Théories sur l'origine de la vie

Théories sur l'origine de la vie en biologie

L'étude de l'origine de la vie nécessite de comprendre comment et pourquoi certaines réactions chimiques au sein de la matière inorganique pourraient être capables de produire la vie. Il s'agit d'une étude interdisciplinaire, qui englobe des parties de la biologie, de la chimie et de la physique. Dans ce qui suit, nous examinerons plusieurs théories sur l'origine de la vie, ce qui est nécessaire à la vie et ce que Charles Darwin pensait de l'origine de la vie.

La vie est apparue spontanément

La théorie spontanée, aujourd'hui réfutée, affirme que la vie a été produite à partir de matières inorganiques, telles que la boue, en l'absence de toute réaction. Il s'agit d'une théorie très ancienne sur l'origine de la vie, défendue par Aristote. Il y a des centaines d'années, des expériences ont été menées pour déterminer la validité de cette théorie.

En 1668, un scientifique nommé Francesco Redi (1626-1697) a utilisé de la viande crue pour déterminer l'origine des asticots. Il a placé de la viande crue dans deux bocaux, l'un scellé et l'autre non scellé (Fig. 1). Il a ensuite attendu une semaine et a constaté qu'aucun asticot n'avait été produit dans le bocal scellé, mais que des asticots avaient été trouvés dans le bocal non scellé. Les mouches avaient accès au bocal non scellé, révélant ainsi que les asticots étaient produits à partir des œufs de mouches. Plusieurs expériences différentes menées par d'autres scientifiques ont suivi, apportant toutes des preuves supplémentaires que la théorie était incorrecte.

Figure 1 : L'expérience de Francesco Redi testant la théorie spontanée de l'origine de la vie. Source : Wiki Commons

La théorie de la panspermie sur l'origine de la vie

La théorie de la panspermie, également connue sous le nom de théorie extraterrestre, affirme que la vie peut avoir commencé ailleurs dans l'univers et avoir été apportée sur Terre par l'intermédiaire de micro-organismes présents dans une météorite ou par une autre méthode de transport. Panspermia signifie "toutes les graines" ou "les graines partout", ce qui implique que les graines de la vie sont présentes dans tout l'univers. Trois types de panspermie ont été proposés :

1. Litho: la vie est transportée à travers l'espace lorsqu'un impact sur une planète provoque l'envoi de roches dans l'espace, se déplaçant vers d'autres planètes dans différents systèmes solaires.

2. Balistique: la vie est transportée dans l'espace lorsqu'un impact sur une planète provoque l'envoi de roches dans l'espace, qui se déplacent vers d'autres planètes du même système solaire (Fig. 2).

3. Dirigée: la vie est propagée vers d'autres planètes et systèmes solaires intentionnellement par des civilisations extraterrestres dotées d'une technologie plus avancée.

Figure 2 : La théorie de la panspermie suggère que la vie est arrivée sur Terre d'ailleurs, potentiellement à partir de débris éjectés suite à l'impact d'un météore sur une autre planète. Source : Wiki Commons

La vie a commencé dans la glace

On pense qu'il y a des milliards d'années, une grande partie de la Terre était gelée et recouverte d'une épaisse couche de glace. Des températures aussi froides auraient pu permettre à de nombreux composés impliqués dans la formation de la vie de rester stables. Cette stabilité aurait alors permis à ces composés d'exister pendant des périodes beaucoup plus longues que dans des conditions plus chaudes, ce qui aurait pu permettre à des réactions de se produire et à la vie d'émerger.

La vie a commencé dans l'argile

La théorie de l'argile suggère que les cristaux d'argile autoreproducteurs ont pu donner lieu à la formation de la vie en piégeant les molécules et en renforçant leur capacité à se répliquer et à catalyser les réactions. Cela aurait pu entraîner d'autres réplications, l'émergence de la vie et l'évolution vers des organismes complexes. Cette théorie a été proposée pour la première fois par un scientifique nommé Alexander Graham Cairns-Smith dans les années 1960.

La théorie du "monde de l'ARN" sur l'origine de la vie

La théorie du "monde de l'ARN" stipule que la vie pourrait avoir commencé avec des molécules d'ARN (acide ribonucléique), capables de s'auto-répliquer et de catalyser des réactions. Au fil du temps, ces molécules ont évolué pour devenir plus complexes. Cette théorie est étayée par quelques preuves.

Comme l'ADN, l'ARN peut contenir et traiter des informations génétiques, mais il peut aussi catalyser des réactions, ce que l'ADN ne peut pas faire. Ainsi, l'ARN pourrait avoir eu la capacité de soutenir indépendamment la vie organique. L'ARN pouvait aussi, en théorie, transmettre des informations génétiques aux générations suivantes et évoluer. Bien que le terme "monde de l'ARN" ait été inventé pour la première fois par un scientifique américain nommé Walter Gilbert en 1986, la théorie a été présentée à l'origine par le biologiste américain Alexander Rich en 1962. La théorie du "monde de l'ARN" est aujourd'hui la théorie la plus largement acceptée sur l'origine de la vie.

La théorie Oparin-Haldane de l'origine de la vie

En 1924, un scientifique russe nommé Alexander Oparin et, en 1929, un scientifique anglais nommé J. B. S. Haldane, ont proposé que la vie naisse de matières inorganiques mélangées à d'autres composés (connus sous le nom de soupe primitive) dans une atmosphère privée d'oxygène (réductrice) et qu'elle évolue progressivement vers des organismes plus complexes au fil du temps. Cette théorie est connue sous le nom de théorie Oparin-Haldane ou théorie hétérotrophique de l'origine de la vie. Ils ont suggéré que cette matière inorganique a pu subir des réactions provoquées par la foudre qui ont abouti à la formation d'acides aminés et d'autres éléments importants pour la formation de la vie, créant ainsi la soupe primordiale. Les réactions au sein de cette soupe primordiale auraient alors pu permettre la formation de molécules plus complexes, telles que les protéines, et éventuellement l'évolution vers des organismes complexes.

L'expérience de Miller-Urey

L'expérience Miller-Urey a été réalisée en 1952 afin de tester la validité de la théorie Oparin-Haldane. L'expérience, menée par les chimistes Stanley Miller sous la supervision de Harold Urey, a révélé que la production spontanée de molécules organiques était possible dans les conditions de privation d'oxygène dans lesquelles Oparin et Haldane ont suggéré que la Terre aurait pu se trouver au moment de l'origine de la vie.

Ils ont fini par construire un environnement clos contenant de l'eau chauffée et divers composés (qui auraient pu être présents dans l'atmosphère terrestre à l'époque), et y ont envoyé des courants électriques afin d'initier des réactions par le biais d'éclairs simulés (Fig. 3). Au bout d'une semaine, ils ont découvert que des molécules organiques, telles que des acides aminés et des lipides, s'étaient formées. Bien qu'aucune molécule complexe ne se soit formée, cette expérience a montré que de telles conditions pouvaient entraîner la formation de molécules organiques.

Figure 3 : Schéma de l'expérience de Miller-Urey. Source : Wikipédia

Malheureusement, on pense aujourd'hui que l'atmosphère terrestre n'était pas privée d'oxygène à l'époque où la vie est apparue, ce qui rend les résultats de l'expérience de Miller-Urey discutables en ce qui concerne leur applicabilité aux origines de la vie et jette le doute sur la théorie d'Oparin-Haldane, du moins sur l'idée que la privation d'oxygène a joué un rôle. Cependant, comme il a été démontré que des molécules organiques pouvaient effectivement se former à partir de matières abiotiques, cela suggère que certaines parties de la théorie d'Oparin-Haldane pourraient être correctes .

La vie a commencé dans les cheminées des grands fonds marins

La théorie des évents en eaux profondes fait intervenir des évents hydrothermaux en eaux profondes, c'est-à-dire des structures géologiques qui crachent des molécules contenant de l'hydrogène en abondance. Il y a des milliards d'années, ces molécules se sont agglutinées et ont subi des réactions chimiques qui ont pu aboutir à l'apparition de la vie. Les plus vieux fossiles du monde, contenant des micro-organismes et datant de 3,8 à 4,3 milliards d'années, ont été découverts dans des cheminées hydrothermales au Québec en 2017.

Chronologie des théories sur l'origine de la vie

Comme tu peux le voir ci-dessus, de nombreuses théories sur l'origine de la vie ont vu le jour. Ce qui suit (figure 4) est une brève chronologie examinant la chronologie de certaines des théories sur l'origine de la vie.

Figure 4 : Chronologie des théories sur l'origine de la vie. Source : Susanna O'Brien

La théorie de Darwin sur l'origine de la vie

Si la théorie de l'évolution de Charles Darwin, publiée dans son livre De l'origine des espèces en 1859, est la contribution la plus célèbre du scientifique à la science, il avait également quelques idées concernant l'origine de la vie sur Terre. Darwin n'a jamais publié ses réflexions sur l'origine de la vie dans aucun de ses livres, mais il a brièvement évoqué ses idées sur le sujet dans une lettre adressée au naturaliste Joseph Dalton Hooker en 1871. En seulement quatre paragraphes, il a proposé que la vie ait probablement commencé dans un étang chaud dans lequel une protéine s'est formée grâce à des processus chimiques et, par la suite, a évolué en organismes plus complexes .

Cette théorie est donc quelque peu similaire à la théorie de la soupe primordiale proposée par Oparin et Haldane. Malheureusement, les réflexions de Darwin étaient limitées par les connaissances scientifiques de l'époque, car on ne savait pas encore que les protéines étaient composées d'acides aminés, et on ne savait pas grand-chose des processus génétiques ou des structures cellulaires. Malgré cela, ses réflexions étaient très prémonitoires, et une forte densité de produits chimiques dans un petit étang nécessiterait en effet une source d'énergie, telle que la lumière ou la chaleur, pour entraîner les réactions.