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La naissance de la vie sur Terre

Comment la vie est-elle apparue sur la Terre ? Cette question se posait déjà six siècles avant notre ère. Les penseurs grecs supposaient que la vie suivait un certain processus « évolutif ».

Même si les scientifiques remontent toujours plus haut dans le temps, vers les étapes les plus primitives d'une évolution de plusieurs milliards d'années, un problème reste inexpliqué: qu'est-ce qui a déclenché, à un certain moment de l'histoire de la Terre, le processus de combinaison d'éléments inertes (molécules) qui a abouti à la constitution d'organismes vivants? Ainsi continue de se poser, pour les croyants, la question de l'existence d'une volonté extérieure - Dieu - qui expliquerait l'apparition de la vie au-delà du simple hasard.

A la naissance de la Terre, la température du sol était trop élevée pour que la vie puisse naître. A sa naissance, notre planète subit en permanence un bombardement de météorites et de comètes.

Moins d’un milliard d’années après la naissance de la terre, l’océan foisonnait d’organismes vivants dont les premières algues bleues.

La reconstitution de l’apparition de la vie sur Terre est encore incomplète. Cependant, les différentes étapes commencent à être connues.

Une atmosphère réductrice

En 1924, des chercheurs russes et notamment Alexandre Oparine expliquent comment de simples molécules se sont combinées en composés organiques qui, à leur tour, ont engendré des cellules primitives destinées à former de véritables organismes vivants.

Ce biochimiste avança l’idée que la vie était née dans une « atmosphère réductrice », c’est-à-dire dépourvue d’oxygène mais riche en hydrogène.
Ses travaux ont montré que l’émergence de la vie s’est produite dans une atmosphère composée principalement de gaz carbonique, de méthane gazeux, d’ammoniac et de vapeur d’eau.
Il fallait de plus que cette atmosphère soit riche en carbone (C) car le carbone est l’élément chimique à la base de la vie sur Terre.

Les dernières découvertes ont confirmé les théories d’Oparine.

Le processus de l'évolution de la vie

On sait aujourd’hui que la vie résulte d’une longue évolution de la matière qui se poursuit d’ailleurs toujours.

Après la naissance de la Terre, les molécules se sont organisées en macromolécules, celles-ci en cellules et les cellules en organismes.

La naissance de la vie s’est effectuée durent un très court laps de temps, soit quelques millions d’années, qui se situent entre il y a 4 milliards d’années et 3,5 milliards d’années.

La Terre il y a plus de 4 milliards d'années était bombardée par des comètes et des météorites.

Naissance de la vie

La Terre ensemencée par des météorites (Illustration Cosmos/SPL/Chris Butler)

Faute d'oxygène dans l'atmosphère, les composés primitifs qui existent alors sur notre planète sont soumis à des quantités considérables de rayons ultraviolets solaires. C'est cette énergie solaire, renforcée par d'énormes orages électriques, qui aurait favorisé la formation de composés organiques.

Après des millions d'années, les premiers composés capables de se reproduire seraient apparus: c'est en effet à 3,8 milliards d'années environ que remontent les plus anciens indices de photosynthèse (processus de transformation de l'eau et du gaz carbonique en oxygène et en glucides). Dès lors, l'atmosphère se charge en oxygène, ce qui rend les conditions terrestres de plus en plus favorables à l'expansion de la vie.

En 1953, un étudiant américain va confirmer cette théorie en reproduisant en laboratoire les conditions approximatives qui régnaient sur Terre voici 4 milliards d'années.

Terre primitive

La Terre primitive. Crédit Nasa

La plus ancienne forme de vie connue, à ce jour, est celle de traces ressemblant à des stromatolithes (ou stromatolites), découvertes dans des roches australiennes.
Elles sont datées d’environ 3,5 à 3,8 milliards d’années. Les stromatolites sont des colonies bactériennes qui fixent le carbonate dissous dans l'eau de mer et produisent de l'oxygène.

Cependant, la formation sur notre planète des molécules complexes est loin d'expliquer entièrement l'apparition de la vie. C'est pourquoi on évoque aujourd'hui l'idée selon laquelle la vie s'est peut-être amorcée dans les espaces interstellaires.
Des météorites auraient pu apporter sur la Terre des molécules organiques qui se seraient ensuite organisées en cellules.

Les conditions nécessaires à l’apparition de la vie

Il y a 4 milliards d'années, le flux des étoiles filantes était 100 000 fois plus important qu'aujourd’hui. Elles ont importé sur la Terre d'énormes quantités d'eau et de matières organiques.

Il y a 3,5 milliards d'années, une atmosphère dense, jaunâtre, des plages de sable noir, volcanique, un bombardement continuel de météorites et comètes et une Lune beaucoup plus proche qu'aujourd'hui.

Meteorite

Météorite. © B. Dumez

La Terre primitive n’était que volcans crachant lave et gaz brûlants. Il a fallu attendre 800 millions d’années de refroidissement pour que l’eau passe à l’état liquide, condition nécessaire à l’apparition des premiers êtres vivants.

Toutes les conditions étaient rassemblées sur Terre pour que la vie puisse apparaître :

  • Distance appropriée de la Terre au Soleil
  • Atmosphère dense composée d’hydrogène, de méthane, d’ammoniac, de vapeur d’eau et de gaz carbonique
  • Eau liquide à la surface
  • Accumulation dans cette eau de molécules protégées des ultraviolets

Après l’apparition des « briques » élémentaires de la vie à savoir les acides aminés qui sont les constituants mêmes de la molécule d’ADN, il a fallu une longue évolution pour parvenir jusqu’à des êtres intelligents.

Etoiles filantes

Etoiles filantes. © G. Hort

Hubert Reeves est convaincu que ces conditions ne sont pas exceptionnelles et peuvent être réunies ailleurs dans l’univers.
Ce qui revient à penser que la vie a certainement pu apparaître ailleurs que dans notre galaxie.

Les premiers êtres vivants

Jusqu’à présent, nul ne sait ce qui s’est passé entre les « briques » élémentaires, éléments appelés prébiotiques (ils précèdent la vie organisée) et l’apparition des premières cellules vivantes et de l’ADN.

Où et comment trouver ce « premier vivant » qui, par une longue évolution biologique, a donné naissance à tous les organismes vivants actuels ?

En 1996, une équipe de chercheurs a décelé, sur une île à l’ouest du Groenland, des traces d’activité biologique qui remontent à 3,85 milliards d’années.
Les roches renferment des hydrocarbures et des acides aminés qui auraient pu provenir d’organismes vivants à l’époque de leur formation.

Ammonite

Ammonite fossile mise au jour en Antarctique témoigne de l'existence d'une très ancienne activité biologique sur terre (Photo Explorer/Parer Cook)

Toutefois, des doutes subsistent et les morceaux étudiés pourraient être plus jeunes que la roche qui les héberge et donc provenir d’une contamination plus récente.

On ne sait pas à quoi ressemblait cette première trace vivante. En effet, les stromatolites actuels sont produits par un type précis de bactéries, les cyanobactéries. On ne pense pas qu’il en était de même à cette époque.
Les cyanobactéries actuelles sont des organismes trop complexes pour que l’on puisse envisager qu’il s’agisse des premiers vivants.

La vie a dû commencer sous une forme plus simple ; peut-être sous la forme d’une simple molécule capable de se reproduire.
La vie existait-elle avant 3,5 milliards d’années ?
C’est très probable mais il est difficile de trouver des traces de vie qui remontent aussi loin.

Stromatolithe

Stromatolithes

La fossilisation est un phénomène assez rare. D’après les scientifiques, seulement 0,1% de la faune disparue s’est fossilisée.

L’espace et la naissance de la vie

La vie a pu naître dans l’atmosphère, dans l’espace ou dans les océans. D’après les recherches actuelles, les trois éléments se sont probablement complétés.

Les molécules du vivant sont des assemblages d’atomes de carbone et d’atomes d’oxygène, d’hydrogène, d’azote, de phosphore et de soufre.
Certains ingrédients sont indispensables à la naissance de la vie. C’est le cas des acides aminés. Ce sont des molécules carbonées qui constituent la base des protéines.
C’est également le cas des molécules d’ADN et d’ARN qui renferment toutes les informations génétiques.

Comète

Hale-Bopp dans le ciel crépusculaire japonais. Crédit: NASA

La Terre, à ses débuts, était bombardée de pluies de météorites. Dès que les molécules naissent dans l’atmosphère, elles tombent en pluie dans l’océan.
Ces molécules organiques sont tombées pendant environ 500 millions d’années.
Les astrophysiciens ont découvert l’existence de molécules organiques un peu partout dans l’univers. Cela démontre que ces pluies se sont produites sur d’autres planètes.

Titan

Vue artistique de Titan. © Nasa

Cependant, les premières synthèses auraient pu échouer. Sur Terre, la chaleur et les ultraviolets n’étaient pas trop intenses.
Les océans ont protégé les molécules organiques. Si elles étaient restées à l’air libre, elles auraient été détruites.
Bien sûr, le Soleil a joué un rôle prédominant. Les premières cellules se sont servies de l’énergie solaire pour produire l’oxygène.
L’oxygène a donné de l’ozone dans la haute atmosphère qui a son tour a protégé les cellules des ultraviolets.

Donc, même si des pluies ont apporté sur d’autres planètes les mêmes ingrédients, encore fallait-il que les bonnes conditions soient réunies pour que la vie puisse naître.

L’eau : élément indispensable à l’épanouissement de la vie

La vie est apparue dans les océans mais également les marécages et les lagunes ainsi que grâce aux sources hydrothermales du fond des océans.

Plusieurs théories se complètent.

Les milieux humides qui s’assèchent et se réhydratent comme les marécages constituent un environnement favorable à l’émergence de la vie.
Ils contiennent du quartz et de l’argile dans lesquels les molécules se retrouvent piégées. De ce fait, elles s’associent entre elles et forment des petites chaînes d’acides nucléiques qui sont des formes simplifiées de l’ADN.

Il y a plus de 30 ans, on a découvert au fond des océans des sources hydrothermales. L’eau qui s‘en échappe contient de l’hydrogène, de l’azote, du dioxyde de carbone ainsi que des hydrocarbures.
Les « fumeurs noirs » regorgent également de minéraux.

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La vie n’est pas née dans cet environnement mais les sources hydrothermales ont joué un rôle dans l’émergence de la vie.

La chimie prébiotique s’est formée ailleurs mais elle a profité des conditions favorables des sources hydrothermales.

Actuellement, il reste encore beaucoup de points d’interrogation. Certaines phases de la naissance de la vie sont mieux connues mais nous ne sommes pas encore capables de reconstituer tout le scénario.

L’émergence de la vie ailleurs que sur Terre

La vie sur Terre repose sur deux éléments indispensables : l’eau et le carbone. Pour envisager que la vie puisse avoir émergé sur d’autres planètes, il faut que soit les mêmes éléments aient été réunis, soit que la vie soit née avec d’autres éléments.

Certains scientifiques pensent que l’atome de silicium pourrait remplacer l’atome de carbone. Le méthane pourrait lui remplacer l’eau.

C’est pourquoi l’exploration de Titan, la plus grosse Lune de Saturne, est si importante. Titan semble réunir les bons éléments.

Titan

Vue artistique de Titan. Nasa/Stan Richard

La température y est en surface de – 185°C en moyenne. Une température inférieure à 0°C est indispensable pour la formation de molécules base de silicium.

L’eau liquide est absente de Titan mais pas le méthane.

L’atmosphère est principalement constituée de diazote.

Des recherches sont actuellement en cours pour tenter de recréer la vie à partir d'atome de silicium et de méthane.

D’ici une dizaine d’années, la NASA enverra une nouvelle sonde sur Titan pour explorer les lacs de méthane liquide. Peut-être y découvrirons-nous des microorganismes ?

Tout cela reste bien sûr hypothétique pour le moment.

Une autre question n’a toujours pas trouvé de réponse. Une vie basée sur des processus chimiques totalement différents des nôtres est-elle possible ?

V.Battaglia (05.2003) M.à.J 09.2009

Big Bang et Naissance de la Terre . La vie vient-elle de l'espace ?

Références

Hubert Reeves. Patience dans l’azur. Seuil 1981 . Joël de Rosnay. Les origines de la vie. Seuil 1966
Joël de Rosnay. L’Aventure du vivant. Fayard 1989

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