- Avant Miller et Urey: perspective historique
- De quoi s'agissait-il?
- Résultats
- Importance
- Conclusions
- Critique de l'expérience
- Références
L' expérience de Miller et Urey consiste en la production de molécules organiques en utilisant des molécules inorganiques plus simples comme matière de départ dans certaines conditions. L'objectif de l'expérience était de recréer les anciennes conditions de la planète Terre.
L'intention de cette récréation était de vérifier l'origine possible des biomolécules. En effet, la simulation a permis la production de molécules - comme les acides aminés et les acides nucléiques - indispensables aux organismes vivants.
Avant Miller et Urey: perspective historique
L'explication de l'origine de la vie a toujours été un sujet intensément débattu et controversé. Pendant la Renaissance, on croyait que la vie était née soudainement et de nulle part. Cette hypothèse est connue sous le nom de génération spontanée.
Plus tard, la pensée critique des scientifiques a commencé à germer et l'hypothèse a été écartée. Cependant, la question posée au début n'est pas claire.
Dans les années 1920, les scientifiques de l'époque utilisaient le terme «soupe primordiale» pour décrire un environnement océanique hypothétique dans lequel la vie est probablement née.
Le problème était de proposer une origine logique des biomolécules qui rendent la vie possible (glucides, protéines, lipides et acides nucléiques) à partir de molécules inorganiques.
Déjà dans les années 1950, avant les expériences de Miller et Urey, un groupe de scientifiques a réussi à synthétiser de l'acide formique à partir du dioxyde de carbone. Cette formidable découverte a été publiée dans la prestigieuse revue Science.
De quoi s'agissait-il?
En 1952, Stanley Miller et Harold Urey ont conçu un protocole expérimental pour simuler un environnement primitif dans un système ingénieux de tubes en verre et d'électrodes de leur propre construction.
Le système consistait en un flacon d'eau, analogue à l'océan primitif. Connecté à ce flacon était un autre avec les composants de l'environnement prébiotique supposé.
Miller et Urey ont utilisé les ratios suivants pour le recréer: 200 mmHg de méthane (CH 4), 100 mmHg d'hydrogène (H 2), 200 mmHg d'ammoniac (NH 3) et 200 ml d'eau (H 2 O).
Le système avait également un condenseur, dont le travail était de refroidir les gaz comme la pluie le ferait normalement. De même, ils ont intégré deux électrodes capables de produire des tensions élevées, dans le but de créer des molécules hautement réactives qui favoriseraient la formation de molécules complexes.
Ces étincelles visaient à simuler d'éventuels éclairs et éclairs provenant de l'environnement prébiotique. L'appareil se terminait par une pièce en forme de «U» qui empêchait la vapeur de se déplacer dans le sens inverse.
L'expérience a reçu des chocs électriques pendant une semaine, en même temps que l'eau était chauffée. Le processus de chauffage simulait l'énergie solaire.
Résultats
Les premiers jours, le mélange expérimental était totalement propre. Au fil des jours, le mélange a commencé à prendre une couleur rougeâtre. A la fin de l'expérience, ce liquide a pris une couleur rouge intense presque brune et sa viscosité a augmenté notablement.
L'expérience a atteint son objectif principal et des molécules organiques complexes ont été générées à partir des composants hypothétiques de l'atmosphère primitive (méthane, ammoniac, hydrogène et vapeur d'eau).
Les chercheurs ont pu identifier des traces d'acides aminés, tels que la glycine, l'alanine, l'acide aspartique et l'acide amino-n-butyrique, qui sont les principaux composants des protéines.
Le succès de cette expérience a permis à d'autres chercheurs de continuer à explorer l'origine des molécules organiques. En ajoutant des modifications au protocole de Miller et Urey, les vingt acides aminés connus ont été recréés.
Des nucléotides pourraient également être générés, qui sont les éléments fondamentaux du matériel génétique: l'ADN (acide désoxyribonucléique) et l'ARN (acide ribonucléique).
Importance
L'expérience a réussi à vérifier expérimentalement l'apparition de molécules organiques et propose un scénario assez attractif pour expliquer l'origine possible de la vie.
Cependant, un dilemme inhérent est créé, car la molécule d'ADN est nécessaire pour la synthèse des protéines et de l'ARN. Rappelons-nous que le dogme central de la biologie propose que l'ADN soit transcrit en ARN et que celui-ci soit transcrit en protéines (il existe des exceptions connues à cette prémisse, comme les rétrovirus).
Alors, comment ces biomolécules sont-elles formées à partir de leurs monomères (acides aminés et nucléotides) sans la présence d'ADN?
Heureusement, la découverte des ribozymes a réussi à clarifier ce paradoxe apparent. Ces molécules sont des ARN catalytiques. Cela résout le problème puisque la même molécule peut catalyser et transporter des informations génétiques. C'est pourquoi l'hypothèse primitive du monde de l'ARN existe.
Le même ARN peut se répliquer et participer à la formation de protéines. L'ADN peut venir de manière secondaire et être sélectionné comme une molécule d'héritage sur l'ARN.
Ce fait peut se produire pour plusieurs raisons, principalement parce que l'ADN est moins réactif et plus stable que l'ARN.
Conclusions
La principale conclusion de cette conception expérimentale peut être résumée par la déclaration suivante: les molécules organiques complexes pourraient avoir leur origine à partir de molécules inorganiques plus simples, si elles sont exposées aux conditions de l'atmosphère primitive supposée telles que les hautes tensions, les rayons ultraviolets et les faibles contient de l'oxygène.
En outre, certaines molécules inorganiques ont été trouvées qui sont des candidats idéaux pour la formation de certains acides aminés et nucléotides.
L'expérience nous permet d'observer comment les éléments constitutifs des organismes vivants auraient pu être, en supposant que l'environnement primitif était conforme aux conclusions décrites.
Il est très probable que le monde avant l'apparition de la vie comportait des composants plus nombreux et complexes que ceux utilisés par Miller.
Bien qu'il semble peu plausible de proposer l'origine de la vie à partir de molécules aussi simples, Miller a pu la vérifier par une expérience subtile et ingénieuse.
Critique de l'expérience
Il y a encore des débats et des controverses sur les résultats de cette expérience et sur l'origine des premières cellules.
On pense actuellement que les composants que Miller a utilisés pour former l'atmosphère primitive ne correspondaient pas à la réalité de celle-ci. Une vision plus moderne donne aux volcans un rôle important et propose que les gaz que ces structures produisent des minéraux.
Un point clé de l'expérience de Miller a également été remis en question. Certains chercheurs pensent que l'atmosphère a eu peu d'impact sur la création d'organismes vivants.
Références
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- Campbell, NA (2001). Biologie: concepts et relations. Pearson Education.
- Cooper, GJ, Surman, AJ, McIver, J., Colón - Santos, SM, Gromski, PS, Buchwald, S.,… et Cronin, L. (2017). Miller - Urey Expériences de décharge d'étincelles dans le monde du deutérium. Angewandte Chemie, 129 (28), 8191-8194.
- Parker, ET, Cleaves, JH, Burton, AS, Glavin, DP, Dworkin, JP, Zhou, M.,… et Fernández, FM (2014). Mener des expériences Miller-Urey. Journal des expériences visualisées: JoVE, (83).
- Sadava, D., et Purves, WH (2009). La vie: la science de la biologie. Panamerican Medical Ed.