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1 Origine de la vie Cours Ifsi 1ere année 2008-2009.

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1 1 Origine de la vie Cours Ifsi 1ere année

2 2 1) Origine de la vie Définition de la vie par la NASA : Définition de la vie par la NASA : « La vie est un système chimique auto-entretenue capable d'évolution darwinienne » « La vie est un système chimique auto-entretenue capable d'évolution darwinienne » Cest une définition qui suppose : Cest une définition qui suppose : un phénomène chimique, un phénomène chimique, et qui valide la Théorie de Charles Darwin…. ! et qui valide la Théorie de Charles Darwin…. ! USA de plus en plus créationniste USA de plus en plus créationniste

3 3 1) La vie : une question dorigine… Une origine qui demeure encore une énigme malgré de multiples hypothèses et théories. Une origine qui demeure encore une énigme malgré de multiples hypothèses et théories. Elle est apparue sur notre planète il y a près de 4 milliards d'années. Elle est apparue sur notre planète il y a près de 4 milliards d'années. C'est dans les stromatolites, des concrétions d'algues bleues (superpositions de sédiments carbonatés), qu'ont été retrouvées les plus anciennes traces de vie sur Terre, datant de 3,5 milliards d'années C'est dans les stromatolites, des concrétions d'algues bleues (superpositions de sédiments carbonatés), qu'ont été retrouvées les plus anciennes traces de vie sur Terre, datant de 3,5 milliards d'années

4 4 Stromatolites (Australie)

5 5 2) 3 théories explicatives Pour expliquer la vie 3 théories existent Pour expliquer la vie 3 théories existent 1) apparition de la vie à partir de latmosphère 1) apparition de la vie à partir de latmosphère 2) apparition de la vie à partir de sources hydrothermales 2) apparition de la vie à partir de sources hydrothermales 3) apparition de la vie à partir dune origine extraterrestre ou exogenèse 3) apparition de la vie à partir dune origine extraterrestre ou exogenèse

6 6 2-1) La vie à partir de latmosphère Lexpérience de Stanley Miller Lexpérience de Stanley Miller Stanley Miller, chercheur américain, réalise, en 1953, une expérience visant à reproduire les conditions atmosphériques qui régnaient sur la terre primitive Stanley Miller, chercheur américain, réalise, en 1953, une expérience visant à reproduire les conditions atmosphériques qui régnaient sur la terre primitive Pour que la vie apparaisse, Miller envisage laction combinée de deux facteurs : Pour que la vie apparaisse, Miller envisage laction combinée de deux facteurs : Une atmosphère gazeuse Une atmosphère gazeuse Une source d'énergie Une source d'énergie

7 7 2-1) Miller sest basé sur la théorie du dégazage volcanique pour mettre en place son expérience Le dégazage fait suite à la formation de la Terre (4,5 milliards dannées) = eau sous forme gazeuse dans les enveloppes qui entouraient la Terre Le dégazage fait suite à la formation de la Terre (4,5 milliards dannées) = eau sous forme gazeuse dans les enveloppes qui entouraient la Terre Pour reproduire latmosphère qui existait durant cette phase éruptive, il fait le vide dans un ballon, introduit des éléments chimiques présents dans latmosphère primitive : CH4 (méthane), NH3 (ammoniac), H2 (hydrogène) et de la vapeur dH2O sous forme gazeuse. Pour reproduire latmosphère qui existait durant cette phase éruptive, il fait le vide dans un ballon, introduit des éléments chimiques présents dans latmosphère primitive : CH4 (méthane), NH3 (ammoniac), H2 (hydrogène) et de la vapeur dH2O sous forme gazeuse. Pour créer les éclairs (source dénergie), il fait des étincelles dans le ballon pendant toute lexpérience. Pour créer les éclairs (source dénergie), il fait des étincelles dans le ballon pendant toute lexpérience. Elle va durer sept jours. Elle va durer sept jours.

8 8 2-1) Résultats : Miller a pu observer dans sa soupe primitive la formation de plusieurs acides aminés, des molécules à la base des protéines qui constituent la majorité des corps vivants de notre planète. Miller a pu observer dans sa soupe primitive la formation de plusieurs acides aminés, des molécules à la base des protéines qui constituent la majorité des corps vivants de notre planète. Les proportions de ces composés pouvaient atteindre jusqu'à 2%. Les proportions de ces composés pouvaient atteindre jusqu'à 2%. Ainsi, Miller a démontré que la vie pouvait être créée à partir Ainsi, Miller a démontré que la vie pouvait être créée à partir dune atmosphère réductrice (oxydoréduction), dune atmosphère réductrice (oxydoréduction), dune source dénergie telle que les éclairs. dune source dénergie telle que les éclairs. Cependant, latmosphère de la Terre, au début de sa vie, était une atmosphère oxydante. Cependant, latmosphère de la Terre, au début de sa vie, était une atmosphère oxydante. La même expérience avec une atmosphère de ce type : (CO2, N2, H2O), a donné de mauvais rendements… La même expérience avec une atmosphère de ce type : (CO2, N2, H2O), a donné de mauvais rendements…

9 9 2-1) Expérience de Miller (1953)

10 10 2-2) Les sources hydrothermales La croûte terrestre est constituée de plaques tectoniques en mouvement créant des zones de subduction (enfoncement) et des dorsales océaniques (compression). La croûte terrestre est constituée de plaques tectoniques en mouvement créant des zones de subduction (enfoncement) et des dorsales océaniques (compression). Au niveau de ces dorsales océaniques, on a découvert en 1977, lexistence de monts hydrothermaux, plus couramment appelés « fumeurs ». Au niveau de ces dorsales océaniques, on a découvert en 1977, lexistence de monts hydrothermaux, plus couramment appelés « fumeurs ». Ces fumeurs se situent à environ 2500 m de profondeur dans une zone où la lumière est absente et où la pression avoisine les 250 bars. Ces fumeurs se situent à environ 2500 m de profondeur dans une zone où la lumière est absente et où la pression avoisine les 250 bars.

11 11 Croûte océanique et fumeurs

12 12 Les mouvements des plaques provoquent des fractures de la croûte océanique dans lesquelles leau de mer sinfiltre. Les mouvements des plaques provoquent des fractures de la croûte océanique dans lesquelles leau de mer sinfiltre. Au contact du magma, leau de mer séchauffe et se vaporise, le fluide remonte alors sous leffet de la pression et de la température, en sacidifiant et en se chargeant déléments métalliques. Au contact du magma, leau de mer séchauffe et se vaporise, le fluide remonte alors sous leffet de la pression et de la température, en sacidifiant et en se chargeant déléments métalliques. Au contact de leau froide les minéraux du fluide précipitent et forment alors des cheminées pouvant atteindre 20 m de haut. Au contact de leau froide les minéraux du fluide précipitent et forment alors des cheminées pouvant atteindre 20 m de haut.

13 13 Le fluide qui sort des fumeurs est chargé en gaz dissous et en métaux tels que : Le fluide qui sort des fumeurs est chargé en gaz dissous et en métaux tels que : CH4 (méthane), CO (monoxyde de carbone), CO2 (dioxyde de carbone), H2 (hydrogène), Si (silicium), Mn (manganèse), Fe (fer), Zn (zinc). CH4 (méthane), CO (monoxyde de carbone), CO2 (dioxyde de carbone), H2 (hydrogène), Si (silicium), Mn (manganèse), Fe (fer), Zn (zinc). La photosynthèse est ici impossible, il ny pas de lumière disponible. La photosynthèse est ici impossible, il ny pas de lumière disponible. Cest la chimiosynthèse qui fournira lénergie par une réaction chimique entre des composés soufrés et loxygène présent. Cest la chimiosynthèse qui fournira lénergie par une réaction chimique entre des composés soufrés et loxygène présent. Grâce à lénergie dégagée et aux minéraux, il y a production de molécules organiques avec lesquelles la vie peut se développer. Grâce à lénergie dégagée et aux minéraux, il y a production de molécules organiques avec lesquelles la vie peut se développer.

14 14 2-3) Lorigine extraterrestre : lexogenèse Dernière théorie, lidée que la vie viendrait de lespace ! Dernière théorie, lidée que la vie viendrait de lespace ! Les micrométéorites et les météorites (fragments dastéroïde tombant sur terre) transporteraient une grande quantité de molécules prébiotiques (qui permettent lapparition de la vie) à partir desquelles les premières cellules se seraient assemblées. Les micrométéorites et les météorites (fragments dastéroïde tombant sur terre) transporteraient une grande quantité de molécules prébiotiques (qui permettent lapparition de la vie) à partir desquelles les premières cellules se seraient assemblées. Dans le vide interstellaire, on a déjà recensé jusquà 120 molécules organiques… Dans le vide interstellaire, on a déjà recensé jusquà 120 molécules organiques… Notre planète a pu être ainsi ensemencée en molécules par ces apports exogènes extraterrestres Notre planète a pu être ainsi ensemencée en molécules par ces apports exogènes extraterrestres

15 15 2-3) Il existe 3 grands types de corps célestes 3 types de corps célestes sont susceptibles de fournir ces éléments lors dimpacts : 3 types de corps célestes sont susceptibles de fournir ces éléments lors dimpacts : Les comètes Les comètes Les météorites Les météorites Les micrométéorites Les micrométéorites une comète contient 30% de matière organique avec des atomes de carbone, doxygène, dazote et dhydrogène. une comète contient 30% de matière organique avec des atomes de carbone, doxygène, dazote et dhydrogène. les météorites ne sont pas en reste, on y a découvert la présence de 70 acides aminés dont 8 rentrant dans la composition de nos protéines les météorites ne sont pas en reste, on y a découvert la présence de 70 acides aminés dont 8 rentrant dans la composition de nos protéines les micrométéorites contiennent du carbone en quantité importante ! les micrométéorites contiennent du carbone en quantité importante !

16 16 Remarque : Les micrométéorites chaque année la terre en reçoit tonnes ! Au début de la formation du système solaire, elle en recevait 100 à fois plus. Au début de la formation du système solaire, elle en recevait 100 à fois plus. Dans une coquille à base de Silice, les micrométéorites contiennent en plus des sulfures (Soufre), de largile et du Carbone. Dans une coquille à base de Silice, les micrométéorites contiennent en plus des sulfures (Soufre), de largile et du Carbone. Cette configuration permet de préserver le contenu de la coquille durant le voyage dans lespace et de résister à lentrée dans latmosphère. Cette configuration permet de préserver le contenu de la coquille durant le voyage dans lespace et de résister à lentrée dans latmosphère.

17 17 3) Lœuf ou la poule/ADN ou ARN ? Comment expliquer lapparition de la vie à partir de ces éléments constitutifs des acides nucléiques (ADN et ARN) ? Comment expliquer lapparition de la vie à partir de ces éléments constitutifs des acides nucléiques (ADN et ARN) ? L'ADN, l'acide désoxyribonucléique, qui contient le patrimoine génétique de tout être vivant. L'ADN, l'acide désoxyribonucléique, qui contient le patrimoine génétique de tout être vivant. L'ARN, l'acide ribonucléique, qui recopie les instructions de l'ADN pour les faire exécuter dans la cellule. L'ARN, l'acide ribonucléique, qui recopie les instructions de l'ADN pour les faire exécuter dans la cellule. Qui apparaît en premier lADN ou lARN ? Qui apparaît en premier lADN ou lARN ?

18 18 3) Lœuf ou la poule/ADN ou ARN ? On considère que les protéines sont apparues en premier et quun « hasard miraculeux » aurait donné naissance à lARN. On considère que les protéines sont apparues en premier et quun « hasard miraculeux » aurait donné naissance à lARN. En fait lARN est déjà lévolution dune autre molécule primitive AMP (Azote, sucre, pyrophosphate inorganique) + PI donnera de lATP. En fait lARN est déjà lévolution dune autre molécule primitive AMP (Azote, sucre, pyrophosphate inorganique) + PI donnera de lATP. Les chaînes ATP–AMP–AMP–AMP vont donner lARN primitif. LARN serait à la fois lœuf et la poule, Les chaînes ATP–AMP–AMP–AMP vont donner lARN primitif. LARN serait à la fois lœuf et la poule, Ce qui renforce lhypothèse dune origine extraterrestre de la vie : cest la panspermie Ce qui renforce lhypothèse dune origine extraterrestre de la vie : cest la panspermie

19 19 4) La Théorie de lévolution Avant cette vision dévolution chimique, lHomme a tenté de déterminer une origine de la vie. Avant cette vision dévolution chimique, lHomme a tenté de déterminer une origine de la vie. Avant J-C on pensait que : Avant J-C on pensait que : la vie serait venue de lévaporation de leau par le soleil (Anaximandre de Milet 610 à 546 av. J.-C.), la vie serait venue de lévaporation de leau par le soleil (Anaximandre de Milet 610 à 546 av. J.-C.), Les organes sassembleraient pour former un être (Empédocle 490 à 435 av. J.-C.), Les organes sassembleraient pour former un être (Empédocle 490 à 435 av. J.-C.), Démocrite (460 à 370 av. J.- C.) décrète que la vie est issue de vers sortant de la boue pour former des humains. Démocrite (460 à 370 av. J.- C.) décrète que la vie est issue de vers sortant de la boue pour former des humains. Autre origine : la génération spontanée, la vie est pensée comme innée ! (acceptée même par Descartes et Isaac Newton) Autre origine : la génération spontanée, la vie est pensée comme innée ! (acceptée même par Descartes et Isaac Newton) Cest Aristote (384 à 322av. J-C.) qui a formulé, en premier, cette théorie « les plantes, les insectes, les animaux peuvent naître de systèmes vivants qui leur ressemblent, mais aussi de la matière en décomposition activée par la chaleur Cest Aristote (384 à 322av. J-C.) qui a formulé, en premier, cette théorie : « les plantes, les insectes, les animaux peuvent naître de systèmes vivants qui leur ressemblent, mais aussi de la matière en décomposition activée par la chaleur

20 20 4) La Théorie de lévolution La genèse de la bible porte lidée dun créateur qui aurait créé lhomme et les espèces vivantes La genèse de la bible porte lidée dun créateur qui aurait créé lhomme et les espèces vivantes LHomme serait lêtre le plus important de la création (Dieu la fait à son image). LHomme serait lêtre le plus important de la création (Dieu la fait à son image). La plupart des études de sciences naturelles, de la fin du 18e et du début 19e siècle, restaient strictement dans ce cadre biblique sous peine de : La plupart des études de sciences naturelles, de la fin du 18e et du début 19e siècle, restaient strictement dans ce cadre biblique sous peine de : discrédit scientifique discrédit scientifique déshonneur pour la famille déshonneur pour la famille menaces cléricales (ex-communication) menaces cléricales (ex-communication) Lidée même que les espèces se transforment au cours du temps remettait en question lexistence de lHumanité. Lidée même que les espèces se transforment au cours du temps remettait en question lexistence de lHumanité.

21 21 5) LÉvolution en question : Lamarck, Darwin Précurseur : Jean-Baptiste de Monet, Chevalier de Lamarck ( ). Précurseur : Jean-Baptiste de Monet, Chevalier de Lamarck ( ). A partir de 6000 espèces collectées et de 1000 fossiles quil décrivait et classait, il découvrit une filiation entre les espèces passées et présentes. A partir de 6000 espèces collectées et de 1000 fossiles quil décrivait et classait, il découvrit une filiation entre les espèces passées et présentes. La théorie de Lamarck est transformiste : La théorie de Lamarck est transformiste : Les espèces dérivent lune de lautre Les espèces dérivent lune de lautre une nouvelle espèce peut naître sous la pression du milieu une nouvelle espèce peut naître sous la pression du milieu

22 22 5) Charles Darwin ( ) Charles Darwin, naturaliste, lors dune expédition de 5 ans ( ) sur le Beagle, traversa la Patagonie, le Pérou, le Chili et les îles Galapagos, afin de répertorier et classer la faune. Charles Darwin, naturaliste, lors dune expédition de 5 ans ( ) sur le Beagle, traversa la Patagonie, le Pérou, le Chili et les îles Galapagos, afin de répertorier et classer la faune. Il élabore, à partir de cette expérience et du fameux épisode des pinsons, différents dune contrée à lautre (becs adaptés), sa théorie de lévolutionnisme. Il élabore, à partir de cette expérience et du fameux épisode des pinsons, différents dune contrée à lautre (becs adaptés), sa théorie de lévolutionnisme. Il va aller plus loin que Lamarck en parlant de populations dêtres vivants et non plus despèces. Il va aller plus loin que Lamarck en parlant de populations dêtres vivants et non plus despèces. Ainsi, il explique la diversification des espèces et leurs transformations graduelles à lintérieur dune même population. Ainsi, il explique la diversification des espèces et leurs transformations graduelles à lintérieur dune même population.

23 23 Observation des pinsons

24 24 6) Un mécanisme : la sélection naturelle Darwin ne connaissait pas les gènes mais évoqua lexistence de caractères susceptibles de sexprimer au cours des générations. Darwin ne connaissait pas les gènes mais évoqua lexistence de caractères susceptibles de sexprimer au cours des générations. Ce mécanisme interne aux êtres vivants serait « la sélection naturelle » : Ce mécanisme interne aux êtres vivants serait « la sélection naturelle » : Un caractère caché peut prendre le dessus chez des individus dominants une même population. Un caractère caché peut prendre le dessus chez des individus dominants une même population. Cette adaptation se transmet au groupe par la reproduction Cette adaptation se transmet au groupe par la reproduction Darwin est le 1er à penser lHomme comme descendant du singe. Darwin est le 1er à penser lHomme comme descendant du singe. Après la publication de louvrage, LOrigine des espèces par voie de sélection naturelle (1859), sa théorie fit scandale Après la publication de louvrage, LOrigine des espèces par voie de sélection naturelle (1859), sa théorie fit scandale

25 25 Caricature des opposants au Darwinisme

26 26 7) Évolutionnisme vs créationnisme Lopposition entre évolutionnistes (évolution des espèces) et créationnistes (Dieu seul créateur) est toujours dactualité ! Lopposition entre évolutionnistes (évolution des espèces) et créationnistes (Dieu seul créateur) est toujours dactualité ! Aux États-unis, des groupes néo-conservateurs et protestants réclament la présentation des deux théories dans lenseignement, Aux États-unis, des groupes néo-conservateurs et protestants réclament la présentation des deux théories dans lenseignement, Ou la suppression du darwinisme des ouvrages et des programmes scolaires. Ou la suppression du darwinisme des ouvrages et des programmes scolaires. La France a été concernée par ces mouvements créationnistes en janvier 2007, à travers la diffusion de LAtlas de la création de Harun Yahya La France a été concernée par ces mouvements créationnistes en janvier 2007, à travers la diffusion de LAtlas de la création de Harun Yahya Désormais, le créationnisme se nomme « Intelligent Design » (Dessein intelligent) Désormais, le créationnisme se nomme « Intelligent Design » (Dessein intelligent) Le point de vue serait plus scientifique et confirmer par des universitaires tel que : Michael Behe Le point de vue serait plus scientifique et confirmer par des universitaires tel que : Michael Behe


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