Les Aventures de Luca

The origin of Life
ORIGINE DE LA VIE

Tout d’abord une définition : qu’est-ce que la vie ?

Philosophiquement : Système capable d’assumer sa propre destinée.
Ou encore :
Organisation dont la seule finalité est l’exploitation des lois naturelles à des fins égoïstes.

Scientifiquement : Système autonome capable d’agir sur son environnement pour lui extraire les substances nécessaires à sa construction, son fonctionnement et sa reproduction.

Tout cela dit en termes plus savants , selon Jacques Monod (prix Nobel) :

Trois propriétés fondamentales caractérisent la vie selon lui :
- Téléonomie
- Morphogénèse autonome
- Invariance reproductive
Pour être plus clair :
La téléonomie est la caractéristique des objets doués d’un projet, pour eux-mêmes (reproduction), et sur leur environnement (artefacts). Mais attention : pour Monod (et beaucoup d’autres) le fait que les objets vivants aient un projet n’implique nullement que la nature en ait eu un en les créant. Ce serait anti-scientifique de l’admettre. Mais Monod reconnaît quand même modestement que l’on ne peut prouver la non-existence d’un projet. Mais sait-on jamais ? (nda).
La morphogénèse autonome est la propriété d’objets capables de s’auto-organiser (à la manière des cristaux).
L’invariance reproductive est la traduction du pouvoir des objets vivants de reproduire et transmettre sans erreurs l’information correspondant à leur propre structure.

Remarque 1 : Avec les définitions de Monod on ne voit pas comment des espèces nouvelles (par rapport à quoi d’ailleurs ?) pourraient voir le jour.

Remarque 2 : La remarque précédente met en évidence qu’il ne faut pas confondre les questions inhérentes à l’apparition de la vie et celles qui concernent l’évolution qui va en principe vers toujours plus de complexité à partir d’un petit quelque chose que la nature aura créé. L’évolution met en évidence le potentiel de la vie en matières d’espèces innombrables (10^9), de l’adaptation et de la sélection.

Préambule, pour mettre tout le monde à l’aise : on ne connaît pas encore la solution du problème posé par l’apparition du premier objet vivant.

Paradoxe préliminaire :

Pour construire quelque chose il faut un plan et un ouvrier
Et pour avoir un plan et un ouvrier il faut les construire.

Paradoxe bien connu de l’œuf et de la poule.

Essayons quand même.

Pour passer à la vie il faut que se réalise un système autonome répondant aux définitions mentionnées plus haut et contenir :
- un plan de fabrication (gestion et reproduction)
- une centrale énergétique
- une usine de production de matières organiques (protéines, acides nucléiques, hormones etc …)
Tout cela est contenu dans une cellule « moderne », qui représente un prodige de complexité et d’efficacité, d’une ingéniosité incroyable. « Enigme de la perfection » (Denton) (à lire absolument ce chapître).
La matière de la vie

La vie n’est que chimie, n’en déplaise aux « purs esprits » !

Une cellule-type est constituée de dix mille milliards d’atomes, dont aucun n’est disposé au hasard.

Quid de ces atomes ?

Les atomes : assemblage de neutrons, de protons et d’électrons en proportions variables et selon les règles très rigoureuses de la mécanique quantique. Le premier atome créé dans l’univers est l’hydrogène : 1 proton + 1 électron. Tous les autres atomes naturels connus sont formés à partir de l’hydrogène, dans les étoiles. Les étoiles sont donc les usines de fabrication des constituants de base de la matière : Carbone, Azote, Oxygène, Fer, Silice, Phosphore, Sodium ……..

Les molécules : les atomes différents créés dans les étoiles ont chacun des propriétés spécifiques qui leur permettent de s’associer en molécules : H2O, HCONH2, HCN, CO2, HCOOH, CH3COOH, NH3 ….. on trouve de telles structures dans les espaces interstellaires… on trouve même des acides aminés de structure analogue aux acides aminés de la vie.

Les molécules de la vie : parmi tous les assemblages possibles, on trouve deux familles importantes :
- les acides aminés
- les nucléotides
Ces molécules offrent la propriété de s’assembler en longues chaînes. Schématiquement, les acides aminés sont à la base de la construction des protéines et les nucléotides forment le support de l’information génétique en générant les acides nucléiques (ARN et ADN).
Les acides nucléiques offrent la remarquable propriété d’être capables de se dupliquer. Mais ils ne peuvent construire directement des organismes. Ils ont tourné la difficulté (malins quand même !) en fabriquant d’autres acides nucléiques (plus petits) capables d’amener l’information nécessaire à des protéines spécialisées pour qu’elles commencent leur travail de construction (on les appelle les ARN messagers).

Remarque : en remontant dans la chaîne des êtres élémentaires on arrive aux virus, qui ne sont constitués que d’ADN, et ne peuvent se reproduire qu’en injectant leur patrimoine génétique dans une cellule-hôte. On considère que les virus ne sont pas exactement des êtres vivants. Mais ces structures sont peut-être à l’origine de la vie. Mais ce n’est pas tranché.

Les premiers instants de la vie

Il aura fallu que soient réunis dans un espace très restreint les élément indispensables à l’association de molécules organiques accumulées en concentrations suffisamment importantes : acides aminés, sucres, bases, nucléotides, métaux, catalyseurs… On est loin de l’océan de la soupe primitive.
Pour que les constituants de base puissent s’associer et faire de la vie, il est indispensable qu’ils soient rassemblés à l’intérieur d’une membrane hydrophobe. Les corps gras, les lipides, savent faire cela : organisation spontanée en liposomes, microémulsions, qui permettent d’isoler le monde extérieur. Pour permettre les échanges il faut néanmoins que les liposomes soient associés à des molécules hydrophiles, des protéines …
Encore un mystère de plus : des capsules, d’accord, mais par quel heureux hasard la capsule s’est-elle trouvée là au bon moment ? ? ? Pas de réponse pour le moment ….

Pour vivre, le premier être était donc constitué d’une membrane extérieure imperméable associée à des protéines assurant les échanges avec l’extérieur. A l’intérieur on trouve de l’ADN, des protéines spécialisées (enzymes) qui sont déjà des structures de grande complexité et hautement spécialisées (on ne sait pas encore les synthétiser), et de l’énergie stockée sous forme chimique (les ATP : molécules capables de fournir de l’énergie par réaction avec l’eau). Ce premier être vivant, d’un millième de millimètre, s’appelle :

LUCA
Last Universal Cell Ancestor

Lui et ses descendants immédiats unicellulaires ont été les seuls à peupler la Terre pendant trois milliards d’années.
Bibliography

Title Author Editor Year Kind Interest

L'Origine de la Vie Robert Shapiro Flam 86-94 Bio/chem ***
Une Histoire de la Vie Gilles Macagno Ellipses 99 Bio/Ev ***
La Légende de la Vie Albert Jacquard Flam 92-99 Bio/Ev/His *
La Vie dans la Matière Gilbert Chauvet Flam 95 Bio/Maths **
Au Cœur de la Vie
La Cellule Boyce Rensberger De Boeck 99 Bio ***
La Terre est un être vivant James Lovelock Flam 79-90 Bio **
Le Hasard et la Nécessité Jacques Monod Seuil 70 Bio *
La Logique du Vivant François Jacob Gallimard 70 Bio/Ev **
Evolution Michael Denton Flam 85-92 Bio/Ev ****
L'Emancipation de la Vie Josef Reichholf Flam 92-93 Bio/Ev
La Sixième Extinction Leaky/Lewin Flam 95-97 Ev
La Vie est belle S.J. Gould Seuil 91 Ev ***
Darwin et les Grandes Enigmes de la Vie S.J. Gould Seuil 77-97 Bio/Ev **
Le Darwinisme en question Phillip E. Johnson Exergue 93-96 Ev **
Le Darwinisme ou la fin d'un mythe Rémy Chauvin Rocher 97 Bio/Ev *
L'Horloger Aveugle Richard Dawkins Laffont 86-89 Ev *
Les Origines Cosmiques de la Vie Armand Delsemme Flam 94 Bio/Chem
Théorie Neutraliste de l'Evolution Motoo Kimura Flam 94 Ev
Le Livre de la Vie S.J. Gould Seuil 93 Ev **


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18/01/00