernières années.

C’est certes simplifié à l’extrême et ça ne prend peut-être pas assez en compte le "problème des poisons" (qui je crois a été formulé clairement pour la première fois par Philip Abelson en 1956, mais on trouve ça aussi chez Christian de Duve dans les années 1980 et probablement beaucoup d’autres chercheurs), mais d’une manière ou d’une autre les organismes vivants s’accommodent du problème des poisons grâce à une chimie sélective. Et peut-être aura-t-on besoin de cette chimie sélective, grâce à la catalyse faible (inspirée des macromolécules du vivant actuel), permise par les ions métalliques et les petites molécules, pour nous affranchir efficacement et spontanément, du problème des poisons.

Comme on peut l’imaginer, vérifier une à une toutes les interactions possibles entre petites molécules en solution aqueuse dans des conditions rédox, des pH et des températures différentes est un travail extrêmement fastidieux (même s’il se limite aux pistes déjà indiquées par le vivant actuel), mais il y a déjà quelques travaux récents assez intriguants. J’en ai deux en tête :

D’abord, dans le labo de Nick Lane, la question étant l’origine de l’ATP, en partant de l’hypothèse chère à Christian de Duve, mais déjà explorée auparavant, d’abord par Lars Onsager puis par Fritz Lipmann, d’une série de molécules s’acquittant du rôle de "monnaie d’échange énergétique" des réactions biochimiques, aujourd’hui dévolu quasi exclusivement à l’ATP, mais qui aurait été basée à l’origine sur des thioesters :

Why this early phosphorylating agent was replaced, and specifically with ATP rather than other nucleotide triphosphates, remains a mystery [...] We confirm earlier results showing that acetyl phosphate can phosphorylate ADP to ATP at nearly 20 % yield in water in the presence of Fe³⁺ ions. We then show that Fe³⁺ and acetyl phosphate are surprisingly favoured: a panel of other prebiotically relevant ions and minerals did not catalyze ADP phosphorylation; nor did a number of other potentially prebiotic phosphorylating agents. Only carbamoyl phosphate showed some modest phosphorylating activity. Critically, we show that acetyl phosphate does not phosphorylate other nucleotide diphosphates or free pyrophosphate in water. The phosphorylation of ADP monomers seems to be favoured by the interaction between the N6 amino group on the adenine ring with Fe³⁺ coupled to acetyl phosphate.

L’autre exemple qui me vient en tête, toujours du labo de Nick Lane, c’est l’apparent rôle spontané que joue le simple ajout de la cystéine dans la formation de catalyseurs inorganiques plus "compétents" d’un point de vue biochimique :

- Spontaneous assembly of redox-active iron-sulfur clusters at low concentrations of cysteine (Jordan et al., 2021)

Et qu’est-ce qu’on y trouve ? Des clusters fer-soufre formés spontanément, ces molécules qui sont encore présentes dans de nombreux centres actifs des enzymes actuels et qui ont des propriétés catalytiques très versatiles (versatilité d’ailleurs liée aux propriétés assez extraordinaires de l’atome de fer, qui était beaucoup plus abondant dans les océans à l’Hadéen).

Peut-être un dernier exemple, qui avait beaucoup intéressé Harold Morowitz et ses collègues, c’était la découverte et l’étude toujours plus fine du potentiel catalytique de la proline (Morowitz et al., 2005). Il y a d’ailleurs une autre série de propos très inspirés au début de cet article :

Small molecule catalysis is a finding of utmost importance for the origin of biochemistry. Think of the chart of intermediary metabolism. In graphic form the dots are substances and the lines are reactions. Next take a clear plastic overlay and connect dots to reactions that they catalyze. This is then a metagraph that organizes the array of substances, the concentration distribution, and the array of cycles in the network. The distributions and flows with the overlay will be vastly different from the uncatalyzed network. The distribution is an emergent feature of the catalytic property of small molecules.
Because both amino acids and nucleotides have molecules of catalytic potential, the chicken and egg argument between proteins and nucleic acid polymers disappears. The answer to “which came first, protein or nucleic acid” is: “metabolism.” They grew up together by catalyzing each other’s reactions. In this context sugars and amino sugars may also play a significant role. All of this opens up a study of the catalytic potential of functional groups in small molecules. This is related to the study of the functional groups of molecules that form the active sites in large polymers and their cofactors.

Enfin, on pourrait en citer beaucoup d’autres…

Cette importance de la catalyse faible, même si elle était bien comprise par quelqu’un comme Eric Smith (né en 1965) et son mentor Harold Morowitz (décédé en 2016) n’apparaît encore que par petite touche ici et là dans la littérature scientifique actuelle, et rassembler tous ces travaux en un tout cohérent est une vraie gageure, même pour quelqu’un qui y consacre tout son temps libre. Mais c’est un passe-temps que je trouve éminemment stimulant intellectuellement.

Grâce aux quelques intuitions, aux "paris" ou axiomes de base exposés ci-dessus, le fil de la complexification progressive des métabolites disponibles peut servir d’outils pour retracer une histoire de l’évolution du vivant, des petites molécules à quelques atomes en interaction, au proto-métabolisme sous la forme d’un cycle auto-catalytique ou d’une réaction auto-entretenue d’une grosse dizaine de métabolites, jusqu’à la véritable cellule vivante primitive dotée d’un métabolome minimal estimé aujourd’hui, suivant les définitions, à 287 métabolites (Srinivasan & Morowitz, 2009) ou 404 réactions métaboliques (Wimmer et al., 2021). Et avoir un fil rouge pour combler ce fossé immense qui sépare une Terre sans vie de la première population de cellule minimale à toujours été une préoccupation quasiment angoissante des chercheurs dans le domaine.

Cordialement.

[Deedee81]

Salut,

Merci de toutes ces précisions.

Tu n'as pas répondu à ma question : sur le sujet de l'avancée dans ce domaine, tu es plus optimiste que ce que j'en disais, non ?
(pour moi même en cumulant tout ce qu'on sait, on ne connait guère que quelques pourcent des "grands lignes", et ne parlons pas des détails)

Evidemment ça ne peut être qu'un avis (on n'a pas de boule de cristal pour estimer ce qui sera encore découvert et je ne juge pas la validité de la prise de position) et je pense que la réponse est oui mais c'est utile de connaître la position de chacun. Mais je préfère que tu le dises toi-même, je ne peux pas décider à ta place

Mais j'aime bien ton "préoccupation angoissante", ça veut peut-être dire "ni oui ni non"