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Par Grégoire Macqueron, Futura-Sciences
La vie ne serait pas apparue dans une soupe primitive. Une équipe germano-américaine rejette cette théorie vieille de 80 ans car elle ne satisfait pas aux besoins énergétiques des premières cellules. Les sources hydrothermales, en revanche, leur paraissent tout indiquées pour avoir fourni de l’énergie à ces pionnières avant qu'elles ne s’émancipent.
La soupe primordiale n’est pas assez énergétique. Selon Nick Lane du University College London, la théorie vieille de 80 ans d’une soupe primitive dans laquelle auraient barboté, et fermenté, des cellules primitives est un non-sens thermodynamique. « Malgré les échecs de la bioénergétique [NDLR : branche de la biochimie qui étudie les flux d’énergie dans les systèmes vivants] et de la thermodynamique, le concept vieux de 80 ans de la soupe primordiale reste central dans le courant dominant de la réflexion sur les origines de la vie, explique William Martin de l’Institut de Botanique 3 de Düsseldorf. Mais la soupe est incapable de produire l’énergie vitale à la vie. »
Dans l’apparition de la vie, la question de savoir qui de la structure (ADN, cellule) ou de la fonction (métabolisme) est apparue en premier évoque le problème de la poule et de l’œuf. Dans ce domaine, les champs de recherche de l’origine de la vie sont divisés en deux camps, celui des précurseurs des constituants cellulaires et celui des précurseurs du métabolisme.
Pour les chercheurs du second camp, la soupe primordiale est trop homogène en potentiel d’oxydo-réduction et en pH (acidité) pour initier un début de métabolisme. « Les livres de cours assènent que la vie a émergé d’une soupe organique et que les premières cellules se sont développées par fermentation de ces molécules organiques pour produire de l’énergie sous forme d’ATP. Nous apportons un nouvel éclairage sur les raisons qui font que cette vision vieille et familière ne fonctionne pas du tout, affirme Nick Lane. Nous présentons l’alternative que la vie a émergé parmi les gaz (H2, CO2, N2 et H2S) et que l’énergie de la première vie est venue de l’exploitation des gradients géochimiques créés par notre mère la Terre dans des évents hydrothermaux particuliers des grands fonds – ceux qui sont criblés de petits compartiments ou pores interconnectés. »
En effet, les sources hydrothermales produisent quantité de minéraux catalytiques et abritent des écosystèmes chimiosynthétiques qui résistent aux conditions extrêmes de ces biotopes (pression, chaleur, pH, toxicité…). Il a par ailleurs été prouvé que ces évents étaient aussi une source de molécules organiques abiotiques.
Des gradients de protons, sources d’énergie et d’inspiration
Dans leurs évents, les eaux alcalines créent des gradients de protons qui ont pu être exploités par les premières cellules au sein des pores en nids d’abeille des roches. Selon l’équipe de Nick Lane, ces cellules catalytiques auraient utilisé ces gradients pour produire énergie, lipides, protéines et nucléotides. Elles auraient ensuite acquis la capacité chimiosmotique de créer par elles-mêmes des gradients de protons pour produire leur énergie, sous forme d’ATP. Par là même, elles seraient devenues autonomes et auraient pu s’affranchir des évents hydrothermaux.
Cette chimiosmose implique des donneurs et des accepteurs d’électrons pour générer l’énergie chimique nécessaire aux réactions d’oxydo-réduction. Selon les chercheurs, le premier donneur d’électrons aurait été le dihydrogène (H2) et le premier accepteur le dioxyde de carbone (CO2).
« La raison pour que tous les organismes soient chimiosmotiques aujourd’hui est simplement qu’ils ont hérité cette caractéristique depuis l’instant et le lieu où les premières cellules ont évolué – et elles ne pouvaient pas évoluer sans cela » explique William Martin.
« Loin d’être trop complexe pour avoir alimenté la vie primitive, il est presque impossible de voir comment la vie aurait pu commencer sans chimiosmose, conclut Nick Lane. Il est temps de briser les chaînes de la fermentation dans une soupe primordiale comme type de vie sans oxygène – une idée qui date d’une époque où personne en biologie n’avait la moindre compréhension de comment l’ATP était produite. »
La vie ne serait pas apparue dans une soupe primitive. Une équipe germano-américaine rejette cette théorie vieille de 80 ans car elle ne satisfait pas aux besoins énergétiques des premières cellules. Les sources hydrothermales, en revanche, leur paraissent tout indiquées pour avoir fourni de l’énergie à ces pionnières avant qu'elles ne s’émancipent.
La soupe primordiale n’est pas assez énergétique. Selon Nick Lane du University College London, la théorie vieille de 80 ans d’une soupe primitive dans laquelle auraient barboté, et fermenté, des cellules primitives est un non-sens thermodynamique. « Malgré les échecs de la bioénergétique [NDLR : branche de la biochimie qui étudie les flux d’énergie dans les systèmes vivants] et de la thermodynamique, le concept vieux de 80 ans de la soupe primordiale reste central dans le courant dominant de la réflexion sur les origines de la vie, explique William Martin de l’Institut de Botanique 3 de Düsseldorf. Mais la soupe est incapable de produire l’énergie vitale à la vie. »
Dans l’apparition de la vie, la question de savoir qui de la structure (ADN, cellule) ou de la fonction (métabolisme) est apparue en premier évoque le problème de la poule et de l’œuf. Dans ce domaine, les champs de recherche de l’origine de la vie sont divisés en deux camps, celui des précurseurs des constituants cellulaires et celui des précurseurs du métabolisme.
Pour les chercheurs du second camp, la soupe primordiale est trop homogène en potentiel d’oxydo-réduction et en pH (acidité) pour initier un début de métabolisme. « Les livres de cours assènent que la vie a émergé d’une soupe organique et que les premières cellules se sont développées par fermentation de ces molécules organiques pour produire de l’énergie sous forme d’ATP. Nous apportons un nouvel éclairage sur les raisons qui font que cette vision vieille et familière ne fonctionne pas du tout, affirme Nick Lane. Nous présentons l’alternative que la vie a émergé parmi les gaz (H2, CO2, N2 et H2S) et que l’énergie de la première vie est venue de l’exploitation des gradients géochimiques créés par notre mère la Terre dans des évents hydrothermaux particuliers des grands fonds – ceux qui sont criblés de petits compartiments ou pores interconnectés. »
En effet, les sources hydrothermales produisent quantité de minéraux catalytiques et abritent des écosystèmes chimiosynthétiques qui résistent aux conditions extrêmes de ces biotopes (pression, chaleur, pH, toxicité…). Il a par ailleurs été prouvé que ces évents étaient aussi une source de molécules organiques abiotiques.
Des gradients de protons, sources d’énergie et d’inspiration
Dans leurs évents, les eaux alcalines créent des gradients de protons qui ont pu être exploités par les premières cellules au sein des pores en nids d’abeille des roches. Selon l’équipe de Nick Lane, ces cellules catalytiques auraient utilisé ces gradients pour produire énergie, lipides, protéines et nucléotides. Elles auraient ensuite acquis la capacité chimiosmotique de créer par elles-mêmes des gradients de protons pour produire leur énergie, sous forme d’ATP. Par là même, elles seraient devenues autonomes et auraient pu s’affranchir des évents hydrothermaux.
Cette chimiosmose implique des donneurs et des accepteurs d’électrons pour générer l’énergie chimique nécessaire aux réactions d’oxydo-réduction. Selon les chercheurs, le premier donneur d’électrons aurait été le dihydrogène (H2) et le premier accepteur le dioxyde de carbone (CO2).
« La raison pour que tous les organismes soient chimiosmotiques aujourd’hui est simplement qu’ils ont hérité cette caractéristique depuis l’instant et le lieu où les premières cellules ont évolué – et elles ne pouvaient pas évoluer sans cela » explique William Martin.
« Loin d’être trop complexe pour avoir alimenté la vie primitive, il est presque impossible de voir comment la vie aurait pu commencer sans chimiosmose, conclut Nick Lane. Il est temps de briser les chaînes de la fermentation dans une soupe primordiale comme type de vie sans oxygène – une idée qui date d’une époque où personne en biologie n’avait la moindre compréhension de comment l’ATP était produite. »