PROTOBIONTES: ORIGINE ET PROPRIÉTÉS - LA BIOLOGIE - 2025

Les protobiontes sont des complexes biologiques selon certaines hypothèses concernant l'origine de la vie, précédées des cellules. Selon Oparín, ce sont des agrégats moléculaires entourés d'une membrane lipidique semi-perméable ou d'une structure similaire.

Ces agrégats moléculaires biotiques ont pu présenter une reproduction simple et un métabolisme qui a réussi à maintenir la composition chimique de l'intérieur de la membrane différente de son environnement externe.

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Certaines expériences menées en laboratoire par différents chercheurs ont révélé que des protobiontes pouvaient se former spontanément en utilisant des composés organiques créés à partir de molécules abiotiques comme éléments constitutifs.

Des exemples de ces expériences sont la formation de liposomes, qui sont des agrégations de petites gouttelettes entourées de membranes. Ceux-ci peuvent se former lorsque des lipides sont ajoutés à l'eau. Cela se produit également lorsque d'autres types de molécules organiques sont ajoutés.

Il peut arriver que des gouttelettes semblables à des liposomes se soient formées dans des étangs de l'époque prébiotique et qu'elles incorporent au hasard des polymères d'acides aminés.

Dans le cas où les polymères rendraient certaines molécules organiques perméables à la membrane, il serait possible d'incorporer sélectivement lesdites molécules.

Propriétés et caractéristiques

Les protobiontes putatifs pourraient être formés à partir de molécules hydrophobes organisées sous la forme d'une bicouche (deux couches) à la surface d'une goutte, rappelant les membranes lipidiques présentes dans les cellules modernes.

Par Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats, de Wikimedia Commons

Membranes semi-perméables

Puisque la structure est sélectivement perméable, le liposome peut gonfler ou se dégonfler en fonction de la concentration de solutés dans le milieu.

Autrement dit, si le liposome est exposé à un environnement hypotonique (la concentration à l'intérieur de la cellule est plus élevée), l'eau pénètre dans la structure, gonflant le liposome. En revanche, si le milieu est hypertonique (la concentration de la cellule est plus faible), l'eau se déplace vers le milieu externe.

Cette propriété n'est pas propre aux liposomes, elle peut également être appliquée aux cellules réelles d'un organisme. Par exemple, si les globules rouges sont exposés à un environnement hypotonique, ils peuvent exploser.

Excitabilité

Les liposomes peuvent stocker de l'énergie sous la forme d'un potentiel de membrane, qui est une tension à travers la surface. La structure peut décharger la tension d'une manière qui rappelle le processus qui se produit dans les cellules neuronales du système nerveux.

Les liposomes ont plusieurs caractéristiques des organismes vivants. Cependant, ce n'est pas la même chose que de prétendre que les liposomes sont vivants.

Origine

Il existe une grande diversité d'hypothèses qui cherchent à expliquer l'origine et l'évolution de la vie dans un environnement prébiotique. Les postulats les plus remarquables qui discutent de l'origine des protobiontes seront décrits ci-dessous:

Hypothèse d'Oparin et Haldane

L'hypothèse de l'évolution biochimique a été proposée par Alexander Oparin en 1924 et par John DS Haldane en 1928.

Ce postulat suppose que l'atmosphère prébiotique manquait d'oxygène, mais était fortement réductrice, avec de grandes quantités d'hydrogène qui conduisaient à la formation de composés organiques grâce à la présence de sources d'énergie.

Selon cette hypothèse, à mesure que la terre se refroidissait, la vapeur des éruptions volcaniques se condensait, précipitant sous forme de pluies fortes et constantes. Lorsque l'eau tombait, elle transportait des sels minéraux et d'autres composés, donnant naissance à la fameuse soupe primale ou bouillon nutritif.

Dans cet environnement hypothétique, de grands complexes moléculaires appelés composés prébiotiques pourraient se former, donnant naissance à des systèmes cellulaires de plus en plus complexes. Oparin a appelé ces structures protobiontes.

Au fur et à mesure que les protobiontes augmentaient en complexité, ils acquéraient de nouvelles capacités pour transmettre des informations génétiques, et Oparin a donné à ces formes plus avancées le nom d'eubiontes.

Expérience de Miller et Urey

En 1953, après les postulats d'Oparin, les chercheurs Stanley L. Miller et Harold C. Urey ont mené une série d'expériences pour vérifier la formation de composés organiques à partir de simples matériaux inorganiques.

Miller et Urey ont réussi à créer une conception expérimentale qui simulait des environnements prébiotiques avec les conditions proposées par Oparin à petite échelle, parvenant à obtenir une série de composés tels que les acides aminés, les acides gras, l'acide formique, l'urée, entre autres.

Matériel génétique des protobiontes

Monde de l'ARN

Selon les hypothèses des biologistes moléculaires actuels, les protobiontes transportaient des molécules d'ARN, au lieu de molécules d'ADN, ce qui leur permettait de se répliquer et de stocker des informations.

En plus d'avoir un rôle fondamental dans la synthèse des protéines, l'ARN peut également se comporter comme une enzyme et réaliser des réactions de catalyse. En raison de cette caractéristique, l'ARN est un candidat indiqué pour être le premier matériel génétique chez les protobiontes.

Les molécules d'ARN capables de catalyse sont appelées ribozymes et peuvent faire des copies avec des séquences complémentaires de courts segments d'ARN et médier le processus d'épissage, éliminant les segments de séquence.

Un protobionte qui avait une molécule d'ARN catalytique à l'intérieur variait de ses homologues qui manquaient de cette molécule.

Au cas où le protobionte pourrait croître, se diviser et transmettre de l'ARN à sa progéniture, les processus de sélection naturelle darwinienne peuvent être appliqués à ce système, et les protobiontes dotés de molécules d'ARN augmenteraient leur fréquence dans la population.

Bien que l'apparition de ce protobionte puisse être très improbable, il est nécessaire de se rappeler que des millions de protobiontes peuvent avoir existé dans les plans d'eau de la Terre primitive.

Apparence d'ADN

L'ADN est une molécule double brin beaucoup plus stable que la molécule d'ARN, qui est fragile et se réplique de manière imprécise. Cette propriété de précision en termes de réplication est devenue plus nécessaire à mesure que la taille des génomes des protobiontes augmentait.

À l'Université de Princeton, le chercheur Freeman Dyson propose que les molécules d'ADN auraient pu être des structures courtes, aidées à leur réplication par des polymères d'acides aminés aléatoires avec des propriétés catalytiques.

Cette réplication précoce pourrait se produire à l'intérieur de protobiontes qui avaient stocké de grandes quantités de monomères organiques.

Après l'apparition de la molécule d'ADN, l'ARN pourrait commencer à jouer ses rôles actuels d'intermédiaire pour la traduction, créant ainsi le «monde de l'ADN».

Références

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