Bioastronomie - L'origine de la vie

 

http://www.astrosurf.com/luxorion/bioastro-originevie2.htm

L'origine de la vie

Ecrit en collaboration avec le Pr Cyril Ponnamperuma, U.Maryland

Présentation et remerciements (I)

Le Dr Cyril Ponnamperuma était professeur de Chimie de l'évolution à l'Université de Maryland et dirigea la division d'Exobiologie au centre Ames de la NASA. A ma demande, il accepta de m'expliquer les différents problèmes associés à la recherche de l'origine de la vie sur Terre. Malheureusement, Cyril Ponnamperuma nous quitta en 1995, non sans ayant laissé une riche bibliographie à la postérité. De notre collaboration qui remonte aux années '80 naquit l'article sur la chimie prébiotique, sur la faculté d'adaptation et celui-ci, dont l'approche est bien plus ambitieuse et pluridisciplinaire. Tous ces documents ont par la suite été remis à jour.

Introduction

Qu'est ce qui a déclenché l'étude de l'origine de la vie ? Au cours des générations, les savants ont voulu comprendre comment la vie était apparue sur Terre, et si la vie venait d'ailleurs, comment était-elle née.

Nous n’avons toujours pas de réponses précises à ces questions, d’une part du fait que les traces les plus anciennes présentes sur Terre tendent à disparaître et d’autres part que notre domaine de recherche est limité au système solaire proche. Mais les chercheurs gardent leur optimisme car nous savons pertinemment bien que cette recherche du Saint Graal de la biochimie est une quête longue et difficile qui ne peut progresser qu’à petits pas mesurés.

En effet, la confrontation des différentes théories actuelles commence lentement, à l’image des différentes pièces d’un puzzle, à dessiner une voie à travers le dédale des hypothèses. A force de nous pencher sur les conditions initiales qui conduisirent au développement de la vie, biochimistes et exobiologistes parviennent lentement à identifier certains critères de vraisemblances et à améliorer leurs méthodes de travail pour préciser nos postulats et un jour pouvoir démontrer l’origine de la vie. Aussi, à défaut de savoir exactement comment la vie est apparue sur Terre, nous allons plutôt décrire les facteurs qui favorisent son apparition.

Nous avons tous remarqué que les mousses, les plantes à fleur et la vie animale jaillissent spontanément, là où l'environnement est propice à leur évolution.

Un événement historique illustre magnifiquement cette "force vitale". En 1883, une éruption volcanique détruisit toute vie sur l'île de Krakatoa, proche de Java. L'île resta déserte durant plus de neuf mois. Près d'un an après l'éruption, les cendres furent couvertes de semences, de mousses et de fougères emportées par les vents. Bientôt des objets flottants transportèrent le pollen et des insectes, et les oiseaux de passage apportèrent des graines prisonnières de leurs pattes. Au bout de dix ans, les premiers reptiles arrivèrent par l'océan. Cinquante ans plus tard, cette île pourtant isolée reprenait vie et l'on y comptait plus de 1200 espèces.  

L'origine de la vie est une question qui encore aujourd'hui demeure ouverte. Si la théorie de la génération spontanée est évidemment plus anecdotique qu'autre chose, nous ignorons de quelle manière la vie est apparue sur Terre et il est pas impossible que la théorie de la panspermie de Svante Arrhénius soit un jour vérifiée. Mais aujourd'hui personne ne connaît la réponse. Documents Darwin et DBHS/WVUSD.

Au Veme siècle avant Jésus-Christ, le philosophe grec Anaxagore imaginait que l'univers était rempli de vie et que des semences prenaient racines là où le milieu était favorable. Mais son idée était fort hardie et ne s'implanta guère. Elle traversa la période médiévale à l'état latent et dut attendre le terrain fertile du XIXeme siècle pour voir le jour. L'observation de la nature bouleversa alors les données. L'idée que la vie pu apparaître ailleurs que sur Terre ne redevint populaire qu'en 1870, lorsque H.von Helmholtz et Lord Kelvin suggérèrent que des semences furent transportées par les météorites et se répandirent à travers la Galaxie. En 1908, le physico-chimiste suédois Svante Arrhénius soutenu que des spores en provenance d'une planète où la vie se serait développée seraient parvenus sur Terre et l'auraient ensemencée. Arrhénius dénomma cette théorie d'insémination la "panspermie". 

L'astronome anglais Fred Hoyle[1] défendit avec éloquence cette idée dans les années 1950. Selon sa théorie, la plus grande partie de la poussière interplanétaire se composait de bactéries et d'algues unicellulaires. Au gré des mouvements planétaires, cette poussière organique serait retombée sur toutes les planètes. A ce jour, nous n'avons rien détecté de tel dans cette poussière.

En 1973, Francis Crick[2], l'inventeur de l'hélice de l'ADN avec Watson et Wilkins proposait dans sa version de la panspermie que la vie fut envoyée sur Terre dans un vaisseau spatial pour la préserver des radiations ! Combien d'idées extravagantes du même acabit n'ont-elles pas germées grâce à une imagination débridée... Sans preuves de l'existence d'une forme de vie ailleurs dans l'espace et surtout de son importation sur Terre, on s'est demandé comment la vie avait pu apparaître ici-bas, comment s'étaient formées les briques fondamentales des organismes vivants ?

Comme l'ont dit le biophysicien André Brack, directeur de recherches au CNRS et François Raulin, professeur de chimie à l'Université de Paris-Val de Marne[3], "pour trouver les preuves d'une contamination extraterrestre ou l'infirmer, nous devons agir comme un dégustateur de vin qui cherche un millésime. Il cherche les influences du climat, de la maturation, la contribution de l'eau, du sol pour reconnaître un vin. Lorsqu'il hésite, il se tourne alors vers le vigneron qui connaît la date de mise en bouteille, le caractère du cépage. Malheureusement le chimiste n'a pas ce recours puisque la vie sur la Terre primitive a effacé les molécules prébiotiques qui permirent son émergence et l'atmosphère a été modifiée par le développement de la vie". Il faut donc que le chimiste invente des modèles en laboratoire pour retracer les grandes étapes de ce scénario et leur donner un caractère viable. En parallèle, les microbiologistes doivent essayer de comprendre comment la vie naît d'une structure inerte.

Pour trouver les preuves d'une contamination extraterrestre ou l'infirmer, nous devons agir comme un dégustateur de vin qui cherche un millésime.

Eclairé par des chercheurs appartenant à diverses disciplines, plusieurs arguments sont déjà à considérer lorsque nous parlons d'exobiologie, avant de commencer toute étude de faisabilité in vitro :

- L'abondance des étoiles

- Les briques du code génétique

- L'anatomie de la cellule

- Les propriétés de l'écosystème

- l'évolution chimique.

Chaque argument est à l'image du pilier qui soutient le chapiteau de la science; la défaillance de l'un d'entre eux risque de faire s'écrouler toutes nos hypothèses. Leur usage doit être déterminé avec précision, sur base théorique ou mieux par l'expérience. Cela représente donc une tâche difficile et de longue haleine car des conséquences que l'on en tire dépend la faculté qu'ont les hommes de sciences de pouvoir répondre à nos questions. Peu ou mal ajustés aux observations, nos arguments seront perdus dans la soupe primitive et personne ne saura jamais comment elle devint ce "bouillon de culture". 

L'abondance des étoiles 

Portons notre regard vers les étoiles. Chacune d'elle est semblable à notre Soleil. Si le Soleil est le principal instigateur de la vie sur Terre, il doit y avoir d'autres possibilités de vie dans l'univers. Les astronomes nous disent qu'il y a au moins 100 milliards d'étoiles dans notre Galaxie et que l'univers visible contient probablement plusieurs centaines de milliards de galaxies. Cela représente un ensemble de quelque 1023 étoiles dans l'univers, ce qui fait très plaisir au chimiste : c'est le nombre d'Avogadro d'étoiles, l'unité molaire de toutes les équations chimiques[4]

Les astronomes nous disent ensuite que peut-être 5% de ces étoiles peuvent rassembler les conditions nécessaires à la vie. L'estimation varie de 1 à 50%. Mais qu'il y ait 1 ou 50% de chance, le fait est qu'il y a environ 1021 possibilités de vie dans l'univers. Les planètes sont abondantes dans le cosmos. C'est le premier point sur lequel le Dr. Ponnamperuma et ses collègues de l'Université de Maryland basent l'étude scientifique de l'origine de la vie. 

Une boîte à bijoux; l'amas ouvert NGC 1818 dans le Grand Nuage de Magellan. Document STSCI/OPO/HST.

Prochain chapitre

Les briques du code génétique

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[1] C.de Duve, "Construire une cellule", De Boeck, 1990, p70.

[2] Pour plus de détails lire en particulier F.Crick, Journal of Molecular Biology, 38, 1968, p367 - M.Shimizu, Journal of Molecular Evolution, 18, 1982, p297- C.de Duve, "Construire une cellule", De Boeck-Université, 1990 - H.Firket, "La cellule vivante", PUF-Que sais-je ?, 989, 1992

[3] C.de Duve, "Une visite guidée de la cellule vivante", Belin-Pour la science, 1987.

[4] M.Moore, Nature, 379, 1996, p402.



24/11/2007
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