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Origines de la vie : pourquoi nous nous sommes trompés aussi longtemps

Fumeurs « blancs » au fond des mers. NOAA/Wikipédia

Origines de la vie : pourquoi nous nous sommes trompés aussi longtemps

Fumeurs « blancs » au fond des mers. NOAA/Wikipédia

Depuis près de 90 ans, l’explication favorite de la science concernant l’origine de la vie a été la « soupe primordiale ». C’est-à-dire l’idée que la vie est apparue à la suite de réactions chimiques dans une mare d’eau chaude à la surface de la Terre, déclenchées par une source externe d’énergie comme un éclair ou un rayon de lumière ultra-violet (UV). Pourtant, de récentes recherches appuient une hypothèse alternative : la vie serait née au fond des océans au sein de structures rocheuses et chaudes, les cheminées hydrothermales.

Une étude publiée le mois dernier dans la revue Nature Microbiology suggère que le dernier ancêtre commun universel à toutes les cellules vivantes se nourrissait de molécules d’hydrogène dans un environnement riche en fer, similaire aux cheminées. Les partisans de l’hypothèse conventionnelle ont exprimé leur scepticisme sur le fait que ces découvertes puissent faire évoluer notre vision des origines de la vie. Mais la théorie des sources hydrothermales, souvent décrite comme étrange et controversée, explique comment les cellules vivantes ont développé la capacité d’obtenir de l’énergie, d’une façon qui ne serait pas envisageable dans le cas de la soupe primordiale.

Dans la théorie conventionnelle, la vie est supposée avoir apparu quand un éclair ou des rayons UV ont fait se regrouper de simples molécules en structures plus complexes. Un processus qui s’est traduit par la création de molécules capables de stocker de l’information, similaire à notre ADN, protégées dans l’enveloppe protectrice des cellules primitives. Des expériences en laboratoire ont confirmé que des montants infimes de structures moléculaires capables de fabriquer des protéines et des molécules de stockage de l’information peuvent être créées dans ces conditions. Pour beaucoup de chercheurs, la soupe primordiale est l’environnement le plus plausible pour l’origine des premières cellules vivantes.

Réplication de l’ADN

Mais la vie n’est pas seulement une question de réplication de l’information stockée dans l’ADN. Toutes les choses vivantes doivent se reproduire pour survivre, mais répliquer l’ADN, assembler de nouvelles protéines et construire des cellules à partir de rien demandent des quantités considérables d’énergie. Au cœur de la vie se trouvent les mécanismes pour obtenir de l’énergie de l’environnement, la stocker et continuellement la diriger dans les circuits métaboliques des cellules.

La vie s’est-elle développée dans les fumeurs noirs (sources hydrothermales) ? U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration/Wikimedia Commons

D’où cette énergie provient et comment on la capte peut nous en dire beaucoup sur les principes universels à l’origine de la vie et de son évolution. De récentes études suggèrent fortement que la soupe primordiale n’était pas le bon type d’environnement pour les besoins énergétiques des premières cellules.

Classiquement, nous savons que toute vie sur Terre est alimentée par l’énergie du soleil et captée par les plantes, ou extraite de simples composés comme l’hydrogène ou le méthane. Mais on sait moins que toute vie accumule cette énergie d’une même façon, bien particulière.

La vie peut s’être développée pour exploiter n’importe quelle des innombrables sources d’énergie sur Terre, de la chaleur aux décharges électriques en passant par l’activité radioactive naturelle. Mais toutes les formes de vie ont utilisé les différences de concentration des protons entre les membranes cellulaires. Cela laisse penser que les premières cellules vivantes ont récolté l’énergie de cette façon et que la vie elle-même est apparue dans un environnement où les gradients de protons étaient la source énergétique la plus accessible.

L’hypothèse des sources hydrothermales

Des études récentes basées sur des ensembles de gènes susceptibles d’avoir été présents dans les premières cellules vivantes lient l’origine de la vie aux sources hydrothermales du fond des mers. Ce sont des structures géologiques poreuses produites par des réactions chimiques entre le roc et l’eau. Les fluides alcalins de la croûte terrestre circulent dans la cheminée, à travers l’eau de mer plus acide, créant naturellement une concentration de protons similaire à celles qui alimentent les cellules vivantes.

Les études suggèrent que, dans les premiers stades de l’évolution de la vie, les réactions chimiques dans les cellules primitives ont probablement été rendues possibles par ces gradients de protons non biologiques. Les cellules ont ensuite appris comment produire leurs propres gradients et se sont échappées des sources hydrothermales pour coloniser le reste de l’océan et finalement la planète.

Les partisans de la théorie de la soupe primordiale affirment que les décharges électrostatiques ou les radiations UV du soleil ont amené aux premières réactions chimiques de la vie. Mais la vie telle qu’elle est aujourd’hui n’est pas alimentée par ces sources d’énergie volatiles.

Au lieu de cela, au cœur de la production d’énergie nécessaire à la vie, on trouve des gradients d’ions à travers les membranes biologiques. Rien n’aurait pu émerger dans les étangs chauds de la soupe primordiale sur la surface primitive de la Terre. Dans ces environnements, les composés chimiques et les particules chargées ont tendance à être diluées de façon uniforme au lieu de former des gradients ou des états non équilibrés qui sont si indispensables à la vie.

Les sources hydrothermales représentent le seul environnement connu capable de créer des molécules organiques complexes avec le même genre de machinerie de captage énergétique que les cellules actuelles. Chercher les origines de la vie dans la soupe primordiale avait un sens quand on savait peu de choses sur les principes énergétiques universels pour la vie. Mais comme notre connaissance s’est accrue, il est temps d’adopter des hypothèses alternatives qui reconnaissent l’importance du flux d’énergie entraînant les premières réactions biochimiques. Ces théories comblent parfaitement l’écart entre les modèles énergétiques des cellules vivantes et des molécules non organiques.

This article was originally published in English