Démystifier la science | Comment est apparue la vie

Chaque semaine, notre journaliste répond aux questions scientifiques de lecteurs.

Publié à 6 h 00

Comment la matière non vivante a-t-elle donné naissance aux premiers organismes vivants ?

Répondre à cette question est compliqué par l’absence de fossiles des premiers microbes. Mais des chercheurs tentent d’y répondre avec des analyses biologiques, génétiques et chimiques.

« Nous n’avons pas de matériel géologique témoignant des 700 premiers millions d’années de la Terre », explique Henderson Cleaves, un chimiste de l’Université Howard à Washington qui est également président de la Société internationale pour l’étude de l’origine de la vie.

« Nous pensons que toute la vie provient d’un seul ancêtre commun. Mais est-il apparu 100 millions d’années après la formation de la Terre, ou 700 millions d’années après ? Y a-t-il eu 100 apparitions de la vie avant qu’une seule ne s’impose ? On ne le sait pas », décrit M. Cleaves.

La Terre a 4,5 milliards d’années et la plus vieille trace de vie sur Terre, des structures bâties par des microbes en Australie, date de 3,5 milliards d’années. Il y a aussi des preuves géologiques plus anciennes, mais moins solides, de la présence de vie, notamment au Nunavik.

Les recherches sur le « dernier ancêtre universel commun », Last Universal Common Ancestor (LUCA) en anglais, portent notamment sur les réactions chimiques permettant de produire de l’énergie et du carbone, matériau des cellules vivantes. LUCA serait soit une bactérie, soit une archée, deux types de microbes.

« Pour fonctionner, ces réactions chimiques ont besoin d’un catalyseur, qui améliore la vitesse de réaction », avance Joseph Moran, un chimiste de l’Université d’Ottawa qui a fait plusieurs expériences sur l’origine de la vie.

M. Moran vient de publier, dans le Journal of the American Chemical Society, une étude montrant que ce catalyseur pourrait être un champ électrique présent dans des gouttelettes d’eau microscopiques.

On a longtemps proposé que les catalyseurs puissent être des métaux présents dans les fosses hydrothermales. Mais les expériences en laboratoire montrent qu’il faut plusieurs métaux différents, à différents températures et différents pH, pour avoir toutes les réactions chimiques nécessaires pour la vie.

En 2013, le prix Nobel de chimie a récompensé des travaux sur des enzymes, qui sont des catalyseurs de réactions chimiques dans les cellules vivantes et qui génèrent des champs électriques énormes. « On parle d’un à dix milliards de volts par mètre, comme un éclair, dit M. Moran. Le voltage est très bas, un volt, mais les distances sont très petites, un à dix milliardièmes de mètre. »

Cela a mené Joseph Moran à proposer que le champ électrique généré par les enzymes aurait été important pour les réactions chimiques nécessaires à la vie. Et que LUCA arrivait à faire ces réactions chimiques avec le champ électrique des gouttelettes d’eau. « Je pense que les métaux des fosses hydrothermales peuvent aider aussi. »

Fosses hydrothermales

Un biologiste avec qui M. Moran travaille étroitement, Bill Martin de l’Université Heinrich-Heine à Düsseldorf, en Allemagne, vient de publier dans Trends in Microbiology une analyse de 400 réactions chimiques essentielles à la vie.

Selon ses calculs, la moitié d’entre elles étaient catalysées par des enzymes chez LUCA, le reste par des métaux ou des champs électriques présents dans les fosses hydrothermales. Ces endroits sont situés au fond des océans et sont très chauds à cause de leur connexion avec des chambres volcaniques.

Outre les fosses hydrothermales, la vie aurait pu évoluer dans d’autres endroits comme des flaques d’eau ou alors des nuages, mais les trois chercheurs interviewés estiment qu’il s’agit d’hypothèses minoritaires.

Une autre hypothèse concurrente veut que la vie ne soit pas apparue sous forme d’ADN avec un métabolisme comparable à la vie actuelle, mais sous forme d’ARN, un matériel génétique moins stable qui sert maintenant à copier l’ADN. L’ADN est le matériau génétique de base de la vie.

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