Introduction

Avant de pouvoir déterminer les conditions nécessaires à la vie, il faut pouvoir définir ce qu’est la vie. Et définir ce qu’est la vie n’est pas une tâche facile. Pierre Kerner dans son dossier sur l’arbre du vivant nous a dit qu’il fallait considérer la vie non comme une substance aux propriétés éternelles, mais plutôt comme le résultat d’un processus issu de sélection naturelle. Et les caractéristiques du processus du vivant peuvent être décrites par la capacité de celui-ci à:

• croître
• se nourrir
• se reproduire
• évoluer

La symbiose

La symbiose entre deux organismes vivants est la capacité de ceux-ci à collaborer et à s’entre-aider mutuellement pour survivre. On trouve de nombreux exemples de symbiose dans le règne animal et végétal. Un exemple tout simple est celui des bactéries qui se trouvent dans notre flore intestinale indispensables à notre survie. Les lichens sont aussi un bon exemple de symbiose, ils sont généralement constitués de l’association symbiotique entre un champignon et une algue.

Mais on peut aussi descendre d’une échelle et parler de symbiose moléculaire. En effet, les molécules dans nos cellules forment et s’assemblent dans un système complexe de type symbiotique. On voit que certaines molécules existent par ce que d’autres sont aussi présentes, les unes ne pourraient pas être présentes sans les autres. C’est cette symbiose moléculaire qui contribue à la survie de l’ensemble du système moléculaire et donc de nos cellules. Par exemple les molécules d’ADN peut exister uniquement parce qu’il y a les protéines, qui sont d’autres types de molécules, qui peuvent l’aider dans sa reproduction. Et vice-versa, les molécules de protéines peuvent exister car l’ADN est capable de son côté via l’ARN messager à se traduire en protéines. On voit bien qu’on se trouve dans une sorte de circuit fermé dans lequel certaines molécules ne pourraient pas survivre et exister sans l’aide d’autres molécules.

Une molécule en soi est inerte, mais au sein d’un système moléculaire plus complexe, celui-ci peut devenir dynamique.

La chimie du vivant

Essentiellement les éléments chimiques constitutifs des molécules de base nécessaires au développement de la vie sont les éléments chimiques constitutifs de l’ADN et des acides aminés:

• Carbone
• Oxygène
• Azote
• Hydrogène
  
• Soufre
• Phosphore

Ces différents éléments sont très abondants et disponibles dans le milieu interstellaire. D’ailleurs on pense que ce serait un astéroide (embryon de planète) qui aurait apporté sur Terre ces éléments sous forme de molécules.

Le Carbone est l’élément le plus important de tous pour l’apparition de la vie. C’est lui qui lui donne en quelques sortes le squelette chimique principal du vivant. L’atome de Carbone a la propriété de pouvoir s’unir à 4 autres éléments chimiques  (principalement Carbone, Oxygène, Azote et Hydrogéne) pour former des molécules organiques. L’atome de Carbone possède 4 liaisons chimiques possibles, c’est-à-dire il a en quelques sortes 4 bras avec lesquels il peut en faire beaucoup de choses. Il peut grâce à ses 4 bras (à ces 4 possibilités de liaison chimique) créer des chaînes moléculaires en s’associant à d’autres atomes de Carbone ou à de l’Oxygène, Azote, Hydrogène… Mais une autre particularité intéressante du Carbone est que l’énergie mise en jeu dans la liasion qui l’unit à un atome voisin n’est pas contraignante. Les énergies de liaison et de rupture sont similaires entre le Carbone et les éléments chimiques avec lesquels il peut se combiner pour que la vie apparaisse. Par exemple, l’énergie mise en jeu dans une liaison Carbone-Oxygène est similaire à celle mise en jeu dans une liaison Carbone-Carbone ou Carbone-Azote. L’atome de Carbone n’a donc pas de préférence de liaison avec un élément qui aurait une liaison plus forte et plus difficile à rompre. L’atome de Carbone traite les éléments avec lesquels il s’unit de façon equitable, c’est un atome démocratique. Ces différentes propriétés lui confère donc une grande capacité de diversité de combinaisons moléculaires. Sans diversité moléculaire, un système complexe avec métabolisme et symbiose moléculaire ne pourrait tout simplement pas exister.

L’eau liquide est aussi un élément indispensable, car elle va jouer le rôle de solvant pour faciliter les réactions chimiques à partir de ces éléments chimique de base. L’eau permet aussi de transporter les molécules de ces éléments pour qu’elles se rencontrent. (L’organisation et l’agencement des molécules organiques se fait au détriment de celui des molécules d’eau qui acquièrent plus de désordre. Cette échange de procédé entre molécules organiques et l’eau a tendance à augmenter l‘entropie du système, c’est le fameux deuxième principe de la thermodynamique). L’eau des océans terrestres aurait en partie comme origine la glace présente sur des comètes qui auraient impactées la Terre à plusieurs reprises quelques millions d’années seulement après la création de notre planète (il y 4,55 millards d’années).

Pour former des longues molécules, c’est-à-dire des chaînes d’acides aminés, on a besoin de former des liaison peptidiques entre les molécules organiques primordiales à base de Carbone. Une protéine est constituée de plusieurs acides aminées mis bout à bout grâce à ces liaisons peptidiques. Pour effectuer ce processus de liaison entre acides aminés, il faut éliminer une molécule d’eau. Si tout se passe dans l’eau, c’est pas efficace, car l’eau est partout et aura tendance à empêcher la création de ces liaisons peptidiques. On a donc besoin de période d’alternance entre une certaine humidité et de la sécheresse. L’orgine de la vie aurait donc plutôt eu lieu dans des flaques d’eau ou dans des zones de marée. Par exemple une flaque d’eau peut s’évaporer permettant la concentration et la création des ces liaisons peptidiques, puis la pluie permet de recommencer le cycle d’alternance eau-sécheresse.

L’expérience de Miller

(Alan)

Montre en mains, je vais tenter de présenter l’expérience de Miller en moins de 5 minutes. Un grand merci à David du blog Science Etonnante pour son récent billet sur l’expérience de Miller, dont je me suis très largement inspiré. On en fait tous l’expérience à chaque instant: nous avons besoin d’oxygène pour vivre. Or l’oxygène est un oxydant extrêmement puissant qui abime les molécules du vivant comme les protéines et l’ADN. Impossible d’imaginer que la vie ait pu démarrer dans une atmosphère riche en oxygène comme celle de la Terre d’aujourd’hui.

L’hypothèse d’Alexander Oparin

C’est pour cela qu’aux XIXe et début du XXe siècle, la théorie la plus en vogue était celle de la panspermie (qui postule que la vie sur Terre serait d’origine extra-terrestre). Mais en 1920, le biochimiste  Alexander Oparin émet une hypothèse folle: et s’il n’y avait pas toujours eu de l’oxygène dans l’atmosphère terrestre? Et si cela avait permis à la vie de démarrer par une succession de simples réactions chimiques? La Terre a 4.5 milliards d’années. Les traces de vie les plus anciennes remontent à 3.5 milliards d’année. L’atmosphère a eu le temps de changer. Pour l’oxygène, on sait maintenant qu’Oparin avait raison. C’est la vie, et notamment la photosynthèse qui produit les quantités astronomiques d’oxygène qu’on trouve dans l’atmosphère terrestre.

L’expérience de Miller

La vie basée sur le Silicium

On a vue que l’atome de Carbone a la possibilité de fomer 4 liaisons chimiques. Le Silicium qui se trouve juste au-dessous du Carbone dans le tableau périodique a lui aussi 4 possibilités de liaisons. Pourquoi ne pourrait-il pas s’unir à d’autres éléments et former 4 chaines de liaison comme le fait le Carbone et donner naissance à une vie basée sur le Silicium?

Le Silicum a quelques inconvénients par rapport au Carbone. Il s’unit à l’Oxygène avec beaucoup plus de force qu’avec les autres éléments. Il a en quelques sortes une préférence pour l’Oxygène. D’ailleurs tout le Silicium qu’on trouve sur Terre est saturé par l’oxygène et se trouve sous forme de silicates (SiO2). On peut alors argumenter qu’il pourrait exister quelque part dans l’Univers une planète contenant du Silicium, mais pas d’Oxygène. Sur une telle planète la formation de silicates serait impossible, et ça pourrait alors donner naissance à des molécules à base de Silicium possédant des liaisons énergétiques similaires avec d’autres éléments, comme le fait le Carbone. Néanmoins on sait que les éléments chimiques comme le Silicium et l’Oxygène se forme à l’intérieur des étoiles suite à des fusions nucléaires. L’explosion d’une étoile en supernova libère ces éléments dans l’espace. Hors l’Oxygène se forme de façon beaucoup plus abondante que le Silicium, dans l’Univers il existerait 9 fois plus d’atome d’oxygène que de Silicium. L’Hydrogène est l’élément chimique le plus abondant dans l’Univers, ensuite l’Hélium, puis l’Oxygène et en 4ème position vient le Carbone, lui aussi bien plus abondant que le Silicium. (L’Hydrogène est très abondant dans l’Univers mais il est aussi très léger, la Terre n’a pas la force de gravitation suffisante pour le maintenir à l’état gazeux, il se trouve principalement attrapé dans des molécules d’eau – H20).

Supposons tout de même que le Silicium se trouve dans un environnement qui lui permette de former des molécules possédant d’autres chaines chimiques que celles qu’on pourrait créer avec l’Oxygène qui serait absent de cet environnement. On sait que l’eau liquide est un milieu indispensable pour favoriser la rencontre, l’organisation et le métabolisme de ces molécules. Hors dans le cas du Silicium, l’eau décomposerait très rapidement les chaînes moléculaires du Silicium, au lieu de les organiser comme elle le fait avec celles de Carbone. Le Silicium s’unirait alors rapidemment à l’Oxygène de l’eau pour former à nouveau des silicates. Il faudrait pouvoir imaginer un liquide nouveau qui serait capable de favoriser l’organisation des molécules de Silicium au lieu de les décomposer. A ce jour, on ne connaît aucun liquide susceptible d’avoir ces propriétés vis-à-vis du Silicium. Il semble donc très peu probable que la vie spontanée puisse apparaître ou avoir apparu à partir du Silicium.

Sources:

http://cienciaes.com/entrevistas/2011/02/08/vida-basada-en-el-silicio-laborda/