Dans la hiérarchie cosmique, la Terre et l'étoile autour de laquelle elle tourne, pour ainsi dire, sont encore balbutiantes. La Terre a été formée à partir de la substance laissée après la naissance du Soleil il y a 4,6 milliards d'années, tandis que l'âge de l'Univers dans son ensemble est considéré comme étant de 11 à 16 milliards d'années. Comme lors de la formation de toutes les planètes, la première étape de l'existence de notre planète a été si turbulente qu'il est presque impossible de l'imaginer.
Et même après que le globe a pris sa forme, sa surface a fondu pendant encore 600 millions d'années, la surchauffe a été causée par la chaleur provenant de l'intérieur, du noyau terrestre et par le bombardement d'astéroïdes de l'extérieur, qui a élevé la température des océans en évaporation au point d'ébullition. Pendant cette période, que certains géologues appellent Hed, l'enfer a vraiment régné sur notre planète.
Après que le bombardement constant par les astéroïdes ait cessé et que les astéroïdes restants se trouvaient sur certaines orbites et pouvaient difficilement nuire à la Terre, le carbone, l'azote, l'hydrogène et l'oxygène dans diverses combinaisons "formaient des acides aminés et d'autres matériaux de construction de base de la matière vivante." Comme l'écrivait le lauréat du prix Nobel Christian de Duve dans son livre Life-give Dust, publié en 1995, «les produits de ces processus chimiques, déposés par les précipitations atmosphériques, les comètes et les météorites, ont progressivement formé la première matière organique sur la surface sans vie de notre planète récemment condensée».
Ce film riche en carbone a été affecté à la fois par les processus qui se déroulent dans la Terre elle-même et par la chute des corps spatiaux à sa surface; l'effet du rayonnement ultraviolet était beaucoup plus fort qu'aujourd'hui, car nous sommes maintenant protégés par l'atmosphère terrestre. Tous ces matériaux furent finalement déposés dans les mers et, comme l'éminent scientifique JB Haldane l'écrivit dans son célèbre article de 1929, «les océans primordiaux étaient comme un bouillon chaud et dilué».
Le principal sous-produit de ces processus était quelque chose de visqueux, de brunâtre, appelé «gommeux», «collant» et en d'autres termes, éveillant des souvenirs d'enfance. Ceux qui s'opposent à la conclusion de Charles Darwin selon laquelle l'homme est un parent des chimpanzés et des orangs-outans, en fait, mettent l'homme avant cette dernière insulte - nous sommes issus d'une sorte de mucus!
Donc, nous avons un "bouillon" primaire dans lequel beaucoup de quelque chose de collant est mélangé partout. Comment la vie sur Terre pourrait-elle naître de cette matière première? C'est là que commence le vrai mystère. Il est généralement admis que le rôle décisif a été joué par l'ARN - l'acide ribonucléique, un proche parent de l'ADN, qui détermine le code génétique des humains et des autres êtres vivants. Et pourtant, il y a encore de nombreuses disputes sur comment, quand et où la vie est réellement née. Examinons brièvement certaines des questions qui alimentent ces discussions.
Pendant longtemps, les biologistes et les chimistes ont cru que la vie sur Terre aurait dû naître au plus tôt un milliard d'années après le refroidissement de la planète et l'arrêt de son intense bombardement par des astéroïdes, et cela s'est produit il y a environ 3,8 milliards d'années. Il s'ensuit donc que la vie sur Terre n'existe pas plus de 2,8 milliards d'années. Mais les preuves géologiques, et même les fossiles organiques, suggèrent de plus en plus que les bactéries existaient déjà bien avant cela.
La formation Groenland Isua, composée des roches les plus anciennes de notre planète, dont l'âge est déterminé à 3,2 milliards d'années, contient du carbone - le principal matériau de construction de toutes les formes de vie connues, et dans des proportions caractéristiques de la photosynthèse bactérienne. De nombreux biologistes concluent que même à une période aussi précoce, des bactéries ont dû exister, et si c'est le cas, il y avait plus d'organismes primitifs que de bactéries encore plus tôt.
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Récemment, un géologue de l'Université d'Australie-Occidentale, Bigir Rasmussen, a découvert dans le craton de Pilbara, dans le nord-ouest de l'Australie, des restes fossiles de microorganismes filamenteux âgés de 3,5 milliards d'années, ainsi que des restes fossiles «possibles» datant d'il y a 3,235 milliards d'années, en des dépôts volcaniques ont éclaté dans l'ouest de l'Australie. En raison de telles découvertes, un grave problème se pose: les origines de la vie sont reportées à 200 mille ans après la fin de la période Hed, ce que de nombreux biologistes considèrent comme un temps assez court pour que les processus chimiques nécessaires aient lieu.
La découverte la plus récente de Rasmussen, rapportée en juin 1999 dans Nature, soulève un autre dilemme. Parce que les biomolécules nécessaires à la matière vivante, telles que les protéines et les acides nucléiques, sont très fragiles et survivent mieux à des températures plus basses, de nombreux chimistes sont depuis longtemps convaincus que la vie sur Terre aurait dû surgir à des températures basses, voire négatives. … Et pourtant, Rasmussen a déterré ses filaments microscopiques dans le matériau situé à l'origine près de l'évent du volcan, où la température était extrêmement élevée.
En fait, les organismes les plus anciens qui continuent d'exister aujourd'hui sont des bactéries qui vivent dans des évents volcaniques préservés ou dans des sources dont la température de l'eau peut atteindre 110 ° C. L'existence de ces anciennes bactéries dans les évents des volcans fournit des preuves solides en faveur de l'hypothèse de conditions de haute température pour l'origine de la vie sur Terre, soutenue par d'autres scientifiques.
L'un des partisans de la vision de l'origine de la vie sur Terre dans des conditions froides est Stanley Miller, qui est instantanément devenu célèbre en 1953 après avoir mené une série d'expériences à l'Université de Chicago. Il était alors étudiant diplômé et a étudié avec le chimiste lauréat du prix Nobel Harold Urey, qui a remporté le prix Nobel pour la découverte de l'hydrogène lourd appelé deutérium. Selon Yuri, l'atmosphère de la planète se composait à l'origine d'un mélange de molécules d'hydrogène, de méthane, d'ammoniac, de vapeur d'eau et était particulièrement riche en hydrogène. (Notez que l'oxygène n'était présent que dans la composition de la vapeur d'eau. Ce n'est qu'après l'émergence de la vie dans l'atmosphère que l'oxygène a commencé à apparaître à la suite de la libération de dioxyde de carbone pendant la photosynthèse, ce qui a finalement conduit au développement de formes biologiques plus complexes.)
Miller a préparé un mélange des éléments que Yuri avait indiqués dans un récipient scellé et l'a exposé pendant plusieurs jours à des décharges électriques simulant la foudre. À sa grande surprise, une lueur rosâtre est apparue dans le récipient en verre et l'analyse des résultats obtenus a révélé la présence de deux acides aminés (une partie constitutive de toutes les protéines), ainsi que d'autres substances organiques que l'on pensait être formées uniquement par des cellules vivantes. Cette expérience, que son chef approuva à contrecoeur, non seulement rendit Miller célèbre, mais conduisit également à l'émergence d'un nouveau domaine scientifique - la chimie abiotique, dont la tâche principale était la production de substances biologiques dans des conditions qui auraient existé sur Terre avant l'émergence de la vie.
Le mot «considérer» est ici crucial. Les hypothèses sur la composition de l'atmosphère terrestre avant le développement de la vie sur notre planète changent tout le temps. Et bien que de nombreuses expériences aient été menées après les travaux de Miller en 1953, elles n'ont pas abouti à des résultats qui pourraient être associés au concept de «vie», malgré la formation de divers types de molécules organiques en eux. Comme le note de Duve dans Life-give Dust, de telles expériences sont souvent menées «dans des conditions plus artificielles que ce qui est nécessaire pour un processus véritablement abiotique.
Parmi toutes ces expériences, l'expérience originale de Miller reste classique. C'était pratiquement le seul conçu uniquement dans le but de reproduire des conditions pré-biologiques plausibles sans l'intention d'obtenir un produit final spécifique. En d'autres termes, il est toujours assez facile d'organiser une expérience de manière à obtenir très probablement le résultat souhaité, mais les conditions expérimentales seront trop adaptées.
Au moins dans de telles expériences, il n'était pas possible de reproduire la vie même dans sa forme la plus élémentaire - sous la forme d'une cellule séparée sans noyau. Comme l'écrivait Nicholas Wade dans son article du New York Times de juin 2000 sur la dernière découverte de Rasmussen, "Les tentatives les plus intenses des chimistes pour créer des molécules en laboratoire typiques de la matière vivante ont seulement montré que c'était une tâche diaboliquement difficile."
Ainsi, les principaux problèmes se concentrent sur deux axes principaux de recherche afin d'établir l'origine de la vie sur Terre. Le moment de l'origine de la vie est repoussé encore plus loin dans le passé, de sorte qu'il reste, apparemment, trop peu de temps pour que les processus chimiques nécessaires à l'origine de la vie aient lieu. Et ces réactions chimiques elles-mêmes, comme auparavant, restent tout aussi mystérieuses.
Malgré des progrès techniques colossaux et une énorme quantité de données génétiques accumulées, l'expérience de 1953 de Stanley Miller reste pratiquement le seul résultat convaincant d'une telle recherche. Néanmoins, la découverte elle-même a soulevé des doutes - de nombreux scientifiques pensent maintenant que l'équilibre des éléments qu'il a utilisés sur la base du travail de son chef G. Juri était erroné. Lorsque le rapport des composants change, les acides aminés obtenus par Miller ne se forment pas.
En raison de nouvelles difficultés, le tableau d'ensemble de l'évolution de la vie est devenu plus obscur. Autrefois, il semblait qu'il pouvait être clairement retracé par des arbres phylogénétiques (généalogiques) reflétant l'histoire évolutive d'un organisme depuis ses racines mêmes. Les arbres phylogénétiques ont été construits pour la première fois au 19ème siècle conformément à la théorie de Charles Darwin afin de démontrer clairement l'histoire évolutive de groupes individuels d'animaux. Le premier arbre ramifié a été construit par le biologiste évolutionniste allemand Ernst Haeckel (qui a également proposé le terme «écologie»).
La découverte de l'ADN a permis de créer de tels arbres phylogénétiques non seulement pour les animaux et les plantes, mais aussi pour leur matériel génétique, ce qui a permis de comprendre beaucoup plus profondément les processus sous-jacents au concept de «vie». Pour obtenir des arbres généalogiques, les chercheurs effectuent une analyse comparative des séquences des blocs de construction moléculaires des acides nucléiques (nucléotides) ou des acides aminés dans les protéines. Les résultats sont comparés pour différents organismes.
Sur la base des mécanismes de ramification de l'évolution et des mutations, à l'aide de cette technique, il est possible de déterminer les distances entre deux branches sur l'arbre phylogénétique, c'est-à-dire de savoir dans quelle mesure deux espèces se sont éloignées de leur ancêtre commun et l'une de l'autre. (En outre, cette méthode a aidé les scientifiques à trouver l'âge des organismes anciens qui existent encore aujourd'hui dans les évents volcaniques surchauffés.) La tâche de mener une analyse comparative des séquences est peut-être plus facile à comprendre si nous faisons une analogie avec un jeu de mots où l'on est interrogé un mot long dans le but de former autant de mots courts que possible à partir de ses lettres constitutives.
À la fin des années 1970, Carl Wose de l'Université de l'Illinois a appliqué une analyse comparative de séquence aux molécules d'ARN trouvées dans tous les êtres vivants, ce qui a abouti à un arbre phylogénétique plus complexe que prévu. Les trois branches principales de l'arbre correspondaient aux trois règnes fondamentaux des organismes vivants: les procaryotes, les archées et les eucaryotes. Les procaryotes sont des micro-organismes tels que les bactéries.
La nouvelle subdivision proposée par Wose - les archées - comprend un deuxième groupe de bactéries trouvées dans des endroits très chauds sur Terre, comme les sources chaudes. Les eucaryotes sont des organismes composés de grandes cellules qui ont un noyau formé; cela inclut tous les organismes multicellulaires - plantes et animaux, y compris les humains.
Mais depuis le début des années 80, lorsque davantage de génomes ont été décodés dans les trois royaumes, l'image est devenue plus incertaine. Les arbres basés sur des gènes autres que le modèle protéique original de Wase se sont révélés complètement différents. De plus, les gènes sont réorganisés de manière surprenante, voire inattendue. Ces variations rendent extrêmement difficile la remontée de tels gènes jusqu'aux ancêtres communs et, encore plus désagréable, suggèrent que le gène primaire - l'ancêtre de la vie - avait lui-même une structure assez complexe, plus complexe que le gène «original» devrait avoir.
La seule solution plausible à ce problème est de supposer qu'au lieu de croître tout le temps vers le haut pour former des branches verticales aux premiers stades de l'évolution de la vie, l'arbre a dégagé des branches latérales et certains gènes ont été transférés horizontalement. Cette idée est soutenue par le fait que même aujourd'hui, les bactéries peuvent transmettre certains gènes dans une direction horizontale, y compris, malheureusement, les gènes qui rendent les bactéries résistantes aux antibiotiques. Cette conclusion signifie que l'arbre de vie, au lieu d'avoir un beau tronc droit, se transforme en quelque chose qui ressemble à un tableau de Jackson Pollock. C'est pour le moins décourageant.
Mais Karl Wose n'était pas gêné. Il a émis l'hypothèse qu'un organisme unicellulaire, qui pendant longtemps a été considéré comme la forme de vie originale, pouvait être une sorte de colonie, composée de plusieurs types de cellules, capable d'échanger assez facilement des informations génétiques horizontalement. Certains scientifiques sont déconcertés par cette légèreté perçue. Cela signifie que le mécanisme de réplication (reproduction) des gènes, qui est observé dans l'ADN et est un mécanisme assez précis, ne s'est développé dans les cellules que plus tard. La colonie a finalement dû atteindre un stade de développement plus élevé, lorsque chaque organisme a pris sa propre forme. Mais quand est-ce arrivé?
Alors, comment est née la vie sur terre?
De nos jours, les experts attribuent des dates complètement différentes au moment où les arbres à ADN minces ont commencé à former des branches verticales - de l'ordre d'il y a seulement un milliard d'années et presque aux 4 milliards d'années précédemment supposés. Comme dans le cas de la théorie du Big Bang à l'origine de l'Univers, grâce à de nouvelles découvertes et méthodes de mesure au fur et à mesure de l'expansion de nos connaissances, les théories de l'origine de la vie sur Terre ne sont pas simplifiées, mais compliquées. Pour cette raison, d'autres explications de l'émergence de la vie, longtemps rejetées comme fantastiques, ont retenu certains partisans.
La vie aurait-elle pu être amenée sur Terre depuis l'espace environnant? Bien sûr, les astéroïdes, les météorites et les comètes contiennent les éléments qui forment les éléments constitutifs de la matière vivante, et il est généralement admis que la vie sur Terre est née d'une combinaison de ces matériaux - déjà existants sur Terre et apportés de l'espace. Mais les matériaux de construction sont une chose et la vie elle-même en est une autre. Certains scientifiques éminents sont d'avis que la vie primaire a été amenée sur notre planète à partir de l'espace déjà complètement formé, c'est-à-dire non seulement des parties constituantes, mais des organismes eux-mêmes. En 1821, Sals-Guyonde Montlivol a suggéré que la lune était la source de la vie sur notre planète.
Cette idée a été relancée par rapport à Mars en 1890 lorsque l'astronome américain Percival Lovell (qui a prédit l'existence de la planète Pluton et calculé son orbite) a déclaré que les canaux visibles à la surface de la planète rouge ne pouvaient être construits que par des êtres intelligents. William Thomson (Lord Kelvin), qui a développé l'échelle de température parfaite, à la fin du 19e siècle, a suggéré que la vie a été amenée sur notre planète par des météorites.
Personne n'était plus obsédé par des idées telles que le chimiste suédois Svante Arrhenius, qui a remporté le prix Nobel de 1903 pour son travail fondateur en électrochimie. Selon sa théorie de la panspermie, les spores bactériennes dispersées dans l'espace du monde froid sont capables de parcourir de longues distances dans un état d'animation suspendue et sont prêtes à se réveiller si elles rencontrent une planète hospitalière sur leur chemin. Il n'était pas familier avec le problème du rayonnement cosmique mortel.
Fred Hoyle a promu une version de l'hypothèse de la panspermie en relation avec sa théorie d'un univers stationnaire, qui est décrite dans Ch. 1. Hoyle est allé jusqu'à affirmer que des épidémies telles que la pandémie de grippe espagnole de 1918 étaient causées par des germes de l'espace et que le nez humain avait évolué pour empêcher les agents pathogènes de pénétrer dans le corps depuis l'espace.
Francis Crick (qui a reçu le prix Nobel de médecine en 1962 avec James Watson et Maurice Wilkins pour la découverte de la double hélice d'ADN) et le fondateur de la chimie prébiologique, Leslie Orgel, sont allés encore plus loin, soutenant l'idée que la vie était "ensemencée" sur Terre par des représentants de l'extraterrestre hautement développé civilisation. Ils ont appelé cette hypothèse «panspermie dirigée».
Les adeptes des ovnis sont, bien sûr, heureux d'avoir le lauréat du prix Nobel Scream parmi leurs partisans, et les écrivains de science-fiction sont toujours prêts à sauter sur ce genre d'idées. Les canaux martiens de Lovell ont inspiré HG Wells dans une certaine mesure dans la célèbre guerre des mondes, publiée en 1898. Alors que de nombreux scientifiques respectés protestent ouvertement contre l'idée de panspermie, directement ou indirectement, certains sont plus prudents.
Christian de Duve a écrit: «Avec des partisans aussi célèbres, l'hypothèse de la panspermie ne peut guère être rejetée sans une analyse détaillée», malgré le fait qu'à son avis, de telles théories n'ont pas de preuves convaincantes. Cette conclusion a été faite en 1995, mais l'année suivante, le monde entier a fait la une des journaux avec une déclaration de la NASA.
Le rapport de la NASA concernait l'une des roches découvertes en 1984 en Antarctique. Les échantillons étaient des fragments d'une météorite appelée SNC (prononcé «snix») - une abréviation pour les noms des endroits où les trois premiers fragments de ce type ont été trouvés, Shergotty - Nakhla - Chassigny. Lors d'une conférence de presse consacrée à cet événement, un échantillon de la roche reposait sur un oreiller de velours bleu, et le responsable de la NASA Dan Goldin s'est adressé aux personnes présentes avec les mots: "Pas aujourd'hui ou demain, nous saurons si la vie existe sur Terre", ce qui s'est avéré être un excellent moyen attirer l'attention des journalistes.
Ensuite, les scientifiques de la NASA ont parlé de ce que l'on savait définitivement de ces roches. Des études ont montré qu'ils se sont formés sur Mars il y a environ 4,5 milliards d'années. Pendant un demi-milliard d'années, la roche était sous la surface de Mars, mais après l'apparition de fissures à la surface de Mars à la suite d'impacts météoriques, elle a été exposée à l'eau. De nouveaux événements se sont produits avec cette roche il y a environ 16 millions d'années, lorsqu'un objet spatial, peut-être un astéroïde, est tombé sur Mars, à la suite de quoi un fragment de la croûte martienne a été projeté dans l'espace environnant.
Après avoir voyagé dans l'espace pendant des millions d'années, ce fragment est tombé en Antarctique il y a à peine 16 000 ans. En 1957, l'écrivain de science-fiction James Blish a publié le roman Cold Year, qui portait sur la roche trouvée dans l'Arctique et s'est avéré être le vestige d'une planète détruite par les Martiens pendant la guerre des deux mondes, ce qui a poussé le héros à s'exclamer: «L'histoire de l'univers dans un cube la glace! Les événements de la conférence de la NASA ont été moins dramatiques, bien que les journaux aient fait de leur mieux pour faire du battage publicitaire.
La roche, découverte par la NASA, contenait des carbonates similaires à ceux qui se forment sur notre planète avec la participation de bactéries. On a également trouvé des sulfures de fer à grains fins et d'autres minéraux qui ressemblent aux déchets de bactéries. De plus, à l'aide d'un microscope électronique à balayage, de minuscules structures ont été identifiées qui pourraient être des restes fossiles de bactéries martiennes - elles ont été submergées si profondément qu'elles ne pouvaient pas se former sur Terre.
Ne voulant pas être gênés, les responsables de la NASA avaient sous la main un scientifique qui a déclaré que ces structures étaient trop petites pour être des bactéries et que les carbonates semblaient s'être formés à des températures très élevées incompatibles avec la vie. Cependant, ses propos sceptiques ne pouvaient en aucun cas empêcher l'apparition de gros titres hurlants dans les journaux: "Life on Mars!"
La discussion ultérieure de cette question par les scientifiques a eu lieu sur la base d'une terminologie scientifique qui peut effrayer n'importe quel journaliste. Le problème pourrait être résolu si l'une de ces minuscules aubes fossilisées pouvait être ouverte. Si nous trouvons une paroi cellulaire, ou mieux encore, un fragment de cellule, nous aurions une réponse.
Malheureusement, il n’existe pas de méthodologie développée pour une telle recherche. Quand la réponse est encore reçue, même si elle est positive, de nombreux scientifiques diront probablement que cela prouve seulement que la vie sur Mars, comme sur Terre, existait sous forme de bactéries. Ce ne sera pas une preuve que la vie est née sur Mars et a été amenée sur notre planète (ou vice versa), et ne confirmera pas la théorie de la panspermie. Mais maintenant, on ne peut plus affirmer qu'il n'y a aucune raison de supposer de telles possibilités.
J. Malone
