chapitre 25 L’histoire de la vie sur Terre 589
cellule se compose d’une grande variété de macromolécules
(dont des protéines et les acides nucléiques essentiels à l’autoreproduction). Ces macromolécules pourraient-elles s’être
formées sur la Terre primitive ? Une étude réalisée en 2009 a
démontré qu’une étape clé, la synthèse abiotique de monomères d’ARN, peut se produire spontanément à partir de
simples précurseurs moléculaires. De plus, en laissant tomber
goutte à goutte des solutions d’acides aminés ou de nucléotides d’ARN sur des substrats préalablement chauffés (sable,
argile, roche), des chercheurs ont obtenu des polymères de
ces molécules. Ces polymères se sont formés spontanément,
sans l’aide d’enzymes ou de ribosomes. À la différence des protéines, les polymères d’acides aminés consistent en un mélange
complexe d’acides aminés liés et réticulés. Néanmoins, il se
peut que de tels polymères aient agi comme des catalyseurs
faibles de réactions chimiques sur la Terre primitive.
Les protocellules
Tous les organismes doivent pouvoir se reproduire et convertir de l’énergie. Sans ces deux fonctions, la vie s’éteint. Les
molé cules d’ADN contiennent de l’information génétique,
notamment les instructions nécessaires pour qu’elles puissent
se répliquer avec exactitude lors de la reproduction. Mais la
réplication de l’ADN repose sur un mécanisme enzymatique
complexe et sur une abondante provision de nucléotides
– des éléments constitutifs que doit fournir le métabolisme
des cellules (voir le chapitre 16). Cette observation donne à
penser que des molécules capables d’autoréplication et qu’une
source d’éléments constitutifs apparentée au métabolisme
auraient pu apparaître simultanément. Mais comment ce
phénomène s’est-il produit ?
Les conditions nécessaires pourraient avoir été remplies
par les protocellules, c’est-à-dire par des agrégats de molécules produites par voie abiotique et entourées d’une membrane ou d’une structure apparentée à une membrane. Les
protocellules présentent certaines des propriétés associées à la
vie, dont une reproduction et un métabolisme rudimentaires,
ainsi que la conservation d’un milieu chimique interne distinct du milieu externe.
Par exemple, des vésicules peuvent se former spontanément lorsque des lipides ou d’autres molécules organiques
sont mis en présence d’eau. Les molécules hydrophobes qui
baignent dans le mélange s’organisent alors en une bicouche
semblable à la bicouche lipidique d’une membrane cellulaire.
L’ajout de matières comme la montmorillonite, une argile
minérale douce produite par le vieillissement des cendres
volcaniques, accélère grandement l’autoassemblage des vésicules (figure 25.3a). Cette argile, dont on croit qu’elle était
commune sur la Terre primitive, fournit des surfaces sur lesquelles les molécules organiques viennent adhérer, ce qui
augmente la probabilité qu’elles réagissent les unes avec les
autres pour former des vésicules. Produites par voie abiotique,
ces vésicules peuvent se « reproduire » spontanément (figure 25.3b) et augmenter leur taille (« croître ») sans dilution
de leur contenu. Elles peuvent aussi absorber des particules
de montmorillonite, y compris celles auxquelles se sont fixés
de l’ARN et d’autres molécules organiques (figure 25.3c).
Finalement, des expériences ont montré que certaines vésicules sont dotées d’une bicouche sélectivement perméable et
peuvent produire des réactions métaboliques en utilisant une
source externe de réactifs – une autre condition préalable à
la vie.
L’arN capable d’autoréplication
et les débuts de la sélection naturelle
Le premier matériel génétique a probablement été l’ARN et
non l’ADN. C’est à cette conclusion que sont arrivés Thomas
Cech, de la University of Colorado, et Sidney Altman, de la
Yale University. En 1982, ces deux chercheurs ont découvert,
en travaillant avec un organisme unicellulaire du genre Tetrahymena, que l’ARN ne jouait pas uniquement un rôle déterminant dans la synthèse des protéines. En effet, cet acide
nucléique exerce également un certain nombre de fonctions
catalytiques semblables à celles des enzymes. (Altman et Cech
ont reçu un prix Nobel en 1989 pour leurs travaux.) Cech a
appelé ribozymes ces ARN catalyseurs. Certains ribozymes
peuvent fabriquer des copies complémentaires de courts
brins d’ARN, à condition de disposer des éléments constitutifs que sont les nucléotides.
En laboratoire, la sélection naturelle a produit des ribozymes capables d’autoréplication. Contrairement au double
brin d’ADN, qui se présente sous la forme d’une double hélice
régulière, le brin unique des molécules d’ARN adopte diverses
conformations tridimensionnelles déterminées par la séquence
nucléotidique. Ainsi, la molécule possède à la fois un génotype (sa séquence nucléotidique) et un phénotype (sa conformation, qui interagit de façon particulière avec les molécules
Nombre d’acides aminés
0
20
10
1953
2008
Masse des acides aminés (mg)
0
200
100
1953
2008
m Figure 25.2 La synthèse
d’acides aminés lors d’une
éruption volcanique simulée.
En plus de l’étude classique réalisée
rience simulant une éruption volcanique. En 2008, des chercheurs qui
ont réanalysé les résultats de cette
expérience ont découvert qu’il se
formait beaucoup plus d’acides
niques simulées que dans les conditions de l’expérience initiale de1953.
FaITes des LIeNs Relisez
le concept 5.4 (p. 85 à 88) et
expliquez comment on aurait pu
obtenir plus de 20 acides aminés
dans l’expérience de 2008.
cellule se compose d’une grande variété de macromolécules
(dont des protéines et les acides nucléiques essentiels à l’autoreproduction). Ces macromolécules pourraient-elles s’être
formées sur la Terre primitive ? Une étude réalisée en 2009 a
démontré qu’une étape clé, la synthèse abiotique de monomères d’ARN, peut se produire spontanément à partir de
simples précurseurs moléculaires. De plus, en laissant tomber
goutte à goutte des solutions d’acides aminés ou de nucléotides d’ARN sur des substrats préalablement chauffés (sable,
argile, roche), des chercheurs ont obtenu des polymères de
ces molécules. Ces polymères se sont formés spontanément,
sans l’aide d’enzymes ou de ribosomes. À la différence des protéines, les polymères d’acides aminés consistent en un mélange
complexe d’acides aminés liés et réticulés. Néanmoins, il se
peut que de tels polymères aient agi comme des catalyseurs
faibles de réactions chimiques sur la Terre primitive.
Les protocellules
Tous les organismes doivent pouvoir se reproduire et convertir de l’énergie. Sans ces deux fonctions, la vie s’éteint. Les
molé cules d’ADN contiennent de l’information génétique,
notamment les instructions nécessaires pour qu’elles puissent
se répliquer avec exactitude lors de la reproduction. Mais la
réplication de l’ADN repose sur un mécanisme enzymatique
complexe et sur une abondante provision de nucléotides
– des éléments constitutifs que doit fournir le métabolisme
des cellules (voir le chapitre 16). Cette observation donne à
penser que des molécules capables d’autoréplication et qu’une
source d’éléments constitutifs apparentée au métabolisme
auraient pu apparaître simultanément. Mais comment ce
phénomène s’est-il produit ?
Les conditions nécessaires pourraient avoir été remplies
par les protocellules, c’est-à-dire par des agrégats de molécules produites par voie abiotique et entourées d’une membrane ou d’une structure apparentée à une membrane. Les
protocellules présentent certaines des propriétés associées à la
vie, dont une reproduction et un métabolisme rudimentaires,
ainsi que la conservation d’un milieu chimique interne distinct du milieu externe.
Par exemple, des vésicules peuvent se former spontanément lorsque des lipides ou d’autres molécules organiques
sont mis en présence d’eau. Les molécules hydrophobes qui
baignent dans le mélange s’organisent alors en une bicouche
semblable à la bicouche lipidique d’une membrane cellulaire.
L’ajout de matières comme la montmorillonite, une argile
minérale douce produite par le vieillissement des cendres
volcaniques, accélère grandement l’autoassemblage des vésicules (figure 25.3a). Cette argile, dont on croit qu’elle était
commune sur la Terre primitive, fournit des surfaces sur lesquelles les molécules organiques viennent adhérer, ce qui
augmente la probabilité qu’elles réagissent les unes avec les
autres pour former des vésicules. Produites par voie abiotique,
ces vésicules peuvent se « reproduire » spontanément (figure 25.3b) et augmenter leur taille (« croître ») sans dilution
de leur contenu. Elles peuvent aussi absorber des particules
de montmorillonite, y compris celles auxquelles se sont fixés
de l’ARN et d’autres molécules organiques (figure 25.3c).
Finalement, des expériences ont montré que certaines vésicules sont dotées d’une bicouche sélectivement perméable et
peuvent produire des réactions métaboliques en utilisant une
source externe de réactifs – une autre condition préalable à
la vie.
L’arN capable d’autoréplication
et les débuts de la sélection naturelle
Le premier matériel génétique a probablement été l’ARN et
non l’ADN. C’est à cette conclusion que sont arrivés Thomas
Cech, de la University of Colorado, et Sidney Altman, de la
Yale University. En 1982, ces deux chercheurs ont découvert,
en travaillant avec un organisme unicellulaire du genre Tetrahymena, que l’ARN ne jouait pas uniquement un rôle déterminant dans la synthèse des protéines. En effet, cet acide
nucléique exerce également un certain nombre de fonctions
catalytiques semblables à celles des enzymes. (Altman et Cech
ont reçu un prix Nobel en 1989 pour leurs travaux.) Cech a
appelé ribozymes ces ARN catalyseurs. Certains ribozymes
peuvent fabriquer des copies complémentaires de courts
brins d’ARN, à condition de disposer des éléments constitutifs que sont les nucléotides.
En laboratoire, la sélection naturelle a produit des ribozymes capables d’autoréplication. Contrairement au double
brin d’ADN, qui se présente sous la forme d’une double hélice
régulière, le brin unique des molécules d’ARN adopte diverses
conformations tridimensionnelles déterminées par la séquence
nucléotidique. Ainsi, la molécule possède à la fois un génotype (sa séquence nucléotidique) et un phénotype (sa conformation, qui interagit de façon particulière avec les molécules
Nombre d’acides aminés
0
20
10
1953
2008
Masse des acides aminés (mg)
0
200
100
1953
2008
m Figure 25.2 La synthèse
d’acides aminés lors d’une
éruption volcanique simulée.
En plus de l’étude classique réalisée
rience simulant une éruption volcanique. En 2008, des chercheurs qui
ont réanalysé les résultats de cette
expérience ont découvert qu’il se
formait beaucoup plus d’acides
niques simulées que dans les conditions de l’expérience initiale de1953.
FaITes des LIeNs Relisez
le concept 5.4 (p. 85 à 88) et
expliquez comment on aurait pu
obtenir plus de 20 acides aminés
dans l’expérience de 2008.