Alexandre Oparine est
le premier à avoir tenté dans les années 1920 de préciser
le contexte de formation de la vie sur notre planète
Terre et il a proposé que des synthèses prébiotiques, c'est-à-dire
des synthèses se produisant avant la vie, avant
la formation de la vie, des synthèses prébiotiques,
des biomonomères du vivant, des briques élémentaires: acides
aminés, bases azotées des acides nucléiques,
les sucres se soient formés à partir des constituants
contenus dans l'atmosphère de la Terre primitive.
Le généticien Haldane a également contribué quelques
années après à la mise en place de ce scénario et
les molécules formées dans l'atmosphère de la Terre primitive
se seraient déposées dans les océans pour former un océan
primitif ou une soupe prébiotique dans laquelle
tous ces éléments, ces composés, se seraient réunis pour
former les premières formes cellulaires des protocellules
qu'Oparine a nommées coacervats.
Aujourd'hui, en laboratoire, on peut reproduire
la synthèse de coacervats par la condensation thermique
à haute température d'acides aminés que l'on trouve dans
les protéines ou bien par la formation, la condensation
de lipides, de molécules grasses, d'acides gras donc,
des lipides que l'on appelle des liposomes comme vous
le voyez représenté sur ces images.
Et pour vous montrer combien ces travaux pionniers sont
encore modernes, aujourd'hui, en laboratoire vous avez
ici la formation de la fusion et la
fission de bactéries, de forme L, c'est à dire
des bactéries qui sont dépourvues de parois, des bacilles,
des Bacillus subtilis dépourvues de parois et
un chercheur, Herrington, a montré que ces bactéries étaient
capables de se scinder, de fusionner exactement comme
le font des coacervats in vitro.
De plus, ces bactéries de forme L sont capables de
bourgeonner pour former des gouttelettes,
des progénitures sous forme de gouttelettes exactement comme
le font les coacervats comme cela est représenté sur
la dernière image.
Alors, Stanley Miller en 1953 a relevé
le défi et possédant tous les éléments de compréhension de l'atmosphère
primitive, il a voulu reconstituer cette atmosphère en laboratoire.
Et dans le laboratoire d'Harold Urey, qui obtenu le prix
Nobel pour la découverte du deuterium, un isotope de l'hydrogène,
et bien Stanley Miller a conçu cet appareillage dans
le ballon supérieur, il a placé du méthane, CH4, de
l'ammoniac NH3, de l'hydrogène, H2, de l'eau, H2O
qu'il a soumis à la décharge électrique et au bout de
quelques temps il voit apparaître cinq acides aminés en
tous points identiques aux acides aminés que l'on trouve
dans nos cellules vivantes.
Quelques années après, cette énorme révolution
conceptuelle et expérimentale, et bien Joan Oro a obtenu
dans les mêmes conditions prébiotiques (c'est-à-dire sans
enzymes), à partir de la condensation d'acide
cyanhydrique, HCN, soumis aux bombardements de certain
photons, il a obtenu l'adénine qui est une des briques
élémentaires des acides nucléiques ADN et ARN, et qui
plus est, on a retrouvé dans les météorites un très très
grand nombre de bases azotées, des acides nucléiques
comme vous le voyez dans cette météorite de Murchison qui
s'est formée en même temps que le système solaire il y a
4,5 milliards d'années et bien on a trouvé un très très
grand nombre de bases azotées.
Vous pouvez consulter une publication récente, de 2011,
qui vous montrera le détail de toutes ces découvertes.
Un deuxième scénario qui n'est pas du tout incompatible
avec celui de la soupe prébiotique mais qui s'appuie
davantage sur le rôle des surfaces minérales aux origines
de la vie est proposé aujourd'hui par
Gunther Wächtershäuser qui a été précédé par d'autres grands
noms, Desmond Bernal, Cairns-Smith, et bien ce scénario
fait appel au rôle des argiles et des sulfures de fer
par exemple pour participer à la formation des molécules biochimiques clefs.
Et ceci donc, le rôle des surfaces minérales se
servant de substances minérales environnantes, gazeuses
par exemple est nommé le scénario de
la chimioautotrophie, l'idée que les premiers organismes
étaient chemoautotrophes. Évidemment ce scénario est
appuyé par l'existence sur les petits cônes volcaniques
que l'on trouve en profondeur dans les sources chaudes
sous-marines à 3000 mètres de profondeur sous les océans,
ces petits cônes volcaniques sont tapissés de pyrite c'est-à-dire
de sulfure de fer ayant
réagi avec de l'hydrogène sulfureux.
Alors, évidemment, nous ne sommes pas qu'un sac, je ne
parle que de molécules mais nous ne sommes pas un sac de molécules.
Nous sommes constitués de cellules.
Et sur cette image vous pouvez voir donc un compartiment
qui représente une cellule à l'intérieur de laquelle s'exprime
des macromolécules ADN, acide désoxyribonucléique
qui va se répliquer pour former d'autres molécules d'ADN
et puis qui est transcrit également en acide
ribonucléique, un proche parent de l'ADN,
une simple petite molécule d'oxygène
est supprimée dans l'ADN, entre l'ADN et l'ARN et
il manque un hydroxyle OH, donc vous voyez que ces molécules
sont extrêmement apparentées et puis la molécule d'ARN
sera traduite en protéines au sein
du ribosome qui est un énorme complexe ribonucléoprotéique.
On s'est demandé pendant très longtemps comment
des molécules aussi différentes que les acides nucléiques et
les protéines étaient apparues sur la Terre primitive
au même moment, en même temps, au même endroit.
Et bien ce dilemme est en partie résolu grâce à
la découverte dans les années 1980 d'une molécule
d'ARN particulière qui possède à la fois des propriétés
informationnelles, qui porte donc une information
génétique tout comme les acides nucléiques et puis qui
possède également des propriétés catalytiques exactement
comme le font les protéines. Donc un ARN qui est à
la fois informationnel et à la fois catalyseur est appelé
un ribozyme, vous en avez une image représentée sur
cette diapositive et cette découverte des ribozymes a
été la porte ouverte si je peux dire à d'énormes travaux,
à de considérables travaux, à de considérables
découvertes autour des ARN qui ont donné lieu à des prix Nobel.
Certaines dates de prix Nobel attribués à l'ARN et
aux chercheurs qui ont évidemment réalisé les travaux sur
cette molécule sont portés sur cette diapositive.
Alors cette découverte des ribozymes a permis à
une hypothèse de devenir un véritable paradigme,
le paradigme du monde de l'ARN qui aurait précédé le monde
actuel basé sur l'ADN, l'ARN et les protéines.
Et à partir de travaux au sein même de ce paradigme,
un très très grand nombre de questions surgissent.
Serait-il possible qu'il y ait un continuum depuis
les origines entre un monde ARN, des viroïdes, des virus et
enfin des lignées cellulaires ?
Alors, il faut dire aujourd'hui que la frontière entre
les cellules et les virus s'estompe.
On connaît aujourd'hui un très très grand nombre de virus géants.
On a découvert récemment 2013 ce que l'on
appelle des pandoravirus.
On a découvert également que le parasitisme qui était l'apanage
des virus est en fait une propriété qui est
également partagée par certaines bactéries.
Certaines bactéries sont également des parasites obligatoires.
Donc les bactéries ayant toutes les lettres de noblesse
du vivant, on ne voit pas pourquoi cette démarcation
serait efficiente en ce qui concerne les virus.
Les virus sont des parasites obligatoires et donc ils ont
droit eux aussi à cette caractéristique comme les
bactéries d'être vivants.
Et puis surtout on a découvert que des virus s'expriment,
ont un métabolisme indépendamment de toute infection dans
une cellule hôte. Ici l'image qui vous est représentée
est celle de virus d'archées, les virus ATV qui sont
capables de synthétiser, de fabriquer des appendices de
800 acides animés indépendamment de toute infection
dans une cellule hôte, c'est-à-dire en dehors de toute cellule.
Donc les virus sont doués également d'activité métabolique.
Et puis on connaît aujourd'hui des viroïdes qui sont des
ARN nus, sans enveloppe, sans capside, contrairement
aux virus et ces viroïdes sont des particules que l'on nomme
subvirales et certains proposent que ces ARN nus qui se
promènent absolument partout dans la nature soient
des vestiges d'une évolution pré-cellulaire qui aurait
précédé donc l'univers cellulaire que nous connaissons aujourd'hui.
Il faut ajouter à ce panorama que l'on ne connaît
aujourd'hui que 1 % des espèces actuelles vivant sur
notre planète, les autres ne sont pas connues, certaines
sont répertoriées mais donc d'autres ne sont pas
cultivables entre guillemets, on ne peut pas les élever
en quelque sorte et donc on ne sait pas, on ne peut pas
savoir, connaître quel est leur métabolisme, de quoi elles sont faites etc.
donc on ne les connaît pas.
Et de plus, 1 % d'espèces que nous connaissons aujourd'hui représentent
1/1000 des organismes qui ont existé depuis les origines,
c'est-à-dire depuis 3,5 milliards d'années.
Alors ce que nous venons de voir, c'est que tout procède
selon un gradualisme, du protovivant, du prébiotique,
du protovivant au vivant.
On peut vivre, nous l'avons vu, avec les viroïdes, avec
les virus, avec les bactéries, de différentes manières et
nous avons vu que même à l'échelle moléculaire
la biodiversité existe donc la biodiversité existe à toutes
les échelles et la biodiversité, nous pouvons le dire,
tire son origine des origines mêmes de la vie.