L'ORIGINE DE LA VIE

POURQUOI D’ABORD LE MÉTABOLISME ?

 

Dyson est parti d’une analogie illustrée par le grand mathématicien américain d’origine hongroise John von Neumann (1903-1957) en 1948.

Comme un ordinateur, un organisme vivant est composé de deux constituants fondamentaux que, pour utiliser des termes créés plus tard dans le domaine des mêmes recherches (von Neumann est le « père » de l’ordinateur électronique), l’on peut appeler hardware et software. Le premier traite l’information, le deuxième la contient. Dans une cellule, le hardware est constitué des protéines, et le software des acides nucléiques - ADN ou ARN.

Pour que l’organisme se reproduise, l’un et l’autre sont essentiels, mais, du point de vue logique, le hardware précède le software. Un organisme uniquement constitué de hardware, en effet, peut continuer à exister et à conserver son métabolisme tant qu’il trouve de quoi se nourrir. Un organisme uniquement constitué de software, par contre, sera obligé de devenir un parasite, parce que sans hardware dans lequel il puisse se répliquer il ne peut rien faire. Comme un virus, qui, doté uniquement d’un système génétique, a besoin pour se répliquer d’une cellule dont il puisse exploiter l’appareil métabolique.

 

 

ÉVOLUTION PAR PARASITISME

 

Selon Dyson, les premiers organismes furent des cellules dotées d’un appareil métabolique contrôlé par des enzymes protéiques, capables peut-être de croître et de se diviser comme le font les coacervats de Oparin ou les microsphères de Fox. Ces cellules primitives ne se répliquaient pas avec la précision des cellules actuelles, mais étaient quand même protégées du risque de la « catastrophe des erreurs » parce que, puisqu’elles étaient privées de système génétique, les éventuelles erreurs commises dans un cycle de division ne se transmettaient pas à la division suivante, autrement dit elles ne pouvaient pas s’accumuler. Il s’agissait en bref d’organismes peu sophistiqués mais plutôt stables et robustes, qui au cours de millions d’années, à travers une sélection de type darwinien, eurent la possibilité de perfectionner leurs voies métaboliques. L’une d’entre elles fut la façon de synthétiser l’ATP (l’adénosine triphosphate), la molécule qui aujourd’hui encore est le principal transporteur d’énergie dans tous les organismes, puis l’AMP (l’adénosine monophosphate), l’un des principaux messagers à l’intérieur de la cellule. L’AMP est aussi un constituant chimique de l’un des quatre nucléotides qui constituent l’ARN.

Un jour, dans l’une de ces protocellules pleines d’AMP, il se produisit peut-être un accident. Des nucléotides se formèrent, lesquels, à l’aide d’enzymes présentes dans la cellule, s’unirent pour former une molécule d’ARN, qui commença à se répliquer seule. En d’autres termes, il se produisit ce qui devait avoir lieu quelques milliards d’années plus tard dans le laboratoire de Manfred Eigen.

Cette hypothèse permet d’éviter les problèmes que pose la synthèse spontanée, c’est-à-dire l’absence d’enzymes dans les premiers nucléotides.

Dans un premier temps, l’ARN ainsi formé dut se comporter comme un parasite, utilisant les nucléotides synthétisés par la cellule pour fabriquer des copies toujours nouvelles de lui-même. Des copies, rappelons-le, qui luttaient entre elles, améliorant progressivement leur capacité à se répliquer. Avec le temps, comme cela a lieu très souvent dans les rapports entre un parasite et son hôte, les deux « organismes » améliorèrent leurs relations, au point de devenir utiles l’un à l’autre. L’ARN se chargea de répliquer avec une plus grande efficacité l’appareil métabolique protéique, tandis que les protéines se chargeaient de répliquer avec une plus grande précision l’ARN, et plus tard la molécule très semblable qui prit sa place : l’ADN.

L’évolution par parasitisme et symbiose, hypothèse avancée pour la première fois par la biologiste américaine Lynn Margulis pour expliquer l’origine de la cellule eucaryote moderne, est un phénomène qui s’est produit par la suite plusieurs fois au cours de l’histoire des cellules.

 

 

LES DÉVELOPPEMENTS PLUS RÉCENTS

 

Toutes les recherches sur l’origine de la vie ont commencé à partir de présupposés assez proches de ceux énoncés par Charles R. Darwin (1809-1882) il y a plus d’un siècle : la vie naît dans un « petit étang tiède », c’est-à-dire à partir d’une solution concentrée de matière organique, dans laquelle un mélange des molécules appropriées trouva par hasard une façon de donner vie à une chose capable d’absorber des nutriments, de croître et de se multiplier, qui eut ensuite tout le temps pour améliorer progressivement son fonctionnement jusqu’à devenir ce miracle de complexité et de perfection qu’est une cellule véritable.

 

 

IMPACTS CATASTROPHIQUES

 

Ces dernières années, les géophysiciens ont démonté cette idée d’évolution lente, graduelle et tranquille.

Au cours du premier milliard d’années de vie de la Terre, période au terme de laquelle il existait déjà des organismes complexes et perfectionnés comme les Cyanobactéries, notre planète n’a pas dû être très tranquille.

Il y a 3,8 milliards d’années, la Terre a été soumise à un bombardement très intense d’astéroïdes et de comètes, résidus de l’origine du Système solaire. Tandis que sur la Terre les signes de ces anciens impacts ont été effacés par l’érosion et par la dynamique des continents, ils sont encore visibles sur la Lune. Pendant cette période, notre satellite fut frappé par au moins deux astéroïdes de plus de 100 kilomètres de diamètre. Selon un calcul fondé sur la plus grande surface et la plus grande attraction gravitationnelle de notre planète, la Terre devrait avoir été frappée par des corps célestes de ces dimensions environ 32 fois. Les impacts avec des objets de moindres dimensions se calculent quant à eux par centaines.

Les conséquences des impacts avec les astéroïdes n’ont été étudiées que récemment, à la suite de l’hypothèse avancée par le géologue Walter Alvarez en 1981 selon laquelle l’extinction des Dinosaures, et, avec eux, de 75 % des formes de vie existant sur la Terre, qui a eu lieu il y a 65 millions d’années (extinction du Crétacé) est due à l’impact d’astéroïde de 10 kilomètres de diamètre environ.

Selon les modèles informatisés, l’impact avec un astéroïde d’un diamètre de 100 kilomètres, en plus de laisser un trou de 1 500 kilomètres de diamètre, aurait soulevé un gigantesque nuage de roche vaporisée à une température d’environ 2 000 °C, lequel aurait vaporisé à son tour les couches superficielles des océans, remplissant l’atmosphère de vapeur d’eau. Ce gaz, doué d’un fort effet de serre, aurait porté la température de l’atmosphère à plus de 1 000 °C, laquelle n’aurait commencé à baisser assez pour déclencher les premières pluies qu’aprËs 2 000 ou 3 000 ans.

Des impacts de ces dimensions, mais probablement aussi des impacts bien plus fréquents avec des corps de moindres dimensions, auraient complètement stérilisé le tout « petit étang » existant sur la Terre. En d’autres termes, les formes de vie déjà existantes auraient été détruites.

La vie pourrait donc avoir tenté plusieurs fois de se développer sur notre planète, ou bien elle pourrait n’avoir essayé de le faire qu’à la fin de la période de bombardement du cosmos, mais dans tous les cas tout a dû se passé beaucoup plus rapide que nous l’avons pensé jusqu’à aujourd’hui. Il est probable, en d’autres termes, que l’on soit passé des premières protéines ou des premiers acides nucléiques aux cellules en l’espace de quelques millions d’années seulement.

 

 

LA VIE SE RÉFUGIE DANS LES ABÎMES

 

Une autre alternative est prise aujourd’hui en considération : tandis que la surface terrestre était soumise à un bombardement d’astéroïdes, la vie se développait dans un endroit plus tranquille : les profondeurs des océans. De nombreux chercheurs, stimulés par les hypothèses formulées par le microbiologiste américain Norman Pace, sont convaincus que les premières formes de vie se sont réfugiées dans les sources hydrothermales océaniques. Découvertes en 1977 par un sous-marin de recherche américain au large des îles Galapagos, dans l’océan Pacifique, les sources hydrothermales se forment à la hauteur de fractures de la croûte terrestre pleines de magma incandescent. L’eau de l’océan y pénètre et, quand elle arrive à ébullition, en sort chargée de sels minéraux de toute nature, comme cela se passe dans un geyser. Autour de ces sources vivent de très riches colonies de bactéries thermophiles (qui aiment la chaleur), capables d’utiliser pour leur subsistance les sels minéraux portés par les eaux chaudes. Les Bactéries forment à leur tour la base d’une chaîne alimentaire qui nourrit un grand nombre d’organismes, parmi lesquels les Mollusques, les vers géants et des homards aveugles.

La croûte terrestre primitive devait être si mince que des sources de ce type devaient être très communes dans les océans.

Le microbiologiste américain Carl Woese a fourni une confirmation importante de cette hypothèse. On sait déjà depuis longtemps que tous les organismes se sont formés à partir du même ancêtre puisque tous, des Bactéries à l’homme, partagent le même code génétique. Woese a étudié les rapports de parenté qui se trouvent aux racines de l’arbre du vivant, chez les Bactéries. Comparant le patrimoine génétique des différents types de Bactéries, il a conclu que les formes les plus anciennes sont précisément celles qui vivent dans les sources hydrothermales et dans les geysers.

Si elle n’est pas née dans un « petit étang chaud », la vie pourrait donc être née dans un « autocuiseur bouillant » sous-marin.

Le fait que la vie à peine née ait pu être protégée du bombardement météorique par plusieurs milliers de mètres d’océan n’exclut pas la possibilité qu’elle se soit formée à la surface de la Terre, et que les abîmes n’aient été pour elle qu’un refuge dont elle a pu émerger plus tard.

 

 

UN ÉVÉNEMENT RAPIDE ET INÉVITABLE

 

Les scientifiques sont aujourd’hui convaincus que l’origine de la vie a été le résultat de processus chimiques, donc déterministes. Ce fait aurait deux conséquences.

La première est qu’il s’agirait d’un processus relativement rapide : certaines estimations parlent d’environ 10 millions d’années.

La deuxième est que, certaines conditions étant données, l’origine de la vie est pour ainsi dire un événement inévitable. Si l’on considère qu’il y a 100 000 millions d’étoiles dans la Voie lactée, et que celle-ci n’est que l’une des 10 000 millions de galaxies de l’univers, il existe de grandes possibilités que des formes de vie cellulaire semblables aux nôtres aient pu se former sur une autre planète.

En revanche, l’existence de plantes et d’animaux tels que ceux qui vivent sur la Terre, ou même de formes dotées d’intelligence, semble hautement improbable, puisque l’évolution biologique dont ils sont issus n’est pas un processus déterministe, mais un processus fortement dépendant d’une chaîne infinie de faits historiques imprévisibles. Autrement dit, un processus qui ne se répète jamais deux fois de la même façon.