16. L'ORIGINE DE LA VIE.L ' APPARITION DES DIFFÉRENTS TYPES CELLULAIRES 479
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
lement les deux principales classes de macromolécules qui fondent les phénomènes vitaux actuels :
les protéines et les acides nucléiques. Ces expériences ne prouvent cependant pas que les voies
découvertes sont uniques, et les résultats définitifs.
De nombreuses inconnues subsistent en outre
quant à l’origine de certaines molécules élémentaires, comme les acides aminés basiques et surtout
le ribose. Il faut souligner enfin que les expériences
de laboratoire sont optimisées, car conduites avec
des composés purifiés, en concentrations élevées,
et en l’absence de la multitude de molécules voisines coexistant sur la Terre dans les solutions
organiques d’origine abiotique, qui devaient
empoisonner les réactions «utiles ».
2.3. Origine des premiers systèmes
autoréplicatifs : les protocellules
À ce niveau de l’exposé, on aborde la boîte noire
de l’histoire de la vie, un domaine où la part de la
spéculation l’emporte sur l’expérimentation. Il faut
en effet imaginer, à un moment donné, l’émergence
d’un système possédant les caractéristiques élémentaires du vivant, et qui assure le passage d’une
évolution chimique prébiotique à une évolution de
type biologique. Ce système protocellulaire, parfois nommé cellule primordiale ou progénote,
encore très éloigné de la cellule classique, devait
posséder les caractéristiques suivantes :
1) avoir une durée de «vie » –a u sens chimique –
significative ;
2) être capable de s’entretenir et de se reproduire
(c’est-à-dire avoir acquis une mémoire) ;
3) être capable d’évoluer vers une structure encore
plus performante (voir chapitre 1).
Il existe une controverse pour savoir quel type
de macromolécule codée, c’est-à-dire potentiellement porteuse d’un message et faisant office de
mémoire, est apparu le premier sur la Terre ;
actuellement, celle-ci est toujours constituée par
un acide nucléique. Plusieurs auteurs considèrent
que les protéines ont pu initialement, à elles seules,
remplir toutes les fonctions citées plus haut, et que
les cellules primordiales auraient fonctionné sans
information génétique, au sens moderne. D’autres
pensent, au contraire, que les acides nucléiques
sont apparus les premiers, et qu’une certaine forme
de vie a pu exister sans les protéines qui seraient
arrivées ultérieurement.
2.3.1. L EM ONDE DES PROTÉINES
Parmi tous les travaux effectués sur ce sujet, il
faut citer les expériences historiques de deux chercheurs, A. O PARINE et S. F OX, qui ont tenté de reproduire en laboratoire des structures ressemblant à
des cellules primitives et mimant certaines de leurs
activités.
Les travaux de O PARINE, dans les années 30, sont
à l’origine de la notion de coacervat. Dans certaines
conditions expérimentales, des polymères organiques actuels forment des gouttelettes denses qui
se séparent spontanément de la phase aqueuse
environnante. Ces structures, qui semblent limitées par une pseudomembrane, peuvent contenir,
à la manière des liposomes (voir chapitre 5), des
enzymes que l’on introduit dans le milieu où elles
se forment. Cet auteur a ainsi obtenu des pseudocellules effectuant des réactions enzymatiques
simples, telles que des synthèses ou des dégradations (amidon), et des réactions d’oxydoréduction
mettant en jeu du NADH ou de la chlorophylle.
Ces coacervats ne sont pas capables de croissance
continue, de reproduction ou d’évolution.
Dans la même lignée, les travaux de S. F OX sont
beaucoup plus récents. Ils consistent dans la fabrication de globules voisins de ceux de O PARINE,
mais uniquement à partir de molécules simples et
de protéinoïdes d’origine abiotique. Ces microsphères, dont le diamètre est de quelques micromètres, sont limitées par une structure de type
membranaire et miment certains comportements
des cellules : elles bourgeonnent, se divisent et
fusionnent lorsqu’on change les conditions physicochimiques du milieu. Leur activité chimique est
plus sophistiquée que celles des coacervats car elles
peuvent, si on leur fournit des acides aminés ou
des nucléotides activés d’origine abiotique, fabriquer des peptides ou des chaînes courtes de
nucléotides. Cet auteur considère donc avoir jeté
un pont entre les mondes prébiotique et biologique, et prétend que le flux de l’information génétique a pu fonctionner des protéines vers les acides
nucléiques. La critique majeure faite à cette
approche est qu’elle ne fournit aucune clé permettant de comprendre l’installation d’une boucle
stable entre des molécules catalytiques et des
molécules-mémoire. Il est clair, avec les connaissances actuelles en biologie moléculaire, que c’est
du côté des acides nucléiques qu’il faut chercher
des pistes pour imaginer un système à la fois autoreproductif et informatif.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
lement les deux principales classes de macromolécules qui fondent les phénomènes vitaux actuels :
les protéines et les acides nucléiques. Ces expériences ne prouvent cependant pas que les voies
découvertes sont uniques, et les résultats définitifs.
De nombreuses inconnues subsistent en outre
quant à l’origine de certaines molécules élémentaires, comme les acides aminés basiques et surtout
le ribose. Il faut souligner enfin que les expériences
de laboratoire sont optimisées, car conduites avec
des composés purifiés, en concentrations élevées,
et en l’absence de la multitude de molécules voisines coexistant sur la Terre dans les solutions
organiques d’origine abiotique, qui devaient
empoisonner les réactions «utiles ».
2.3. Origine des premiers systèmes
autoréplicatifs : les protocellules
À ce niveau de l’exposé, on aborde la boîte noire
de l’histoire de la vie, un domaine où la part de la
spéculation l’emporte sur l’expérimentation. Il faut
en effet imaginer, à un moment donné, l’émergence
d’un système possédant les caractéristiques élémentaires du vivant, et qui assure le passage d’une
évolution chimique prébiotique à une évolution de
type biologique. Ce système protocellulaire, parfois nommé cellule primordiale ou progénote,
encore très éloigné de la cellule classique, devait
posséder les caractéristiques suivantes :
1) avoir une durée de «vie » –a u sens chimique –
significative ;
2) être capable de s’entretenir et de se reproduire
(c’est-à-dire avoir acquis une mémoire) ;
3) être capable d’évoluer vers une structure encore
plus performante (voir chapitre 1).
Il existe une controverse pour savoir quel type
de macromolécule codée, c’est-à-dire potentiellement porteuse d’un message et faisant office de
mémoire, est apparu le premier sur la Terre ;
actuellement, celle-ci est toujours constituée par
un acide nucléique. Plusieurs auteurs considèrent
que les protéines ont pu initialement, à elles seules,
remplir toutes les fonctions citées plus haut, et que
les cellules primordiales auraient fonctionné sans
information génétique, au sens moderne. D’autres
pensent, au contraire, que les acides nucléiques
sont apparus les premiers, et qu’une certaine forme
de vie a pu exister sans les protéines qui seraient
arrivées ultérieurement.
2.3.1. L EM ONDE DES PROTÉINES
Parmi tous les travaux effectués sur ce sujet, il
faut citer les expériences historiques de deux chercheurs, A. O PARINE et S. F OX, qui ont tenté de reproduire en laboratoire des structures ressemblant à
des cellules primitives et mimant certaines de leurs
activités.
Les travaux de O PARINE, dans les années 30, sont
à l’origine de la notion de coacervat. Dans certaines
conditions expérimentales, des polymères organiques actuels forment des gouttelettes denses qui
se séparent spontanément de la phase aqueuse
environnante. Ces structures, qui semblent limitées par une pseudomembrane, peuvent contenir,
à la manière des liposomes (voir chapitre 5), des
enzymes que l’on introduit dans le milieu où elles
se forment. Cet auteur a ainsi obtenu des pseudocellules effectuant des réactions enzymatiques
simples, telles que des synthèses ou des dégradations (amidon), et des réactions d’oxydoréduction
mettant en jeu du NADH ou de la chlorophylle.
Ces coacervats ne sont pas capables de croissance
continue, de reproduction ou d’évolution.
Dans la même lignée, les travaux de S. F OX sont
beaucoup plus récents. Ils consistent dans la fabrication de globules voisins de ceux de O PARINE,
mais uniquement à partir de molécules simples et
de protéinoïdes d’origine abiotique. Ces microsphères, dont le diamètre est de quelques micromètres, sont limitées par une structure de type
membranaire et miment certains comportements
des cellules : elles bourgeonnent, se divisent et
fusionnent lorsqu’on change les conditions physicochimiques du milieu. Leur activité chimique est
plus sophistiquée que celles des coacervats car elles
peuvent, si on leur fournit des acides aminés ou
des nucléotides activés d’origine abiotique, fabriquer des peptides ou des chaînes courtes de
nucléotides. Cet auteur considère donc avoir jeté
un pont entre les mondes prébiotique et biologique, et prétend que le flux de l’information génétique a pu fonctionner des protéines vers les acides
nucléiques. La critique majeure faite à cette
approche est qu’elle ne fournit aucune clé permettant de comprendre l’installation d’une boucle
stable entre des molécules catalytiques et des
molécules-mémoire. Il est clair, avec les connaissances actuelles en biologie moléculaire, que c’est
du côté des acides nucléiques qu’il faut chercher
des pistes pour imaginer un système à la fois autoreproductif et informatif.