La vie ne vient pas de Dieu

par Nov 29, 2018Bioethique, Québec humaniste, sciences0 commentaires

CLAUDE BRAUN

CLAUDE BRAUN

Administrateur et éditeur en chef du "Québec humaniste"

Claude Braun a été professeur de neurosciences cognitives à l'UQAM de nombreuses années. Retraité depuis peu, Il a publié nombres de documents de recherches sur le sujet. Il a été également éditeur du "Québec laïque"  et est depuis quelques années l'éditeur en chef  de notre revue "Québec humaniste" Il a également publié "Québec Athée" en 2010. Téléchargeable gratuitement en utilisant ce lien avec  les compliments de l'auteur.

En ce moment, plusieurs dizaines de milliers de chercheurs scientifiques dévouent leur vie professionnelle à mettre un pieu dans le cœur de Dieu en tentant de montrer que la vie émerge de la matière inorganique, et non directement de Lui. Spitzer et collègues [1] dénombraient, en 2015, 44 livres portant spécifiquement et entièrement sur ce sujet. Et on dénombre des milliers d’articles de périodiques scientifiques sur la question. Les trois premiers grands scientifiques/auteurs sur la question, au début du 20e siècle, Oparine [2], Haldane [3] et Bernal [4], étaient tous des athées passionnés, humanistes et communistes. Ce n’est surement pas un hasard. Nous allons faire état de l’avancement des travaux scientifiques actuels sur la question. 

La vie extraterrestre

Démontrer l’existence de vie extraterrestre serait assez convaincant comme réfutation des révélations religieuses imaginant l’humain comme étant créé par Dieu, d’un seul coup, à son image, quelques jours après le reste des êtres vivants. En l’an 1600 Giordano Bruno a été brûlé sur l’échafaud par l’église Catholique pour avoir imaginé un monde tellement vaste que d’autres vies que les nôtres puissent y habiter. On apprend chaque jour de la science à quel point cette idée de Bruno est de plus en plus plausible.  

Le big bang a eu lieu il y a 13.8 milliards d’années et la vie sur terre serait apparue il y a presque 4 milliards d’années. Il y a de bonnes chances que la vie soit apparue ailleurs préalablement, sur une planète plus ancienne que la Terre. Mars a justement un milliard d’années d’ancienneté sur la Terre et elle est la première candidate envisagée présentement par les scientifiques comme source de vie extraterrestre. Au fait, les travaux avancent à grands pas sur l’éventualité de vie sur Mars. Pour résumer, il y a consensus maintenant que Mars a présenté une évolution fortement compatible avec l’apparition de la vie.  

Par ailleurs, on sait aujourd’hui qu’il existe des milliards de planètes habitables, ne seraient-ce que dans notre propre galaxie. L’équation proposée par l’astrophysicien Frank Drake, proprement dite, est le produit de sept facteurs : N = R* x fp x ne x fl x fi x fc x L … où N est le nombre de civilisations extraterrestres dans notre galaxie avec lesquelles nous pourrions entrer en contact et R* est le nombre d’étoiles en formation par an dans notre galaxie, fp est la fraction de ces étoiles possédant des planètes, ne est le nombre moyen de planètes potentiellement propices à la vie par étoile, fl est la fraction de ces planètes sur lesquelles la vie apparaît effectivement, fi est la fraction de ces planètes sur lesquelles apparaît une vie intelligente, fc est la fraction de ces planètes capables et désireuses de communiquer et L est la durée de vie moyenne d’une civilisation, en années. 

Saturne et ses lunes. Titan est à droite.

C’est une boutade, bien entendu, mais dontles termes deviennent de plus en plus concrets et mesurables… Par exemple, la nouvelle discipline dénommée astrobiologie arrive maintenant à repérer sur divers corps célestes, comme la lune Titan, satellite de Saturne, des molécules organiques complexes. Par ailleurs, de nouvelles techniques de biophysique permettent de relever des acides aminés et autres composés à base de carbone sur divers météorites qui sont écrasés sur notre planète. Le plus célèbre de ceux-ci pourrait

La météorite de Murchison, 100 kg, est tombé en Australie en 1969. Il contient tous les acides aminés connus aujourd’hui

être la météorite dit de Murchison, tombé en Australie en 1969. Au fait, le compendium des acides aminés et même des protéines trouvés sur les météorites est beaucoup plus riche [5] que les composés prébiotoques (acides aminés) générés par les célèbres expérimentations de Miller et Urey dans les années 50 où l’on a préparé une soupe simulant la terre à ses débuts en la traversant de courants électriques afin d’y « produire » des composés organiques. Ceci a motivé un camp de scientifiques « prométhéens » à adopter une croyance panspermique affirmant que le scénario le plus probable est que la vie sur terre vient d’autres corps célestes. Si le terme panspermique semble étriqué c’est qu’il l’est. Il provient d’une idée d’Anaxagore au 5e siècle AJC qui a suffisamment charmé les scientifiques pour qu’ils gardent le terme. 

Vestiges de la vie sur Terre 

Trouver un exemplaire d’un fossile d’organisme tellement simple qu’il eut pu être le premier serait assez convaincant comme argument à la faveur de l’évolution naturelle et spontanée de la vie.  

La question de l’ancienneté de la vie sur Terre a connu une progression fulgurante grâce à notre capacité de dater l’origine de l’univers lui-même ainsi que de la Terre elle-même. Ensuite il a fallu trouver les plus anciens gisements. Finalement il a été possible d’y trouver des traces fossiles subtiles d’ancêtres procaryotes (organismes unicellulaires sans noyau) de plus en plus lointains en les datant de plus en plus précisément. On estime à 13.8 milliards d’années l’âge de l’univers post Big Bang, à 4.543 milliards années l’âge de la Terre, à 60 millions d’années plus tard l’apparition de notre lune. 

Des chercheurs ont trouvé des roches vieilles de 4.1 milliards d’années en Australie contenant des traces fossiles d’organismes vivants [6]. La vie est donc apparue sur Terre presque aussi tôt que les conditions géoclimatiques et physicochimiques l’eurent permis. Cette précipitation de la vie à faire son entrée inspire maintenant l’ensemble de la communauté scientifique à croire de moins en moins à une extrême improbabilité, ou « miracle », de l’émergence spontanée de la vie. Cependant, les restes fossiles des organismes vivants les plus anciens sur Terre ne permettent pas d’en connaître l’anatomie ou la physiologie exacte. 

LUCA, l’ancêtre de Lucy 

Comme toute vie bien connue et bien décrite sur Terre est cellulaire, est à base de carbone, et est à base d’ADN, on peut tout de même faire des extrapolations à reculons à partir de la génétique. Le graal sacré de cette entreprise, l’organisme virtuel qu’on essaie de reconstituer ainsi, n’est pas le ou les précurseurs abiotiques de la vie. Il est, plus modestement, le premier organisme dit « darwinien », le premier à plausiblement avoir bénéficié des potentialités extraordinairement diversifiantes et ingénieuses de la reproduction organismique et de la sélection naturelle classiquement connues aujourd’hui, c’est-à-dire DACU (dernier ancêtre commun universel) ou LUCA en anglais (last universal common ancestor, dont l’acronyme est un clin d’œil à Lucy, le fossile australopithèque qu’on a temporairement dénommé la mère de l’humanité). DACU serait donc, par définition, l’ancêtre commun des trois grandes branches cellulaires de la vie, les (archées, bactéries et eucaryotes). On s’entend à reconnaître que DACU doit avoir possédé des membranes, des vésicules, de l’ADN, de l’ARN, une capacité de réplication par traduction et transcription, un métabolisme énergétique incluant l’ATP-syntase-2. On s’entend plus ou moins sur un coffre à outils génétique minimal dont aurait disposé DACU, quelques centaines de gènes. Cependant, le problème consistant à expliquer comment des entités abiotiques ont pu s’assembler en un DACU réel reste le défi le plus enivrant et le plus difficile de la biologie moderne. 

Simulation formelle et virtuelle (mathématique) d’organismes minimaux 

La simulation formelle et virtuelle (mathématique) de l’origine de la vie se dénomme « vie artificielle » ou « A-life ». En lisant la littérature sur les travaux de simulation formelle (par logiciels tournant sur ordinateurs) des origines de la vie on a l’impression que tout ce qui peut être simulé mathématiquement, en rapport à l’origine de la vie, a été simulé : la chimie prébiotique, le métabolisme protocellulaire, les communautés de protocellules, le développement d’une protocellule, la reproduction protocellulaire, l’évolution des protocellules, etc [7]. Certains modèles arrivent à retenir l’attention par un nom imaginatif accroché au modèle tels « chémoton », « hypercycle », « monde Zn », « pseudobiospère », etc. Ces modèles sont aujourd’hui très techniques et inaccessibles aux communs des mortels. 

Cependant, on se rappelle affectueusement d’un jeu d’ordinateur créé par John H. Conway, publié et popularisé au début des années 1970 dans Scientific American. Le jeu fut nommé « Game of life ». Le jeu se déroule comme sur des carrés d’un échiquier. Chaque carré peut avoir un organisme vivant ou mort à l’intérieur ou aucun organisme du tout. Quel que soit le cadre de pensée utilisé, chaque cellule est décrite comme étant « activée » ou « désactivée ». Au début du jeu, un certain nombre de carrés sont remplis. Ensuite, le jeu commence. À chaque cliquetis d’horloge, une nouvelle génération de cellules est créée. Un ensemble de règles est appliqué à chaque cellule du tableau pour déterminer ce qu’il adviendra de la cellule dans cette prochaine génération. Les règles sont les suivantes: 1) Si une cellule est désactivée et entourée de trois voisins, elle est activée. 2) Si une cellule est activée et qu’elle a au moins un voisin entouré, la cellule meurt de solitude (elle se désactive). 3) Si une cellule est activée et qu’elle a plus de trois voisins activés, la cellule meurt de surpeuplement. Lorsqu’elles sont appliquées sur plusieurs générations, ces règles simples créent une quantité infinie de superbes motifs, chaque motif étant basé sur la structure des cellules qui sont actives au début du jeu. Les automates cellulaires virtuels ont été utilisés au début de la vie artificielle et sont encore souvent utilisés pour simuler l’évolvabilité. L’évolvabilité est maintenant un terme technique de l’A-life.  

En 1986, Craig Reynolds développa un programme informatique qui, sans être le premier du genre, devint néanmoins un exemple immensément populaire. Son programme consistait à simuler une volée d’oiseaux. Quelques règles très simples guident chaque oiseau : 1. Séparation : évitez d’encombrer les membres de votre groupe. 2. Alignement : dirigez-vous vers le cap moyen des coéquipiers locaux. 3. Cohésion : orientez-vous pour vous rapprocher de la position moyenne des membres du groupe local. 4. Évitement : évitez les obstacles physiques.  

Tom Ray a créé en 1991 un programme nommé « Tierra » qui tenta de créer un environnement pour les « organismes » numériques. Tierra est un programme informatique qui crée un « ordinateur virtuel » en mémoire – c’est-à-dire, un programme qui crée son propre « genre d’ordinateur », avec ses propres instructions machine (par exemple, son propre code de montage) et sa propre mémoire. Les organismes numériques sont ensuite créés dans cet ordinateur virtuel via des algorithmes « génétiques ». Ceci est essentiellement analogue au processus de la vie biologique lorsqu’une protéine est synthétisée à partir d’un brin d’ADN et qu’elle réalise une fonction, se lie ensuite à un site de l’ADN et appelle la production d’une autre protéine : c’est cette traduction de l’information en action qui constitue la naissance et la croissance d’un organisme. Ces organismes artificiels vivent alors dans un monde numérique : ils se font concurrence pour obtenir une source d’énergie, qui est ici l’accès au processeur (pourcentage de la puissance de traitement du processeur virtuel par unité de temps). Leur ressource matérielle (espace de vie) est la mémoire de cet ordinateur virtuel. C’est cette mémoire qui contient leur code machine, et c’est ce code qui exploite le processeur pour que l’organisme puisse se reproduire plus rapidement que les autres. Ce qui résulte de cette simulation est à la fois l’optimisation et la créativité des organismes. Il a été démontré avec Tierra que, à partir d’un seul organisme ancestral, plusieurs autres organismes évoluent, dont certains sont de nature parasitique, certains coopèrent avec d’autres organismes, d’autres sont tricheurs. Parce que ces organismes réagissent à ces changements dans leur environnement et, grâce à la sélection naturelle darwinienne, certaines espèces prévalent – par exemple, certains organismes peuvent développer une immunité contre les parasites – et certaines espèces sont en voie de disparition. Tout ce que les organismes font est contrôlé par les organismes eux-mêmes : leur mode de reproduction est gravé dans leur génome. Ainsi, certains organismes se reproduisent avec différents niveaux de mutation et de croisement dans leur progéniture. Ces organismes « virtuels » évoluent avec beaucoup de complexité. Cela ressemble à la vie biologique, et le comportement de certains systèmes basés sur Tierra nous a permis de mieux comprendre la façon dont la vie dans son ensemble peut évoluer et fonctionner.  

Le programme « Avida » fut créé par Ofria, Adami et Brown à Caltech en 1993 et est en développement constant. À la différence de Tierra, dans Avida, chaque organisme a son propre « cerveau » autonome alors que dans Tierra les organismes se partagent de façon concurrente un même « cerveau ». Par ailleurs, dans Avida, les CPU virtuels peuvent tourner à différentes fréquences, permettant ainsi à un organisme donné d’exécuter deux fois plus d’instructions qu’un autre dans le même laps de temps. Dans Avida chaque organisme est localisé sur une grille en deux dimensions, chaque emplacement de la grille ne pouvant contenir qu’un et un seul organisme. Il y a donc une compétition pour la place puisque les organismes qui se dupliquent le plus vite verront leurs « rejetons » occuper plus de places. Bref, Avida simule de façon plus réaliste et plus riche que Tierra les conditions d’émergence de la vie.  

Robotique visant à simuler la vie à ses débuts 

Les robots M-Blocks de MIT s’auto-assemblent et accomplissent des travaux collectifs

Des machines-robots peuvent maintenant s’auto-assembler individuellement et aussi s’organiser en sociétés, s’auto-réparer, se réadapter lorsque dépourvus de certaines composantes. Une variante de ces robots « biomimétiques » consiste en « molecubes », des machines mobiles auto-assemblantes, capables de se grouper toutes seules pour former un « organisme » qui devient alors lui-même capable d’effectuer des « travaux », des opérations complexes. Des nanorobots aux géants de l’industrie, les robots deviennent de plus en plus adaptables, capables de simuler l’aptitude des organismes à « survivre » dans des conditions changeantes et complexes. Des evo-bots, conçus expressément pour simuler l’évolution de la vie, peuvent se développer via l’accumulation de modules, localiser des énergies d’intensités variées, les collecter et les partager avec des modules connectés. Ces attributs représentent les premières étapes d’une simulation « machine » de l’apparition de la vie. On planche aussi présentement à incorporer l’auto-impression 3D aux robots. 

Ces robots s’avèrent fort utiles pour trouver de nouveaux concepts d’auto-organisation primitive, de navigation dans les essaims, de règles primitives de compétition, de principes d’agrégation en lien avec les morphologies organismiques et du terrain, etc. Ces percées alimentent les mathématiciens et s’inspirent des travaux des ingénieurs dans un aller-retour constant

Biophysique ou science de la complexité 

 

Simuler mathématiquement les essaims de molécules, de bactéries, d’oiseaux, relève d’algorithmes semblables

Récemment, les comportements dynamiques de gouttelettes chimiques macroscopiquement visibles, par exemple des « robots liquides » sont devenus un sujet de recherche actif dans la mouvance prométhéenne abiogénétique. Dans cet axe de recherche, les interactions entre réactions chimiques, la dynamique des micro-fluides physiques et éventuellement d’autres mécanismes microscopiques non encore entièrement compris entraînent une auto-organisation des mouvements spontanés et de la morphologie complexe de ces gouttelettes. De plus, les systèmes à base de gouttelettes ont également été utilisés pour démontrer l’évolution artificielle de systèmes chimiques expérimentaux. Plus largement, ce secteur de recherches scientifiques étudie les émergences de formes et systèmes complexes de la matière non vivante. La compréhension de ces phénomènes fournit de nombreux cadres pour ensuite conceptualiser comment certains de ces phénomènes pourraient avoir lancé les premières formes de vie.

Bioingéniérie de la protovie

 

La démonstration la plus convaincante de l’immanence de l’origine de la vie serait d’arriver à créer la vie à partir de ce qui n’est aucunement vivant. C’est déjà extrêmement saisissant qu’on puisse imaginer y arriver à partir de ce qui vient de mourir ainsi que Mary Shelley l’avait très bien compris (en 1818, bien avant l’opus de Darwin) avec son rejeton du Dr Frankenstein, un humain vivant créé à partir de pièces de cadavres traversées après assemblage par un coup d’éclair. Le titre du roman est très révélateur de l’état d’esprit de l’auteure : Frankenstein ou le Prométhée moderne. On verra plus tard que quatre chimères des temps modernes font maintenant ombrage au colosse de Mary Shelley: ce sont les célèbres bactéries chimériques de Craig Venter, et de Floyd Romesberg, et les crevettes ressussitées d’Arthur Skoultchi et Harold Morowitz. 

Quelques Frankensteins des 20e et 21e siècles 

Des stratégies ingénieuses d’investigation des origines de la vie ont été raffinées de diverses façons grâces aux technologies de la biologie moléculaire et cellulaire. Je dénomme ce secteur de recherches, l’approche Frankenstein. 

En 1964 Skoultchi et Morowitz [8] ont séché des œufs de crevette, les ont placé pendant six jours dans de l’hélium liquide (2.2 degrés K (-270 degrés Celcius). Ces œufs de crevette étaient morts, morts, morts. Les chercheurs les ont ramenés doucement à température pièce, et ont vu naître des crustacés pourvus de cerveaux qui gambadent joyeusement dans leur aquarium, arrivant à maturité, se reproduisent efficacement. Leurs mouvements atomiques avaient pourtant été essentiellement figés à l’arrêt. Il est dès lors devenu très clair que la vie émerge directement, sans souffle magique, de l’organisation chimique de la matière. Il a fallu plusieurs décennies pour que de telles démonstrations puissent se faire par des manipulations moléculaires beaucoup plus spécifiques.  

En 2010 le généticien Craig Venter a réussi à mettre au point la première cellule vivante entièrement contrôlée par de l’ADN synthétique. Les chercheurs ont construit le « logiciel génétique » d’une bactérie et l’ont transplantée dans une cellule hôte de laquelle on avait préalablement retiré l’ADN. Le microbe résultant a ensuite ressemblé à l’espèce
« dictée » par cet ADN synthétique et s’est comportée comme si son ADN était naturel. Il ne s’agit pas de créer la vie à partir de matière entièrement inorganique, mais c’est tout de même un pas dans cette direction.  

Floyd Romesberg, biologiste en chimie au Scripps Research Institute de La Jolla, en Californie, a montré qu’il était possible d’élargir l’alphabet génétique de l’ADN naturel au-delà de ses quatre lettres actuelles : adénine (A), cytosine (C), guanine (G) et de la thymine (T). En 2014, Romesberg et ses collègues ont créé une souche de bactérie E. coli contenant deux lettres non naturelles, X et Y. Ils ont aussi démontré que cette forme partiellement synthétique d’E. Coli pouvait fabriquer de nouvelles protéines. C’est la première fois qu’une cellule traduise une protéine en utilisant autre chose que G, C, A ou T. 

Les approches purement expérimentales à l’émergence de la vie à partir de composés complètement inorganiques
Darwin croyait que la vie aurait pu émerger d’un petit étang chaud. On y a longtemps cru, mais tel n’est plus du tout le cas aujourd’hui. On croit plutôt que la vie a commencé dans un environnment ressemblant au cœur d’un « réacteur » particulièrement thermodynamiquemnent instable [9]. 

Passons en revue les plus importantes tentatives de tester expérimentalement et de façon complètement et rigoureusement scientifique l’idée qu’on puisse créer la vie à partir d’éléments ne provenant aucunement de la vie. On peut dire que des moments forts furent 1) la publication de l’expérimentation Miller-Urey dans les années 50 sur les acides aminés, 2) la publication des travaux récents de John Sutherland sur l’ARN et 3) la publication des travaux récents du laboratoire de Jack Szostak sur les organelles cellulaires. 

La production artificielle d’acides aminés

 

L’expérience Miller-Urey

Il s’agit, et c’est bien connu, de la célèbre expérience menée en 1953 par Stanley Miller et Harold Clayton Urey à l’Université de Chicago. Ces chercheurs prirent au sérieux le concept Oparine-Haldane de « soupe primitive (ou primordiale) de la vie ». L’idée était de faire apparaître des composés organiques à partir de composés inorganiques. Miller et Urey ont utilisé leurs connaissances de la paléogéologie pour sélectionner et assembler en une « soupe primitive » des composés complètement inorganiques supposés présents au début de la formation de notre planète (méthane, ammoniac, hydrogène et eau) et leur impartir un courant électrique. Avaient-ils lu le roman de Mary Shelley ? Quoi qu’il en soit, on savait à cette époque que le bloc de construction de tout organisme vivant sur Terre est l’acide aminé. Miller et Urey ont épaté le club des prométhéens en établissant qu’ils avaient réussi si simplement à créer plusieurs acides aminés. De nombreux acides aminés nécessaires pour la vie ont été découverts depuis lors par ailleurs. En ré-analysant les échantillons de Miller et Urey récemment, on a été stupéfaits de constater que tous les acides aminés fondamentaux de la vie sur Terre s’y trouvaient. Il faut dire que de nombreuses expérimentations ont pu répliquer mais n’ont pas pu dépasser la trouvaille de Miller et Urey, de telle sorte qu’un certain désintérêt pour ce genre de recherches a semblé finir par s’installer.

En effet, la chimie dans un laboratoire pose problème dans la recherche sur les origines de la vie. Oparine notait déjà qu’on peut broyer des cellules sans détruire leurs molécules de base, mais jamais pourra t-on récupérer ensuite la vie (il s’était trompé à cet égard). Waddington faisait remarquer qu’on peut fouetter un œuf comme pour faire une omelette, mais dès lors, jamais un poulet ne sera obtenu (il s’est probablement trompé à ce sujet). De même, Branscomb et Russell affirment qu’il serait ridicule d’essayer de démarrer un vieux tacot inopérant en l’assujettissant à un coup d’éclair (d’accord, mais ne pourrait-on pas commencer par recharger sa batterie ?). On fait maintenant mentir ces grincheux. Il y a eu beaucoup de progrès. Il est vrai qu’aucune cellule vivante n’est jamais sortie d’une soupe inorganique… mais bien des observations encourageantes ont néanmoins été publiées. Encore fallait-il changer de tac, en décomposant la problématique en objectifs plus modestes, chacun à son tour.  

D’abord, il a fallu réfléchir à des conditions moins fortuites et moins élémentaires d’assemblage des composantes essentielles de la vie. Il fallait au moins développer un concept de comment un nucléotide puisse apparaître puisqu’il s’agit là du barreau de l’échelle d’ADN ou d’ARN. Ensuite il fallait imaginer et démontrer qu’une protomembrane peut apparaître dans un monde inorganique, qu’une vésicule peut apparaître, qu’un métabolisme primaire peut apparaître, et qu’une molécule codante et réplicante peut entrer en opération… et il a fallu imaginer l’ordre dans lequel ces morceaux critiques ont pu apparaître sur Terre. 

La production artificielle d’ARN 

Des vésicules artificielles se sont formées spontanément dans des milieux entièrement inorganiques

Depuis 2009, John Sutherland, chimiste à l’Université de Manchester, a perfectionné un milieu où se sont composés spontanément des brins d’ARN à partir d’un sucre, un phosphate et une de 4 nucléobases possibles, dans de l’eau chaude. Tous ces précurseurs chimiques ont été repérés dans l’espace, ce qui ouvre la voie autant à la panspermie qu’à une origine terrestre de la vie. Les brins ainsi créés restent toutefois, à l’heure actuelle, plus petits que les gènes modernes.  

La production artificielle d’organelles cellulaires

 

Schématisation des réalisations à ce jour en production de cellules artificielles (organelle par organelle)

De nombreux scénarios théoriques ont été formulés sur la suite des événements ayant mené à la première cellule vivante. D’abord on s’est entendu que la première molécule réplicante a probablement été une variante d’ARN et non d’ADN. Ensuite, deux camps se sont formés sur les deux aspects fondamentaux de la vie, la molécule codante et réplicante en premier versus le métabolisme en premier. Une majorité de spécialistes semble s’entendre sur l’idée du réplicant d’abord. Après tout, il ne s’agit que d’une seule molécule tandis que le métabolisme cellulaire suppose l’interaction concertée de nombreuses molécules. Et l’ARN est plus simple que l’ADN. En plus, on vient d’apprendre que l’ARN peut fonctionner comme une enzyme ainsi que comme d’autres protéines, ce qui lui permet non seulement de s’auto-répliquer, mais de tirer de l’énergie de l’environnement, du moins en principe.

On s’est aperçu qu’il n’est pas évident que le milieu géologique devait être tranquille, chaud, aqueux… Des écoles de pensée se sont formées sur tous ces points. Le berceau de la vie était-il chaud (thermophylie) ou était-il froid (psychrophylie), ou une combinaison des deux ? Était-il aqueux (cheminées volcaniques de la mer) ou solide (glaise) ? Le meneur en ce qui a trait à la recherche empirique vers la cellule artificielle, organelle par organelle, est le généticien et prix Nobel Jack Szostak, un petit gars de Montréal maintenant professeur à Harvard. De nombreux chercheurs suivent son conseil qui consiste à pencher de plus en plus vers des scénarios mixtes : la vie comporte toujours une ontogenèse, c’est-à-dire des changements. N’est-il pas logique de penser qu’un environnement comportant des conditions thermiques, géologiques, physiques changeantes, préférablement cycliques ou au moins périodiques, pourrait simuler la charpente du développement cellulaire juste assez pour soutenir un cycle de vie de prototypes de cellules « artificiellement animées » ? 

Le scénario Szostakien, maintenant dominant dans la littérature scientifique sur cette question, est que la chose s’est passée là où l’océan touche les berges, ou aux abords de geysers, où se produisent des variations de température, barométriques, de viscosité (solide, aqueux, vaporeux), de température, des vagues, des marées, des éruptions, des brassages minéraux, chutes de météorites, etc. Szostak et ses collaborateurs ont découvert que la glaise fournit un support particulièrement propice à la formation de membranes protobiotiques : des molécules grasses semblables aux savons peuvent y établir des films faisant office de « membranes primitives » et même se reconformer en « pochettes » ou « vésicules » en l’absence de quelque vie que ce soit. La théorie Oparine-Haldane de la soupe prébiotique et sa validation par Miller et Urey faisait fi du fait qu’un milieu purement aqueux présente un problème de dispersion moléculaire, ce qui est un problème absolument majeur pour l’assemblage d’une cellule.  

Or, deux principes se sont imposés dans la littérature sur les origines de la vie : 1) toute vie est cellulaire, et 2) les molécules qui s’agrègent évoluent ensemble ; celles qui se dispersent ne le peuvent. Bref, en phase prébiotique, ce sont les cycles climatophysiques de l’atmosphère, aquasphère et lithosphère qui eurent pu faire guise de « cycle » de la vie en fournissant un échafaudage artificiel. Mansy et Szostak [10] ont proposé en 2008 que, pendant les périodes de températures plus élevées, une perméabilité accrue de la membrane permettrait un afflux de nucléotides tandis que des brins de matériel génétique se sépareraient. Avec un passage à des températures plus basses, la réplication du matériel génétique et la croissance de la vésicule seraient favorisées. Grâce à ces processus, induits par la température mais soutenus par une charpente solide, les premières cellules auraient pu compléter un cycle cellulaire primitif de croissance, de séparation de brins, de réplication de matrice et de division, sans nécessiter des mécanismes cellulaires dédiés. Des températures chaudes en milieu aqueux eurent permis la production de petits nucléotides mais des températures froides en milieu solide eurent pu les stabiliser. 

Références 

1. Spitzer, J., Pielak, G. J., & Poolman, B. (2015). Emergence of life: Physical chemistry changes the paradigm. Biology Direct, 10(1), 33.
2. Oparin, A. I. [1924] The Origin of Life, 1ere éd., Traduction : New York: Macmillan, 1938.
3. Haldane J. B. S. (1929). Origin of life. Rationnalist Annual, 148, 3–10.

4. Bernal, J. D. (1949). The physical basis of life. Proceedings of the Physical Society. Section A, 62(9), 537.
5. Burton, A.S., Elsila, J.E., Callahan, M.P., Glavin, D.P. & Dworkin, J.P. (2015). Evidence from meteorites for multiple possible amino acid alphabets for the origins of life. Report to the Astromaterials Research and Exploration Science Division (XI3), NASA Johnson Space Center.
6. Bell, E.A., Boehnike, P., Harrison, T.M., (2015). Potentially biogenic carbon preserved in a 4.1 billion-year-old zircon» (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences, U.S.A. 112 (47), 14518–14521.
7. Serra, R., & Villani, M. (2017). Modelling Protocells. Understanding complex systems. New York : Springer, 1-182.
8. Penny, D. (2005). An interpretive review of the origin of life research. Biology and Philosophy, 20(4), 633-671.
9. Skoultchi A.I. and Morowitz H.J. (1964). Information storage and survival of biological systems at temperatures near absolute zero. Yale Journal of Biological Medicine, 37, 158–163.
10. Mansy, S. S., & Szostak, J. W. (2008). Thermostability of model protocell membranes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 105(36), 13351-13355.

Jack Szostak

Jack William Szostak (né le 9 novembre 1952) est un biologiste américain d’origine québécoise (formé à l’Université McGill) lauréat du prix Nobel en physiologie/médecine 2009, professeur de génétique à la Harvard Medical School et investigateur distingué Alexander Rich au Massachusetts General Hospital de Boston.

Szostak a apporté d’importantes contributions au domaine de la génétique. Ses réalisations ont aidé les scientifiques à cartographier la localisation des gènes chez les mammifères et à développer des techniques de manipulation des gènes, à comprendre la protection des chromosomes par les télomères et à rendre possible le projet du génome humain. Depuis 20 ans, il se spécialise dans l’élucidation de l’origine de la vie qu’il croit spontanée et immanente à la nature elle-même. Il est le leader mondial incontesté dans ce domaine de recherches scientifiques, ce qui fait de lui un des chercheurs scientifiques les plus prométhéens de notre ère. 

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