Jusqu’au milieu du 20e siècle, les scientifiques ne pouvaient pas expliquer comment la vie était apparue sur la Terre. Puis vint 1953 avec la découverte par les généticiens de la double hélice de l’ADN illustrant comment la vie pouvait se répliquer. Suivit l’expérience dite Miller-Urey montrant qu’un simple cocktail de produits chimiques pouvait générer des acides aminées nécessaires à la production des cellules vivantes. Finalement en septembre 1953, l’âge de la Terre a été correctement estimé, ce qui a permis de mieux préciser l’âge de la vie.
Dans les années suivantes d’autres questions connexes ont paru recevoir des réponses, concernant notamment l’état des océans et des continents au moment où la vie est apparue.
Que reste-t-il aujourd’hui de ces réponses ? En fait, selon Johanna Xavier qui travaille dans les Dayoff Labs élaborant à Londres des modèles d’Intelligence Artificielle pour la biochimie, il apparait que dans les années 1950 on n’avait pas compris grand chose à ce qu’était la vie dans le secret des cellules.
La révolution de la biologie moléculaire a changé les choses. Le 25 avril 1953 James Watson et Francis Crick publièrent un article fondateur décrivant la structure de l’ADN (voir https://planet-vie.ens.fr/thematiques/cellules-et-molecules/molecules/la-decouverte-de-la-structure-de-l-adn ). Connue sous le nom d’acide désoxyribonucléique, l’ADN fut identifiée par eux comme portant les gènes dans sa double hélice, elle même permettant une reproduction à l’identique.
Cette découverte en entraîna de nombreuses autres. Des biochimistes montrèrent comment l’information est encodée dans les séquences de blocs qui constituent la molécule d’ADN, et comment ces séquences sont utilisées pour construire les protéines complexes constituant les organismes. Mais cette complexité n’apparut pleinement qu’en 2022, à l’occasion d’une étude interessant le mycoplasma genitalium, un parasite provoquant des infections sexuellement transmissibles.
M. genitaliumis a motile flask-shaped mycoplasma with terminal tip-like structure which assists in attachment to various surfaces and provides gliding motility. It does not have a peptidoglycan cell wall and, therefore, lacks cell surface markers.
Cette nouvelle appréciation de la complexité de la vie eut d’importantes conséquences. De nombreux biologistes ont commencé à percevoir les êtres vivants à travers les deux loupes grossissantes de la reproduction et de l’hérédité. La vie, dans cette approche, se caractérise par l’information génétique transmise de générations en générations.
Dans les dernières décennies cependant,il est apparu que la définition de la vie ne pouvait pas se limiter au phénomène du génome. Ainsi les cellules vivantes sont hautement dynamiques, avec des composantes constamment en mouvement et en transformation, dans un effort pour maintenir une certaine stabilité.
Ce serait une erreur de réduire la définition de la vie à quelques traits. Un recensement fait il y a quelques années avait identifié 123 définitions de la vie. Aujourd’hui, une nouvelle hypothèse dite Assembly Theory (Voir notre article La Théorie de l’assemblage ) considère qu’il y aurait un processus universel dans le cosmos selon lequel la matière accroît continuellement sa complexité. Ce faisant elle atteint un certain niveau de complexité représenté par la Vie – le processus ne s’arrêtant d’ailleurs pas là.
Ceci conduit à penser qu’il existerait un grand nombre de voies dans l’univers permettant à des mélanges de produits chimiques de s’auto-transformer en entités vivantes.
Aussi aujourd’hui de plus en plus de chercheurs sans perdre de temps à définir théoriquement ce que pourrait être la Vie, explorent les perspectives selon lesquelles de tels mélanges pourraient spontanément finir par produire quelque chose qui ressemblerait à de la Vie. Pour cela, il faut d’abord se représenter la Terre telle qu’elle était avant que la Vie n’y apparaisse.
Pendant longtemps ce premier travail a été difficile, car l’on ne connaissait pas suffisamment l’âge de la Terre ni celui de la biosphère. Avec la découverte de la radioactivité en 1896, l’âge de la Terre apparut calculable. Les éléments radioactifs peuvent le rester pendant des centaines de millions d’années. Il fallut donc chercher des roches qui se soient formées en même temps que la Terre. Mais la surface de la Terre étant constamment en mouvement, cette recherche apparut sans issue.
Par contre les géologues proposèrent une solution : les météorites. Certains de ceux-ci avaient l’âge de la Terre, s’étant formés dans le système solaire en même temps qu’elle. Depuis ils avaient dérivé dans l’espace avant pour certains d’entre eux de retomber sur la Terre. En mesurant combien la part de l’uranium qu’ils comportaient s’était dégradé en plomb, il était possible de calculer leur âge. L’on obtint 4,55 milliards d’années, ce qui était aussi par définition l’âge de la Terre. Voir l’article Quel âge à la Terre ?
Les plus anciens des fossiles connus à l ‘époque n’avaient que quelques 500 millions d’années. Ainsi le fossile Charnia découvert en Grande Bretagne, âgé de 570 millions d’années. Cependant, en 2019, l’on se rendit compte que des roches trouvées à Pilbara en Australie contenaient les restes préservés de micro-organismes monocellulaires, des stromatolithes, âgés de 3,5 millions d’années. On estime aujourd’hui que le Last Universal Common Ancestor ou LUCA existait il y a au moins 3,9 millions d’années.
Par ailleurs, aujourd’hui, on sait mieux comment était la Terre à l’origine de la vie. Elle avait refroidi et s’était dotée d’océans qui auraient pu héberger de la vie à partir de 4,2 milliards d’années. Des continents seraient apparu il y a 3,7 milliards d’années.
La vie dans une éprouvette ?
Les efforts pour reconstituer la vie artificiellement en laboratoire ont commencé en mai 1953. A cette date un jeune diplomé de l’Université de Chicago nommé Stanley Miller réalisa un dispositif constitué de 2 éprouvettes simulant l’océan et l’atmosphère de la jeune Terre, dans lesquelles il fit passer des étincelles à une température convenable. Après quelques jours il constata que l’eau simulant l’océan contenait de la glycine, acide aminé précurseur des protéines vivantes (Miller-Urey experiment).
Cependant on trouve des acides aminées dans l’espace profond. Leur présence ne suffit pas à caractériser la vie. Quant à l’ADN, des chercheurs montrèrent qu’elle était présente dans les plus anciens organismes, sous forme d’ARN ou Acide Ribonucléique. Or récemment des expériences conduites par Rio Mitsuuchi à l’Université de Waseda au Japon montrèrent que l’ ARN « chimique » pouvait produire des « descendants » dotés des principales propriétés des gènes chez le vivant.
Il apparaît aujourd’hui qu’il serait trop simpliste de mettre l’accent sur le seul ARN. Rio Mitsuuchi et d’autres ont montré que diverses biomolécules sont aussi importantes, notamment pour commander le métabolisme, l’aptitude de la vie à se nourrir et s’entretenir. Ces processus sont complexes et dépendent dans les organismes modernes de centaines d’enzymes, une sorte de protéine. En 2022 Johanna Xavier et son collègue Stuart Kauffman de l’Institute for Systems Biology à Seattle firent l’inventaire des 6683 réseaux de molécules et de réactions intervenant dans l’autocatalyse d’un simple microbe monocellulaire.
Cependant pour que ces opérations se produisent convenablement la présence de métaux dans l’environnement est nécessaire, fer, nickel et cobalt notamment. Toute vie biologique dépend de ces métaux, a souligné Johanna Xavier.
Mais si l’on peut séparer la vie de son environnement planétaire, ceci veut dire que des expériences en éprouvette ne suffisent pas pour la recréer. Aujourd’hui ces expériences sont conduites dans des milieux terrestres variés, depuis des déserts soumis à un ensoleillement riche en ultra-violet jusqu’aux évents hydrothermaux sous-marins profonds.
La vie n’est pas un phénomène individuel mais la manifestation d’écosystèmes en 3 dimensions, comme les biofilms qui se forment dans certains égouts du fait de la prolifération de diverses bactéries.
Note
Cet article est une adaptation de A new way to think about the origins of life New Scientist 4 november 2023 par Michael Marshall, auteur de The Genesis Quest
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