La vie doit-elle être
considéré comme le légitime aboutissement des lois de la
physique
ou comme une exception
terrestre résultant de l'enchaînement de circonstances
hasardeuses lui conférant un probable statut d'unicité?
Telle est la question à laquelle nous allons tenter
d'apporter quelques éléments de réponse.
Dernière
mise à jour: 13/03/2011
Quelques références bibliographiques sont citées dans le
texte.
Toutefois, pour éviter d'alourdir ces pages, leur
intégralité se trouve sur la page de Références
Avertissement : dans les recherches sur l'origine de la vie et la vie extraterrestre, un des écueils les plus communs est de se baser uniquement sur des journaux de vulgarisation ainsi que des ouvrages qui, souvent recopiés les uns sur les autres (et qui plus est très peu nombreux en France!), non seulement n'apportent que peu d'originalité, mais en arrivent même à dénaturer les notions qu'ils voulaient présenter. Afin d'éviter cela, je me suis informé directement auprès des articles scientifiques originaux publiés dans les revues internationales, et j'ai également donné en référence des articles de vulgarisation aisément consultables, ainsi que des liens vers des sites sélectionnés, afin que tout un chacun puisse approfondir son information. J'ajoute que j'ai aussi délibérément évité toute approche "délirante" comme on en trouve trop souvent, hélas, dès que l'on s'intéresse au passionnant problème de la vie extraterrestre...
Ci-contre : artefact ou microfossile d'une bactérie martienne ?
La logique nous pousse à examiner les questions suivantes:
1 - Comment la vie est-elle apparue sur Terre, et pourrait-elle naître ailleurs ?
2 - Existe t'il d'autres planètes sur lesquelles la vie a pu apparaître ?
3 - La vie a t'elle pu se maintenir sur d'autres planètes après son apparition ?
4 - Par quels indices pourrions-nous observer et confirmer l'existence d'une vie extraterrestre ?
5 - La vie peut elle voyager entre ses différents lieux d'apparition ?
Comment la vie est elle apparue sur Terre ?
La longue (?) marche des molécules vers la complexité
Principales hypothèses sur l'origine de la vie
Le minimum biologique
Une découverte: les nanobes, des "intra-terrestres"
Quelques certitudes scientifiques
Et si nous étions seuls ? ("exception Terrestre")
La vie certes, mais l'intelligence ?
Les origines de la vie: la longue (?) marche des molécules vers la complexité
Devant l'intérêt et la complexité de ce problème, les paragraphes suivants ne sont qu'un résumé. J'ai réalisé une présentation bien plus complète, qui vise à restituer au développement de la vie sur notre planète sa place d'un point de vue cosmique:
- version complète "l'aube de la vie" (avec références)
- version vulgarisée (notions expliquées de façon plus détaillée, destinée à ceux dont les souvenirs de sciences sont loin...)
- Life aurora in english (50% translated for the time being... is just a matter of time...)
Tous les êtres vivants sont composés de molécules. Les molécules spécifiques aux êtres vivants sont de grande taille, fragiles, complexes: l'ADN est par exemple capable de se répliquer, ce phénomène étant à la base de toute reproduction. Dès 1953, S Miller, recréant les conditions de la Terre primitive telle qu'on les concevait à l'époque, montre que des molécules organiques comme les acides aminés des protéines se forment facilement.
Cependant, nos conceptions sur l'environnement terrestre primitif ont évolué depuis, et les conditions de l'expérience de Miller ne semblent pas adéquates: l'atmosphère primitive était beaucoup plus riche en dioxyde de carbone que l'on le croyait alors. L'atmosphère riche en méthane et ammoniac postulé par Miller aurait été détruite en quelques milliers d'années par la photochimie provoquée par le rayonnement solaire (par contre, elle est tout à fait adaptée aux planètes joviennes).
De nouvelles expériences montrèrent que même une atmosphère riche en CO2 et azote pouvait conduire à la formation de quelques acides aminés... Mais comment négocier le passage des molécules de la vie à la vie elle-même ?
Plusieurs théories essaient d'expliquer la formation des êtres vivants, ou plutôt des premières molécules "biologiques" qui conduisent vers la formation des premières cellules: probablement de simples gouttelettes huileuses alternant fusions et divisions, contenant et s'échangeant des molécules capables de se répliquer, en faisant beaucoup d'erreurs... La perfection est en effet l'ennemi de l'évolution.
Quand la vie est-elle apparue ?
Une chose est sure: la vie est apparue très tôt dans l'histoire de la Terre: il y a plus de 3,8 milliards d'années, soit moins d'un milliard d'années après la formation de la planète! (roches d'Akilia, Groënland - Mojzsis & al., 1996). En fait, il semble bien que dès que la surface terrestre a été suffisamment froide, la vie a démarré... sur des chapeaux de roue: les organismes fossiles les plus anciens connus sont déjà trop complexes pour être apparus aussi rapidement (Olsen, 1994). Sauf à supposer une formidable accélération des taux de mutation à cette lointaine époque (ce que propose le biochimiste et généticien C. Woese, pour qui les transferts de gènes horizontaux, entre organismes d'espèces différentes ont été si communs au début de la vie que la notion même d'espèce y perd son sens), on doit s'interroger sur l'origine de ces micro-organismes évolutivement plus âgés que la planète qui les abrite!
Cette rapidité du développement de la vie sur Terre est un indice qui trouble nombre de spécialistes. Ainsi, le grand Francis Crick, récemment disparu (dans l'indifférence générale des médias français, qui ont préféré nous bassiner avec la fin, regrettable certes, d'un photographe...) a relevé lui aussi cette difficulté:
"The real fossil record suggests that our present form of protein based life was already in existence 3.6 billion years ago.... This leaves an astonishingly short time to get life started" - Les restes fossilisés montrent que les formes de vies actuelles, basées sur les protéines, existaient déjà il y a 3,6 milliards d'années.... cela laisse extraordinairement peu de temps à la vie pour apparaître" (Crick, 1993).
En décembre 2002, plusieurs travaux tendirent à remettre en cause l'âge de la vie sur Terre, la contradiction apparaissant comme étant de plus en plus flagrante entre les conditions physiques régnant sur la Terre ancienne et les milieux supposés nécessaires à l'apparition de la vie...
Les preuves indubitables de l'existence de formes de vie (algues) datent de 2,7 milliards d'années. Les traces précédentes sont contestées par un éminent géologue, M Brasier, qui n'y voit que des formations d'origine purement minérales... Récemment, il revient sur les formations de Warrawoona (3,5 milliards d'années) pour signaler leur possible origine abiotique (Brasier & al., 2004), alors que d'autres spécialistes (Fedo & al., 2002) contestent les traces d'activité biologique relevées dans les roches d'Akilia (3,85 milliards d'années).
Cela pourrait constituer un obstacle pour nos conceptions, mais d'autres spécialistes (W. Schopf) tout aussi émérites, utilisant de nouvelles méthodes d'analyse, ont confirmé l'origine biologique des premiers échantillons datés de 3,7 milliards d'années... Comme à son habitude, l'équipe des "exobiologistes françois" botte en touche et reste attachée aux bactéries méthanogènes ancestrales, spécialité de sa nouvelle directrice, F. Westall (et qui constituent, en effet, une piste intéressante). En fait, et comme l'écrivait le célèbre évolutionniste S J Gould* "des traces d'êtres vivants ont été retrouvées dans tous les plus vieux sédiments non détruits par le métamorphisme". Comme le relève avec justesse AW Schwartz (Astrobiology and Earth’s Geological Record - Orig Life Evol Biosph 2007, 37: 1–2), la dispute Schopf/Brasier n'a plus lieu d'être puisque deux autres indices (fractionnement des isotopes du C et dépôt de stromatolites) militent en faveur d'une vie déjà bien développée il y a 3,5 milliards d'années...
Ces sédiments se sont formés environ moins d'un milliard d'années (1 Gy = giga year) après l’époque de l'accrétion de la Terre, mais les plus anciens ont été fortement transformés par le métamorphisme, ce qui rend l’étude des microfossiles présents délicate (et discutée - cf + haut).
Le problème est de distinguer les traces de vie fossile et les artefacts d’origine minérale. Isolément, chaque indice d’activité biologique passé (rapports isotopiques, molécules carbonées et microfossiles isolés) peut être contesté. Des structures minérales peuvent avoir un aspect biologique, et conduire à des fractions carbonées laissant a tort supposer une activité biologique, qui peut par ailleurs provenir de contamination des échantillons par des micro-organismes actules endolithiques.
Pour identifier les traces de vie, F Westfall recommande une approche globale mélant identification des milieux anciens, études morphologiques et biogéochimiques (isotopes, composition chimique). Les anciens milieux biologiques, aujourd’hui considérés comme des environnements extrêmes (roches volcaniques, fumeurs noirs où les réactions de synthèse Fischer-Tropsch peuvent créer des artefacts biologiques) sont des indices pour la recherche de microfossiles in situ, qui peuvent être conservés sous forme de biofilms dont les divers constituants (observés à haute résolution, entre 0,1 et 10 µm) doivent être classifiés de façon plus précise. Ces films ont été clairement identifiés à Pilbara et Baberton, et suggèrent l’existence dès 3,5 Gy l’existence d’une photosynthèse anoxique primitive. (Westall, 2005). Les laves en coussin de Baberton contiennent ainsi des traces biologiques, comme par exemple des tubes micrométriques formés par l’action de bactéries dissolvant les verres volcaniques pour en extraire leurs nutriments, comme le font toujours des bactéries similaires dans les coulées modernes (Furnes & al., 2004). La discrimination entre reliques biologiques et artefact nécessite un matériel complexe qui ne peut être transporté dans des sondes spatiales. La recherche d’indices indiscutables d’une vie passée sur Mars passerait donc, pour les exobiologistes de l'école française, plutôt par le retour sur Terre d’échantillons judicieusement prélevés dans des milieux potentiellement biogènes. On peut objecter à ces derniers que l'analyse de météorites martiennes, bien que réalisée avec les meilleurs appareils, a surtout été à l'origine d'une polémique fameuse sur les traces de vie éventuelle détectée. La présence d'indices concordants donnant plutôt des arguments en faveur d'une contamination terrestre... qui pourra toujours se produire en cas de retour d'échantillons.
On peut aussi considérer que si la vitesse de l’évolution est suffisante, la découverte des traces indubitables de vie passée sur Mars, sous forme de fossiles macroscopiques, est possible. Il est également possible que des micro-organismes vivants produisent des molécules, comme le méthane, l’ammoniac et le dioxygène, qui peuvent être clairement reliés à une activité biologique, même résiduelle. Une investigation plus développée des atmosphères joviennes serait à cet égard bienvenue (mais je crois être le seul à la demander... vox clamat in deserto).
Jusqu'à nouvel ordre, la vie sur notre planète semble donc toujours être ancienne, voire très ancienne, trop ancienne, même...
* Gould SJ: Wonderful Life: The Burgess Shale and the Nature of History . W.W. Norton and Company, 1989. p 58. Dans l'édition française (point sciences, Seuil, S128) cette idée est mentionnée p. 65: "Tout comme les traces chimiques de la vie apparaissent dans les premières roches pouvant les receler, les premiers restes morphologiques (fossiles) sont aussi vieux qu'ils peuvent l'être".
D'autres chercheurs considèrent que les processus principaux conduisant à l'apparition de la vie n'ont pu disposer que de 400 millions d'années au maximum (Joyce, 1991), voire moins de 100 millions d'années (Moore, 1993): c'est le temps qu'auraient eu des micro-organismes aussi performants que les cyanobactéries pour émerger du néant prébiotique (Bada, 1995).
Cette rapidité du développement de la vie montre bien que cette dernière doit posséder une forte probabilité de développement. Cette probabilité de déroulement d'une biogenèse a été calculée: elle est supérieure à 13 % pour toute planète tellurique similaire à la Terre (Lineweaver & Davis, 2002).
Mais attention: il faudra plus d'un milliard 500 millions d'années pour passer des formes de vie microbiennes anaérobies aux premiers ancêtres unicellulaires des animaux et des plantes que nous connaissons ! On doit donc considérer cette étape comme étant probablement la plus difficile... ou la plus mal connue! Le développement de formes de vies pluricellulaires nécessite également un laps de temps équivalent.
La rapidité avec laquelle la vie est apparue est un argument contre ceux qui soutiennent que la vie est un phénomène trop peu probable pour avoir surgi ailleurs dans l'univers: si la vie était si improbable, son apparition aurait dû être bien plus tardive (Lineweaver & Davis, 2002). Or, la période la plus longue n'est pas celle séparant la formation de la planète de l'apparition de la vie mais bien celle séparant les formes de vie procaryotes de formes de vie eucaryotes, et en particulier pluricellulaires...
Pendant ces 1,5 milliards d'années, les organismes apparus dans un milieu dépourvu d'oxygène ont dû apprendre à résister puis à utiliser ce gaz extrêmement réactif, voire nocif.
De plus, et nonobstant les objections de ceux qui considèrent le développement de la vie comme une "exception terrestre", il semble bien que la vie soit apparue plusieurs fois sur notre planète, sous des formes différentes. origine commune vie. On a longtemps pensé qu'une seule de ces formes s'en était sortie et se trouvait à l'origine de toutes les autres, mais de récents travaux de génétique moléculaire, analysant les différences entre les génomes d'organismes unicellulaires actuels, remettent en
Accessoirement, cela signifie aussi qu'il existe une limite à l'usage des horloges génétiques, car l'évolution darwinienne par transmission des caractères héréditaires de génération en génération ne débute qu'après que les organismes aient franchi ce seuil darwinien, lorsque leur complexité est devenue telle qu'elle ne peut qu'être dégradée par l'apport de matériel génétique exogène.
En effet, nous ne devons pas oublier qu'au plan évolutif, la moindre bactérie dispose au bas mot de 2 milliards d'années d'avance sur les eucaryotes ... Cette différence est telle que certains chercheurs en viennent à considérer les bactéries comme les formes les plus évoluées des eucaryotes, qui seraient donc à l'origine de ces dernières. A l'appui de leurs idées, des expériences étonnantes montrent qu'il est possible de déclencher une "rétroévolution " transformant des cellules eucaryotes en procaryotes! (Robinson, 2001)
Quel a été le chemin des molécules au vivant ?
Schématiquement, nous pouvons distinguer les hypothèses suivantes, détaillées sur les autres pages du site:
Un monde d'ARN
Résumé: Les conditions physiques de la Terre primitive conduisent (?) à la formation d'ARN, un acide nucléique qui peut se répliquer tout seul, sans l'aide d'autres molécules. Cet ARN s'accumule dans des mares tièdes puis s'isole dans des globules graisseux à l'origine des premières cellules, via la constitution, grâce à des ensembles d'hypercycles, des premiers métabolismes. Principal problème: comment l'ARN peut-il se former (c'est assez difficile), et où trouver des petites mares tièdes à cette époque sur Terre?
Les envahisseurs
Résumé: La découverte de nombreuses molécules organiques dans l'espace laisse penser que ces molécules, voire des "proto-organismes" primitifs, auraient pu se former loin de la Terre, au niveau de noyaux cométaires, de météorites ou de micro-météorites qui aurait "ensemencé" notre planète. On ne peut nier que des matériaux organiques d'origine extraterrestre ait été apportés sur notre planète ( acides aminés, molécules polaires capables de constituer des membranes biologiques, quinones semblables à certains pigments végétaux ...). Cet apport a été réalisé en quantités importantes: alors que de nos jours l'apport de carbone extraterrestre est de l'ordre de 130 t/an, il devait s'élever il y a 4 milliards d'années, alors que les micrométéorites étaient bien plus abondantes, au chiffre de 50000 milliards de tonnes! (Brack A., Pour la Science 262 p 76). Quel a été cependant le rôle exact de ces molécules, présentes dans tout l'univers, et qui sont donc capables de se retrouver sur toutes les planètes et d'y permettre, le cas échéant, le développement de la vie?
Nos ancêtres les roches
Résumé: Les réactions chimiques prébiotiques se sont déroulées à la surface de minéraux comme la pyrite. La croissance des cristaux minéraux à permis les premières réplications d'ensembles moléculaires qui se seraient affranchis ensuite de cette tutelle minérale.
La fabrication des premières protéines peut bien être obtenue à la surface de minéraux comme la montmorillonite (une argile): des acides aminés comportant de l'AMP s'y polymérisent. On aboutit ainsi facilement à des activités enzymatiques: pour les protéines, la forme c'est la fonction. Ainsi, Gutte et al. ont synthétisé un polypeptide de 34 AA avec lequel ils espéraient obtenir une faible affinité pour les nucléotides. A leur grande surprise, ils ont obtenu une activité RNAse...
Dans les abysses...
Résumé: La vie serait apparue au niveau des sources hydrothermales profondes, sous haute température et pression et avec l'apport de nombreux minéraux dissous. Les premières formes de vies, de type extrémophile, auraient été résistantes à ces conditions, et secondairement se seraient répandues dans les océans.
Alien Life Forms
Résumé: nous aurions pour ancêtres des formes de vie d'origine extraterrestre
Les mésaventures prébiotiques des gouttes d'huile...
Résumé: au commencement étaient les membranes...
Synthèse personnelle : la vie vient de l'espace... et y retourne!
Le minimum biologique
Des recherches actuelles visent à découvrir le degré minimum de complexité d'un organisme vivant: en prenant comme base une bactérie, le mycoplasme (Mycoplasma genitalium, 480 gènes, le plus petit génome connu de 450 Kb), et en lui ôtant tous ses gènes un à un, l'équipe du Pr C. Hutchison a montré que seul un tiers des gènes de cet organisme étaient indispensables à la vie, soient environ 300 gènes seulement (plusieurs études* convergent vers un chiffre voisin de 260 gènes, et compris entre 265 et 351). Une centaine des gènes indispensable ont une fonction encore inconnue. Néanmoins les derniers travaux ( JI. Glass et al., Essential genes of a minimal bacterium, 10.1073/ pnas.0510013103, p 425-430 v 103, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10 Jan 2006.) aboutissent à un minimum de 430 gènes (387 pour des protéines dont 1/3 sont inconnues, 43 pour des ARN)
Toutefois, le mycoplasme vit à l'intérieur d'autres cellules, et le génome des cellules autonomes est plus développé que celui de cette bactérie: il représente un minimum de 1450 kb (Islas & al., 2004). C'est approximativement la longueur du génome de l'organisme autonome (non parasite, synthétisant les 20 AA nécessaires) possédant le plus court génome connu , à savoir l'abondante bactérie marine Pelagibacter ubique (SAR 11) possédant 1354 gènes (Giovannoni & al., 2005)
Cela nous montre que les premiers organismes vivants devaient comporter un nombre de gènes équivalent, et nous donne une indication sur le degré de complexité à atteindre pour la formation de la vie.
* Morovitz H.J. Israel journal of medical science 20, 1984 - Mushegian A.& Koonin E. PNAS USA 93, 1996 - Hutchinson C A & al. Science 286, 1999
Pour que la vie apparaisse, une vie qui nous ressemble, basée sur l'eau et le carbone, il faut apparemment suivre la recette suivante:
Prenez de l'eau liquide, dissolvez des sels minéraux et des gaz atmosphériques. Faites agir des sources d'énergie (éclairs, rayonnements, ondes de choc, sources chaudes...), saupoudrez énergiquement avec des molécules organiques d'origine extraterrestre puis agitez vigoureusement pendant 400 millions d'années tout au plus. Vous obtenez vos premiers organismes. Laissez reposer en agitant de temps en temps pendant 3 milliards d'années, puis observez le résultat ...
Vous voulez uniquement des certitudes et non des hypothèses... Voici donc quelques certitudes scientifiques... tirez vous même vos conclusions!
* La vie existe sur Terre (voici un truisme qui fait avancer l'exobiologie à pas de géant !)
* Elle est basée sur des éléments chimiques et des molécules identifiées dans tout l'univers observé. Le tableau ci-dessous vous permettra de constater que la composition chimique des êtres vivants n'a rien d'exceptionnel (excepté pour P et Ca, concentrés dans les êtres vivants car indispensable à leur métabolisme ou aux structures dures, os ou coquilles) et ressemble à celle des poussières communes dans la galaxie et le système solaire (alors qu'elle diffère totalement des roches terrestres
|
Elément
|
Bactéries
|
Mammifères
|
poussière
interstellaire
|
poussière
cométaire |
|
Carbone
Hydrogène Oxygène Azote Soufre Phosphore Calcium |
6,4%
63,1 % 29 % 1,4 % 0,06 % 0,12 % - |
10,5%
61 % 26 % 2,4 % 0,13 % 0,13 % 0,23 % |
13%
55 % 30 % 1 % 0,8 % - - |
10%
56 % 31 % 2,7 % 0,3 % - - |
Elle est apparue "rapidement ": moins d'un milliard d'années après la formation de la Terre... le passage à des cellules à noyau a réclamé 3 fois + de temps ! (si l'apparition de la vie était si improbable, pourquoi a t'elle été aussi rapide?)
* Les différentes formes de vies proviennent d'une ou plusieurs formes ancestrales par évolution.
* Les réactions chimiques à la base du vivant suivent les mêmes lois que les autres...
* Des molécules organiques existent ailleurs dans l'univers. On a pu réaliser leur synthèse en laboratoire dans des conditions variées rappelant celles de la Terre primitive ou des autres planètes du système solaire. Elles peuvent alors se combiner pour conduire aux polymères que l'on retrouve dans les êtres vivants.
* Il existe de nombreux autres systèmes planétaires dans notre galaxie, comme nous l'allons voir...
Qui n'entend qu'une cloche...
L'opinion que je défends ici, à savoir que la vie est un phénomène qui est probablement (au vu des différents indices scientifiques connus) très répandu dans l'univers, est loin d'être unanimement acceptée! Certains scientifiques considèrent que les planètes sont trop rares dans l'univers et que la vie est si peu probable que nous sommes les seuls êtres vivants de l'univers. En cliquant ici , vous accéderez à un site qui développe de tels arguments (visitez donc bien ce site, il est... indescriptible, plein de suffisance et, en un sens, navrant....). Quand vous en aurez pris connaissance, cliquez ici pour connaître mes contres-arguments !
Dernièrement, deux auteurs "écologiquement corrects" qui sentent l'eau bénite (P. Ward et D. Brownlee) ont développé des "arguments" selon lesquels, bien que la vie microbienne soit développée dans tout l'univers, la vie animale et intelligente se limite à la Terre. Vous apprécierez le recul épistémologique: on passe de la négation de toute vie en dehors de la Terre, hypothèse de moins en moins défendable, à une autre qui se limite à la vie animale... Je règle aussi leur compte aux arguties de ces deux écolos dans ma page de contre-arguments!
* a -Le spectacle cosmique et ses secrets - J.M. Ponty- Larousse 1988
* Le méthane dans les océans - Suess E, Bohrmann G, Greinert J, Lausch E. Pour la Science 264, 80-89, Octobre 1999
* Une puce universelle - Anant Agarwal - Pour la Science 264, 42-44, Octobre 1999
* L'ère des robots - Moravec H, Pour la Science 267, 01 2000, 88-94
* Biomolecules: the origin of their optical activity. Wachtershauser G. Med Hypotheses 1991 Dec; 36(4):307-11
* Titan: a laboratory for prebiological organic chemistry - Sagan C., Reid Thomson W., Khare B.N. - Account of chemical research 7, vol 25, juillet 1992
* Les premières traces de vie - D. Groves, J. Dunlop et R. Buick, Pour La Science 50, décembre 1981
* Les premiers organismes vivants - A Cairns-Smith, Pour La Science , 09/1985
* L'origine de l'information génétique - M. Eigen, W. Gardiner, P. Schuster et R. Winkler-Oswatitsch
* Une spéculation sur l'origine de la synthèse des protéines - F.Crick, S. Brenner, A Klug, G Pieczenik - La recherche 80,vol 8, n°80, 679-680
* L'origine de la vie sur la Terre - L. Orgel - Pour la science 206, 12/1994, 80-90
* L'évolution de la vie sur la Terre , S.J. Gould - Pour la science 206, 12/1994, 90-100
* A la recherche de la vie extraterrestre - C. Sagan - Pour la science 206, 12/1994, 100-110
* L'évolution de la Terre - C. Allégre, S. Schneider - Pour la science 206, 12/1994, 70-80
* L'information génétique - F. Bouvier, série Bios - UPS, Ed. Privat - 1980 - p.193
* Origin of life: the central concepts . G Joyce - ed. Jones & Bartlett, Boston, 1994
* The origin of life and its methodological challenge. Wachtershauser G - J Theor Biol 1997 Aug 21;187(4):483-94 R