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

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

1) La vie : une question d’origine… 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. 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

Stromatolites (Australie)

2) 3 théories explicatives Pour expliquer la vie 3 théories existent 1) apparition de la vie à partir de l’atmosphère 2) apparition de la vie à partir de sources hydrothermales 3) apparition de la vie à partir d’une origine extraterrestre ou exogenèse

2-1) La vie à partir de l’atmosphère L’expérience de Stanley Miller 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 l’action combinée de deux facteurs : Une atmosphère gazeuse Une source d'énergie

2-1) Miller s’est 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 d’années) = eau sous forme gazeuse dans les enveloppes qui entouraient la Terre Pour reproduire l’atmosphère qui existait durant cette phase éruptive, il fait le vide dans un ballon, introduit des éléments chimiques présents dans l’atmosphère primitive : CH4 (méthane), NH3 (ammoniac), H2 (hydrogène) et de la vapeur d’H2O sous forme gazeuse. Pour créer les éclairs (source d’énergie), il fait des étincelles dans le ballon pendant toute l’expérience. Elle va durer sept jours.

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. Les proportions de ces composés pouvaient atteindre jusqu'à 2%. Ainsi, Miller a démontré que la vie pouvait être créée à partir d’une atmosphère réductrice (oxydoréduction), d’une source d’énergie telle que les éclairs. Cependant, l’atmosphère 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…

2-1) Expérience de Miller (1953)

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). Au niveau de ces dorsales océaniques, on a découvert en 1977, l’existence 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.

Croûte océanique et fumeurs

Les mouvements des plaques provoquent des fractures de la croûte océanique dans lesquelles l’eau de mer s’infiltre. Au contact du magma, l’eau de mer s’échauffe et se vaporise, le fluide remonte alors sous l’effet de la pression et de la température, en s’acidifiant et en se chargeant d’éléments métalliques. Au contact de l’eau froide les minéraux du fluide précipitent et forment alors des cheminées pouvant atteindre 20 m de haut.

La photosynthèse est ici impossible, il n’y pas de lumière disponible. 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). La photosynthèse est ici impossible, il n’y pas de lumière disponible. C’est la chimiosynthèse qui fournira l’énergie par une réaction chimique entre des composés soufrés et l’oxygène présent. Grâce à l’énergie dégagée et aux minéraux, il y a production de molécules organiques avec lesquelles la vie peut se développer.

2-3) L’origine extraterrestre : l’exogenèse Dernière théorie, l’idée que la vie viendrait de l’espace ! Les micrométéorites et les météorites (fragments d’astéroïde tombant sur terre) transporteraient une grande quantité de molécules prébiotiques (qui permettent l’apparition de la vie) à partir desquelles les premières cellules se seraient assemblées. Dans le vide interstellaire, on a déjà recensé jusqu’à 120 molécules organiques… Notre planète a pu être ainsi ensemencée en molécules par ces apports exogènes extraterrestres

2-3) Il existe 3 grands types de corps célestes 3 types de corps célestes sont susceptibles de fournir ces éléments lors d’impacts : Les comètes Les météorites Les micrométéorites une comète contient 30% de matière organique avec des atomes de carbone, d’oxygène, d’azote et d’hydrogène. 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 !

Remarque : Les micrométéorites chaque année la terre en reçoit 20 Remarque : Les micrométéorites chaque année la terre en reçoit 20.000 tonnes ! Au début de la formation du système solaire, elle en recevait 100 à 10.000 fois plus. Dans une coquille à base de Silice, les micrométéorites contiennent en plus des sulfures (Soufre), de l’argile et du Carbone. Cette configuration permet de préserver le contenu de la coquille durant le voyage dans l’espace et de résister à l’entrée dans l’atmosphère.

3) L’œuf ou la poule/ADN ou ARN ? Comment expliquer l’apparition 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'ARN, l'acide ribonucléique, qui recopie les instructions de l'ADN pour les faire exécuter dans la cellule. Qui apparaît en premier l’ADN ou l’ARN ?

3) L’œuf ou la poule/ADN ou ARN ? On considère que les protéines sont apparues en premier et qu’un « hasard miraculeux » aurait donné naissance à l’ARN. En fait l’ARN est déjà l’évolution d’une autre molécule primitive AMP (Azote, sucre, pyrophosphate inorganique) + PI donnera de l’ATP. Les chaînes ATP–AMP–AMP–AMP vont donner l’ARN primitif. L’ARN serait à la fois l’œuf et la poule, Ce qui renforce l’hypothèse d’une origine extraterrestre de la vie : c’est la panspermie

4) La Théorie de l’évolution Avant cette vision d’évolution chimique, l’Homme a tenté de déterminer une origine de la vie. Avant J-C on pensait que : la vie serait venue de l’évaporation de l’eau par le soleil (Anaximandre de Milet 610 à 546 av. J.-C.), Les organes s’assembleraient 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. Autre origine : la génération spontanée, la vie est pensée comme innée ! (acceptée même par Descartes et Isaac Newton) C’est 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

4) La Théorie de l’évolution La genèse de la bible porte l’idée d’un créateur qui aurait créé l’homme et les espèces vivantes L’Homme serait l’être le plus important de la création (Dieu l’a 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 : discrédit scientifique déshonneur pour la famille menaces cléricales (ex-communication) L’idée même que les espèces se transforment au cours du temps remettait en question l’existence de l’Humanité.

5) L’Évolution en question : Lamarck, Darwin Précurseur : Jean-Baptiste de Monet, Chevalier de Lamarck (1744-1829). A partir de 6000 espèces collectées et de 1000 fossiles qu’il décrivait et classait, il découvrit une filiation entre les espèces passées et présentes. La théorie de Lamarck est transformiste : Les espèces dérivent l’une de l’autre une nouvelle espèce peut naître sous la pression du milieu

5) Charles Darwin (1809-1882) Charles Darwin, naturaliste, lors d’une expédition de 5 ans (1831-1836) 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 d’une contrée à l’autre (becs adaptés), sa théorie de l’évolutionnisme. Il va aller plus loin que Lamarck en parlant de populations d’êtres vivants et non plus d’espèces. Ainsi, il explique la diversification des espèces et leurs transformations graduelles à l’intérieur d’une même population.

Observation des pinsons

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

Caricature des opposants au Darwinisme

7) Évolutionnisme vs créationnisme L’opposition entre évolutionnistes (évolution des espèces) et créationnistes (Dieu seul créateur) est toujours d’actualité ! Aux États-unis, des groupes néo-conservateurs et protestants réclament la présentation des deux théories dans l’enseignement, 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 L’Atlas de la création de Harun Yahya 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