ABIOGENÈSE: PRINCIPALES THÉORIES - LA BIOLOGIE - 2024

L' abiogénesis fait référence au nombre de processus et d'étapes à l'origine des premières formes de vie sur terre, des blocs de départ monomères inertes, avec le passage du temps ont pu augmenter leur complexité. À la lumière de cette théorie, la vie est née de molécules non vivantes, dans les conditions appropriées.

Il est probable qu'après que l'abiogenèse ait produit des systèmes de vie simples, l'évolution biologique a agi pour donner naissance à toutes les formes de vie complexes qui existent aujourd'hui.

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Certains chercheurs considèrent que les processus d'abiogenèse doivent avoir eu lieu au moins une fois dans l'histoire de la terre pour donner naissance à l'organisme hypothétique LUCA ou dernier ancêtre commun universel (de l'acronyme en anglais, dernier ancêtre commun universel), il y a environ 4 milliards de dollars d'années.

Il est suggéré que LUCA devait avoir un code génétique basé sur la molécule d'ADN, qui avec ses quatre bases groupées en triplets, codait les 20 types d'acides aminés qui composent les protéines. Les chercheurs essayant de comprendre l'origine de la vie étudient les processus d'abiogenèse qui ont donné naissance à LUCA.

La réponse à cette question a été largement remise en question et est souvent enveloppée d'une brume de mystère et d'incertitude. Pour cette raison, des centaines de biologistes ont proposé une série de théories allant de l'émergence d'une soupe primordiale à des explications liées à la xénobiologie et à l'astrobiologie.

En quoi consiste?

La théorie de l'abiogenèse est basée sur un processus chimique par lequel les formes de vie les plus simples ont émergé de précurseurs sans vie.

On suppose que le processus d'abiogenèse s'est déroulé en continu, contrairement à la vue de l'émergence brutale dans un événement chanceux. Ainsi, cette théorie suppose l'existence d'un continuum entre la matière non vivante et les premiers systèmes vivants.

De même, une série de scénarios variés sont suggérés où le début de la vie pourrait survenir à partir de molécules inorganiques. Ces environnements sont généralement extrêmes et différents des conditions actuelles sur terre.

Ces conditions prébiotiques supposées sont souvent reproduites en laboratoire pour tenter de générer des molécules organiques, comme la célèbre expérience de Miller et Urey.

L'origine de la vie: les théories

L'origine de la vie a été l'un des sujets les plus controversés pour les scientifiques et les philosophes depuis l'époque d'Aristote. Selon cet important penseur, la matière en décomposition pourrait être transformée en animaux vivants grâce à l'action spontanée de la nature.

L'abiogenèse à la lumière de la pensée aristotélicienne peut être résumée dans sa célèbre phrase omne vivum ex vivo, qui signifie «toute vie procède de la vie».

Par la suite, un assez grand nombre de modèles, de théories et de spéculations ont tenté d'élucider les conditions et les processus qui ont conduit à l'origine de la vie.

Les théories les plus remarquables, tant d'un point de vue historique que scientifique, qui ont cherché à expliquer l'origine des premiers systèmes vivants seront décrites ci-dessous:

Théorie de la génération spontanée

Au début du 17e siècle, il a été postulé que les formes de vie pouvaient émerger d'éléments sans vie. La théorie de la génération spontanée était largement acceptée par les penseurs de l'époque puisqu'elle bénéficiait du soutien de l'Église catholique. Ainsi, les êtres vivants pourraient germer à la fois de leurs parents et de matière non vivante.

Parmi les exemples les plus célèbres utilisés pour étayer cette théorie, il y a l'apparition de vers et d'autres insectes dans la viande en décomposition, les grenouilles qui sont apparues dans la boue et les souris qui ont émergé de vêtements sales et de sueur.

En fait, il y avait des recettes qui promettaient la création d'animaux vivants. Par exemple, pour créer des souris à partir de matière non vivante, les grains de blé ont dû être combinés avec des vêtements sales dans un environnement sombre et des rongeurs vivants apparaissent au fil des jours.

Les partisans de ce mélange ont fait valoir que la sueur humaine sur les vêtements et la fermentation du blé étaient les agents directeurs de la formation de la vie.

Réfutation de la génération spontanée

Au XVIIe siècle, des failles et des lacunes ont commencé à être remarquées dans les énoncés de la théorie de la génération spontanée. Ce n'est qu'en 1668 que le physicien italien Francesco Redi a conçu un plan expérimental approprié pour le rejeter.

Dans ses expériences contrôlées, Redi a placé des morceaux de viande finement coupés enveloppés dans de la mousseline dans des récipients stériles. Ces bocaux étaient correctement recouverts de gaze, de sorte que rien ne pouvait entrer en contact avec la viande. En outre, l'expérience a présenté un autre ensemble de pots qui n'étaient pas plafonnés.

Au fil des jours, les vers n'ont été observés que dans les bocaux découverts, car les mouches pouvaient entrer librement et pondre les œufs. Dans le cas des bocaux couverts, les œufs étaient placés directement sur la gaze.

De même, le chercheur Lazzaro Spallanzani a développé une série d'expériences pour rejeter les prémisses de la génération spontanée. Pour ce faire, il a fabriqué une série de bouillons qu'il a soumis à une ébullition prolongée pour détruire les microorganismes qui y vivraient.

Cependant, les partisans de la génération spontanée ont affirmé que la quantité de chaleur à laquelle les bouillons étaient exposés était excessive et détruisait la "force vitale".

Les contributions de Pasteur

Plus tard, en 1864, le biologiste et chimiste français Louis Pasteur entreprit de mettre fin aux postulats de la génération spontanée.

Pour atteindre cet objectif, Pasteur a fabriqué des récipients en verre appelés "flacons à col de cygne", car ils étaient longs et recourbés aux extrémités, empêchant ainsi l'entrée de tout microorganisme.

Dans ces récipients, Pasteur faisait bouillir une série de bouillons qui restaient stériles. Lorsque le col de l'un d'eux a été brisé, il est devenu contaminé et les micro-organismes ont proliféré en peu de temps.

Les preuves fournies par Pasteur étaient irréfutables, réussissant à renverser une théorie qui a duré plus de 2 500 ans.

Panspermie

Au début des années 1900, le chimiste suédois Svante Arrhenius a écrit un livre intitulé "La création des mondes" dans lequel il suggérait que la vie venait de l'espace via des spores résistantes aux conditions extrêmes.

Logiquement, la théorie de la panspermie a été entourée de beaucoup de controverses, sans compter qu'elle ne fournissait pas vraiment d'explication sur l'origine de la vie.

Théorie chimiosynthétique

En examinant les expériences de Pasteur, l'une des conclusions indirectes de son témoignage est que les micro-organismes ne se développent qu'à partir des autres, c'est-à-dire que la vie ne peut venir que de la vie. Ce phénomène s'appelait "biogenèse".

Dans cette perspective, les théories de l'évolution chimique émergeraient, menées par le Russe Alexander Oparin et l'Anglais John DS Haldane.

Ce point de vue, également appelé théorie chimiosynthétique Oparin-Haldane, propose que dans un environnement prébiotique, la terre avait une atmosphère dépourvue d'oxygène et riche en vapeur d'eau, en méthane, en ammoniac, en dioxyde de carbone et en hydrogène, ce qui la rendait hautement réductrice.

Dans cet environnement, il y avait différentes forces telles que les décharges électriques, le rayonnement solaire et la radioactivité. Ces forces agissaient sur des composés inorganiques, donnant naissance à des molécules plus grosses, créant des molécules organiques appelées composés prébiotiques.

Expérience de Miller et Urey

Au milieu des années 1950, les chercheurs Stanley L. Miller et Harold C. Urey ont réussi à créer un système ingénieux qui simulait les conditions antiques supposées de l'atmosphère sur terre en suivant la théorie d'Oparin-Haldane.

Stanley et Urey ont constaté que dans ces conditions «primitives», de simples composés inorganiques peuvent donner naissance à des molécules organiques complexes, essentielles à la vie, comme les acides aminés, les acides gras, l'urée, entre autres.

Formation de polymère

Bien que les expériences susmentionnées suggèrent une manière plausible par laquelle les biomolécules qui font partie des systèmes vivants sont originaires, elles ne suggèrent aucune explication pour le processus de polymérisation et la complexité accrue.

Il existe plusieurs modèles qui tentent d'élucider cette question. Le premier concerne les surfaces minérales solides, où la grande surface et les silicates pourraient agir comme catalyseurs pour les molécules de carbone.

Profondément dans l'océan, les évents hydrothermaux sont une source appropriée de catalyseurs, tels que le fer et le nickel. D'après des expériences de laboratoire, ces métaux participent aux réactions de polymérisation.

Enfin, dans les tranchées océaniques, il y a des piscines chaudes qui, du fait des processus d'évaporation, pourraient favoriser la concentration de monomères, favorisant la formation de molécules plus complexes. L'hypothèse de la «soupe primordiale» repose sur cette hypothèse.

Réconciliation des résultats de Miller et Pasteur

En suivant l'ordre d'idée discuté dans les sections précédentes, nous avons que les expériences de Pasteur ont montré que la vie ne provient pas de matériaux inertes, tandis que les preuves de Miller et Urey indiquent que c'est le cas, mais au niveau moléculaire.

Afin de concilier les deux résultats, il faut garder à l'esprit que la composition de l'atmosphère terrestre aujourd'hui est totalement différente de l'atmosphère prébiotique.

L'oxygène présent dans l'atmosphère actuelle fonctionnerait comme un "destructeur" des molécules en formation. Il faut également considérer que les sources d'énergie qui auraient conduit à la formation de molécules organiques ne sont plus présentes avec la fréquence et l'intensité de l'environnement prébiotique.

Toutes les formes de vie présentes sur terre sont composées d'un ensemble de blocs structurels et de grandes biomolécules, appelées protéines, acides nucléiques et lipides. Avec eux, vous pouvez «armer» la base de la vie actuelle: les cellules.

Dans la cellule la vie se perpétue, et sur ce principe Pasteur se fonde pour affirmer que tout être vivant doit provenir d'un autre préexistant.

Monde de l'ARN

Le rôle de l'autocatalyse au cours de l'abiogenèse est crucial, c'est pourquoi l'une des hypothèses les plus connues sur l'origine de la vie est celle du monde de l'ARN, qui postule un départ de molécules monocaténaires avec une capacité d'auto-réplication.

Cette notion d'ARN suggère que les premiers biocatalyseurs n'étaient pas des molécules de nature protéique mais plutôt des molécules d'ARN - ou un polymère similaire - avec la capacité de catalyser.

Cette hypothèse est basée sur la propriété de l'ARN de synthétiser de courts fragments en utilisant un annelage qui dirige le processus, en plus de favoriser la formation de peptides, d'esters et de liaisons glycosidiques.

Selon cette théorie, l'ARN ancestral était associé à certains cofacteurs tels que les métaux, les pyrimidines et les acides aminés. Avec l'avancement et la complexité croissante du métabolisme, la capacité de synthétiser des polypeptides apparaît.

Au cours de l'évolution, l'ARN a été remplacé par une molécule plus stable chimiquement: l'ADN.

Conceptions actuelles de l'origine de la vie

Actuellement, on soupçonne que la vie a pris naissance dans un scénario extrême: des zones océaniques proches des évents volcaniques où les températures peuvent atteindre 250 ° C et la pression atmosphérique dépasse 300 atmosphères.

Cette suspicion découle de la diversité des formes de vie trouvées dans ces régions hostiles et ce principe est connu sous le nom de «théorie du monde chaud».

Ces environnements ont été colonisés par des archéobactéries, des organismes capables de croître, de se développer et de se reproduire dans des environnements extrêmes, probablement très similaires aux conditions prébiotiques (parmi lesquelles de faibles concentrations d'oxygène et des niveaux élevés de CO ₂).

La stabilité thermique de ces environnements, la protection qu'ils procurent contre les changements brusques et le flux constant de gaz sont quelques-uns des attributs positifs qui font des fonds marins et des évents volcaniques des environnements adaptés à l'origine de la vie.

Termes de biogenèse et d'abiogenèse

En 1974, le célèbre chercheur Carl Sagan a publié un article clarifiant l'utilisation des termes biogenèse et abiogenèse. Selon Sagan, les deux termes ont été utilisés à tort dans des articles liés aux explications de l'origine des premières formes vivantes.

Parmi ces erreurs, on utilise le terme de biogenèse comme son propre antonyme. Autrement dit, la biogenèse est utilisée pour décrire l'origine de la vie à partir d'autres formes vivantes, tandis que l'abiogenèse se réfère à l'origine de la vie à partir de matière non vivante.

En ce sens, une voie biochimique contemporaine est considérée comme biogène et une voie métabolique prébiologique est abiogénique. Par conséquent, il est nécessaire de porter une attention particulière à l'utilisation des deux termes.

Références

1. Bergman, J. (2000). Pourquoi l'abiogenèse est impossible. Creation Research Society Quarterly, 36 (4).
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4. Sagan, C. (1974). Sur les termes «biogenèse» et «abiogenèse». Origines de la vie et évolution des biosphères, 5 (3), 529-529.
5. Schmidt, M. (2010). Xénobiologie: une nouvelle forme de vie comme outil de biosécurité ultime. Bioessays, 32 (4), 322–331.
6. Serafino, L. (2016). L'abiogenèse comme défi théorique: quelques réflexions. Jour nal de biologie théorique, 402, 18–20.