Notes sur les planètes et la vie en astronomie: apparition - vie, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez9 January 2014

Notes sur les planètes et la vie en astronomie: apparition - vie, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur les planètes et la vie en astronomie: apparition - vie. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Le monde de l'ARN, L'apparition de l'ARN, Les améliorations.
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Les planètes et la vie en astronomie :

Apparition - Vie

Le scientifique qui cherche à déterminer comment la vie a pu apparaître sur Terre et comment

la chimie décrite précédemment a pu se mettre en place se trouve vite confronté à une impasse.

En effet, lors de la synthèse des protéines, l'ARN ne peut pas accomplir sa tâche tout seul mais

doit faire appel à des types de protéines appelées les enzymes. Ces dernières ont pour

particularité d'avoir une forme dans l'espace bien déterminée qui leur permet d'assister l'ARN

dans sa tâche de copie et de transfert.

La situation à l'intérieur d'une cellule s'avère donc très complexe. Pour répliquer un acide

nucléique (une chaîne de nucléotides), il faut des enzymes, c'est à dire des protéines, mais pour

créer une protéine, il faut un plan, donc un acide nucléique. La situation devient donc

rapidement un casse-tête quand il s'agit de trouver lequel des deux composants est apparu en

premier.

Le monde de l'ARN

L'hypothèse dominante dans la recherche des origines de la vie a d'abord été l'apparition des

protéines à partir de la matière inerte. En effet, la synthèse de protéines à partir d'éléments non

organiques semble relativement facile et des essais ont été accomplis avec succès. Cependant

cette hypothèse souffre d'un grave défaut : les protéines ne se répliquent pas et l'information

n'a pas de moyen de se transmettre d'une génération à la suivante. Ce défaut a conduit à

abandonner l'idée d'une origine protéinique de la vie.

Ce sont donc les acides nucléiques qui ont gagné la faveur générale. Non pas l'ADN, malgré son

rôle central aujourd'hui, mais son cousin l'ARN. Lors de l'apparition de la vie sur Terre, la chimie

très complexe actuelle n'existait pas et, si la vie a commencé avec des acides nucléiques, ceux-

ci devaient être en mesure de se répliquer sans l'aide de protéines. Ce problème semblait

insurmontable jusqu'à ce que l'on découvre que dans certaines circonstances une section d'un

brin d'ARN pouvait se détacher et se comporter comme une enzyme, donc servir d'aide à la

réplication de la molécule principale. La vie trouverait donc peut être son origine dans un

monde où la molécule d'ARN jouait à la fois son rôle actuel mais aussi celui d'enzyme : le

monde de l'ARN.

L'apparition de l'ARN

Si la vie fut d'abord basée sur l'ARN avant de l'être sur l'ADN, encore faut-il expliquer comment

l'ARN fit son apparition. Or ce dernier est déjà un système très complexe et doit donc

descendre de molécules plus simples également capables d'autoréplication. Il est raisonnable

de considérer que ces molécules étaient elles-mêmes déjà formées de nucléotides, et la

question se pose donc de la formation de chaînes de nucléotides à partir des ingrédients

initialement présents sur Terre.

La première étape consiste à produire les composants complexes d'un nucléotide, soit le ribose

(un sucre) et les bases azotées. Ceci apparaît difficile mais réalisable : certaines bases azotées,

mais pas toutes, sont faciles à générer et le ribose est également aisé à produire, mais en

quantité limitée car les réactions chimiques en jeu produisent surtout d'autres sucres. Une

difficulté supplémentaire vient du fait que les conditions nécessaires à la formation des deux

types de molécules semblent s'exclure mutuellement. Cette difficulté peut néanmoins être

surmontée si les sucres sont produits dans l'atmosphère ou à la surface des océans et si les

bases azotées le sont dans les profondeurs des océans ou lors d'impacts de comètes riches en

précurseurs des bases azotées.

La deuxième étape est l'association de ces molécules de base pour former des nucléotides. Il

s'agit là du point le moins bien compris dans toute la description. En effet, les essais en

laboratoires produisent bien des nucléotides, mais en quantité trop faible et insuffisante pour

permettre au processus de continuer.

La troisième étape est le regroupement de nucléotides isolés pour former des chaînes d'acides

nucléiques. Celui-ci ne pose pas de problème majeur puisque des expériences en laboratoire

simulant des conditions réelles ont permis de créer des chaînes contenant jusqu'à quinze

nucléotides. Mais quelques objections persistent néanmoins. Par exemple, la concentration en

nucléotides était-elle suffisante pour permettre au processus de se dérouler, pourquoi des

réactions concurrentes n'ont-elles pas pris le dessus, qu'est ce qui a empêché la croissance des

acides nucléiques d'être stoppée par des molécules fatales au processus ?

La quatrième étape est l'autoréplication des acides nucléiques. Les expériences en laboratoire

ont depuis longtemps montré qu'on pouvait facilement répliquer des chaînes d'acides

nucléiques à l'aide de simples nucléotides. Le problème est à nouveau d'expliquer pourquoi la

croissance n'a pas été interrompue par des molécules parasites, ce qui peut par exemple

s'expliquer si la création d'une chaîne est en fait le résultat d'un processus plus complexe avec

rejet de molécules non appropriées.

Les améliorations

Finalement, une fois créée, la molécule d'ARN va peu à peu s'améliorer. En effet, lors de la

réplication, toutes sortes d'erreurs de copies peuvent se produire. Celles-ci sont généralement

néfastes, mais elles peuvent de temps en temps se révéler positives et améliorer le message

génétique si elles apportent à la molécule des atouts dans la lutte quotidienne pour survivre.

Les molécules d'ARN deviennent donc petit à petit plus complexes et plus performantes. A un

moment, certaines deviennent capables de lier les acides aminés présents dans l'environnement

pour former des protéines, et ces dernières prennent le dessus dans la fonction d'aide à la

réplication.

Après l'apparition de l'ARN, l'étape suivante, probablement accidentelle, est l'évolution de l'ARN

en ADN. Cette nouvelle molécule est une banque de données bien plus sûre car formée de deux

brins complémentaires qui contiennent chacun la même information de manière redondante.

C'est donc l'ADN qui finit par assurer la fonction de conservation du patrimoine génétique, alors

que l'ARN se spécialise dans d'autres tâches telles que la synthèse des protéines.

Le dernier stade est la constitution autour ces composants d'une enveloppe externe. Celle-ci,

constituée de molécules appelées les phospholipides, va isoler la chimie décrite précédemment

et donc la protéger du monde extérieur. La cellule est née et le règne des bactéries peut

commencer. Tous ces évènements sont évidemment très difficiles à dater, ils se produisent

probablement il y a plus de quatre milliards d'années. En tout cas, les premières traces de vie

identifiables de nos jours remontent à environ 3,8 milliards d'années.

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