{"id":706,"date":"2017-07-26T09:55:46","date_gmt":"2017-07-26T08:55:46","guid":{"rendered":"http:\/\/www.francois-roddier.fr\/?p=706"},"modified":"2017-07-26T09:58:10","modified_gmt":"2017-07-26T08:58:10","slug":"113-une-origine-vraisemblable-de-la-vie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/?p=706","title":{"rendered":"113 – Une origine vraisemblable de la vie"},"content":{"rendered":"

[Le texte ci-dessous est la traduction fran\u00e7aise d’une proposition de recherches<\/a>\u00a0que j’ai soumise, visant \u00e0 \u00e9tudier l’origine de la vie \u00e0 l’aide de\u00a0l’exp\u00e9rience DECLIC \u00e0 bord de la station spatiale]<\/p>\n

Premi\u00e8res tentatives d’\u00e9tude<\/em><\/p>\n

Selon Maynard Smith et E\u00f6rs Szathmary (1), la premi\u00e8re proposition s\u00e9rieuse d’\u00e9tude de l’origine de la vie est due \u00e0 A. I. Oparin (1924) et \u00e0 J. B. S. Haldane (1929). Leur argument \u00e9tait que, si l’atmosph\u00e8re primitive manquait d’oxyg\u00e8ne libre, une grande vari\u00e9t\u00e9 de compos\u00e9s organiques pouvait avoir \u00e9t\u00e9 synth\u00e9tis\u00e9e \u00e0 l’aide d’\u00e9nergie fournie par de la lumi\u00e8re ultraviolette et des d\u00e9charges des \u00e9clairs.<\/p>\n

En 1953, sur les conseils d’Harold Urey, Stanley Miller testa cette hypoth\u00e8se en provoquant des d\u00e9charges \u00e9lectriques \u00e0 travers une enceinte contenant de l’eau, du m\u00e9thane et de l’ammoniac. Elle produisit une grande vari\u00e9t\u00e9 de compos\u00e9s organiques, y compris des nucl\u00e9otides dont l’ARN et l’ADN sont constitu\u00e9s.<\/p>\n

Toutefois, des mol\u00e9cules essentielles \u00e9taient absentes ou ne furent obtenues qu’en concentration tr\u00e8s faible. Surtout, les r\u00e9actions produites manquaient de sp\u00e9cificit\u00e9, rendant difficile de comprendre comment des polym\u00e8res, dont les liaisons chimiques sont tr\u00e8s sp\u00e9cifiques, avaient pu se former.<\/p>\n

Dans une s\u00e9rie d’articles publi\u00e9s entre 1988 et 1992, G\u00fcnter W\u00e4chtersh\u00e4user sugg\u00e9ra que les r\u00e9actions avaient pu se produire entre des ions fix\u00e9s sur une surface charg\u00e9e. L’attraction entre des charges de signes oppos\u00e9s fait que les ions en solution s’attachent \u00e0 des surfaces charg\u00e9es. Ils peuvent se d\u00e9placer lentement sur la surface, tout en conservant la m\u00eame orientation, ce qui accroit consid\u00e9rablement \u00e0 la fois la vitesse et la sp\u00e9cificit\u00e9 des r\u00e9actions chimiques.<\/p>\n

Des chercheurs ont\u00a0montr\u00e9 r\u00e9cemment\u00a0que le confinement de mol\u00e9cules dans de petites gouttes de liquide am\u00e9liore nettement la vitesse des r\u00e9actions, sugg\u00e9rant des applications en chimie pr\u00e9biotique (2). Ces r\u00e9sultats confirment les sources hydrothermales comme une origine possible de la vie, mais aucune mention n’est faite du point critique de l’eau (3).<\/p>\n

Auto-organisation et criticalit\u00e9<\/em><\/p>\n

Durant ces 50 derni\u00e8res ann\u00e9es, les preuves se sont accumul\u00e9es que les processus d’auto-organisation ont lieu lorsque des forces d’attraction \u00e9quilibrent des forces de r\u00e9pulsion. Ils sont de m\u00eame nature que les transitions de phase continues observ\u00e9es dans les fluides en \u00e9tat d’opalescence critique \u00e0 la temp\u00e9rature dite critique. Cette analogie a \u00e9t\u00e9 reconnue pour la premi\u00e8re fois par Per Bak et al. (4), en relation avec la l’omnipr\u00e9sence du bruit dit en 1\/f. Ils ont appel\u00e9 ce processus \u00ab\u00a0criticalit\u00e9 auto-organis\u00e9e\u00a0\u00bb.<\/p>\n

Un exemple typique est la formation des \u00e9toiles en astrophysique. L’instabilit\u00e9 de Jeans qui permet aux \u00e9toiles de se former est en effet de m\u00eame nature que celle qui cause l’opalescence critique. Dans les deux cas, les fluctuations de densit\u00e9 suivent une loi de puissance (bruit dit en 1\/f), comme le montre la distribution des masses initiales des \u00e9toiles nouvelles.<\/p>\n

Dans son livre \u00ab\u00a0The Self-Organising Universe\u00a0\u00bb Erich Jantsh (5) a montr\u00e9 que l’ensemble de l’univers s’auto-organise suivant des s\u00e9quences similaires d’\u00e9v\u00e9nemements. Une \u00ab\u00a0macro\u00e9volution\u00a0\u00bb lente durant laquelle de larges structures se condensent alterne avec une \u00ab\u00a0micro\u00e9volution\u00a0\u00bb rapide durant laquelle de nouveaux constituants \u00e9l\u00e9mentaires se forment. La figure 1 r\u00e9sume ce processus. Suivant ce sch\u00e9ma, la formation des \u00e9toiles fait partie de la macro\u00e9volution. Elle d\u00e9clenche la formation d’atomes nouveaux tels que ceux d’h\u00e9lium qui sont plus lourds que ceux de l’hydrog\u00e8ne. La formation d’h\u00e9lium fait parie de la micro\u00e9volution.<\/p>\n\n\n\n
\"\"<\/a>\n<\/td>\n<\/tr>\n
\nFig. 1.<\/b> L’auto-organisation de l\u2019univers d’apr\u00e8s Eric Jantsch<\/a> (1980)\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n

\u00c0 la suite de Per Bak, on peut consid\u00e9rer la macro\u00e9volution de Jantsch comme une transition de phase continue et sa micro\u00e9volution comme une transition de phase abrupte, autrement dit l’\u00e9volution de tout l’univers peut \u00eatre vue comme un processus oscillant autour d’un \u00ab\u00a0point critique\u00a0\u00bb (voir Fig. 2).<\/p>\n

Auto-organisation et dissipation d’\u00e9nergie<\/em><\/p>\n

Ilya Prigogine a montr\u00e9 que l’auto-organisation est une cact\u00e9ristique des structures dissipatives, c’est-\u00e0-dire des structures qui apparaissent spontan\u00e9ment en pr\u00e9sence d’un flux permanent d’\u00e9nergie. Les \u00eatres vivants ou les cellules de B\u00e9nard sont des structures dissipatives.<\/p>\n

Les structures dissipatives se comportent comme des machines thermiques: elles utilisent des diff\u00e9rences de temp\u00e9rature pour produire du travail m\u00e9canique. Selon le second principe de la thermodynamique dit principe de Carnot, cela n’est possible que suivant des cycles de transformations. Les premi\u00e8res machines thermiques ont fait appel \u00e0 la transition liquide-vapeur de l’eau pour obtenir de larges variations de volume.<\/p>\n

Les moteurs d’automobile sont plus efficaces car ils utilisent des diff\u00e9rences de temp\u00e9rature beaucoup plus grandes pour produire les m\u00eames variations de volume. Cependant, des variations de temp\u00e9rature beaucoup plus faibles suffisent \u00e0 produire les machines thermiques naturelles telles que les cellules de B\u00e9nard. C’est particuli\u00e8rement vrai pr\u00e8s du point critique o\u00f9 des diff\u00e9rences de temp\u00e9rature tr\u00e8s faibles produisent de tr\u00e8s grandes variations de volume.<\/p>\n

Le point critique de l’eau<\/em><\/p>\n

La pression critique de l’eau est 220 bars et sa temp\u00e9rature critique 374\u00b0C. Dans l’eau sal\u00e9e comme celle de l’oc\u00e9an, le point critique est \u00e0 un peu plus de 2.200 m de profondeur, tandis qu’aux sources hydrothermales la temp\u00e9rature d\u00e9passe ais\u00e9ment 374\u00b0 C.<\/p>\n

Consid\u00e9rons l’eau d’une source hydrothermale situ\u00e9e au dessous de 2.200m et dont la temp\u00e9rature est un peu sup\u00e9rieure \u00e0 374\u00b0C. Sa densit\u00e9 \u00e9tant inf\u00e9rieure \u00e0 celle de l’eau environnante, elle forme une plume convective. Durant son ascension, sa pression descend. Sa temp\u00e9rature reste un moment sup\u00e9rieure \u00e0 celle de son environnement jusqu’au moment o\u00f9, devenue plus froide, elle redescend en direction de la source, fermant la boucle convective. \u00c0 un moment donn\u00e9, l’eau atteint la zone de condensation. De fines gouttelettes se forment. L’eau liquide est ensuite convertie de fa\u00e7on lente et continue en eau vapeur sans jamais former de bulles.<\/p>\n\n\n\n
\n\"\"<\/a><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n
\nFig. 2.<\/b> La surface ci-dessus montre l’\u00e9tat de l’eau autour du point critique.
\nLa zone grise est la zone de condensation.\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n

La figure 2 montre l’\u00e9tat de l’eau dans une plume convective lorsqu’elle d\u00e9crit un cercle autour du point critique, comme indiqu\u00e9 par la fl\u00e8che. Tandis que la transition de l’\u00e9tat liquide \u00e0 l’\u00e9tat gazeux est continue, la transition de l’\u00e9tat gazeux \u00e0 l’\u00e9tat liquide est abrupte. P\u00e9riodiquement, l’eau se condense en formant de fines gouttelettes d’eau liquide qui grossissent jusqu’\u00e0 ce que l’eau deviennent enti\u00e8rement liquide. Elle s’enfonce alors en direction de la source hydrothermale o\u00f9 elle est r\u00e9chauff\u00e9e au dessus de la temp\u00e9rature critique. Elle est alors transform\u00e9e continuement en vapeur, sans jamais former de bulles gazeuses.<\/p>\n

La condensation du gaz en liquide pr\u00e8s du point critique est appel\u00e9e \u00ab\u00a0opalescence critique\u00a0\u00bb. On y observe de tr\u00e8s grandes fluctuations de densit\u00e9, une condition favorable \u00e0 la formation de microgouttelettes. Dans l’oc\u00e9an d’autres mol\u00e9cules peuvent se condenser \u00e9galement. Les mol\u00e9cules polaires vont conserver une m\u00eame orientation par rapport \u00e0 la surface de la gouttelette, favorisant ainsi les liaisons polaires. Ces conditions sont particuli\u00e8rement favorables \u00e0 la formation de mol\u00e9cules organiques complexes.<\/p>\n

Une possibilit\u00e9 de tester l’origine de la vie<\/em><\/p>\n

Bien que les conditions d\u00e9crites ci-dessus soient appropri\u00e9es \u00e0 la formation de mol\u00e9cules organiques complexes, la probabilit\u00e9 que de telles r\u00e9actions se produisent reste faible \u00e0 moins que la m\u00eame situation ne se reproduise durant une p\u00e9riode de temps tr\u00e8s longue.<\/p>\n

On peut estimer grossi\u00e8rement que le temps de circulation de l’eau dans une plume convective est de l’ordre de la journ\u00e9e, tandis que la dur\u00e9e de vie d’un volcan sous-marin actif est de l’ordre d’un million d’ann\u00e9es. Les m\u00eames conditions ont pu ainsi se reproduire plusieurs centaines de milliers de fois. Il est clair que si l’on veut r\u00e9p\u00e9ter ce processus au laboratoire, il doit \u00eatre consid\u00e9rablement acc\u00e9l\u00e9r\u00e9.<\/p>\n

L’exp\u00e9rience DECLIC offre une telle opportunit\u00e9. DECLIC est une exp\u00e9rience \u00e0 bord\u00a0de la station spatiale internationale. Une des versions a pour but l’\u00e9tude des r\u00e9actions chimiques au voisinage du point critique de l’eau. Son environnement en apesanteur permet de produire les conditions critiques de fa\u00e7on uniforme sur tout son volume avec une pr\u00e9cision de trois d\u00e9cimales. Il doit \u00eatre possible d’ajuster ces conditions de fa\u00e7on \u00e0 d\u00e9crire des cercles autour du point critique en quelques secondes au lieu de quelques jours. Compar\u00e9 aux conditions \u00e0 l’origine de la vie, cela acc\u00e9l\u00e9rerait le processus d’au moins 5 ordres de grandeur, probablement plus vu que les conditions de l’exp\u00e9rience seraient constamment maintenues tr\u00e8s proches du point critique.<\/p>\n

S’il est possible de suivre la composition chimique de la chambre de r\u00e9action en fonction du temps, on devrait pouvoir reproduire en quelques mois et observer des r\u00e9actions chimiques qui ont mis des millions d’ann\u00e9es \u00e0 se produire. Nous sugg\u00e9rons fortement qu’une telle exp\u00e9rience soit mise au programme de DECLIC.<\/p>\n

Fran\u00e7ois Roddier<\/p>\n

    \n
  1. \u00a0John Maynard Smith and E\u00f6rs Szathmary, The origins of life, Oxford (1999).<\/li>\n
  2. Ali Fallah-Araghi et al. Enhanced Chemical Synthesis at Soft Interfaces: A Universal Reaction-Adsorption Mechanism in Microcompartments.<\/li>\n
  3. K. Ruiz-Mirazo, C. Briones, and A. de la Escosura, Prebiotic Systems Chemistry: New perspectives of the origins of life, Chem. Rev. 114, 285 (2013).<\/li>\n
  4. Per Bak, Chao Tang, and Kurt Wiesenfeld, Self-Organized Criticality: An Explanation of 1\/f Noise, Phys. Rev. Letters 4, vol. 59 (1987)<\/li>\n
  5. Erich Jantsch, The Self-Organizing Universe, Pergamon (1980).<\/li>\n<\/ol>\n

    [Cette proposition est soutenue par Roger Bonnet, ancien directeur scientifique \u00e0 l’ESA].<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    [Le texte ci-dessous est la traduction fran\u00e7aise d’une proposition de recherches\u00a0que j’ai soumise, visant \u00e0 \u00e9tudier l’origine de la vie \u00e0 l’aide de\u00a0l’exp\u00e9rience DECLIC \u00e0 bord de la station spatiale] Premi\u00e8res tentatives d’\u00e9tude Selon Maynard Smith et E\u00f6rs Szathmary (1), la premi\u00e8re proposition s\u00e9rieuse d’\u00e9tude de l’origine de la vie est due \u00e0 A. I. … Continuer la lecture de 113 – Une origine vraisemblable de la vie<\/span> →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":664,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[],"class_list":["post-706","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/706","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\/664"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=706"}],"version-history":[{"count":18,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/706\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":732,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/706\/revisions\/732"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=706"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=706"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.francois-roddier.fr\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=706"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}