Aurélia MAGIDS

PROCESSUS NATURELS

Question:           L’apparition de la vie

L’apparition de la vie

Table des matières

I.       Où, quand et comment la vie est-elle apparue sur Terre ?. 0

A.      Introduction. 0

B.      L’étape chimique : la constitution des briques du vivant. 2

1.      Des briques à différentes échelles. 2

2.      La soupe primitive : un milieu aqueux propice à l’apparition du vivant. 3

C.      L’étape organique d’auto-organisation : assemblage des briques du vivant. 7

1.      Un premier moule : l’eau. 7

2.      Un deuxième moule : l’argile. 7

D.      Pour en savoir plus….. 8

1.      Des expériences historiques pour tenter de comprendre l’apparition de la vie. 8

2.      Les stromatolites, les plus anciennes traces de vie, une échelle de temps. 11

II.      Quels ont été les mécanismes de cette apparition ?. 13

A.      L’hypothèse de la panspermie. 13

1.      Les comètes. 14

2.      Les météorites. 14

3.      Les micrométéorites. 14

B.      Cellules et endosymbiose. 14

1.      Définition. 15

2.      Arguments en faveur de l’endosymbiose. 15

III.     L’explosion du précambrien. 17

A.      La faune d’Ediacara. 17

B.      La faune de Burgess. 17

 

I.                   Où, quand et comment la vie est-elle apparue sur Terre ?

 

A.               Introduction

L’existence d’un événement de très grande ampleur, nommé Big Bang, ayant conduit à la formation de l’univers, est aujourd’hui communément admise. Cet événement, vieux d’environ 15 milliards d’années, reste très énigmatique pour la communauté scientifique. La vie sur Terre n’est certainement pas une exception : elle procède d’une tendance naturelle qu’ont les grosses molécules organiques, ensemencées dans l’espace par l’explosion de supernovae[1]*, à se regrouper. La vie a dû naître (et naît sans doute encore ?) dans de nombreuses contrées du Cosmos, ordonnée autour d’atomes de carbone.

Selon Yves Paccalet, La Terre et la Vie, p 7, « les acides aminés ont très certainement une origine extraterrestre (chondrites), mais qu’ils se sont développés et répandus sur Terre avec la formation des océans (car grande quantité d’eau et donc soupe primitive). Et trois hypothèses existent sur la formation des océans (voir page 9), qui placeraient l’apparition des océans, et donc le développement des acides aminés,  vers la fin d’accrétion, donc il y a 4,5 milliards d’années. Mais il s’agit bien du développement des acides aminés sur Terre. On ne sait pas dire quand sont apparus les premiers acides aminés extraterrestres. »

La vie apparaît donc être une tendance de la matière. Mais quelle sorte de vie ? Dans la plupart des cas possibles, elle ne dépasse probablement pas son stade le plus sommaire, celui de la cellule unique, sans noyau – la bactérie ou l’algue bleu-vert (la cyanobactérie). La Terre est âgée de 4,5 milliards d’années. Les premières bactéries y sont apparues voici peut-être 3,8 milliards d’années très vite après le refroidissement de la croûte. Après quoi – immense stagnation –, la vie en est restée au stade unicellulaire pendant 3 milliards d’années. Les êtres unicellulaires représentent de toute façon la forme la plus abondante de la vie sur Terre, et sont donc parfaitement adaptés à l’ensemble des milieux ; le reste n’est que complexité.

Pour Yves Paccalet, La Terre et la Vie, p 30, « La cellule vivante est comparable à une usine possédant différents ateliers. Elle est l’élément de base de tous les êtres vivants, et ses éléments essentiels se retrouvent aussi bien chez une souris que chez une plante. Comment cette complexité réussit-elle à se mettre en place ? Cette naissance se déroule en deux temps : d’abord une phase chimique, puis un processus organique d’auto-organisation. »

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B.               L’étape chimique : la constitution des briques du vivant

1.                 Des briques à différentes échelles

L’étape chimique voit se constituer les briques du vivant, c’est-à-dire des acides aminés et des nucléotides. Ceux-ci sont composés des quatre « atomes de la vie » (l’hydrogène, l’oxygène, le carbone et l’azote), auxquels s’ajoute le phosphore pour les nucléotides. Les acides aminés sont au nombre de vingt ; ils s’accrochent comme les wagons d’un train, dans un ordre déterminé, et forment 1012 sortes de protéines différentes. Certaines de ces dernières facilitent d’autres réactions : ce sont des catalyseurs biologiques, qu’on appelle « enzymes ». Les nucléotides s’arrangent en molécules hélicoïdales géantes, baptisées acides nucléiques ; ceux-ci (l’acide ribonucléique, ARN, et l’acide désoxyribonucléique, ADN) portent l’information génétique.

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2.                 La soupe primitive : un milieu aqueux propice à l’apparition du vivant

Reprenons Yves Paccalet, La Terre et la Vie, p 30. « L’étape chimique débute voici 4 milliards d’année, quand l’océan finit d’établir son empire et que la température moyenne diurne du globe avoisine 80°C. Les scientifiques tentent de déterminer quel a pu être le milieu qui a vu se développer les premiers acides aminés et les premières formes de vie. C’est ce qu’on appelle « la soupe primitive ». Voyons tout d’abord comment les océans se sont formés.

a)               Hypothèse récente

selon A. Brack & F. Raulin, L’évolution chimique et les origines de la vie, p 22, Il est très ardu pour les scientifiques de définir les conditions géologiques primitives, puisque nous n’en avons aucune signature directe. Cependant, l’élaboration d’hypothèses est une nécessité, pour tester si celles-ci conduisent ou non à la synthèse de la vie. Voir Wikipédia, Origine de l’eau sur la Terre http://fr.wikipedia.org/wiki/Origine_de_l%27eau_sur_la_Terre.

Concernant l’origine de l’eau sur Terre, principalement présente actuellement et depuis des milliards d'années dans ses océans, la communauté scientifique est partagée entre trois théories :

·         L’hypothèse la plus prisée des scientifiques est celle des chondrites carbonées qui sont arrivées sur Terre à la fin de l’accrétion et qui transportaient de l’eau.

·         D’autres pensent que l’eau provient des comètes, qui, après la période d’accrétion, se sont écrasées sur Terre. En effet, les comètes sont composées à 80 % de glace.

·         Certains penchent pour la théorie du dégazage : c’est-à-dire qu’ils pensent qu’après la formation de notre planète, il y a 4,5 milliards d’années, l’eau était présente sous forme gazeuse dans les différentes enveloppes de la Terre.

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D’après Futura-Sciences, L’eau des océans serait venue de l’espace, article du 2 novembre 2009, http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/geologie-1/d/leau-des-oceans-serait-venue-de-lespace_21167/, Si l’on en croit les travaux publiés par Francis Albarède du Laboratoire des sciences de la Terre (INSU-CNRS / ENS Lyon / Université Claude Bernard) les traceurs isotopiques et les modèles de formation des planètes conduisent même aujourd’hui à la conclusion que la Terre était à l'origine pauvre en eau. La température dans le disque protoplanétaire et le flux intense de radiation dans la phase dite T Tauri[2]* du jeune Soleil aurait conduit à la formation de planètes telluriques sèches. www.futura-sciences.com.  Cela implique la conclusion suivante : l’eau des océans ne pourrait pas être d’origine terrestre. Elle aurait été amenée après la formation de la Terre par le bombardement de comètes et d’astéroïdes formés au-delà de la ceinture d’astéroïdes actuelle. Le bombardement cométaire, également appelé vernis cométaire, s’est déroulé en deux temps : un premier temps vers -4,1 milliards d’années, et un second temps vers -3,8 ou -3,9 milliards d’années. Il fait très probablement partie des hypothèses à mettre en avant quant à l’apparition de l’eau sur Terre. Concernant les chondrites, la température et le flux de radiation lumineuse dans les régions éloignées du Soleil primitif autorisaient alors la formation de chondrites riches en eau.  www.futura-sciences.com

b)              autre hypothèse

Dans cette partie, le lecteur trouvera une autre hypothèse sur l’apparition des océans. J’ai souhaité la faire figurer à part, car ces informations ont été tirées d’un ouvrage daté de 1991. Mon souhait de ne pas supprimer cette partie est de montrer au lecteur que les hypothèses évoluent, et que ce qui est considéré comme très probable aujourd’hui, pourra nous paraître dépassé demain au vu de nouvelles données que les technologies récentes nous permettent d’acquérir.

Etudions ci-après le rôle discuté du dégazage des enveloppes de la Terre, en particulier le manteau.

D’après A. Brack & F. Raulin, L’évolution chimique et les origines de la vie, p 22, Lors du dégazage du manteau, une partie de la vapeur d’eau émise dans la basse atmosphère relativement froide a condensé, donnant naissance tout d’abord à des flaques, ou des petites mares, instables, s’évaporant, réapparaissant, lors des cycles thermiques diurnes ou saisonniers. Puis se sont formées des masses d’eau liquide permanentes : lacs, mers, océans.

 

Chez les géochimistes, deux hypothèses s’affrontent : ceux qui pensent que le dégazage du manteau a été très rapide, et ceux qui affirment au contraire que ce dégazage a été plutôt lent. Expliquons quelles sont les implications de l’une ou l’autre de ces deux hypothèses pour la formation de la soupe primitive.

(1)            Hypothèse n°1 : dégazage rapide du manteau

Pour certains géochimistes, le dégazage a été très rapide. Les océans seraient apparus très tôt, et auraient été peu différents des océans actuels. Cette hypothèse ne réjouit pas le « chimiste du prébiotique ». Car s’il a besoin d’eau pour réaliser ses recettes, il ne lui en faut pas trop. Des volumes aqueux importants entrainent des concentrations faibles, en particulier des briques du vivant. Ainsi, pour que la molécule prébiotique clé HCN conduise aux acides aminés et aux bases hétérocycliques, il faut que sa concentration soit importante, supérieure à environ 0,1 gramme par litre. Une telle concentration de cyanure serait aujourd’hui fatale à n’importe quel animal terrestre. Mais sur la Terre primitive, les hétérotrophes[3]* ne sont pas encore apparus. L’évolution chimique commence tout juste à synthétiser leurs briques. Si la concentration de HCN est inférieure à cette valeur, alors il se transforme, sous l’action de l’eau, par une autre voie réactionnelle, en acide formique. Et l’évolution chimique s’arrête là. Le problème est le même avec bon nombre d’autres molécules clés de la chimie prébiotique. Elles ne peuvent conduire aux composés d’intérêt biologique que si leur concentration est importante. Ainsi, un dégazage trop rapide du manteau conduirait à une soupe trop diluée : un bouillon maigre alors que l’évolution chimique prébiotique a besoin d’un consommé épais.

(2)            Hypothèse n°2 : dégazage lent du manteau

Pour d’autres géochimistes, le dégazage du manteau n’a pas été si rapide et il est probable que la surface de notre planète soit restée libre de toute étendue importante d’eau liquide pendant les premiers temps de son existence, disons pendant les 10 premiers millions d’années. Actuellement, environ 400 à 500 millions de tonnes d’eau sont apportées chaque année dans l’atmosphère par le manteau terrestre. Juste après l’accrétion, ce flux était vraisemblablement plus important, mais il n’a jamais dû dépasser 100 fois cette valeur. Si, d’une part, on néglige les impacts cométaires, qui ont pu notablement augmenter le flux total d’eau arrivant dans l’atmosphère, et le lessivage des roches, qui au contraire a pu le diminuer, et si, d’autre part, on suppose que la majeure partie de cette eau était à l’état liquide, on peut estimer que le volume d’eau liquide apporté à la surface de la Terre primitive était compris entre environ 500 et 50 000 milliards de litres d’eau par an.

Pour avoir une idée de ce que ce volume représente, on peut proposer le petit calcul suivant, qui se base sur un océan plat.

Vocéan = 0,7 * 4pRterre2  * Pocéan

Avec la profondeur Pocéan = 5000 m  et le rayon Rterre = 6 400 000 m.

On trouve  Vocéan = 1,8 . 1018  m3= 1,8 . 1021 litres = entre 108 et 1010 fois plus que ce que le dégazage lent du manteau aurait apporté par an. Il aurait donc fallu environ un milliard d’années pour constituer le volume actuel des océans.

Quel que soit le modèle de formation océanique retenu, les géochimistes sont d’accord sur un point : la composition chimique en sels minéraux (issus de l’érosion des roches) des océans primordiaux devait être très similaire à ce qu’elle est aujourd’hui. En particulier son pH devait être du même ordre de grandeur que celui des océans actuels, et compris entre 7 et 9, c’est-à-dire allant d’un milieu neutre à un milieu faiblement basique.

C.                L’étape organique d’auto-organisation : assemblage des briques du vivant

Retour à Yves Paccalet, La Terre et la Vie, p 30 et 31.  Il s’agit dans cette partie de décrire comment les briques du vivant ont pu s’assembler, se combiner, s’organiser pour aboutir aux structures essentielles du vivant, telle que la membrane cellulaire. On observe un rapport 12C/13C caractéristique du vivant dès 3.8 Ga. Cela signifie que la thermodynamique vivante est déjà à l’œuvre et fractionne les isotopes du C.

Certaines expériences de laboratoire ouvrent des pistes. L’Américain Sidney Fox observe qu’en laissant refroidir des solutions chaudes d’acides aminés, sous certaines conditions de salinité et d’acidité, on obtient des microsphères de « thermoprotéinoïdes » qui s’entourent d’une interface rappelant la membrane d’une cellule. Ces microsphères se divisent et s’associent volontiers avec des nucléotides. 

Mais la fabrication des grosses molécules de la vie (des biopolymères) réclame davantage. Elle nécessite un moule et des forces, internes et externes.

1.                  Un premier moule : l’eau

Le premier moule, c’est l’eau même. La molécule H2O est un miracle physico-chimique – et une entremetteuse. Elle se comporte comme un dipôle magnétique et un solvant universel (le meilleur !). Ses liaisons hygrogène sont fortes et (disent les chimistes) « coopératives » : plus il en naît, plus il y a de chance qu’il s’en forme d’identiques. Avec les molécules qui possèdent un côté hydrophobe et un côté hydrophile (comme – justement – les acides aminés), l’eau façonne des micro-gouttes qu’on nomme « micelles[4]* » : ces dernières engendrent des systèmes colloïdaux[5]* qui se retrouvent dans les cellules vivantes.

2.                  Un deuxième moule : l’argile

Avec Yves Paccalet, La Terre et la Vie, p 31, Le moule aquatique est nécessaire. Il n’est pas suffisant. Certains activateurs physiques interviennent : notamment la chaleur, l’électricité, les ultraviolets, l’évaporation… Des catalyseurs (simples, comme les métaux, ou plus complexes) facilitent les réactions. L’adénosine triphosphate (ATP) accumule de l’énergie, qu’elle libère de façon subtile et « ciblée ».

On pense aujourd’hui que le moule des origines est constitué par l’association de l’eau et de minéraux « fertiles » comme les laves, les sables, les gisements de métaux et les argiles. Surtout les argiles…

Les argiles forment avec l’eau des feuillets dont les charges électriques alternent. Les propriétés d’adsorption sont  remarquables. Ce sont des catalyseurs efficaces. Elles délimitent des espaces privilégiés où les briques organiques se trouvent coincées, comprimées, pliées, reliées, soudées, dupliquées, bref façonnées en biopolymères. Les argiles sont probablement les échafaudages spatiaux, physiques et chimiques du vivant.

D.               Pour en savoir plus…

Il s’agit-là d’un paragraphe développant des notions subsidiaires. Orienté sur l’histoire des sciences (expériences historiques) et sur les plus anciennes traces de vie trouvées sur Terre (les stromatolites), il pourra être sauté en première lecture.

1.                 Des expériences historiques pour tenter de comprendre l’apparition de la vie : la soupe primitive

 

2.                 Les stromatolites, les plus anciennes traces de vie, une échelle de temps

 

a)               Le rôle des argiles : l’expérience de Katchalshki

A. Brack & F. Raulin, L’évolution chimique et les origines de la vie, p 83, 84, 85. Toute une série de particules solides différentes ont été introduites dans un réacteur par Katchalski et ses collaborateurs israéliens. Ils obtinrent des résultats spectaculaires en utilisant des matrices constituées par des suspensions d’argiles à haute capacité de gonflement et d’adsorption, comme la montmorillonite (du nom de la ville de Montmorillon, dans la Vienne, où elle était jadis exploitée).

En présence de cette argile, l’hydrolyse, ou destruction par l’eau du produit activé, est pratiquement supprimée et on observe la formation de chaînes peptidiques de longueurs bien déterminées. Dans une expérience historique, les chaînes avaient 9, 16, 27, 32, 42, 56 maillons, valeurs voisines, dans les limites de l’erreur expérimentale, des six premiers multiples de 9. Ces résultats publiés en 1970 firent grand bruit et de nombreuses équipes, dont celle d’A. Brack à Orléans, essayèrent de les reproduire. Malheureusement, personne ne réussit à retrouver l’intégralité des résultats publiés. Il semblerait que les performances élevées observées par les chimistes israéliens aient été en réalité causées par des traces de gaz carbonique laissées malencontreusement dans le réacteur.

b)              La formation des acides aminés

Des scientifiques ont tenté de décrire ce que devait être la soupe primitive. La brique clé pour les biologistes est l’acide aminé. Voyons ci-dessous les conclusions de plusieurs expériences historiques quant aux conditions propices à la formation d’acides aminés.

(1)            L’expérience d’Oparine

En 1920, Alexandre Oparine, un chimiste russe, suggère que de grosses molécules (notamment des acides aminés) se forment à partir du méthane, de l’ammoniac et de la vapeur d’eau de l’atmosphère primitive, grâce à la lumière du soleil et à la

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(2)            Les travaux de Haldane

L’hypothèse est reprise en 1929 par le Britannique John Haldane : celui-ci souligne que la synthèse des acides aminés n’est possible qu’en atmosphère réductrice, c’est-à-dire très pauvre en oxygène.

(3)            L’expérience de Miller-Urey

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Brack & Raulin, L’évolution chimique et les origines de la vie, p 29 et suivantesWikipédia, Stanley Miller. Le numéro du 15 mai 1953 de la revue scientifique américaine Science incluait un article intitulé « Production d’acides aminés dans des conditions possibles de la Terre primitive ». L’auteur, Stanley L. Miller, jeune étudiant travaillant dans le laboratoire de Harold Urey, à l’université de Chicago, venait de réaliser une expérience pour simuler globalement les phases initiales de l’évolution chimique terrestre. Il s'intéressait à la chimie primitive à l'origine de la vie sur Terre et aux conditions susceptibles de permettre l'apparition des premières molécules composant des protéines et de l'ADN. Harold Urey venait de théoriser que sur la Terre primitive existait une atmosphère contenant les éléments chimiques constituant les structures des êtres vivants. En 1953, pour vérifier la pertinence de cette théorie, Stanley Miller imagine une expérience physico-chimique. Il s’agissait d’une idée osée à l’époque, surtout pour un sujet de thèse de doctorat ! Mais les encouragements et la renommée de son directeur de thèse (H. Urey obtint le Prix Nobel de chimie en 1934) avaient sans doute réussi à persuader Miller de concrétiser son projet. A cette fin, Miller avait conçu un montage expérimental astucieux pour simuler la formation des molécules organiques dans l’atmosphère, et leur évolution dans les océans (photo ci-contre).

Il mélange plusieurs gaz, dont du méthane (CH4), de l'ammoniac gazeux (NH3), de l'hydrogène (H2) qu'il fait barboter dans un ballon rempli d'eau (H2O). Il chauffe ensuite le ballon jusqu'à ébullition du mélange, dont les vapeurs passent alors dans un autre ballon, via une colonne de condensation. Arrivés dans le second ballon, les vapeurs sont soumises en permanence à des arcs électriques, censés reproduire des éclairs. Au bout d'une semaine de fonctionnement apparaissent des composés organiques plus lourds que les atomes, dont 2 % d'entre aux étaient des acides aminés primitifs, maillons de base de toutes les chaînes protéiques qui existent sur Terre, donc potentiellement de la vie.

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Slide de la conférence d’André Schaaf

3.                 Les stromatolites, les plus anciennes traces de vie, une échelle de temps

a)               Il y a environ 3.5 milliards d’années

A. Brack & F. Raulin, L’évolution chimique et les origines de la vie, p 23

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Une des questions fondamentales est l’échelle de temps. De combien de temps disposa l’évolution chimique pour faire apparaître les premiers systèmes vivants ? Quand la vie est-elle apparue sur notre planète ?

Avec l’étude des fossiles, les paléontologues reconstituent l’histoire de la vie sur Terre. Pendant longtemps, ils se sont limités aux fossiles macroscopiques. Ce sont les plus « parlants », mais ils ne concernent que les 600 derniers millions d’années, périodes géologiques relativement récentes. La découverte de fossiles de micro-organismes datant de l’ère du Précambrien a permis de mieux cerner les limites de l’histoire de la vie.

L’un des premiers gisements étudié en détail ayant révélé des microfossiles de cette ère est celui du Gunflint, en Ontario, près du lac Michigan. On y a mis à jour, dans des roches âgées de 1,8 milliards d’années, des fossiles de micro-organismes semblables aux actuelles algues bleues (organismes procaryotes dénommés aussi cyanobactéries). Ces algues microscopiques auraient été à l’origine de l’oxygène atmosphérique. En dégageant du carbonate, elles forment des structures en lamelles : les stromatolites.  En 1965, le paléontologue américain Barghoorn découvre des structures similaires à celles du gisement de Gunflint, dans des roches datant cette fois de 3,1 milliards d’années, appartenant au groupe de Fig Tree, en Afrique du Sud. Ces microstructures seraient aussi présentes dans des roches africaines âgées de 3,5 milliards d’années, provenant du groupe d’Onverwach.

 

 

Des stromatolithes vivants

Futura-Sciences, Les algues : première lignée végétale  http://www.futura-sciences.com/fr/doc/t/botanique/d/les-algues-premiere-lignee-vegetale_523/c3/221/p3/

img047.jpgimg051.jpg file:///P:/Sauvegarde_Donnees/D/Enseignement/Axes/Axe%20PN/UP1/wiki/Q%20-%20Vie%20-%20Apparition%20de%20la%20vie%20-%20Magids_fichiers/image014.jpg img051.jpg

Illustration extraite de "La Terre et la Vie" de Yves Paccalet, p 32

La genèse de ces formations de stromatolites a été très controversée jusqu'à ce qu'on trouve des stromatolites vivants en Australie à Shark Bay en particulier. Il n'y a pas de différences fondamentales entre ceux qui vivent actuellement et ce que l'on peut déduire des fossiles que l'on a trouvés. Ceci laisse penser que ces stromatolites sont les plus anciens êtres vivants connus et qui sont de la même lignée depuis 3,5 Ga. Il y a encore certaines contestations à ce sujet, et il y en aura sans doute encore longtemps, car il est difficile de «prouver » dans ce type de domaine. Il semble néanmoins que les stromatolites furent la (presque) seule forme de vie jusqu'il y a 550 Ma, leur apogée se situant autour de 1 Ga avec un maximum de diversité.

b)               Précisions sur la relation entre cyanobactéries et stromatolithes

Futura-Sciences, Les algues : première lignée végétale http://www.futura-sciences.com/fr/doc/t/botanique/d/les-algues-premiere-lignee-vegetale_523/c3/221/p3/

D’après le site de Futura-Sciences « Les cyanobactéries secrètent une gelée qui les entoure et cette gelée peut précipiter les bicarbonates, solubles, en carbonates de calcium, insolubles. Certaines autres précipitent le calcaire à l'intérieur de la cellule mais dans les deux cas on parle de stromatolites. Le jour, les cyanobactéries font de la photosynthèse et précipitent le calcaire en utilisant le gaz carbonique. La nuit elles fabriquent cette gelée qui retient le calcaire et quelques sédiments. Le jour suivant de nouvelles bactéries recommencent le cycle. Par ce mécanisme le feutrage de filaments de cyanobactéries collées sur un support est englué dans une gangue calcaire et forme une couche plus ou moins carbonatée appelée lamine. Les cyanobactéries qui meurent forment donc des micro-couches de calcaire plus ou moins pur sur lesquelles se développent les bactéries suivantes, jusqu'à ce qu'on obtienne une structure en dôme caractéristique des stromatolites. »

II.              Quels ont été les mécanismes de cette apparition ?

A.                L’hypothèse de la panspermie

Yves Paccalet, La Terre et la Vie, p 28, http://www.nirgal.net/ori_where.html . Dans la recherche des origines de la vie, l’hypothèse de la panspermie est étudiée avec intérêt par les scientifiques. Le mot panspermie vient du grec : pan, « tout », et sperma, « semence ». Ce terme traduit donc l’idée que la vie a pu naître dans l’espace. Les micrométéorites, météorites (fragments d'astéroïdes tombant sur Terre) et comètes qui voyagent dans l’espace transporteraient des formes de vie primitives. Le premier qui formula l’idée de la panspermie fut, au début de ce siècle, le chimiste suédois Svante Arrhenius : selon celui-ci, la pression des ondes lumineuses suffirait à véhiculer des spores entre les mondes habitables. Plus récemment, les Américains Fred Hoyle et Chandra Wickramasinghe ont avancé l’idée que de nombreuses régions de l’espace peuvent avoir vu (ou verront) l’éclosion du vivant. Aujourd'hui, nombreux sont les scientifiques qui pensent que l'origine de la vie est effectivement à chercher dans l'espace. Avec une petite nuance par rapport au concept initial proposé par Richter : les astéroïdes et comètes n'auraient pas livré sur Terre des organismes complets prêts à se développer, mais plus simplement une grande quantité de molécules prébiotiques, à partir desquelles les premières cellules se seraient assemblées.

Ces hypothèses sont corroborées par le fait que l’on trouve dans l’espace des molécules fort complexes. Non seulement des radicaux (oxygène-hydrogène OH, carbone-oxygène CO, etc.) ; non seulement de l’eau (H2O), de l’ammoniac (NH3), du méthane (CH4), de l’hydrogène sulfuré (H2S) ; mais encore des molécules organiques de grandes dimensions comme le formaldéhyde (H2CO), l’acide formique (HCOOH), le méthanol (CH3OH), le cyanure de vinyle (H2CCHCN)… Les scientifiques ont recensé à ce jour environ 120 molécules organiques comportant entre 2 à 13 atomes de carbone. www.nirgal.net  Autant de composés capables de participer à des réactions typiques de la vie.

1.                 Les comètes 

Les comètes sont constituées d’un noyau de glace, dans lequel sont insérés des composés organiques. Plusieurs molécules organiques simples ont été décelées par les scientifiques au sein des comètes comme le formaldéhyde et l'acide cyanhydrique. Lorsque la comète entre dans l’atmosphère terrestre, son noyau de glace fond et libère, entre autres, les composés organiques qu’il contenait. L’analyse des particules émises par le noyau d’une comète montre qu’il contient environ 30 % de matière organique (carbone, oxygène, azote, hydrogène).

2.                 Les météorites

Une catégorie particulière de météorites, les chondrites carbonées, renferme de nombreuses molécules organiques. En 1868, le chimiste Berthelot analyse la météorite d'Orgueil, tombée en France en 1864, et y découvre des composés aux propriétés chimiques voisines du charbon. Il trouve également des structures particulières ressemblant beaucoup à des algues, ce qui avait fait sensation à l'époque. Quant à la météorite de Murchison, tombée le 28 septembre 1969 en Australie, on y décela la présence de 70 acides aminés, dont 8 d'importance biologique, c'est à dire rentrant dans la composition des protéines.

3.                 Les micrométéorites

Etant donné le flux très important de micrométéorites que la Terre reçoit continuellement, les pluies de micrométéorites restent la source principale de carbone. Chaque année, la Terre recevrait jusqu'à 20 000 tonnes de micrométéorites, contre 10 tonnes seulement de météorites. Ce flux devait être bien supérieur (d'un facteur 100 à 10 000) au début de la formation du système solaire.

Parmi les météorites, seulement 2 à 4 % sont carbonées : il s’agit des chondrites carbonées évoquées plus haut. Parmi les micrométéorites, 80 à 90 % des renferment du carbone. Il s’en déduit aisément que la contribution des micrométéorites dans l'apport de molécules organiques par rapport aux météorites est considérable.

B.               Cellules et endosymbiose

 Yves Paccalet, La Terre et la Vie, p 32, La Saga de l'Endosymbiose, Marc André Sélosse et Susan Loiseaux de Goër, La recherche

1.                 Définition

L’endosymbiose est la coopération mutuellement bénéfique entre deux organismes vivants, donc une forme de symbiose, où l'un est contenu par l'autre. L'organisme interne est appelé un endosymbiote. Cette terminologie est surtout employée au niveau cellulaire pour imager une coopération entre des micro-organismes simples, et les cellules d'organismes plus évolués qui les contiennent et dont ils favorisent le fonctionnement.

2.                 Arguments

L’étude des organites des cellules a montré que les mitochondries et les plastes étaient très certainement, à l’origine de l’évolution, des endosymbiotes phagocytés.

Plusieurs arguments viennent soutenir cette thèse :

·         Lors des phases de division cellulaire, les mitochondries et les plastes proviennent toujours de mitochondries ou de plastes préexistants. Cela fait penser à des bactéries se divisant par bipartition dans la cellule.

·         Les mitochondries et les plastes sont les seuls organites (excepté le noyau) qui possèdent deux membranes.

·         La structure fine des mitochondries et des plastes évoquent la structure fine des bactéries.

·         Les lipides des membranes entourant les mitochondries existent chez certaines bactéries, mais pas ailleurs dans la cellule eucaryote. membres.lycos.fr/acell/lr0397.htm

·         Les lipides caractéristiques des membranes des plastes se retrouvent chez les cyanobactéries.

·         Les fonctions métaboliques remplies par les mitochondries et les plastes sont des fonctions qu’accomplissent certains procaryotes libres.

·         La mise en évidence d’ADN dans les plastes en 1962 et dans les mitochondries en 1963 constitue l’argument majeur. Cet ADN ressemble à celui des procaryotes : il n’est pas isolé au sein de l’organite et se présente sous la forme de plusieurs copies identiques. L’ADN est dupliqué et transmis lors de la bipartition de l’organite, comme dans le cas des procaryotes libres. membres.lycos.fr/acell/lr0397.htm

L’acquisition des mitochondries se serait produite il y a 2 à 3 millions d’années, au cours du Précambrien, et constitue une étape majeure pour le eucaryotes puisqu’elle marque l’acquisition de la respiration cellulaire. L’endosymbiose a fortement influé sur l’évolution des eucaryotes, car elle leur a permis d’acquérir des potentialités métaboliques de procaryotes.

Ainsi, le phénomène d’endosymbiose est certainement l’un des moteurs les plus puissants de l’évolution du monde vivant.

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Slide de la conférence d’André Schaaf

III.           L’explosion du précambrien 

Yves Paccalet, La Terre et la Vie, p 38, et poly La Terre est Ronde ?, p 128,  Ci-dessous sont présentées deux faunes caractéristiques du Précambrien : la faune d’Ediacara et la faune de Burgess.

A.               La faune d’Ediacara

La faune de d’Ediacara est constituée des premiers animaux connus de taille visible. Elle a été découverte dans les collines d’Edicara, au nord d'Adélaïde, en Australie du Sud, où l'on a découvert les premiers fossiles d'organismes marins complexes. Ils sont apparus vers −565 Ma alors que la terre réémergeait des glaces du Cryogénien (épisode présumé de la « Terre boule de neige »). Ces fossiles sont déposés sur les sédiments d’une ancienne mer. Mais ces organismes archaïques n'ont pas survécu à l'explosion cambrienne, qui vit apparaître à partir de −542 Ma, de nouvelles espèces plus proches de celles que nous connaissons aujourd'hui.

Les fossiles retrouvés témoignent d’une centaine d’espèces de créatures molles, qui évoluent dans un milieu composé d’algues et d’éponges. Ces animaux atypiques et donc difficiles à classer, ne sont pas connus par les fossiles de leurs corps mais par leurs empreintes dans les sédiments conservées grâce à l’action des tapis microbiens, qui rigidifient la surface des sédiments, constituant ainsi une sorte de moulage mortuaire.

a) les fonds océaniques au temps d’Ediacara

On y observe des organismes ressemblant à des méduses (a),

à des coraux mous (b, Rangea),

à des arthropodes ou à des vers annélides (c, Spriggina).

Par contre, (d, Parvancorina et e, Tribrachidium) ne ressemblent à aucune forme animale connue.

B.               La faune de Burgess

Yves Paccalet, La Terre et la Vie, p 7 et 8, http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/paleontologie/d/faune-de-burgess-une-enigme-seculaire-sans-doute-resolue_14699/, Poly La Terre est Ronde ?, La vie est belle, Stephen Jay Gould.  La faune de Burgess,qui date d’environ -520 Ma, fascine tant sa disparité est faramineuse. Ce qui semble exceptionnel vis-à-vis de cette faune, c’est moins la vie même que sa prodigieuse explosion. La faune de Burgess est caractérisée par une disparité élevée, et une diversité pauvre :

·         Disparité : nombre de plans d’organisation anatomique au sein d’une faune

·         Diversité : nombre d’espèces distinctes au sein d’un groupe

Le site de Burgess a été découvert en 1909 en Colombie britannique (Canada). C’est Walcott, un paléontologue américain qui a trouvé ce site par hasard, lors d’une promenade à cheval. Exploitation du site a duré 7 ans. En 1917, 50 000 spécimens avaient été dégagés. Selon Walcott, on peut distinguer 150 espèces appartenant à 19 genres différents.

Cette faune est stupéfiante. Elle est plus riche en plans d’organisation que celle d’aujourd’hui. On y trouve la plupart des types zoologiques que nous connaissons (les éponges, les méduses, les vers, les arthropodes, les échinodermes et même déjà les cordés, avec Pikaia). Et bien d’autres, qui ont disparu. Dans l’immense loterie des caractères génétiques, certains ont été balayés. D’autres se sont perpétués jusqu’à notre époque. Rien, là-dedans, ne conduit de façon nécessaire à l’homme. Il aurait peut-être suffit, voici 500 millions d’années, d’une modification minime d’un seul petit facteur écologique pour que Hallucigenia ne disparaisse pas et que ses descendants peuplent aujourd’hui la Terre, et que Pikaia, qui est probablement notre ancêtre, soit exterminé.

 

Marella

est un petit animal de 2cm maximum. Sa tête porte 2 antennes et 2 pattes spécifiques, 2 cornes latérales tournées vers l’arrière  et une protection dorsale en forme de lyre; son corps segmenté comprend 25 articles biramés, une patte articulée et un appendice branchial ; un  telson termine le corps

Yohoia

est très particulier. Sa tête porte 3 paires de pattes uniramées classiques pour la marche chez les trilobites plus une paire de pattes pour la nutrition se terminant par quatre piquants,  une morphologie inconnue chez tous les autres arthropodes depuis. Les 10 premiers segments du corps portent un seul appendice, en éventail.

Opabinia

est un être extraordinaire, de 5 à 7 cm, équipé de 5 yeux, d’une trompe  terminée par une sorte de double mâchoire équipée d’épines en guise de dents ? Un must dans le bestiaire de Burgess Pass. Son corps comporte 15 segments biramés, avec 1 lobe majeur et 2 petits lobes latéraux portant la rame branchiale.

Odontogriphus,

 l’énigme édentée, est un petit animal très plat, équipé de deux organes (sensoriels ?) latéro-frontaux et d’une sorte de bouche à 25 « dents », petit cônes  qui ne sont sans doute que des petits tentacule ?

Dinomischus

est un organisme fixé et sans doute immobile, assez semblable aux coraux dont il n’a pas la symétrie 6 ou 8. Il ressemble aussi aux crinoïdes, mais sans la symétrie 5 des échinodermes. Equipé de lames ressemblant à des pétales, il montre 2 orifices reliés entre eux, bouche et anus sans doute.

Amiskwia

est peut-être l’un des rares organismes ne vivant pas sur le fond marin. En effet ses appendices (latéraux et caudal) suggèrent la nage. Par ailleurs sa tête semble équipée un double organe sensoriel et de 2 tentacules.

Hallucigénia !

comme le dit S.G. Gould, comment peut-on décrire une forme vivante dont on ne comprend pas où est l’avant et l’arrière, le haut et le bas. La bouche serait le tube en bout ? Les épines des béquilles ? des pattes ? une paire par segment. Sur le dos( ?) une sorte de tentacule placé en quinconce avec les « pattes ». Si hallucinant que l’on se demande encore s’il ne s’agirait pas d’un fragment d’un autre animal, non trouvé à ce jour. Mais Hallucigénia n’existe pas qu’à un seul exemplaire ? Une énigme…

Odaraia

ressemble à un arthropode, à carapace bivalve, sans antennes, avec une queue d’avion pour faire bonne mesure. Vivait-il sur le fond ? se propulsant avec la queue ? Pas d’antennes, pas d’appendices buccaux, encore une fois un organisme très différencié et rien qui indique un caractère primitif.

Wiwaxia

est un petit animal de 5 cm en moyenne, couvert de rangées de plaques dont deux en forme de lignes d’épines. Pas de segmentation, Wiwaxia n’est pas un annélide, ni un arthropode. Sa bouche est équipée d’un outil qui rappelle la radula des gastéropodes (sorte de râpe). Faut-il dès lors le ranger dans les mollusques ?

Anomalocaris

mesure 60 cm, un monstre pour l’époque. Il est le plus grand prédateur de cette faune. Actuellement les paléontologues s’accordent à  le ranger dans les arthropodes, dont il constitue l’une des formes ancestrales présentes à Burgess Pass.

 



[1] * Supernova : www.mediadico.com : « en astronomie, ce nom désigne un phénomène explosif qui se produit pendant la vie de certaines étoiles. Une nova est une étoile dont la brillance augmente soudainement et de façon considérable avant de diminuer lentement. Une supernova, beaucoup plus rare, se comporte de la même façon mais le phénomène détruit ou endommage gravement l'étoile. »

 

[2] *phase T Tauri : phase de vent solaire violent ayant expulsé les atmosphères primaires (issues de l’accrétion suivie de la différenciation)

 

[3] *hétérotrophe : qualifie un être vivant qui ne peut fabriquer lui-même tous ses constituants et doit, de ce fait, utiliser des matières organiques exogènes comme c’est le cas pour les animaux et l’Homme. www.docsciences.fr

 

[4] *Micelle : particule minuscule de substance solide en suspension dans un liquide. Dispersées dans ce liquide, les micelles produisent une solution colloïdale, agrégat sphéroïdal de molécules possédant une tête polaire hydrophile dirigée vers le solvant et une chaîne hydrophobe dirigée vers l'intérieur.

 

[5] *Colloïdal : se dit des solides ou des solutions liquides qui contiennent un corps dispersé sous forme de micelles.