{"id":131,"date":"2006-10-02T11:18:41","date_gmt":"2006-10-02T10:18:41","guid":{"rendered":"http:\/\/www.francois-roddier.fr\/wordpress\/?p=131"},"modified":"2014-10-30T18:52:07","modified_gmt":"2014-10-30T17:52:07","slug":"13-le-phenomene-dautocatalyse","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/?p=131","title":{"rendered":"13 – Le ph\u00e9nom\u00e8ne d\u2019autocatalyse."},"content":{"rendered":"

Comme les cycles chimiques d\u00e9crits pr\u00e9c\u00e9demment, la vie est faite de cycles r\u00e9p\u00e9t\u00e9s ind\u00e9finiment. L\u2019\u0153uf donne naissance \u00e0 la poule qui pond un nouvel \u0153uf et ainsi de suite. Lequel des deux est apparu en premier? Les travaux de Pasteur ont montr\u00e9 que la vie n\u2019appara\u00eet pas spontan\u00e9ment. Il n\u2019y a pas de g\u00e9n\u00e9ration spontan\u00e9e<\/a> (1). Un milieu st\u00e9rilis\u00e9 reste st\u00e9rile. Or, la terre s\u2019est form\u00e9e il y a 4,7 milliards d\u2019ann\u00e9es. Comment la vie y est-elle apparue? Y avait-il d\u00e9j\u00e0 une certaine forme de vie dans la n\u00e9buleuse primitive qui a donn\u00e9 naissance \u00e0 la terre?<\/p>\n

Ce probl\u00e8me est aujourd\u2019hui largement d\u00e9battu parmi les sp\u00e9cialistes. Si l\u2019on ne conna\u00eet pas encore le m\u00e9canisme d\u00e9taill\u00e9 qui a conduit \u00e0 l\u2019apparition de la vie sur terre, on peut cependant en concevoir maintenant les \u00e9tapes essentielles (2). Il s\u2019agit d\u2019un m\u00e9canisme extr\u00eamement lent qui a dur\u00e9 peut-\u00eatre un milliard d\u2019ann\u00e9es. Si la g\u00e9n\u00e9ration spontan\u00e9e n\u2019est pas possible \u00e0 l\u2019\u00e9chelle de temps humaine, elle devient possible sur une telle \u00e9chelle de temps.<\/p>\n

L\u2019image en t\u00eate de ce blog montre la n\u00e9buleuse primitive entourant l\u2019\u00e9toile GG Tau. A l\u2019origine le Soleil \u00e9tait lui aussi entour\u00e9 d\u2019une telle n\u00e9buleuse. On sait maintenant qu\u2019elle contenait de nombreuses mol\u00e9cules organiques. Les com\u00e8tes qui proviennent des restes de cette n\u00e9buleuse en sont t\u00e9moins. Des m\u00e9t\u00e9orites d\u2019origine com\u00e9taire comme la m\u00e9t\u00e9orite de Murchison<\/a> (3) en ont fourni la preuve. On y a trouv\u00e9 18 vari\u00e9t\u00e9s d\u2019acides amin\u00e9s dont 6 font couramment partie des prot\u00e9ines. On peut donc penser que de nombreux cycles chimiques s\u2019y \u00e9taient d\u00e9j\u00e0 form\u00e9 pour dissiper l\u2019\u00e9nergie solaire, cycles vraisemblablement catalys\u00e9s par des silicates, des sulfures ou des oxydes m\u00e9talliques.<\/p>\n

Lors de sa formation, la Terre contient donc d\u00e9j\u00e0 de la mati\u00e8re organique. Elle ne manque pas non plus d\u2019\u00e9nergie \u00e0 dissiper. Un probl\u00e8me vient du fait que la plupart des r\u00e9actions chimiques sont r\u00e9versibles. L\u2019\u00e9nergie solaire permet la photosynth\u00e8se de mol\u00e9cules complexes, mais son rayonnement ultraviolet les d\u00e9truit. L\u2019\u00e9nergie g\u00e9othermique favorise les r\u00e9actions chimiques, mais un exc\u00e8s de temp\u00e9rature d\u00e9compose les produits form\u00e9s. La polym\u00e9risation (assemblage) de grosses mol\u00e9cules organiques d\u00e9gage de l\u2019eau, mais un exc\u00e8s d\u2019eau les d\u00e9truit (hydrolyse).<\/p>\n

La vie n\u2019a donc pu \u00e9voluer qu\u2019en pr\u00e9sence de gradients importants: diff\u00e9rences d\u2018\u00e9clairement, diff\u00e9rences de temp\u00e9rature, diff\u00e9rences d\u2019humidit\u00e9. On reconna\u00eet bien l\u00e0 une caract\u00e9ristique des syst\u00e8mes dissipatifs que nous avons vue \u00e0 propos des cellules de B\u00e9nard ou des tourbillons. Ces ph\u00e9nom\u00e8nes dynamiques ont sans doute jou\u00e9 aussi leur r\u00f4le en transportant les mol\u00e9cules complexes loin du site de leur formation. Les gradients de temp\u00e9rature, de pression, ou d\u2019humidit\u00e9 devaient \u00eatre particuli\u00e8rement nombreux et actifs dans une terre primitive tr\u00e8s \u00e9loign\u00e9e de l\u2019\u00e9quilibre thermodynamique.<\/p>\n

Dans cette \u201csoupe primordiale\u201d de nombreux cycles chimiques se disputent l\u2019\u00e9nergie disponible. On peut comparer les cycles chimiques \u00e0 des entreprises industrielles dans un syst\u00e8me capitaliste. Entre eux aussi, la comp\u00e9tition est sans merci. Toutefois, au hasard des rencontres, des collaborations peuvent s\u2019\u00e9tablir. De m\u00eame qu\u2019un produit fabriqu\u00e9 par une entreprise peut \u00eatre utilis\u00e9 comme mati\u00e8re premi\u00e8re par une autre, de m\u00eame une mol\u00e9cule produite par un cycle chimique peut \u00eatre utilis\u00e9e par un autre. Les entreprises ont tendance \u00e0 former des r\u00e9seaux d\u2019\u00e9changes commerciaux. De m\u00eame les cycles chimiques forment des r\u00e9seaux d\u2019\u00e9changes de mol\u00e9cules.<\/p>\n

Comme pour les entreprises, il y a autor\u00e9gulation de la production. Nous avons vu que les cycles chimiques forment en g\u00e9n\u00e9ral des boucles d\u2019asservissement r\u00e9gulatrices. Si les mol\u00e9cules produites par un cycle restent inutilis\u00e9es, elles s\u2019accumulent. Leur accumulation d\u00e9clenche l\u2019arr\u00eat de la production. Au contraire une mol\u00e9cule tr\u00e8s demand\u00e9e va \u00eatre de plus en plus produite. Il y a l\u00e0 un ph\u00e9nom\u00e8ne d\u2019apprentissage semblable \u00e0 celui des r\u00e9seaux neuronaux (algorithme d\u2019optimisation) sur lequel nous reviendrons. <\/p>\n

Au hasard des rencontres entre mol\u00e9cules de nouvelles r\u00e9actions chimiques s\u2019amorcent et de nouvelles mol\u00e9cules toujours plus complexes se forment. Certaines peuvent avoir des propri\u00e9t\u00e9s catalytiques int\u00e9ressantes. C\u2019est ainsi que peu \u00e0 peu de nouveaux catalyseurs apparaissent plus efficaces que les silicates, sulfures ou oxydes m\u00e9talliques. Ils sont aussi plus sp\u00e9cialis\u00e9s. Ils se substituent petit \u00e0 petit aux pr\u00e9c\u00e9dents (4). Ce sont les premiers \u00ab\u00a0enzymes\u00a0\u00bb.<\/p>\n

La plupart des sp\u00e9cialistes s\u2019accordent pour dire qu\u2019une premi\u00e8re \u00e9tape vers la vie a \u00e9t\u00e9 l\u2019apparition du ph\u00e9nom\u00e8ne d\u2019autocatalyse, c\u2019est-\u00e0-dire d\u2019un ensemble de r\u00e9actions chimiques capables de reproduire ses catalyseurs. L\u2019am\u00e9ricain Stuart Kauffman<\/a> (5) appelle un tel ensemble un ensemble autocatalytique<\/a> (6). Il a montr\u00e9 que la probabilit\u00e9 de formation d\u2019un ensemble autocatalytique croit rapidement avec le nombre de cycles chimiques en pr\u00e9sence. Sur la Terre primitive, ce nombre \u00e9tait en augmentation constante. L\u2019apparition d\u2019un tel ph\u00e9nom\u00e8ne \u00e9tait donc sans doute in\u00e9luctable.<\/p>\n

Un exemple d\u2019ensemble autocatalytique est l\u2019hypercycle de Manfred Eigen<\/a> (7) et Peter Schuster. La figure ci-dessous montre le principe d\u2019un tel hypercycle. Le cycle chimique I1 produit un catalyseur (ou enzyme) E1 qui catalyse le cycle I2. Celui-ci produit un catalyseur E2 qui catalyse le cycle I3 et ainsi de suite. Le dernier cycle chimique In produit le catalyseur En qui catalyse le cycle I1.<\/p>\n\n\n\n
\"hypercycle1\"<\/a>\n<\/td>\n<\/tr>\n
\nHypercycle de Manfred Eigen<\/a> (8)\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n

On a vu que les catalyseurs se reconstituent int\u00e9gralement \u00e0 la fin de chaque cycle chimique. A la fin d\u2019un hypercycle chaque cycle a produit un \u00e9l\u00e9ment de catalyseur de plus capable de catalyser le cycle suivant, ce qui double l\u2019effectif des catalyseurs donc des hypercycles capables d\u2019op\u00e9rer simultan\u00e9ment. Se reproduisant \u00e0 chaque cycle le nombre d\u2019hypercycles croit en progression g\u00e9om\u00e9trique, c\u2019est-\u00e0-dire exponentiellement. C\u2019est bien une r\u00e9action en cha\u00eene de type explosive. Cela conduit \u00e0 un accroissement constant du taux de dissipation de l\u2019\u00e9nergie conform\u00e9ment au principe de production maximale d\u2019entropie.<\/p>\n

La notion d\u2019ensemble autocatalytique s\u2019applique aussi aux r\u00e9seaux d\u2019entreprises. Dans une entreprise, c\u2019est le capital qui joue le r\u00f4le de catalyseur. Le capital est n\u00e9cessaire pour d\u00e9marrer la production, mais \u00e0 la fin du cycle de production, il est r\u00e9g\u00e9n\u00e9r\u00e9 par la vente du produit fini. Une cha\u00eene de restaurants comme Mc Donald est un bon exemple d\u2019ensemble autocatalytique. Lorsque chaque restaurant fait des b\u00e9n\u00e9fices, ces b\u00e9n\u00e9fices permettent de construire de nouveaux restaurants, qui faisant eux aussi des b\u00e9n\u00e9fices permettent d\u2019en construire d\u2019autres, ad infinitum. Le nombre de restaurants a alors tendance \u00e0 s\u2019accro\u00eetre comme celui des hypercycles, exponentiellement.<\/p>\n

Il est int\u00e9ressant de remarquer qu\u2019un hypercycle autocatalytique poss\u00e8de d\u00e9j\u00e0 les deux propri\u00e9t\u00e9s essentielles des \u00eatres vivants: il dissipe de l\u2019\u00e9nergie (m\u00e9tabolisme) et et il se multiplie (reproduction). Il lui manque cependant un \u00e9l\u00e9ment de stabilit\u00e9. Si un des maillons de la cha\u00eene fait d\u00e9faut, tout s\u2019arr\u00eate. Pour \u00e9viter ce probl\u00e8me, les entreprises s\u2019associent en signant des contrats financiers.<\/p>\n

L\u2019avantage du capital est qu\u2019il est un catalyseur universel. Il est plus facile de signer un nouveau contrat financier que de fabriquer un nouveau catalyseur. Les catalyseurs manquent de versatilit\u00e9. Cela rend les hypercycles fragiles. Dans notre prochain article, nous verrons comment la nature \u00e0 d\u00e9couvert elle aussi une sorte de catalyseur universel.<\/p>\n

(1) http:\/\/fr.wikipedia.org\/wiki\/G\u00e9n\u00e9ration_spontan\u00e9e<\/p>\n

(2) John Maynard Smith, E\u00f6rs Szathmary, et Nicolas Chevassus-Au-Louis. Les origines de la vie. De la naissance de la vie \u00e0 l\u2019origine du language (Dunod, 2000).<\/p>\n

(3) http:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Murchison_meteorite <\/p>\n

(4) Certains comme Cairns Smith pensent que le ph\u00e9nom\u00e8ne d\u2019autocatalyse est apparu d\u2019abord, la reproduction se faisant par l\u2019interm\u00e9diaire des cristaux de silicates. Les enzymes seraient apparus plus tard. On parle alors de substitution g\u00e9n\u00e9tique (genetic takeover)<\/a>. Voir: http:\/\/originoflife.net\/takeover\/index.php .<\/p>\n

(5) http:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Stuart_Kauffman<\/p>\n

(6) http:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Autocatalytic_set<\/p>\n

(7) http:\/\/fr.wikipedia.org\/wiki\/Manfred_Eigen<\/p>\n

(8) http:\/\/pespmc1.vub.ac.be\/hyperc.html<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Comme les cycles chimiques d\u00e9crits pr\u00e9c\u00e9demment, la vie est faite de cycles r\u00e9p\u00e9t\u00e9s ind\u00e9finiment. L\u2019\u0153uf donne naissance \u00e0 la poule qui pond un nouvel \u0153uf et ainsi de suite. Lequel des deux est apparu en premier? Les travaux de Pasteur ont montr\u00e9 que la vie n\u2019appara\u00eet pas spontan\u00e9ment. Il n\u2019y a pas de g\u00e9n\u00e9ration spontan\u00e9e … Continuer la lecture de 13 – Le ph\u00e9nom\u00e8ne d\u2019autocatalyse.<\/span> →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[],"class_list":["post-131","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/131","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=131"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/131\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":136,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/131\/revisions\/136"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=131"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=131"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=131"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}