L'origine de la vie

1. La fin d'une vieille croyance : la génération spontanée

La génération spontanée est l'idée ancienne selon laquelle des êtres vivants peuvent naître directement de la matière inerte (boue, viande en décomposition, eau stagnante).

• En 1668, l'Italien Francesco Redi place de la viande dans des bocaux, certains ouverts, d'autres couverts d'une gaze fine. Seule la viande accessible aux mouches se couvre d'asticots : les larves viennent des œufs pondus par les mouches.
• Après la découverte des microbes au microscope, le débat reprend : les microbes naissent-ils spontanément ? Vers 1860-1862, le Français Louis Pasteur chauffe un bouillon nutritif dans des ballons dont le col est étiré en forme de col de cygne : l'air peut entrer, mais les poussières porteuses de microbes restent piégées dans la courbure du col. Le bouillon reste stérile indéfiniment. Si l'on casse le col, il se trouble en quelques jours.

Conclusion : dans les conditions actuelles, tout être vivant provient d'un autre être vivant. Mais cela ne dit pas comment le premier être vivant est apparu, dans des conditions très différentes de celles d'aujourd'hui.

2. Qu'est-ce qu'un être vivant ?

Pour parler d'origine de la vie, il faut savoir ce qui distingue un être vivant de la matière inerte. Tout être vivant, même le plus simple :

• est formé d'au moins une cellule, limitée par une membrane qui la sépare du milieu ;
• possède un métabolisme : il échange de la matière et de l'énergie avec son milieu ;
• est capable de se reproduire en transmettant une information génétique (ADN, ou ARN) ;
• peut évoluer au fil des générations.

Il est constitué des mêmes grandes molécules organiques : protéines (formées d'acides aminés), acides nucléiques (ADN, ARN), glucides et lipides.

3. L'hypothèse de l'évolution chimique (Oparine et Haldane)

Dans les années 1920, le Russe Alexandre Oparine (1924) et le Britannique John Haldane (1929) proposent, chacun de leur côté, que la vie soit apparue au terme d'une longue évolution chimique :

1. dans l'atmosphère primitive, sans dioxygène, des molécules simples ont réagi grâce à des sources d'énergie (éclairs, rayons ultraviolets du Soleil non filtrés par l'ozone, chaleur des volcans) ;
2. elles ont formé des molécules organiques simples (acides aminés, sucres, bases azotées), qui se sont accumulées dans les océans : une « soupe primitive » ;
3. ces molécules se sont assemblées en molécules plus grosses, puis en petites gouttelettes isolées du milieu par une enveloppe (Oparine les appelle coacervats) ;
4. certaines de ces structures ont acquis la capacité de se reproduire : les premières cellules.

L'absence de dioxygène était importante : le dioxygène aurait détruit (oxydé) ces molécules fragiles.

4. L'expérience de Miller (1953)

En 1953, l'Américain Stanley Miller teste l'hypothèse d'Oparine et Haldane. Dans un appareil en verre fermé, il reproduit l'atmosphère primitive telle qu'on l'imaginait alors : méthane (CH₄), ammoniac (NH₃), dihydrogène (H₂) et vapeur d'eau (H₂O). L'eau d'un ballon est chauffée (l'« océan »), la vapeur passe dans un ballon où jaillissent des étincelles électriques (les « éclairs »), puis est refroidie et retombe (la « pluie »).

Au bout d'une semaine environ, l'eau devient brune. Miller y trouve plusieurs acides aminés, les briques des protéines, ainsi que d'autres molécules organiques.

Ce que prouve l'expérience : des molécules organiques essentielles au vivant peuvent se former sans être vivant, à partir de gaz simples et d'une source d'énergie.

Ses limites

• on pense aujourd'hui que l'atmosphère primitive était plutôt riche en CO₂ et en N₂ ; avec ces gaz, on obtient moins de molécules organiques (mais on en obtient) ;
• produire des acides aminés ne suffit pas : il faut encore les assembler en protéines, obtenir des acides nucléiques capables de se copier, et une membrane. Ces étapes restent en grande partie inexpliquées.

5. Les autres pistes de recherche

Des molécules venues de l'espace. La météorite de Murchison, tombée en Australie en 1969, contient des dizaines d'acides aminés d'origine extraterrestre. Des molécules organiques ont aussi été détectées dans les comètes et les nuages interstellaires. Ces molécules ont pu enrichir la Terre primitive. L'hypothèse de la panspermie, selon laquelle la vie elle-même serait venue de l'espace, ne fait que déplacer la question de son origine.

Les sources hydrothermales. Au fond des océans, près des dorsales, des sources chaudes riches en minéraux (les fumeurs noirs) fournissent énergie et éléments chimiques ; les minéraux pourraient avoir servi de support et de catalyseur aux premières réactions. Beaucoup de chercheurs y voient un berceau possible de la vie.

Le monde à ARN. Dans les cellules actuelles, l'ADN porte l'information et les protéines (enzymes) la font fonctionner : chacun a besoin de l'autre, comme la poule et l'œuf. Or certains ARN peuvent à la fois porter une information et catalyser des réactions. Beaucoup de scientifiques pensent donc que les premiers systèmes vivants fonctionnaient avec de l'ARN, avant l'apparition de l'ADN et des protéines.

6. Les plus anciennes traces de vie

Les plus anciennes traces de vie généralement admises sont des stromatolites d'environ 3,5 Ga, trouvés notamment en Australie. Ce sont des roches calcaires en fines couches, construites par des colonies de micro-organismes (cyanobactéries) qui piègent les sédiments. On observe encore aujourd'hui des stromatolites vivants dans quelques lagunes très salées, ce qui permet, par actualisme, d'interpréter les fossiles. Des indices chimiques plus anciens (vers 3,8 Ga) sont discutés.

7. De la première cellule aux êtres pluricellulaires

Les procaryotes (bactéries, archées), sans noyau, ont été les seuls êtres vivants pendant plus d'un milliard d'années. Les premiers vivaient sans dioxygène (anaérobies) ; la photosynthèse des cyanobactéries a ensuite transformé l'atmosphère.

Les eucaryotes apparaissent vers 2 Ga. D'après la théorie endosymbiotique, soutenue notamment par la biologiste américaine Lynn Margulis, les mitochondries proviennent de bactéries qui ont été englobées par une autre cellule et ont vécu en association avec elle ; les chloroplastes proviennent de cyanobactéries englobées de la même manière. Preuves : mitochondries et chloroplastes ont leur propre ADN circulaire, comme les bactéries, et se divisent comme elles.

Les pluricellulaires se diversifient à la fin du Précambrien, puis de manière spectaculaire au début du Cambrien : presque tous les grands groupes d'animaux actuels apparaissent alors dans les archives fossiles.