Temps de lecture :
27- L’origine de la vie est intimement liée à l’origine de notre planète elle même liée à l’origine du monde.
270- Pour aborder cette question de manière sereine, nous pouvons nous référer aux considérations d’Alexandre Oparine. Selon lui, pour bien comprendre un problème, il faut en retracer sa généalogie. C’est ainsi qu’Oparine, en tant que biologiste, autant qu’en tant que bio-géochimiste, nous amène à une histoire intime du vivant sur Terre. « Maintenant, écrivait Schödinger en introduction à l’origine de la vie, je pense que l’on peut formuler en peu de mots la ressemblance entre un mécanisme d’horlogerie et un organisme vivant. Elle se réduit, tout simplement et uniquement, à ce que ce dernier, tout comme l’horloge, est construit autour d’un cristal périodique ; celui d’un organisme vivant est construit autour d’un cristal apériodique métastable qui constitue la substance héréditaire non soumise, pour l’essentiel, à l’influence de l’agitation thermique désordonnée. » Revenons à nos trois fées du Sublime, celles qui ont présidées à l’avènement de la vie ici-bas. On peut dire que dans les conditions premières, la fée Hasard avait les coudées franches, tandis que la fée déterminée s’interrogeait dès lors sur différentes éventualités, et la fée relative ignorait tout simplement le projet, toute occupée aux grands travaux du cosmos. Dans « L’origine et l’évolution de la vie », Alexandre Ivanovitch Oparine nous expose les fondements du processus vivant. « Il devient de plus en plus évident de nos jours que la connaissance de la nature de la vie n’est possible que par la connaissance de son origine. Cette origine ne paraît plus maintenant énigmatique, comme elle le semblait encore récemment. Les voies réelles de l’apparition de la vie sur la Terre nous deviennent de plus en plus compréhensibles. Cette apparition de la vie n’a pu se produire que comme partie intégrante de l’évolution historique générale de notre planète. Les faits dont nous disposons montrent que l’apparition de la vie fut un processus lent, à sens unique, vers une complexité accrue des substances organiques et des systèmes entiers qu’elles formaient, système en interaction constante avec le milieu extérieur. Nous devons accorder une place spéciale à l’évolution des composés de carbone, car la vie terrestre et peut-être même la vie extra-terrestre est le résultat de leur transformation progressive en composés de plus en plus complexes, avec élaboration de substances organiques et, à partir de ces dernières, de systèmes plurimoléculaires. » Les substances organiques constituent la partie essentielle, indispensable de la vie. Les plus simples sont les hydrocarbures. Aussi définit-on actuellement la chimie organique comme l’étude des hydrocarbures et de leurs dérivés. De notre côté, nous pouvons aussi considérer les hydrocarbures comme le point de départ de la chaîne de transformations qui, à partir des composés du carbone, aboutit à l’apparition de la vie. Cependant, les hydrocarbures ne sont pas propres au seul monde vivant. Ces composés sont très largement répandus dans tous les corps célestes que l’on peut observer. On constate leur présence à la surface des étoiles, dans la substance interstellaire de gaz et de poussières, dans les comètes et les météorites.
271- On peut ainsi explorer le processus de la formation abiogénétique des hydrocarbures et les stades initiaux de leur transformation, à la lumière de l’étude de l’évolution de divers corps célestes, en particulier de la formation et de l’évolution de notre planète. Le gaz interstellaire comprend surtout de l’hydrogène et une certaine quantité d’hélium et d’autres gaz inertes. On a aussi réussi à y déceler des hydrocarbures très simples, notamment du méthane (CH4). Aux températures régnant dans l’amas de substances interstellaires, le méthane peut encore partiellement se trouver à l’état gazeux. Quant aux autres éléments et à leurs composés, ils font partie pour l’essentiel de la poussière intersidérale, dans laquelle on peut distinguer :
le groupe des « glaces », comprenant l’ammoniac, le méthane et l’eau (sous forme de glace ou d’hydrates) et le groupe dit « terrestre » (composés de silice, de magnésium, de fer et d’autres éléments lourds). La matière initiale de notre système planétaire a été un nuage de gaz et de poussière faisant partie d’un gigantesque amas de substance interstellaire raréfiée. Ce nuage, aux dimensions comparables à celles du système solaire actuel et à une température de l’ordre de 220 °C au-dessous de zéro, comportait environ 1000 atomes d’hydrogène par centimètre cube, ainsi qu’une notable quantité de poussière. Son L’instabilité gravitationnelle entraîna sa désintégration générale. Cette désintégration fut déclenchée par l’explosion dans cette région de la Galaxie d’une supernova, accompagnée d’ondes de choc. Se propageant dans le milieu ambiant de gaz et de poussière, ces ondes de choc y provoquèrent un tassement local qui en rompit l’équilibre gravitationnel instable. Par conséquent, il y a environ 5 milliards d’années, au centre du nuage qui donna naissance à notre système planétaire apparut un corps central dont la masse s’accrut rapidement. En même temps qu’une rapide augmentation de sa densité, ce corps subit un échauffement dû d’abord à l’énergie gravitationnelle, puis, par suite de la réaction nucléaire dont il devient le siège, à la transformation de l’hydrogène en hélium (comme cela se produit lors de l’explosion d’une bombe H). Ainsi, ce corps central fut transformé en étoile (notre soleil), le reste des gaz et des poussières formant un nuage en forme de disque d’accrétion qui allait servir de point de départ à la formation des « protoplanètes ».
Les météorites sont généralement classées en deux groupes : ferreuses et pierreuses. Les météorites ferreuses sont surtout composées de ferronickel. Il s’agit apparemment de débris en provenance de la partie centrale des astéroïdes. Quant aux météorites pierreuses, dont la chute sur la Terre est plus fréquente, elles se détachent des parties situées à la périphérie ; leur teneur en fer est beaucoup plus faible et elles sont surtout composées de silicates et d’oxydes de métaux comme le magnésium, l’aluminium, le calcium, le sodium, etc.
272- Parmi les météorites pierreuses, on accorde aujourd’hui un intérêt particulier aux chondrites charbonneuses. Il s’agit de blocs assez friables, comprenant une masse opaque noire dans laquelle sont incrustés des chondres et des grains d’olivine et de pyroxène. Une caractéristique de ces chondrites est leur haute teneur en carbone (jusqu’à 4,8 %) ainsi que la présence d’eau combinée des minéraux (hydrosilicates et aluminosilicates). Le carbone y est représenté par une substance charbonneuse amorphe et par le graphite. Il entre aussi dans la composition des substances organiques, hydrocarbures à faible poids moléculaire ou composés polymérisés, surtout de la série aliphatique. Par similitude, ces composés ressemblent parfois à des résidus provenant de la décomposition de micro-organismes (composants abiogénétiques). Les données actuelles prouvent de façon certaine que la Terre a constamment reçu par le passé et continue de recevoir de la « nourriture » sous forme de diverses substances organiques d’origine abiogénétique provenant des météorites et des débris de comètes qui nous parviennent du cosmos (des milliers de tonnes par an). Cependant, on a calculé que cet apport ne représente qu’une fraction relativement faible de l’ensemble des substances organiques de la surface terrestre. La masse des substances organiques qui ont servi de base à l’apparition de la vie sur la Terre n’est donc pas directement d’origine cosmique, mais elle s’est constituée à la surface de notre globe à partir des composés du carbone qui se sont dégagés dans l’atmosphère primitive lors de la formation de l’écorce terrestre. D’après l’opinion la plus répandue, notre planète s’est formée à une température relativement basse par accumulation de corps solides froids de constitution hétérogène. Ces corps avaient une teneur variable en fer et en silicates, mais étaient pratiquement dépourvus de combinaisons chimiquement libres et volatiles ; leur composition chimique devait être très proche de celle des météorites actuelles. La différence de constitution et de densité de la matière solide à partir de laquelle s’est formée la Terre a déterminé son hétérogénéité, qui s’est manifestée pendant l’évolution suivante, correspondant essentiellement à un réchauffement local progressif de notre planète, dû principalement à la chaleur de désintégration des éléments radioactifs. Lorsqu’à la suite de ce réchauffement, la température des profondeurs de la Terre s’éleva suffisamment et dépassa 1000 °C, une fusion partielle des roches solides débuta. Soumis aux fortes pressions à l’intérieur de la Terre, les matériaux se déplacèrent, les blocs plus lourds, riches en fer, descendant vers le centre, les silicates légers émergeant.
273- La formation de l’écorce terrestre, la lithosphère, s’effectua à la surface du globe par la fusion des combinaisons les plus fusibles des couches superficielles de la Terre. Ce processus continua pendant toute l’existence géologique de notre planète et on ne peut pas le croire terminé de nos jours. La croûte terrestre est constituée par les couches granitique et basaltique recouvertes d’une couche de roches sédimentaires. Sous l’écorce se trouve ce que l’on appelle le manteau, caractérisé par des roches ultra-basiques, pauvres en silice (dunites). La couche granitique recouvre près de la moitié de la surface de la Terre ; elle est très épaisse sous les continents, mais n’existe pas au fond du Pacifique ; l’enveloppe basaltique sous-jacente recouvre tout le globe, mais elle est également moins épaisse au fond des océans. Les dunites du manteau proviennent de la fusion de la matière primitive de la Terre, dont la constitution est analogue à celle des chondrites. La fusion des roches basaltique légères du manteau, sous l’effet de la chaleur radiogène, ont dû s’accompagner de dégagement de divers gaz et de vapeurs se formant avec l’élévation de la température, ou bien se constituant dans les enveloppes solides terrestres pendant les processus radioactifs, radiochimiques et chimiques. C’est pourquoi, dès le début de notre planète, la formation des enveloppes liquide et gazeuse de la Terre (hydrosphère et atmosphère) fut étroitement liée aux processus de la lithosphère. À cette époque, la masse d’eau à la surface terrestre devait être beaucoup plus faible qu’actuellement ; il n’y avait sur la Terre primitive qu’un dixième environ de l’eau des mers et des océans actuels. Le restant de l’eau apparut plus tard, pendant la formation de la lithosphère, à partir des hydrosilicates ou de l’eau combinée des couches profondes. Bien que la Terre en formation perdît une grande partie de son hydrogène protoplanétaire, l’abondance de celui-ci parmi les matériaux initiaux eut une influence essentielle sur la constitution postérieure de notre planète et surtout de son atmosphère. Même après la perte de l’hydrogène libre, la Terre dut en conserver une grande quantité sous forme de combinaisons diverses, dont plusieurs, pendant la formation de la croûte terrestre, furent émises dans l’atmosphère terrestre qui se constitua ainsi, se voyant conférer un caractère réducteur nettement exprimé. Au contraire, on sait que l’atmosphère actuelle de la Terre est très riche en oxygène libre, ce qui la rend nettement oxydante. Mais l’abondance d’oxygène gazeux n’a pu se produire que longtemps après l’apparition de la vie sur la Terre. Au premier stade de l’existence de notre planète, l’oxygène libre ne pouvait se trouver dans son atmosphère qu’en très faible quantité, si toutefois il s’y trouvait. L’oxygène libre peut se former dans la croûte terrestre par la voie abiogénétique grâce aux réactions radiochimiques et en particulier à la décomposition de l’eau des roches par les rayons gamma. Mais, étant donné sa grande activité chimique, l’oxygène libre oxyde les différentes substances en traversant l’épaisse croûte terrestre et ne peut arriver à la surface qu’en quantité négligeable. C’est pourquoi, pendant la décomposition radiochimique de l’eau, le gaz émis dans l’atmosphère est riche en hydrogène et non en oxygène. L’oxygène libre a pu aussi se former d’une manière abiogénétique dans les couches supérieures de l’atmosphère grâce à la décomposition photochimique de la vapeur d’eau par les rayons ultraviolets. Dans ce cas, l’hydrogène gazeux s’échappait dans l’espace interplanétaire, car l’attraction terrestre ne peut le retenir, tandis que l’oxygène libre restait dans l’atmosphère. Mais sa concentration devait être faible, car il était absorbé assez rapidement par l’eau des océans. L’oxygène oxydait alors les sels de fer ferreux, formant ainsi l’oxyde ferrique qui, en se déposant, constitua progressivement les gisements volumineux des plus anciens minerais de fer. Il est maintenant hors de doute que la masse principale de l’oxygène moléculaire de l’atmosphère terrestre actuelle s’est formée par la voie biogénétique après l’apparition de la vie sur la Terre. Mais lorsque les réserves d’oxygène libre de l’atmosphère sont reconstituées directement par les plantes vertes, seule la couche la plus superficielle de l’écorce est entièrement oxydée. Les roches plus profondes restent encore fortement réductrices et absorbent avidement l’oxygène, ce qui se vérifie par le fait bien connu que la couleur des laves et des basaltes est noire, verte et grise, prouvant la présence de l’oxyde ferreux. Au contraire, les roches sédimentaires, argile, sable, etc., sont de couleur rouge et jaune ; le fer s’y trouve sous forme d’oxyde ferrique.
274- Ainsi, il y a une absorption progressive de l’oxygène libre de l’atmosphère pendant la transformation des roches ignées en roches sédimentaires, et seul le processus continu de photosynthèse assure la reconstitution permanente de ce gaz dans l’atmosphère de la Terre. Si toute la végétation périssait sur la Terre, l’oxygène libre de l’atmosphère disparaîtrait en quelques millénaires, c’est-à-dire en un temps très court à l’échelle géologique, car il serait absorbé par les roches non saturées. Un autre gaz essentiel de l’atmosphère actuelle, l’azote, a dû apparaître à la surface de la Terre sous sa forme réduite : l’ammoniac, combinaison d’azote et d’hydrogène. Il y a tout lieu de penser que, dans les matériaux solides à partir desquels s’est formée la Terre, l’azote s’est surtout conservé sous la forme de ses combinaisons avec les métaux, les nitrures, ou sous celle de sels ammoniacaux. Des découvertes géologiques confirment la présence de nitrures dans l’écorce terrestre ; les nitrures ont dû entrer en interaction avec l’eau d’hydratation des couches profondes, donnant de l’ammoniaque, qui passa de la surface terrestre dans l’atmosphère. Les carbures (combinaison de carbone avec des métaux) et le graphite constituaient la forme la plus stable de la conservation du carbone dans les corps solides à partir desquels s’est formée l’enveloppe de notre planète. Les cohénites d’origine terrestre constituent une des formations les plus profondes de l’écorce terrestre. Pendant la constitution de celle-ci, les cohénites ont dû sans doute être en interaction avec l’eau des couches profondes, donnant naissance à du méthane et à d’autres hydrocarbures qui se sont accumulés dans l’atmosphère primitive de la Terre ; en effet, après la formation de notre planète, ils ont été retenus par la force de pesanteur et n’ont pu se disperser dans l’espace interplanétaire. Avant l’apparition de la vie, ces processus étaient les seules voies possibles de formation des combinaisons organiques initiales, moyens extrêmement perfectionnés de la synthèse des substances organiques, la photosynthèse en particulier, qui utilise les sources d’énergie inépuisables de la lumière solaire. C’est ainsi que la majeure partie du carbone de la surface terrestre a été intégrée dans le processus biologique, et l’ancien mode abiogénétique de constitution des hydrocarbures est passé à l’arrière-plan. Dans le passé, il était le seul responsable de la constitution des substances organiques. Les hydrocarbures et leurs dérivés proches contiennent des possibilités chimiques étonnantes, uniques. Sans doute, pendant les milliards d’années qui s’écoulèrent de la formation de la Terre à l’apparition de la vie, les hydrocarbures existant à la surface de notre planète ont dû utiliser largement ces possibilités. Ils ne pouvaient demeurer longtemps invariables mais entraient obligatoirement en interaction chimique entre eux et avec les substances voisines, en formant des combinaisons complexes innombrables, ce qui est étranger à la nature inorganique. C’est ce qui explique leur rôle exceptionnel dans l’apparition de la vie. La vie sur Terre ne pouvait apparaître que par un processus régulier rendant plus complexes les substances organiques, et c’est pourquoi il n’y a pas, et il ne peut y avoir de vie sans ces substances.
275- L’évolution à la surface de la Terre des substances organiques apparues ainsi d’une manière abiogénétique, évolution antérieure à l’apparition de la vie, date d’une époque où les conditions différaient profondément de celles qui existent aujourd’hui.
L’absence d’oxygène libre dans l’atmosphère primitive excluait toute possibilité d’oxydation directe et profonde des hydrocarbures telle qu’elle s’observe maintenant lors de leur combustion à l’air.
L’absence d’oxygène libre dans l’atmosphère primitive s’opposait à la constitution de ce qu’on appelle un « écran d’ozone », imperméable aux rayons ultraviolets à ondes courtes. La présence d’un tel écran dans l’atmosphère actuelle empêche ces rayons d’atteindre la surface de notre planète. Quant à l’atmosphère primitive, elle était au contraire entièrement traversée par une intense radiation ultraviolette, bien plus favorable aux divers processus photochimiques que les rayons à longueur d’onde supérieure reçus actuellement.
Son atmosphère étant essentiellement constituée d’hydrogène et l’absence sur la Terre primaire d’organismes vivant à métabolisme extrêmement perfectionné présentent également une importance significative. Pendant le processus tendant à rendre de plus en plus complexes les molécules organiques, celle-ci acquiert, à un certain stade, une nouvelle propriété : la dissymétrie. Ainsi, le méthane, par exemple, et ses dérivés proches (alcool méthylique, formaldéhyde, méthylamine) n’ont pas cette propriété et même l’acide aminé le plus simple, le glycocolle, ne la possède pas. Mais tous les autres acides aminés complexes en sont dotés. Cette capacité se manifeste de la façon suivante : une substance organique possédant une dissymétrie existe sous deux formes semblables. Leurs molécules contiennent les mêmes atomes et groupements d’atomes, mais ceux-ci sont diversement disposés dans l’espace. Le radical d’une forme est à gauche et inversement. Nos deux mains présentent un modèle simple de ces molécules dissymétriques. Si nous les posons devant nous, nous verrons que, malgré toute leur ressemblance, la main droite et la main gauche se distinguent par la disposition de leurs parties. Chaque main est donc comme le reflet de l’autre dans un miroir. Les polymérisations qui ont eu lieu en présence d’autres polymères, de polypeptides qui se sont produits dans le bouillon primitif, ces polynucléotides ainsi engendrés forment avec les polymères des complexes plurimoléculaires se dégageant de la solution ambiante sous forme de systèmes individuels en gouttes de « coacervats ». Un coacervat se constitue par processus tensio-actif (effet de la force faible) produisant des bulles microscopiques persistantes par agitation permanente du bouillon primitif. Ce sont bien ces systèmes complexes et non les molécules isolées se trouvant dans la solution qui ont dû constituer les formations de départ ayant engendré par la suite les organismes primaires. Seuls des systèmes de ce genre ont pu évoluer sur la base d’une sélection naturelle et d’une interaction avec le milieu ambiant. Au début, ils ne comprenaient que des polypeptides et des polynucléotides primitifs de structure désordonnée. Mais par la suite, la structure intramoléculaire de ces derniers devenait de plus en plus rationnelle, toujours mieux adaptée aux fonctions qu’ils s’étaient dévolues dans les systèmes complets en évolution. Étant donné la structure interne et l’organisation déterminée de la surface de séparation des gouttes et du liquide d’équilibre, les coacervats possèdent la propriété très nette d’absorber les différentes substances de la solution environnante par les propriétés des molécules d’eau dites à l’état « interfacial », ayant la propriété et faisant fonction de filtre. Le métabolisme n’est que l’ensemble d’un grand nombre de réactions relativement simples d’oxydation, de réduction, d’adolisation, d’hydrolyse, de transamination, de phosphorylation, de cyclisation, etc. Chacune d’entre elles peut être reproduite hors de l’organisme, car elles n’ont rien de spécifiquement vital. La vie est un système ouvert capable d’auto-reproduction, de réactions organiques conjuguées, catalysées d’une manière échelonnée et isothermique par des catalyseurs organiques complexes et spécifiques qui sont produits par le système. L’organisme ne forme un tout en tant que système qu’uni aux conditions de vie qui lui sont nécessaires. Les êtres vivants sont des corps « albuminoïdes », qui contiennent des protéines, des acides nucléiques, des lipoïdes, des hydrates de carbone spécifiques et d’autres substances organiques diverses.
276- Les structures statiques déterminant la vie sont reportées dans le domaine des formations colloïdo-chimiques et dans celui de la structure intramoléculaire. Le support matériel de la vie est une molécule de substance héréditaire dotée d’une structure statique invariable et entrant dans la composition des chromosomes du noyau. Elle est tellement statique qu’elle a conservé sa structure interne la déterminant pendant toute l’évolution de la vie sur Terre, l’adénosinétriphosphorique. Recourant aux polyphosphates et à la lumière ultraviolette à ondes courtes, on a réalisé la synthèse abiogénétique de l’acide adénosine triphosphorique, riche en énergie. Cette synthèse est très importante, étant donné que cet acide est la principale source directe d’énergie chez tous les êtres vivants actuels. Le protoplasme est un coacervat multiple complexe. La structure coacervée propre au protoplasme vivant n’existe que tant que les nombreux processus chimiques composant le métabolisme s’y déroulant constamment et avec une grande rapidité. Dès que ces processus cessent ou se modifient de façon essentielle, le système protoplasmique est détruit. Son existence prolongée et la constance de sa forme sont donc liées non pas à l’invariabilité, ni au repos, mais à la permanence du mouvement.
Téléchargez le Pdf ➤➤➤ Suite du texte ➤➤➤
