Comment le monde des enfants est né. Une heureuse confluence de molécules et de circonstances

Vivre sur terre - d'où venons-nous ? Les versions ne manquent pas, de la plus purement scientifique à la plus fantastique. L'humanité cherche une réponse à cette question depuis des millénaires. Le célèbre biophysicien russe Vsevolod Tverdislov a tenté d'y répondre lors d'une conférence au centre éducatif Sirius. Il a expliqué pourquoi il n'y a qu'un seul organisme vivant sur Terre, ce que la moisissure visqueuse et les chemins de fer de Tokyo ont en commun et comment rechercher des extraterrestres. "Lenta.ru" fournit les principales thèses de son discours.

Trois questions

Dans la science pour l'humanité éclairée, il n'y a que trois questions : comment l'Univers est-il apparu, comment la vie y a pris naissance et comment les vivants ont appris à penser. Pour comprendre de tels sujets mondiaux, vous devez penser à grande échelle, et non dans le cadre d'une science spécifique.

De nombreux processus peuvent être expliqués à l'aide d'un concept tel que « l'auto-organisation des environnements actifs ». L'environnement actif combine énergétiquement et informationnellement des processus hétérogènes dans l'espace et dans le temps. Des phénomènes apparemment différents comme la propagation du feu dans un feu de steppe, la propagation de rumeurs et d'infections, de devises ou de langues s'expliquent de la même manière si nous les considérons du point de vue de la biophysique.

La biophysique est une branche de la biologie qui étudie les aspects physiques de l'existence de la nature vivante à tous ses niveaux, des molécules et des cellules à la biosphère dans son ensemble, ainsi que la science des processus physiques se produisant dans systèmes biologiques différents niveaux d'organisation et l'influence de divers facteurs physiques sur les objets biologiques. La biophysique est conçue pour révéler les liens entre les mécanismes physiques qui sous-tendent l'organisation des objets vivants et les caractéristiques biologiques de leur vie.

En d'autres termes, les mécanismes d'auto-organisation dans les systèmes physico-chimiques, biologiques, écologiques et sociaux peuvent être considérés d'un point de vue général. Ayant une compréhension de l'auto-organisation des milieux actifs, il est possible de créer des modèles qui décrivent des processus apparemment différents comme le fonctionnement au laser, la coagulation sanguine, les réactions chimiques, les battements cardiaques ou l'apparition d'anneaux annuels dans un arbre.

Même Aristote a soutenu : « Il est correct en philosophie de considérer des similitudes même dans des choses qui sont éloignées les unes des autres. » La science moderne part du fait que cette affirmation n'est pas seulement vraie pour la philosophie.

Nous locaux

Combien y a-t-il d'organismes sur Terre ? Un : la biosphère. C'est le seul organisme autosuffisant, sous ses pieds se trouve le tableau périodique, d'en haut il tombe, c'est-à-dire des quanta de lumière. Eh bien, les conditions de la Terre, bien sûr, doivent être prises en compte.

Le milieu actif s'auto-organise selon les mêmes principes, quelle que soit sa taille. À titre d'exemple, considérons comment une moisissure visqueuse se propage sur l'écorce d'un chêne. L'organisme le plus simple, une cellule d'un demi-millimètre, un morceau de mucus qui peut devenir si gros qu'il couvrira des mètres d'arbre.

Les scientifiques ont mené une expérience basée sur une carte géographique de Tokyo et de ses environs. Autour de la moisissure visqueuse, qui semble se trouver sur le site de la capitale japonaise, ils répandent de la nourriture dans les endroits où se trouvent les villes et villages adjacents à Tokyo. La moisissure visqueuse a commencé à se déplacer vers la nourriture, y ouvrant des canaux - des "chemins". Lorsque les chercheurs ont comparé le schéma de mouvement de l'organisme expérimental et la carte réelle des artères de transport japonaises, ils ont correspondu. Tous les environnements actifs s'auto-organisent, obéissant aux mêmes lois.

L'auto-organisation est la base de toute vie sur terre. Il est important de prendre en compte que cette auto-organisation est déterminée principalement par des lois physiques - même en biologie, bien que les gens soient habitués à interpréter la biologie à travers des composés chimiques. Quand il s'agit d'hérédité, ils se souviennent de l'ADN. Lorsqu'on parle d'outils biologiques, on entend des protéines et des enzymes. Si vous entendez parler de la membrane cellulaire, alors les membranes lipidiques vous viennent à l'esprit.

En conséquence, même les astronomes, lorsqu'ils recherchent la vie dans l'univers, sont guidés par des composés carbonés qui ressemblent à des acides aminés. S'il y a quelque chose qui ressemble aux acides nucléiques, alors une hypothèse est faite sur l'existence de formes de vie là-bas. Mais il n'est pas du tout évident qu'en dehors de la Terre il y aura le même ADN qu'ici.

Comment se déroule la sélection naturelle sur Terre ? La nature préfère certains acides et en rejette d'autres, non pas parce qu'elle les aime ou ne les aime pas. Et même les acides aminés eux-mêmes ne sont pas sélectionnés - la nature choisit les principes d'efficacité parmi différentes formes physiques : la plus efficace l'emporte. Cela signifie que les civilisations extraterrestres doivent être recherchées non pas à travers l'ADN, dont nous, humains, sommes faits, mais à travers des formes physiques de consommation d'énergie.

C'est la base du concept de la sphère de Dyson, développé par l'astrophysicien américain Freeman Dyson. Soit dit en passant, il a emprunté l'idée du livre "Le créateur des étoiles" de l'écrivain de science-fiction Olaf Stapledon. Comment a-t-il suggéré de rechercher des renseignements extraterrestres ? Il est nécessaire de créer dans l'espace une fine coque sphérique de grand rayon, comparable au rayon des orbites planétaires, avec une étoile au centre. On suppose qu'une civilisation extraterrestre avancée peut utiliser la sphère pour utiliser pleinement l'énergie d'une étoile ou pour résoudre le problème de l'espace vital. Les extraterrestres seront détectés par les fluctuations d'énergie.

Jusqu'à présent, pas un seul composé, même le plus primitif, n'a été trouvé en dehors de la Terre, qui n'ait pu être synthétisé sur notre planète. Tout ce qui se trouve dans l'espace est produit par la Terre elle-même maintenant. En d'autres termes, il n'y a aucune preuve que la vie ait été introduite sur Terre de l'extérieur. Cela réfute l'hypothèse de la panspermie, qui suppose que l'embryon de vie (par exemple, les spores de micro-organismes) a été amené sur notre planète depuis l'espace, par exemple, par une météorite.

Si cinq acides aminés arrivent sur une météorite, vous devez encore en faire une cellule. Imaginez que vous ayez un violon, un tambour et un basson, mais le simple fait d'avoir ces instruments de musique ne signifie pas que vous avez un orchestre. C'est le secret principal de l'origine de la vie. Personne n'a amené cet orchestre sur Terre. Tous les composés trouvés dans l'espace sont également produits sur Terre - à l'aide de la foudre et de catalyseurs naturels.

Éviter l'équilibre

On entend souvent l'expression « cet organisme est en équilibre avec l'environnement ». Le physicien interprète sans ambiguïté cette phrase : « cet organisme est mort ». Vous et moi sommes fondamentalement hors d'équilibre et loin de l'équilibre thermodynamique, et si nous parlons de notre relation avec l'environnement, alors nous sommes en équilibre thermodynamique, énergétique et matière. Il peut être stationnaire ou non stationnaire, mais pas à l'équilibre. Nous ne pouvons avoir l'équilibre qu'au cimetière.

L'essence même de la vie est l'interaction des différences de potentiels chimiques et électriques, de concentrations, etc. Ce n'est qu'en cas d'inégalité et de déséquilibre qu'un processus chimique peut avoir lieu. Du point de vue d'un biophysicien, la vie énergétique est une parabole. Au point le plus bas, la vie se fige, en un sens elle n'est pas là. Les processus d'auto-organisation du milieu actif commencent lorsque l'équilibre se termine et que le système s'en éloigne.

Si nous prenons deux systèmes avec le même Potentiel électrique- quelle que soit sa taille, il ne peut y avoir de mouvement de charges. Nous avons besoin d'asymétrie. C'est la condition principale pour le démarrage des processus. La physique dirige les processus chimiques. La biologie des systèmes modernes et la biophysique sont basées sur cela. Et maintenant, l'un des domaines les plus prometteurs est la science, qui comprend, d'une part, la biophysique et, d'autre part, les synergies.

La synergétique, ou la théorie des systèmes complexes, est une direction scientifique interdisciplinaire qui étudie les lois générales des phénomènes et des processus dans les systèmes complexes hors d'équilibre (physiques, chimiques, biologiques, écologiques, sociaux et autres) sur la base de leurs principes inhérents d'auto-organisation. . La synergétique est une approche interdisciplinaire, puisque les principes régissant les processus d'auto-organisation semblent être les mêmes quelle que soit la nature des systèmes, et un appareil mathématique général devrait convenir à leur description.

Le célèbre physicien français, lauréat du prix Nobel Pierre Curie a déclaré que la nature est entraînée par une violation de la symétrie, le mouvement lui-même est essentiellement une distorsion de la symétrie, car la symétrie est statique.

Il ne faut pas oublier que la nature n'obéit souvent pas à ce que les physiciens appellent traditionnellement la « loi ». Par exemple, la loi de Hooke est un énoncé selon lequel la déformation qui se produit dans un corps élastique est directement proportionnelle à la force qui lui est appliquée. Mais cette loi ne s'applique pas aux grandes déformations - il est impossible d'étirer le ressort, par exemple sur 10 kilomètres. Cela signifie que toutes les lois de la physique ne sont pas des lois de la nature. Il est nécessaire de comprendre les dépendances linéaires proportionnelles. Ici, il devient évident que les systèmes éloignés de l'équilibre peuvent traverser des sections lisses et tomber dans les points dits de bifurcation, c'est-à-dire les bifurcations.

Très souvent (surtout les politiciens) disent que le développement doit suivre le chemin de l'évolution, pas de la révolution. Mais l'évolution, y compris biologique, après un développement harmonieux passe exactement par une bifurcation, et il est très difficile de prédire ce qu'elle sera après avoir passé le point de bifurcation. Le degré de précision des prévisions est à peu près le même que celui des prévisionnistes. La probabilité d'une coïncidence à cent pour cent est peu probable, car même la nature elle-même ne sait pas comment elle se comportera après avoir franchi le point de bifurcation.

En simplifiant autant que possible, nous pouvons dire que la vie sur Terre est un système composé de deux sous-systèmes couplés - la biosphère et l'"économie" humaine. Chacun d'eux est un environnement actif organisé hiérarchiquement, aucun d'entre eux ne peut déjà exister seul.

C'est dans cette direction que se développe désormais la science du vivant - à la recherche de la relation entre les flux d'énergie de matière et d'information et l'auto-organisation spatio-temporelle. Par exemple, pourquoi les poissons nagent-ils souvent en grands bancs ? De cette façon, ils réduisent la résistance à l'eau de chaque poisson en mouvement. Mais soudain, un requin apparaît et l'école se désintègre. C'est fonctionnel, mais c'est aussi un changement de symétrie. Et si vous regardez ce qui s'est passé du point de vue d'un biophysicien, c'est une bifurcation.

A l'aube d'une nouvelle percée

Au début du 20e siècle, presque toutes les sciences fondamentales classiques semblaient avoir été achevées. Des découvertes géographiques sont faites, les astronomes toutes les constellations les plus proches et l'appareil Système solaire décrit, les géologues ont tout exploré, la physique et la chimie sont terminées, les équations de Maxwell sont écrites, l'électromagnétisme est compris, la mécanique théorique est maîtrisée, il existe un tableau périodique, les gens comprennent comment les composés organiques sont organisés. Il semblait que tout était connu - il n'y avait nulle part où aller.

Et soudain une percée : la mécanique quantique apparaît, la théorie de la relativité apparaît, la mécanique quantique entre dans la chimie et lui donne une nouvelle impulsion puissante. Au milieu du 20e siècle, un grand nombre de branches s'étaient formées dans les sciences classiques : la physique solide, physique des composés macromoléculaires, physique de l'espace, etc. Sciences dispersées dans un grand nombre de domaines appliqués. Vladimir Ivanovich Vernadsky, le célèbre naturaliste russe et soviétique, a écrit : « La croissance savoir scientifique Le XXe siècle efface rapidement les frontières entre les sciences individuelles. Nous nous spécialisons de plus en plus non pas dans les sciences, mais dans les problèmes. »

Grâce à cela, il y a eu un puissant saut de civilisation, une percée puissante. Mais l'humanité, ravie d'un bon départ, a passé la seconde moitié du 20e siècle et le début du 21e de manière très inepte. Les directions appliquées de la science n'ont rien donné au monde d'essentiellement nouveau, elles renouvellent sans cesse la carapace d'idées déjà anciennes. Par exemple, les centrales nucléaires sont devenues beaucoup plus fiables, mais leur mode de fonctionnement n'a pas changé depuis les années 1950. Les gadgets s'amincissent, on dit qu'ils sont plus modernes, mais les principes de leur fonctionnement restent les mêmes.

Pour une nouvelle percée civilisationnelle, le moment est venu de se concentrer non pas sur les domaines appliqués de la science, mais sur les domaines fondamentaux, afin de donner au monde une nouvelle percée, dont les domaines appliqués seront ensuite exploités pendant encore cent ans.

Une nouvelle combinaison de sciences se met en place. La physique a commencé à connecter ses deux ailes extrêmes, combinant le concept du plus petit et du plus grand, c'est-à-dire les particules élémentaires et l'Univers. Les scientifiques sont étroitement impliqués dans la théorie du Big Bang. Les mêmes processus se déroulent en biologie. Les chercheurs consolident leurs connaissances du grand (biosphère) et du petit (génome).

Soit dit en passant, l'incapacité d'enseigner à voir l'image du monde dans son ensemble est l'une des faiblesses de l'éducation moderne : les élèves et les étudiants reçoivent beaucoup d'informations éparses qui existent séparément dans l'esprit, sans se transformer en un seul savoir. L'expression fréquemment utilisée « clip thinking » décrit cette situation de la meilleure façon possible.

Que va donner l'unification des sciences ? Nous le saurons bientôt et, peut-être, serons-nous surpris. Le célèbre écrivain anglais Arthur Clarke, l'un des soi-disant « trois grands écrivains de science-fiction », dont l'influence ne se limitait pas au cadre de la littérature, dans son livre « Features of the Future » ​​(1962) a formulé « les lois de Clark », et le premier d'entre eux se lit comme suit : « S'il est honoré, un scientifique avisé dit que quelque chose en science est possible, il a presque certainement raison. S'il dit que quelque chose est impossible, il a presque certainement tort."

Il existe une hypothèse sur l'introduction possible de bactéries, de microbes et d'autres organismes minuscules, par l'introduction de corps célestes. Les organismes se sont développés et à la suite de transformations à long terme, la vie est progressivement apparue sur Terre. L'hypothèse considère des organismes qui peuvent fonctionner même dans un environnement sans oxygène et à des températures anormalement élevées ou basses.

Cela est dû à la présence de bactéries migrantes sur les astéroïdes et les météorites, qui sont des fragments de collisions de planètes ou d'autres corps. En raison de la présence d'une coque extérieure résistante à l'usure, ainsi que de la capacité de ralentir tous les processus de la vie (se transformant parfois en conflit), ce type de vie est capable de se déplacer très longtemps et sur très longtemps distances.

Lorsqu'ils sont placés dans des conditions plus hospitalières, les "voyageurs intergalactiques" activent les fonctions vitales de base. Et sans s'en rendre compte, ils forment, au fil du temps, la vie sur Terre.

Le fait de l'existence de substances synthétiques et organiques aujourd'hui est indéniable. De plus, au XIXe siècle, le scientifique allemand Friedrich Wöhler a synthétisé de la matière organique (urée) à partir de matières inorganiques (cyanate d'ammonium). Ensuite, des hydrocarbures ont été synthétisés. Ainsi, la vie sur la planète Terre est très probablement issue de la synthèse à partir de matériaux inorganiques. Grâce à l'abiogenèse, les théories de l'origine de la vie sont avancées.

Étant donné que le rôle principal dans la structure de tout organisme organique sont les acides aminés. Il serait logique de supposer que leur implication dans le peuplement de la Terre est la vie. Sur la base des données obtenues à partir de l'expérience de Stanley Miller et Harold Urey (la formation d'acides aminés en faisant passer une charge électrique à travers des gaz), nous pouvons parler de la possibilité de formation d'acides aminés. Après tout, les acides aminés sont les éléments constitutifs à l'aide desquels les systèmes complexes du corps et de toute vie, respectivement, sont construits.

Hypothèse cosmogonique

Probablement la plus populaire de toutes les interprétations que chaque étudiant connaît. La théorie du big bang a été et reste un sujet très pertinent pour des discussions animées. Le Big Bang s'est produit à partir d'un point singulier d'accumulation d'énergie, à la suite duquel l'Univers s'est considérablement étendu. Des corps cosmiques se sont formés. Malgré toute sa validité, la théorie du Big Bang n'explique pas la formation de l'univers lui-même. Comme en fait, aucune hypothèse existante ne peut l'expliquer.

Symbiose des organites des organismes nucléaires

Cette version de l'origine de la vie sur Terre est aussi appelée endosymbiose. Des dispositions claires du système ont été élaborées par le botaniste et zoologiste russe KS Merezhkovsky. L'essence de ce concept réside dans la cohabitation mutuellement bénéfique d'un organite avec une cellule. Ceci, à son tour, suggère que l'endosymbiose est bénéfique pour les deux côtés de la symbiose avec la formation de cellules eucaryotes (cellules dans lesquelles le noyau est présent). Puis en utilisant le transfert information génétique entre les bactéries, leur développement et l'augmentation de la population ont été réalisés. Selon cette version, tout développement ultérieur de la vie et des formes de vie est dû à l'ancêtre précédent des espèces modernes.

Génération spontanée

Ce genre de déclaration au XIXe siècle ne pouvait qu'être perçu sans un grain de sel. L'apparition soudaine des espèces, à savoir la formation de la vie à partir de l'inanimé, semblait être un fantasme pour les gens de cette époque. Dans le même temps, l'hétérogénèse (le mode de reproduction, à la suite duquel naissent des individus très différents de leurs parents) a été reconnue comme une explication raisonnable de la vie. Un exemple simple serait la formation d'un système viable complexe de substances en décomposition.

Par exemple, dans la même Égypte, les hiéroglyphes égyptiens rapportent l'apparition d'une vie diversifiée à partir d'eau, de sable, de restes de plantes en décomposition et en décomposition. Cette nouvelle ne surprendrait en rien les philosophes grecs antiques. Là, la croyance sur l'origine de la vie à partir de l'inanimé était perçue comme un fait qui ne nécessite pas de justification. Le grand philosophe grec Aristote a ainsi parlé de la vérité visible : "Les pucerons sont formés à partir de nourriture pourrie, Crocodile - le résultat de processus de pourriture de bûches sous l'eau." Mystérieusement, malgré toutes sortes de persécutions de la part de l'Église, la condamnation a vécu sous le giron du secret pendant tout un siècle.

Le débat sur la vie sur Terre ne peut pas durer éternellement. C'est pourquoi, à la fin du XIXe siècle, le microbiologiste et chimiste français Louis Pasteur procède à ses analyses. Ses recherches étaient de nature strictement scientifique. L'expérience a été réalisée en 1860-1862. Grâce à l'élimination des spores de l'état somnolent, Pasteur a pu résoudre le problème de la génération spontanée de la vie. (Pour lequel il a reçu le prix de l'Académie française des sciences)

Création de l'existence à partir d'argile ordinaire

Cela semble fou, mais en réalité, ce sujet a droit à la vie. Ce n'est pas en vain que le scientifique écossais pour enquêter A.J. Kearns-Smith a avancé la théorie des protéines de la vie. Fortement à la base d'études similaires, il a parlé de l'interaction au niveau moléculaire entre les constituants organiques et l'argile simple... Sous son influence, les constituants ont formé des systèmes stables dans lesquels des changements ont eu lieu dans la structure des deux constituants, puis formation d'une vie riche. D'une manière si unique et originale, Kearns-Smith a expliqué sa position. Les cristaux d'argile, contenant des inclusions biologiques, ont donné naissance à la vie ensemble, après quoi leur "coopération" a pris fin.

Théorie des catastrophes permanentes

Selon le concept développé par Georges Cuvier, le monde que l'on peut contempler en ce moment n'est pas du tout primaire. Et ce n'est qu'un autre maillon d'une chaîne qui se brise successivement. Cela signifie que nous vivons dans un monde qui finira par subir une extinction massive de la vie. Dans le même temps, tout sur Terre n'a pas été soumis à une destruction mondiale (par exemple, une inondation s'est produite). Certaines espèces, au cours de leur adaptabilité, ont survécu, peuplant ainsi la Terre. La structure des espèces et de la vie, selon Georges Cuvier, est restée inchangée.

La matière comme réalité objective

Le thème principal de l'enseignement est divers domaines et des domaines qui se rapprochent de la compréhension de l'évolution du point de vue des sciences exactes. (Le matérialisme est une vision du monde en philosophie qui révèle toutes les circonstances causales, phénomènes et facteurs de la réalité. Les lois sont applicables à une personne, à la société, à la Terre). La théorie a été avancée par des adeptes bien connus du matérialisme, qui croient que la vie sur Terre est née de transformations au niveau de la chimie. De plus, cela s'est produit il y a près de 4 milliards d'années. L'explication de la vie a un lien direct avec l'ADN, (acide désoxyribonucléique) ARN (acide ribonucléique), ainsi que certains DIU (composés de haut poids moléculaire, dans ce cas, protéines.)

Le concept a été formé grâce à des recherches scientifiques révélant l'essence de la biologie moléculaire et génétique, la génétique. Les sources sont réputées, surtout compte tenu de leur jeunesse. Après tout, les recherches sur l'hypothèse du monde de l'ARN ont commencé à la fin du XXe siècle. Karl Richard Woese a apporté une énorme contribution à la théorie.

Les enseignements de Charles Darwin

En parlant de l'origine des espèces, il est impossible de ne pas mentionner une telle génie comme Charles Darwin. L'œuvre de sa vie - la sélection naturelle, a jeté les bases de mouvements athées massifs. D'autre part, elle a donné une impulsion sans précédent à la science, terreau inépuisable de recherches et d'expérimentations. L'essence de la doctrine était la survie des espèces à travers l'histoire, en adaptant les organismes aux conditions locales, la formation de nouveaux traits qui aident dans des conditions de compétition.

L'évolution est comprise comme certains processus visant à changer la vie d'un organisme et l'organisme lui-même au fil du temps. Par traits héréditaires, ils désignent le transfert d'informations comportementales, génétiques ou autres (transfert de la mère à la fille).

La principale force du mouvement évolutionniste, selon Darwin, est la lutte pour le droit à l'existence, à travers la sélection et la variabilité des espèces. Sous l'influence des idées darwiniennes, au début du XXe siècle, des recherches ont été activement menées dans le domaine de l'écologie, ainsi que de la génétique. L'enseignement de la zoologie a radicalement changé.

Création de Dieu

De nombreuses personnes du monde entier professent encore la foi en Dieu. Le créationnisme est l'interprétation de la formation de la vie sur terre. L'interprétation consiste en un système de déclarations basé sur la Bible et considère la vie comme une créature créée par le dieu créateur. Les données sont tirées de « l'Ancien Testament », « l'Évangile » et d'autres écritures.

Les interprétations de la création de la vie dans différentes religions sont quelque peu similaires. D'après la Bible, la Terre a été créée en sept jours. Le ciel, le corps céleste, l'eau et autres ont été créés pour cinq jours. Le sixième, Dieu créa Adam avec de l'argile. Voyant une personne solitaire et ennuyée, Dieu a décidé d'accomplir un autre miracle. Prenant la côte d'Adam, il créa Eve. Le septième jour a été reconnu comme un jour de congé.

Adam et Eve ont vécu sans problèmes, jusqu'à ce que le diable malveillant sous la forme d'un serpent décide de tenter Eve. Après tout, au milieu du paradis, il y avait un arbre de la connaissance du bien et du mal. La première mère a invité Adam à partager le repas, violant ainsi la parole donnée à Dieu (il a interdit de toucher aux fruits défendus.)

Les premières personnes sont expulsées dans notre monde, commençant ainsi l'histoire de toute l'humanité et de la vie sur Terre.

Pendant des millions d'années d'existence, l'humanité n'a pas été en mesure de comprendre exactement comment la vie est apparue sur notre planète. Dans le même temps, l'émergence de la vie sur Terre est envisagée dans différentes théories... Considérons brièvement, les 2 versions principales existantes de l'apparition des êtres vivants. Selon l'un d'eux, la vie sur Terre est née après la pénétration d'éléments organiques de l'espace. La deuxième théorie insiste sur le fait que les êtres vivants se sont formés à la surface de la planète. Des hypothèses secondaires sont également avancées. Nous invitons les lecteurs à se familiariser avec toutes les versions.

Comment est née la vie sur Terre ? informations générales

Les idées modernes sur l'origine de la vie sur Terre sont très différentes les unes des autres. Mais il existe une théorie largement acceptée. Selon elle, notre planète s'est formée à partir de poussière cosmique. Les nuages ​​poussiéreux de la Galaxie contenaient tous les éléments chimiques et se sont progressivement rapprochés pour former une boule. Il était brûlant, enveloppé de nuages ​​de vapeur d'eau. Dans les nuages, la vapeur s'élevant de la jeune Terre s'est progressivement refroidie, se transformant en eau. Le liquide atmosphérique est revenu à la surface de la planète sous des pluies abondantes et incessantes. En arrivant sur la terre chaude, l'humidité s'est transformée en vapeur et s'est élevée dans l'atmosphère. Ce processus s'est poursuivi pendant des millions d'années. Pendant longtemps, la planète Terre a perdu une grande partie de sa propre énergie thermique. En conséquence, sa surface liquéfiée, en se refroidissant, a commencé à se solidifier, formant la croûte terrestre.

Plusieurs millions d'années plus tard, la surface de la planète s'est refroidie encore plus. L'eau entrant sur Terre depuis l'atmosphère (pluies, averses) a cessé de s'évaporer. D'énormes flaques se sont formées à la surface. L'abondance de l'eau a grandement influencé le développement ultérieur de la jeune Terre. Dans un contexte de baisse continue des températures et de fortes précipitations, une inondation s'est produite. L'eau, qui faisait irruption dans la Terre en un flux continu, est devenue une partie intégrante de la jeune planète. Il s'accumulait dans des dépressions profondes et n'avait pas le temps de s'évaporer complètement. Un océan préhistorique est apparu.

À cette époque, la vie sur la planète n'existait pas encore, mais les eaux pluviales ont commencé à éroder progressivement les montagnes et les rochers. Il coulait dans des vallées et des gorges en ruisseaux orageux, formant des lits de rivières et des ruisseaux. Il a fallu plusieurs millions d'années de plus pour que les vallées apparaissent sur la planète. L'équilibre de l'eau dans l'atmosphère et sur Terre a radicalement changé. La planète en était rassasiée et l'humidité dans les nuages ​​devenait de moins en moins.

Les nuages ​​épais au-dessus de la planète se sont progressivement dissipés, ouvrant la voie à la Terre pour les rayons du soleil. Les pluies constantes se sont arrêtées et la Terre a été presque entièrement recouverte par les eaux de l'océan préhistorique. Le liquide a été lavé de couches supérieures la planète a beaucoup de sels et de minéraux solubles, ce qui les amène à la mer. L'eau de la surface du réservoir s'est constamment évaporée et la vapeur s'est transformée en nuages ​​atmosphériques. Les mers sont progressivement devenues salées. Notre planète à cette époque existait dans des conditions spéciales et, apparemment, des substances cristallines se sont formées dessus. Ils ont augmenté de taille, créé de nouveaux cristaux, attaché des composants d'une structure différente à eux-mêmes. Les rayons du soleil, associés à de puissantes charges électriques de foudre provenant de l'atmosphère, ont donné de l'énergie aux cristaux. Peut-être que ces éléments sont devenus les ancêtres des premières créatures vivantes.
Les Terres sont des procaryotes.

Dans diverses théories sur la façon dont la vie a commencé sur Terre, les procaryotes sont décrits comme le prototype des bactéries modernes. Ils n'avaient pas de noyau et le type de nutrition des premiers habitants de la Terre était anaérobie. Ils respiraient sans la participation d'oxygène (à cette époque, il était encore absent dans l'atmosphère). Les procaryotes se nourrissaient de composés organiques, qui à leur tour sont apparus à la suite d'une combinaison de plusieurs facteurs favorables (chaleur des éruptions volcaniques, rayonnement solaire ultraviolet et décharges de foudre). Des organismes viables se sont développés dans les parties humides de la planète et au fond des plans d'eau. Les procaryotes étaient protégés par le film bactérien le plus fin. Les protozoaires unicellulaires de l'ancien monde terrestre sont probablement issus de ces bactéries. Mais il existe aussi des théories sur l'origine de la vie sur Terre, affirmant que les plus anciens animaux unicellulaires se sont formés et se sont développés indépendamment des bactéries.

Terre Primitive et ses caractéristiques

Des chercheurs du monde entier ont avancé les hypothèses les plus incroyables et les plus étonnantes de la vie et de l'origine de la vie sur Terre. Les hypothèses des esprits scientifiques de la planète concernent, entre autres, l'époque de son existence. La plupart des scientifiques s'accordent à dire que la Terre s'est formée il y a plus de 4 milliards d'années. A quoi ressemblait-elle alors, sans les gens, les animaux, les insectes ? La planète, sur laquelle au tout début du développement il n'y avait pas d'oxygène libre, n'était peut-être remplie que du sifflement du vent et du bruit des météores à la surface. Il n'y avait pas une seule âme vivante sur Terre, mais la planète elle-même a vécu, s'est développée et a changé. La croûte terrestre était en mouvement constant, de graves processus géologiques s'y déroulaient. Pour cette raison, les roches qui existaient dans l'antiquité n'ont pas survécu. Mais grâce à leur structure, les scientifiques pourraient peut-être en savoir plus sur les raisons de la vie sur Terre.

Notre article contient les hypothèses les plus populaires et les plus connues sur l'origine de la vie sur Terre (tableau).

Languette. №1 "Hypothèses sur l'origine de la vie sur Terre"

Nom de l'hypothèse	Brève description de la théorie
Comètes et météorites	La formation des premières formes de vie sur Terre a eu lieu avec la participation de corps cosmiques rocheux solides (comètes, météorites).
Panspermie	La vie est née sur la planète en raison du transfert des spores de micro-organismes vivants d'un corps cosmique à un autre (c'est-à-dire que des êtres vivants sont venus sur Terre d'une autre unité cosmique de l'Univers).
Biogenèse	Les êtres vivants ne sont venus que des êtres vivants.
Création de Dieu	Toutes les formes de vie sur Terre sont créées par Dieu.
Origine biologique	Une grande variété d'espèces sur Terre est apparue en raison de l'évolution et des modifications des micro-organismes les plus simples.
Théories matérialistes	Des métamorphoses chimiques graduelles ont conduit à la formation de la vie.
Argile	Le principal gène de la vie, selon le scientifique A. J. Kearns-Smith, était l'argile. Des composés organiques vivants se sont développés entre ses couches, qui ont adopté la méthode de stockage d'informations à partir de matériaux naturels.
Génération spontanée	Les nouvelles formes de vie proviennent d'autres formes déjà existantes.
Endosymbiote	Certaines bactéries libres sont entrées en symbiose et ont formé une cellule eucaryote (avec un noyau).
Cosmogonie	La vie primaire est née dans l'espace, puis s'est déplacée vers la Terre et a évolué.

Selon le scientifique Stanley Miller, qui étudie les problèmes et les étapes de l'émergence de la vie sur Terre, les étapes du développement de la vie et de son évolution ont commencé avec l'apparition d'une nouvelle fonction dans les molécules organiques les plus simples. À un certain moment, les microorganismes unicellulaires ont appris à s'organiser en structures plus complexes et à se reproduire. La théorie de Miller a de nombreux aspects non divulgués. Par exemple, quelle a été l'impulsion pour l'auto-reproduction des molécules, comment ces molécules mêmes sont-elles apparues, dans quelles conditions se sont-elles combinées en des structures complexes ?
Nous portons à l'attention de nos lecteurs plusieurs hypothèses sur l'émergence de la vie terrestre.

10 hypothèses pour l'émergence de la vie sur la planète Terre

Les questions concernant l'origine de la vie sur Terre et les hypothèses avancées à ce sujet peuvent être conditionnellement divisées en 10 catégories. L'une des versions populaires dit que des organismes viables ont été amenés sur la jeune planète depuis l'espace. Il n'y a aucune preuve pour cette théorie, ainsi que pour d'autres variantes de l'origine des créatures terrestres vivantes. Mais si l'on se base sur la version de l'origine cosmique des habitants de la Terre, il s'avère qu'il existe d'autres planètes dans l'Univers sur lesquelles il y a de la vie. Après tout, ces formes de vie que nous connaissons sont étonnamment adaptées à la vie dans des conditions terrestres (où il y a de l'oxygène et de l'eau). Et s'ils sont venus à la surface de la Terre depuis l'espace, alors, probablement, avant cela, ils se sont développés sur une autre planète dans des conditions similaires.
D'autres scientifiques pensent que les premiers organismes vivants sont originaires des profondeurs des mers terrestres.

Toutes les idées modernes sur l'origine de la vie sur Terre sont dignes de mention. Peut-être que certains d'entre eux sont vraiment vrais.

Comètes et météorites

Une théorie intéressante sur l'apparition des êtres vivants sur Terre a été avancée par un chercheur de l'Université de technologie du Texas, conservateur du musée paléontologique de cet établissement d'enseignement et professeur de géosciences - Sankar Chatterjee. Le scientifique a pris la parole lors de la 125e réunion annuelle de l'American Geological Society avec un rapport sur ses recherches. Chatterjee a analysé une grande quantité d'informations sur les débuts de la vie géologique de la planète Terre, puis a comparé les données connues avec théories existantesévolution de la vie terrestre. Le travail effectué lui a permis de tirer ses propres conclusions sur l'apparition de la vie sur Terre. Cela s'est produit avec la participation de météorites et de comètes qui sont tombées à la surface de la planète.

Selon la plupart des géologues, le "bombardement" le plus intense de la Terre par des comètes et des météorites a eu lieu il y a environ 4 milliards d'années. Le chercheur Chatterjee pense que les premières formes de vie se sont formées dans des cratères profonds qui ont laissé des corps spatiaux solides. Dans son rapport, présenté le 31 octobre à Denver (Colorado), le chercheur note que très probablement les premiers êtres vivants de notre planète se sont formés lors du bombardement dit tardif de météorites, qui a eu lieu il y a 3,8 à 4,1 milliards d'années. Durant cette période, plusieurs milliers de comètes sont tombées à la surface de la jeune Terre. La théorie proposée par Chatterjee coïncide à bien des égards avec le modèle de Nice. Ce dernier prétend que le nombre de comètes et de météorites tombées sur Terre il y a plusieurs milliards d'années est comparable au nombre de cratères sur la Lune. A cette époque, le satellite de la Terre est devenu une sorte de bouclier pour notre planète, ne permettant pas aux pierres de l'espace de la détruire complètement.

Selon certains scientifiques, dont Sankar Chatterjee, la chute sans fin de pierres de l'espace vers la Terre a contribué à l'émergence de formes de vie primaires dans l'océan et les mers préhistoriques. Il y a eu beaucoup de recherches sur ce sujet. Leurs résultats indiquent que l'approvisionnement en eau de la Terre est beaucoup plus important qu'il ne devrait l'être. Les scientifiques associent tout cela à la même chute de météorites qui sont arrivées sur la planète depuis le nuage d'Oort. Les comètes recouvertes de glace, ayant percé des cratères dans le sol, y sont restées, dégelées, devenant une source d'eau supplémentaire.

Panspermie

Pendant de nombreux siècles, les gens ont essayé de percer le mystère de l'apparition de la Terre, sa véritable biographie. La théorie de la panspermie explique pourquoi il y a de la vie sur Terre par le fait que des conditions idéales pour l'évolution des bactéries/micro-organismes les plus simples se sont formées sur la planète. Des microbes frappent la surface de la planète avec de petits corps spatiaux (météoroïdes, astéroïdes). Selon l'hypothèse de la panspermie, il existe des formes de vie spéciales dans l'espace qui restent viables dans des espaces sans air, à basse température, sous vide ou sous rayonnement. Ces micro-organismes sont appelés extrêmophiles. Après la destruction de petits corps du système solaire, les extrêmophiles restent dans la poussière cosmique et les débris pierreux, et peuvent « voyager » à travers la Galaxie pendant longtemps avant d'arriver sur une autre planète. Si des conditions optimales sont créées dans un nouvel endroit, les organismes spatiaux commencent à évoluer.

Les chercheurs reçoivent des informations supplémentaires sur l'émergence de diverses formes de vie sur Terre à l'aide de sondes spatiales. Ces instruments étudient la composition interne des comètes, fournissant des données qui ne soutiennent que la théorie de la panspermie. En effet, il y a une forte probabilité que la vie ait été amenée sur Terre depuis l'espace.

Biogenèse / Abiogenèse

La biogenèse est une hypothèse affirmant que la vie sur notre planète est issue des êtres vivants les plus simples ("vivre de la vie"). Cependant, cette théorie de l'origine de la vie sur Terre a un grand nombre d'opposants. Ils adhèrent à l'hypothèse exactement opposée de l'abiogenèse. Il suppose que les premiers êtres vivants sont apparus sur la planète à la suite de processus naturels. Les matières inorganiques ont été exposées à des réactions chimiques de nature naturelle, à la suite desquelles elles ont acquis la capacité d'évoluer.

Les acides aminés constituent le principal matériau de construction des cellules des êtres vivants. Leur formation a lieu avec la participation de processus chimiques naturels qui n'ont rien à voir avec la vie. La théorie de l'abiogenèse a été confirmée en 1955 par le scientifique américain Müller-Urey. Le chercheur a mené une expérience dans laquelle il a fait passer des décharges électriques à travers un mélange de vapeur et de gaz. En conséquence, il a réussi à obtenir plusieurs acides aminés et les acides gras les plus simples (acide formique, urée, acide acétique).

Plus tôt, le biochimiste russe A.I. Oparin a exprimé ses hypothèses sur l'origine abiogénétique de tous les êtres vivants sur Terre. En 1924, il exprima l'opinion que les êtres vivants sont apparus sur la planète à la suite de l'impact de puissantes décharges électriques sur l'atmosphère terrestre (il y a 4 à 4,5 milliards d'années, elle n'était constituée que d'un mélange de gaz et de vapeur, elle était dominée par le méthane, l'ammoniac, le dioxyde de carbone et l'eau à l'état de vapeur). Oparin a suggéré que de telles conditions pourraient devenir optimales pour la formation des composés organiques les plus simples nécessaires à l'émergence de la vie. Après 31 ans, sa théorie a été confirmée par l'Américain Miller-Urey.

Création de Dieu

La théorie de la création spéciale donne une description complètement différente de la façon dont la vie est apparue sur Terre. Selon elle, les êtres vivants ont été créés par Dieu (un être spirituel, incorporel). Les premiers habitants de la planète s'appelaient Adam et Eve. Dieu créa un homme à partir de la poussière de la terre, puis lui prit une côte pour créer une femme. Les représentants de 3 religions (christianisme, islam, juifs) pensent que c'est Eve et Adam qui ont été les premiers à apparaître sur Terre. L'univers a été créé par le Tout-Puissant en 7 jours, et il a créé le premier peuple le 6ème jour. Dieu a fait du septième jour un jour de repos. Ensuite, le Souverain de l'Univers a rempli de vie le peuple créé et l'a envoyé travailler dans le Jardin d'Eden. Adam et Eve devaient prendre soin des plantes et des arbres. Au centre du jardin, il y avait 2 arbres - l'arbre de la connaissance de la bonté et l'arbre de la vie. Dieu a interdit aux gens de manger les fruits de l'arbre de la connaissance, mais ils ne lui ont pas obéi. Selon les informations du Coran, Adam fut le premier à oser goûter aux fruits de l'arbre de la connaissance. Dieu était généreux et a pardonné aux pécheurs. Cependant, ils ne pouvaient plus rester dans le jardin d'Eden. Le Créateur les a envoyés sur Terre, faisant d'eux ses représentants.

Origine biologique

Les idées modernes sur l'origine de la vie sur Terre se reflètent dans la théorie de l'origine organique des êtres vivants. Selon cette doctrine, les espèces et les formes de vie ont commencé à se former sur la planète il y a environ 3,5 milliards d'années. Très probablement, au début, le processus évolutif s'est déroulé lentement, progressivement. Par la suite, le taux d'amélioration des espèces d'êtres vivants au sein de l'Univers a augmenté. Les conditions existantes sur la planète ont aidé les micro-organismes vivants à passer rapidement d'un état statique à un autre.

L'évolution organique des espèces de la vie sur Terre s'est produite par des changements dans un ou plusieurs traits génétiques du genre. C'est-à-dire que les traits héréditaires de la population ont été préservés, mais de nouvelles caractéristiques biochimiques, anatomiques ou comportementales leur ont été ajoutées. En fait, les processus évolutifs ont progressivement conduit à la formation d'une grande variété d'êtres vivants sur la planète Terre.

Théories matérialistes

Les adeptes de la théorie matérialiste pensent que la vie sur la planète Terre est apparue à la suite de transformations chimiques progressives qui ont commencé il y a environ 3,8 milliards d'années.
L'évolution moléculaire a affecté le domaine des composés protéiques, de l'ADN et de l'ARN. Il a commencé à se développer en tant que mouvement scientifique en 1960. C'est alors que les scientifiques menaient activement des recherches liées à la génétique des populations, à la biologie évolutive et moléculaire. Cette zone les connaissances ont été activement développées grâce à l'évolution des fonctions enzymatiques, ainsi qu'à l'utilisation des divergences d'acides nucléiques comme « horloge moléculaire ».

Théorie de l'argile

Le chimiste A. J. Kearns-Smith de l'Université de Glasgow (Écosse) a avancé en 1985 sa théorie selon laquelle la vie sur Terre provenait de l'argile. Formant son hypothèse, il s'est appuyé sur les mêmes hypothèses d'autres scientifiques. Le chercheur a suggéré que certaines particules organiques, tombant entre deux couches d'argile, ont commencé à interagir activement avec matériau naturel... Ils ont emprunté à l'argile la manière de cultiver et de stocker l'information. Le scientifique dans ses rapports a appelé le gène de l'argile primaire. Kearns-Smith croyait qu'initialement l'argile et les premiers organismes vivants existaient ensemble, puis, à la suite de l'évolution des composés organiques, ils se sont séparés.

L'hypothèse du catastrophisme n'est pas moins intéressante. Il affirme que l'évolution des espèces sur la planète s'est produite à la suite d'événements catastrophiques puissants et à court terme. Chaque catastrophe détruisait complètement la vie existante, et les nouvelles formes de vie n'étaient plus les mêmes que les précédentes.

Origine spontanée de la vie

Jusqu'au XIXe siècle, les gens rejetaient la théorie de la naissance soudaine de la vie. Ils ne croyaient pas que les êtres vivants pouvaient apparaître à partir de matière inanimée. Les idées modernes sur l'origine de la vie sur Terre leur étaient étrangères, mais les habitants de la planète croyaient à l'hétérogénèse (lorsque de nouvelles formes de vie naissent de celles qui existent à la suite d'un changement dans le mode de reproduction). La version de la génération spontanée d'êtres vivants a été réduite au fait que des organismes de structure plus complexe sont apparus sur la planète à la suite de la décomposition de composés organiques. Même Aristote a déduit dans ses enseignements des vérités simples que les mouches naissent de la nourriture avariée, les pucerons - des gouttelettes de rosée qui se déposent sur les feuilles des plantes et les crocodiles - des bûches pourrissant au fond des plans d'eau douce. Le christianisme a rejeté la théorie de l'origine spontanée de la vie, mais il a quand même réussi à exister pendant plusieurs siècles.

La réfutation définitive de l'hypothèse de l'origine spontanée des organismes vivants a eu lieu au XIXe siècle. Le scientifique Louis Pasteur a mené des expériences liées à l'étude de l'apparition des microbes. Des recherches sont nécessaires pour développer un schéma de lutte contre les maladies infectieuses. Les preuves apportées par Louis Pasteur étaient appuyées par des faits scientifiques et confirmaient l'incohérence de l'hypothèse de l'émergence spontanée du vivant.

Endosymbiote

En 1905, le botaniste scientifique russe Konstantin Merezhkovsky a formulé sa théorie de l'origine de la vie sur la planète Terre. Il croyait que certains des organites étaient à l'origine libres, mais ont ensuite fusionné avec une autre cellule en tant qu'endosymbiontes. Ces informations suggèrent que des bactéries de formes multiples sont entrées en symbiose et ont formé une cellule eucaryote (avec un noyau). La relation symbiotique contribue également au transfert horizontal de matériel génétique entre les bactéries.

Cosmogonie

Les partisans de la théorie de la cosmogonie soutiennent que la vie primaire est originaire de l'espace. L'hypothèse a de nombreuses faiblesses. Par exemple, de nombreuses études scientifiques dans ce sens n'ont pas encore été en mesure d'expliquer comment l'univers et le système solaire sont apparus. À ce jour, il n'existe aucun modèle physique permettant de connaître les premiers stades du développement de l'Univers. En général, les théories cosmogoniques de l'origine de la vie ont été utilisées par les gens pour expliquer l'homogénéité du mouvement des corps célestes et de leurs composants. Conformément aux enseignements de la cosmogonie, la matière cosmique a rempli tout l'espace de la Terre bien avant l'apparition de la vie sur elle, puis a commencé à évoluer.

Depuis combien d'années une personne existe-t-elle sur la planète Terre ?

En recherchant l'origine de la vie sur notre planète, les scientifiques accordent une attention particulière à la question « quel âge a l'humanité sur Terre ? » Jusqu'à récemment, on croyait que les premiers hommes étaient apparus sur la planète il y a environ 2,4 millions d'années. Après la découverte de découvertes archéologiques intéressantes en Éthiopie, les hypothèses des scientifiques ont changé. Les informations sur l'âge de l'humanité sur Terre se sont avérées incorrectes. La race humaine a plusieurs centaines de milliers d'années de plus, elle est apparue il y a environ 2,8 millions d'années.

Les résultats d'une nouvelle étude de scientifiques indiquent que les ancêtres des humains modernes (primates de la famille des hominidés) existaient sur la planète il y a 2,8 millions d'années. Ce chiffre représente 400 000 ans de plus que les hypothèses précédentes. Les scientifiques ont tiré une telle conclusion après la découverte d'un fragment d'os humain lors de fouilles en Éthiopie en 2013. Le fragment trouvé est la moitié de la mâchoire, qui avait 5 dents. Par sa forme, les chercheurs ont déterminé que la mâchoire appartenait à un membre du genre Homo, et non à Australopithecus. Un porte-parole du Musée d'histoire naturelle de Berlin, Faisal Bibi, a noté que la découverte est une confirmation de la théorie de l'évolution.

Il est difficile de trouver une personne qui ne se demande pas comment la vie a commencé sur Terre. Les idées ne manquent pas à ce sujet, depuis la Bible et Darwin jusqu'à la théorie moderne de l'évolution, qui est en constante évolution au gré des dernières découvertes des scientifiques.

Bien sûr, tout le monde a entendu parler des dinosaures, les a vus dans des films et des musées, et peu contestent leur existence historique.

Bien que jusqu'en 1842, l'humanité ne se soit même pas rendu compte que les ossements d'animaux géants trouvés à différents endroits de la planète appartenaient au même type, les appelant "dragons" ou attribuant les restes aux titans qui ont combattu pendant la guerre de Troie. Il a fallu une révélation aux scientifiques qui ont rassemblé les données et nommé les restes étranges : les dinosaures. Et aujourd'hui, nous savons parfaitement à quoi ressemblaient ces lézards gigantesques, éteints il y a des millions d'années, décrivant nombre de leurs espèces, et chaque enfant sait qui ils sont.

Le fait que ces reptiles géants soient apparus sur Terre il y a 225-250 millions d'années et se soient complètement éteints environ 66 millions d'années avant notre chronologie ne choque pas le plus gens ordinaires pas intéressé par les détails de la science. Naturellement, nous nous souvenons également des crocodiles apparentés aux dinosaures, qui sont originaires d'une espèce il y a 83 millions d'années et ont réussi à survivre depuis des temps immémoriaux. Mais tous ces chiffres sont rarement corrélés dans nos esprits à une échelle.

Quel âge a l'humanité ?

Peu de gens connaissent l'âge de l'espèce moderne Homo Sapiens, ce qui signifie Homo sapiens, que les scientifiques estiment à seulement 200 000 ans. C'est-à-dire que l'âge de l'humanité en tant qu'espèce est 1250 fois inférieur à l'âge de la classe des reptiles, à laquelle appartenaient les dinosaures.

Il est nécessaire de s'intégrer dans la conscience et d'arranger ces données si nous voulons comprendre comment la vie est apparue initialement sur notre planète. Et d'où viennent les gens eux-mêmes, qui essaient aujourd'hui de comprendre cette vie ?

Aujourd'hui, les documents classés des scientifiques sont devenus la propriété du public. L'histoire choquante des expériences de ces dernières années, qui ont réécrit la théorie de l'évolution et mis en lumière les débuts de la vie sur notre planète, a fait sauter des dogmes de longue date. Les secrets de la génétique, généralement accessibles uniquement à un cercle restreint d'« initiés », ont donné une réponse sans équivoque à l'hypothèse de Darwin.

L'espèce Homo Sapiens (Homo sapiens) n'a que 200 000 ans. Et notre planète est de 4,5 milliards !

Matériaux secrets

Il y a quelques siècles à peine, on aurait pu s'attendre à ce que de telles idées soient exécutées sur le bûcher. Giordano Bruno a été brûlé pour hérésie il y a un peu plus de 400 ans, en février 1600. Mais aujourd'hui, l'exploration clandestine des pionniers audacieux est du domaine public.

Même il y a 50 ans, les pères, par ignorance, élevaient souvent les enfants d'autres hommes, même la mère elle-même ne connaissait pas toujours la vérité. Aujourd'hui, établir la paternité est une analyse ordinaire. Chacun de nous peut commander un test ADN et découvrir qui étaient ses ancêtres, dont le sang coule dans ses veines. La trace des générations est à jamais gravée dans le code génétique.

C'est dans ce code que se trouve la réponse à la question la plus brûlante qui occupe l'esprit des hommes : comment la vie a-t-elle commencé ?

Les X-Files des scientifiques révèlent l'histoire de la quête pour trouver la seule bonne réponse. C'est une histoire de persévérance, de persévérance et de créativité incroyable, englobant plus belles découvertes science moderne.

Dans leur quête pour comprendre comment la vie est née, les gens sont allés explorer les coins les plus éloignés de la planète. Au cours de ces recherches, certains scientifiques ont reçu le stigmate de "démons" pour leurs expériences, tandis que d'autres ont dû les mener sous le contrôle d'un système totalitaire.

Comment est née la vie sur Terre ?

C'est peut-être la plus difficile de toutes les questions existantes. Pendant des millénaires, la grande majorité des gens ont expliqué cela avec une thèse - "les dieux ont créé la vie". D'autres explications étaient tout simplement impensables. Mais avec le temps, la donne a changé. Tout au long du siècle dernier, les scientifiques ont essayé de comprendre exactement comment la première vie sur la planète est née, écrit Michael Marshall pour la BBC.

La plupart des scientifiques modernes qui étudient les origines de la vie sont convaincus qu'ils avancent dans la bonne direction - et les expériences en cours ne font que renforcer leur confiance. Les découvertes de la génétique de Newton réécrivent le livre de la connaissance de la première page à la dernière.

• Il n'y a pas si longtemps, les scientifiques ont découvert le plus vieil ancêtre humain qui vivait sur la planète il y a environ 540 millions d'années. C'est de ce « sac denté » que sont issus tous les vertébrés, disent les chercheurs. L'ancêtre commun ne mesurait qu'un millimètre.
• Les chercheurs modernes ont même réussi à créer le premier organisme semi-synthétique avec des changements fondamentaux dans l'ADN. Nous sommes déjà très proches de la synthèse de nouvelles protéines, c'est-à-dire de la vie complètement artificielle. En quelques siècles seulement, l'humanité a réussi à maîtriser la création d'un nouveau type d'organismes vivants.
• Non seulement nous créons de nouveaux organismes, mais nous éditons également en toute confiance ceux qui existent déjà. Les scientifiques ont même créé un "logiciel" qui vous permet de modifier le brin d'ADN à l'aide d'outils cellulaires. Soit dit en passant, seulement 1% de l'ADN porte des informations génétiques, selon les chercheurs. A quoi servent les 99% restants ?
• DNA est si polyvalent que vous pouvez y stocker des informations comme sur un disque dur. Ils ont déjà enregistré un film sur l'ADN et ont réussi à télécharger les informations sans aucun problème, comme ils avaient l'habitude de prendre des fichiers à partir d'une disquette.

Vous considérez-vous comme une personne instruite et moderne ? Ensuite, il suffit de le savoir.

Bien que la découverte de l'ADN remonte à 1869, ce n'est qu'en 1986 que cette connaissance a été utilisée pour la première fois en médecine légale.

Voici l'histoire de l'origine de la vie sur Terre

La vie est vieille. Les dinosaures sont peut-être les plus célèbres de toutes les créatures éteintes, mais ils sont apparus il y a seulement 250 millions d'années. La première vie sur la planète est née beaucoup plus tôt.

Les fossiles les plus anciens sont estimés à environ 3,5 milliards d'années. Autrement dit, ils sont 14 fois plus vieux que les premiers dinosaures !

Cependant, ce n'est pas la limite. Par exemple, en août 2016, on a découvert des bactéries fossiles vieilles de 3,7 milliards d'années. C'est 15 mille fois plus vieux que les dinosaures !

La Terre elle-même n'est pas beaucoup plus ancienne que ces bactéries - notre planète s'est finalement formée il y a environ 4,5 milliards d'années. C'est-à-dire que la première vie sur Terre est apparue assez "rapidement", après quelque 800 millions d'années, il y avait des bactéries sur la planète - des organismes vivants qui, selon les scientifiques, ont réussi à devenir plus complexes au fil du temps et à jeter les bases des premiers organismes simples dans l'océan, et à la fin -les extrémités, et à la race humaine elle-même.

Un récent rapport du Canada confirme ces données : les bactéries les plus anciennes auraient entre 3,770 et 4,300 milliards d'années. C'est-à-dire que la vie sur notre planète, très probablement, est apparue "quelque" 200 millions d'années après sa formation. Les micro-organismes trouvés vivaient sur le fer. Leurs restes ont été trouvés dans des roches de quartz.

Si nous supposons que la vie est originaire de la Terre - ce qui semble raisonnable, étant donné que nous ne l'avons pas encore trouvée sur d'autres corps cosmiques, ni sur d'autres planètes, ni sur des fragments de météorites ramenés de l'espace - alors cela aurait dû se produire dans cet intervalle de temps , qui s'étend sur un milliard d'années entre le moment où la planète s'est finalement formée et la date d'apparition des fossiles trouvés à notre époque.

Ainsi, en réduisant la période qui nous intéresse, sur la base de recherches récentes, nous pouvons supposer quelle a été exactement la première vie sur Terre.

Les scientifiques ont recréé l'apparence de géants préhistoriques à partir de squelettes trouvés lors de fouilles.

Chaque organisme vivant est composé de cellules (et vous aussi)

Au XIXe siècle, les biologistes ont établi que tous les organismes vivants sont composés de « cellules » - de minuscules amas de matière organique de formes et de tailles diverses.

Pour la première fois, des cellules ont été découvertes au 17ème siècle - simultanément avec l'invention de microscopes relativement puissants, mais seulement un siècle et demi plus tard, les scientifiques sont arrivés à une conclusion unique : les cellules sont à la base de toute vie sur la planète.

Bien sûr, extérieurement, une personne ne ressemble pas à un poisson ou à un dinosaure, mais il suffit de regarder au microscope pour s'assurer que les gens sont constitués pratiquement des mêmes cellules que les représentants du monde animal. De plus, les mêmes cellules sont à la base des plantes et des champignons.

Tous les organismes sont constitués de cellules, y compris vous.

La forme de vie la plus nombreuse est la bactérie unicellulaire

Aujourd'hui, les formes de vie les plus nombreuses peuvent être appelées en toute sécurité des micro-organismes, chacun étant constitué d'une seule cellule.

Le type de vie le plus connu est celui des bactéries qui vivent partout dans le monde.

En avril 2016, des scientifiques ont présenté Version mise à jour« Arbre de vie » : une sorte d'arbre généalogique pour chaque type d'organisme vivant. La grande majorité des "branches" de cet arbre sont occupées par des bactéries. De plus, la forme de l'arbre suggère que l'ancêtre de toute vie sur Terre était une bactérie. En d'autres termes, toute la variété des organismes vivants (y compris vous) provenait d'une seule bactérie.

Ainsi, nous pouvons aborder avec plus de précision la question de l'origine de la vie. Pour recréer cette toute première cellule, vous devez recréer aussi précisément que possible les conditions qui régnaient sur la planète il y a plus de 3,5 milliards d'années.

Alors, à quel point est-ce difficile?

Les bactéries unicellulaires sont la forme de vie la plus abondante sur Terre.

Début des expérimentations

Pendant de nombreux siècles, la question « où la vie a-t-elle commencé ? » n'a pratiquement pas demandé sérieusement. Après tout, comme nous nous en souvenions déjà au tout début, la réponse était connue : la vie a été créée par le Créateur.

Jusqu'au 19e siècle, la plupart des gens croyaient au « vitalisme ». Cet enseignement est basé sur l'idée que tous les êtres vivants sont dotés d'un pouvoir spécial et surnaturel qui les distingue des objets inanimés.

Les idées de vitalisme faisaient souvent écho aux principes religieux. La Bible dit que Dieu avec le "souffle de vie" a ressuscité le premier peuple, et que l'âme immortelle est l'une des manifestations du vitalisme.

Mais il y a un problème. Les idées du vitalisme sont fondamentalement fausses.

Au début du XIXe siècle, les scientifiques avaient découvert plusieurs substances disponibles exclusivement dans les êtres vivants. L'une de ces substances était l'urée, qui est contenue dans l'urine, et elle a été obtenue en 1799.

Cette découverte, cependant, n'a pas contredit le concept de vitalisme. L'urée n'apparaissait que dans les organismes vivants, ils étaient donc peut-être dotés d'une énergie vitale spéciale, ce qui les rendait uniques.

Mort du vitalisme

Mais en 1828, le chimiste allemand Friedrich Wöhler a pu synthétiser de l'urée à partir d'un composé inorganique - le cyanate d'ammonium, qui n'avait rien à voir avec les êtres vivants. D'autres scientifiques ont pu répéter son expérience et il est vite devenu évident que tous les composés organiques peuvent être obtenus à partir de composés plus simples - inorganiques.

Cela a mis fin au vitalisme en tant que concept scientifique.

Mais il était assez difficile pour les gens de se débarrasser de leurs croyances. Le fait qu'il n'y ait en fait rien de spécial dans les composés organiques qui ne sont caractéristiques que des êtres vivants, pour beaucoup, semblait avoir privé la vie d'un élément de magie, transformant les gens de créatures divines presque en machines. Bien sûr, c'était très contraire à la Bible.

Même certains érudits ont continué à se battre pour le vitalisme. En 1913, le biochimiste anglais Benjamin Moore a vivement promu sa théorie de « l'énergie biotique », qui était essentiellement le même vitalisme, mais sous une couverture différente. L'idée de vitalisme a trouvé des racines assez fortes dans l'âme humaine sur le plan émotionnel.

Aujourd'hui, ses reflets se retrouvent dans les endroits les plus inattendus. Prenez, par exemple, un certain nombre d'histoires de science-fiction dans lesquelles « l'énergie vitale » d'un personnage peut être reconstituée ou siphonnée. Pensez à "l'énergie de régénération" utilisée par la race Time Lords de Doctor Who. Cette énergie pourrait être reconstituée si elle prenait fin. Bien que l'idée semble futuriste, elle est en fait le reflet de théories à l'ancienne.

Ainsi, après 1828, les scientifiques eurent enfin de bonnes raisons de chercher une nouvelle explication à l'origine de la vie, rejetant cette fois les spéculations sur l'intervention divine.

Mais ils n'ont pas commencé à chercher. Il semblerait que le sujet de recherche s'impose de lui-même, mais en fait, le mystère de l'origine de la vie n'a pas été abordé depuis plusieurs décennies. Peut-être que tout le monde était encore trop attaché au vitalisme pour passer à autre chose.

Le chimiste Friedrich Wöhler a réussi à synthétiser l'urée - un composé organique - à partir de substances inorganiques.

Darwin et la théorie de l'évolution

La percée majeure dans la recherche biologique au 19ème siècle a été la théorie de l'évolution, développée par Charles Darwin et poursuivie par d'autres scientifiques.

La théorie de Darwin, exposée dans L'Origine des espèces en 1859, expliquait comment toute la diversité du monde animal provenait d'un seul ancêtre.

Darwin a soutenu que Dieu n'a pas créé chaque espèce de créatures vivantes séparément, mais toutes ces espèces proviennent d'un organisme primitif apparu il y a des millions d'années, qui est également appelé le dernier ancêtre commun universel.

L'idée s'est avérée extrêmement contradictoire, encore une fois parce qu'elle réfutait les principes bibliques. La théorie de Darwin a fait l'objet de vives critiques, en particulier de la part de chrétiens offensés.

Mais la théorie de l'évolution n'a pas dit un mot sur l'apparition du tout premier organisme.

Comment est née la première vie ?

Darwin comprit qu'il s'agissait d'une question fondamentale, mais (peut-être ne voulant pas entrer dans un autre conflit avec le clergé) il ne la souleva que dans une lettre de 1871. Le ton émotionnel de la lettre montrait que le scientifique était conscient de la profonde signification de cette question :

"... Mais si maintenant [ah, quel gros si !] dans toute masse d'eau chaude contenant tous les sels d'ammonium et de phosphore nécessaires et accessible à la lumière, à la chaleur, à l'électricité, etc., une protéine s'est formée chimiquement, capable d'autres transformations de plus en plus complexes ... "

En d'autres termes : imaginez un petit plan d'eau rempli de composés organiques simples et sous le soleil. Certains des composés peuvent très bien commencer à interagir, créant des substances plus complexes, telles que des protéines, qui, à leur tour, interagiront et se développeront également.

L'idée était assez superficielle. Mais, néanmoins, il a formé la base des premières hypothèses sur l'origine de la vie.

Darwin a non seulement créé la théorie de l'évolution, mais a également suggéré que la vie provenait d'une eau chaude saturée de composés inorganiques nécessaires.

Idées révolutionnaires d'Alexandre Oparin

Et les premiers pas dans cette direction n'ont pas du tout été faits là où on pouvait s'y attendre. Vous pensez peut-être que de telles recherches, qui impliquent la liberté de pensée, auraient dû être menées au Royaume-Uni ou aux États-Unis, par exemple. Mais en fait, les premières hypothèses sur l'origine de la vie ont été avancées dans les étendues indigènes de l'URSS stalinienne, par un scientifique dont vous n'avez probablement jamais entendu le nom.

On sait que Staline a fermé de nombreuses études dans le domaine de la génétique. Au lieu de cela, il a promu les idées de l'agronome Trofim Lyssenko, qui, selon lui, étaient plus adaptées à l'idéologie communiste. Les scientifiques qui menaient des recherches dans le domaine de la génétique étaient obligés de soutenir publiquement les idées de Lyssenko, sinon ils risquaient de finir dans des camps.

C'est dans une atmosphère si tendue que le biochimiste Alexandre Ivanovitch Oparin a dû mener ses expériences. Cela a été possible parce qu'il s'est imposé comme un communiste fiable : il a soutenu les idées de Lyssenko et a même reçu l'Ordre de Lénine - la récompense la plus honorable de toutes celles qui existaient à l'époque.

Le biochimiste soviétique Alexander Oparin a suggéré que les premiers organismes vivants se sont formés sous forme de coacervats.

Une nouvelle théorie de l'origine de la première vie sur terre

Oparin a décrit à quoi ressemblait la Terre dans les premiers jours après sa formation. La planète avait une surface brûlante et attirait de petites météorites. Il n'y avait que des roches à moitié fondues autour, qui contenaient une vaste gamme de produits chimiques, dont beaucoup étaient à base de carbone.

Finalement, la Terre s'est suffisamment refroidie pour que la vapeur se transforme pour la première fois en eau liquide, créant ainsi la première pluie. Après un certain temps, des océans chauds sont apparus sur la planète, riches en produits chimiques à base de carbone. D'autres événements pourraient se développer selon deux scénarios.

Le premier impliquait l'interaction de substances dans lesquelles plus connexions complexes... Oparin a suggéré que des sucres et des acides aminés, importants pour les organismes vivants, pourraient se former dans le bassin d'eau de la planète.

Dans le deuxième scénario, certaines substances, lorsqu'elles interagissent, ont commencé à former des structures microscopiques. Comme vous le savez, de nombreux composés organiques ne se dissolvent pas dans l'eau : par exemple, le pétrole forme une couche à la surface de l'eau. Mais certaines substances, au contact de l'eau, forment des globules sphériques, ou « coacervats », jusqu'à 0,01 cm (ou 0,004 pouce) de diamètre.

En observant les coacervats au microscope, on peut remarquer leur ressemblance avec des cellules vivantes. Ils grandissent, changent de forme et parfois se divisent en deux. Ils interagissent également avec les composés environnants afin que d'autres substances puissent être concentrées en leur sein. Oparin a suggéré que les coacervats étaient les ancêtres des cellules modernes.

La première théorie de la vie de John Haldane

Cinq ans plus tard, en 1929, le biologiste anglais John Burdon Sanderson Haldane avança indépendamment sa théorie avec des idées similaires, qui fut publiée dans le Rationalist Annual.

Haldane avait déjà apporté une énorme contribution au développement de la théorie de l'évolution à cette époque, contribuant à l'intégration des idées de Darwin dans la science de la génétique.

Et c'était une personne très mémorable. Une fois, lors d'une expérience dans une chambre de décompression, il a connu une rupture du tympan, à propos de laquelle il a écrit plus tard ce qui suit : « Le tympan guérit déjà, et même s'il reste un trou, malgré la surdité, il sera possible de réfléchir libérer des ronds de fumée de tabac à partir de là, ce qui, à mon avis, est une réalisation importante ».

Comme Oparin, Haldane a suggéré exactement comment les composés organiques pourraient interagir dans l'eau : « (plus tôt) les premiers océans ont atteint la consistance d'un bouillon chaud. Cela créa les conditions de l'émergence des « premiers organismes vivants ou semi-vivants ». Dans les mêmes conditions, les organismes les plus simples pourraient se retrouver à l'intérieur du « film d'huile ».

John Haldane, indépendamment d'Oparin, a avancé des idées similaires sur l'origine des premiers organismes.

Hypothèse d'Oparin-Haldane

Ainsi, Oparin et Haldane ont été les premiers biologistes à avancer cette théorie. Mais l'idée que Dieu ou même une "force vitale" abstraite ne participait pas à la formation des organismes vivants était radicale. Comme la théorie de l'évolution de Darwin, cette pensée était une gifle pour le christianisme.

Les autorités de l'URSS étaient entièrement satisfaites de ce fait. Sous le régime soviétique, l'athéisme régnait dans le pays et les autorités soutenaient volontiers des explications matérialistes à des phénomènes aussi complexes que la vie. Soit dit en passant, Haldane était aussi athée et communiste.

« À cette époque, cette idée était considérée exclusivement à travers le prisme de leurs propres convictions : les religieux la prenaient avec hostilité, contrairement aux partisans des idées communistes », explique Armen Mulkidzhanyan, expert sur l'origine de la vie à l'université d'Osnabrück en Allemagne. . « En Union soviétique, cette idée a été acceptée avec joie, car ils n'avaient pas besoin de Dieu. Et en Occident, il était partagé par tous les mêmes partisans des vues de gauche, communistes, etc. »

Le concept selon lequel la vie s'est formée dans une « soupe primordiale » de composés organiques est appelé l'hypothèse d'Oparin-Haldane... Elle avait l'air assez convaincante, mais il y avait un problème. À cette époque, il n'y avait pas une seule expérience pratique qui prouverait la véracité de cette hypothèse.

De telles expériences n'ont commencé qu'après près d'un quart de siècle.

Les premières expériences pour créer la vie "dans une éprouvette"

Harold Urey, un scientifique célèbre qui avait déjà reçu le prix Nobel de chimie en 1934 et avait même participé à la création de la bombe atomique, s'est intéressé à la question de l'origine de la vie.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, Yuri a participé au projet Manhattan, collectant de l'uranium-235 instable, nécessaire au noyau de la bombe. Après la fin de la guerre, Yuri a préconisé le contrôle civil de la technologie nucléaire.

Yuuri s'est intéressé aux phénomènes chimiques qui ont lieu dans l'espace. Et les processus qui ont eu lieu lors de la formation du système solaire l'intéressaient le plus. Dans l'une de ses conférences, il a souligné qu'au début sur Terre, très probablement, il n'y avait pas d'oxygène. Et ces conditions étaient idéales pour la formation de la « soupe primordiale » dont parlaient Oparin et Haldane, car certaines des substances nécessaires étaient si faibles qu'elles se dissoudraient au contact de l'oxygène.

La conférence a été suivie par un étudiant au doctorat nommé Stanley Miller, qui a approché Yuuri avec une proposition de mener une expérience basée sur cette idée. Au début, Yuuri était sceptique quant à l'idée, mais plus tard, Miller a réussi à le persuader.

En 1952, Miller a mené l'expérience la plus célèbre de toutes pour expliquer l'origine de la vie sur Terre.

L'expérience de Stanley Miller est devenue la plus célèbre de l'histoire de l'étude de l'origine des organismes vivants sur notre planète.

L'expérience la plus célèbre sur l'origine de la vie sur Terre

Il n'a pas fallu longtemps pour se préparer. Miller a connecté une série de flacons de verre à travers lesquels circulaient 4 substances qui auraient existé sur la Terre primitive : de l'eau bouillante, de l'hydrogène, de l'ammoniac et du méthane. Les gaz ont été soumis à des décharges d'étincelles systématiques - il s'agissait d'une simulation de coups de foudre, qui étaient courants sur la Terre primitive.

Miller a constaté que « l'eau dans le flacon est devenue sensiblement rose après le premier jour, et après la première semaine, la solution est devenue trouble et rouge foncé ». La formation de nouveaux composés chimiques était évidente.

Lorsque Miller a analysé la composition de la solution, il a découvert qu'elle contenait deux acides aminés : la glycine et l'alanine. Comme vous le savez, les acides aminés sont souvent décrits comme blocs de construction vie. Ces acides aminés sont utilisés dans la formation de protéines qui contrôlent la plupart des processus biochimiques de notre corps. Miller a littéralement créé deux des composants les plus importants d'un organisme vivant à partir de zéro.

En 1953, les résultats de l'expérience ont été publiés dans la prestigieuse revue Science. Yuuri a retiré son nom du titre avec un geste noble, bien que peu typique des érudits de son âge, laissant toute la gloire à Miller. Malgré cela, l'étude est communément appelée l'expérience de Miller-Urey.

Importance de l'expérience de Miller-Urey

"La valeur de l'expérience Miller-Urey est qu'elle montre que de nombreuses molécules biologiques peuvent être formées même dans une atmosphère simple", explique John Sutherland, scientifique au laboratoire de biologie moléculaire de Cambridge.

Tous les détails de l'expérience n'étaient pas exacts, comme il s'est avéré plus tard. En fait, des recherches ont montré qu'il y avait d'autres gaz dans l'atmosphère terrestre primitive. Mais cela ne diminue en rien l'importance de l'expérience.

"C'était une expérience historique qui a choqué l'imagination de beaucoup, et c'est pourquoi elle est encore référencée à ce jour", a déclaré Sutherland.

À la lumière de l'expérience de Miller, de nombreux scientifiques ont commencé à chercher des moyens de créer des molécules biologiques simples à partir de zéro. La réponse à la question « Comment a commencé la vie sur Terre ? » semblait être très proche.

Mais ensuite, il s'est avéré que la vie est beaucoup plus compliquée que vous ne l'imaginez. Il s'est avéré que les cellules vivantes ne sont pas simplement une collection de composés chimiques, mais de petits mécanismes complexes. Soudainement, créer des cellules vivantes à partir de zéro est devenu un problème beaucoup plus important que prévu par les scientifiques.

Étudier les gènes et l'ADN

Au début des années 50 du 20e siècle, les scientifiques s'étaient déjà éloignés de l'idée que la vie était un cadeau des dieux.

Au lieu de cela, ils ont commencé à explorer la possibilité de la vie spontanément et naturellement sur la Terre primitive - et, grâce à l'expérience historique de Stanley Miller, des preuves ont commencé à émerger pour cette idée.

Alors que Miller essayait de créer la vie à partir de zéro, d'autres scientifiques ont découvert de quoi sont faits les gènes.

A cette époque, la plupart des molécules biologiques avaient déjà été étudiées. Ceux-ci incluent les sucres, les graisses, les protéines et les acides nucléiques comme «l'acide désoxyribonucléique», alias l'ADN.

Tout le monde sait aujourd'hui que l'ADN contient nos gènes, mais pour les biologistes des années 50, ce fut un véritable choc.

Les protéines avaient une structure plus complexe, c'est pourquoi les scientifiques pensaient que l'information génétique y était contenue.

La théorie a été réfutée en 1952 par des scientifiques de la Carnegie Institution - Alfred Hershey et Martha Chase. Ils ont étudié des virus simples constitués de protéines et d'ADN qui se sont multipliés en infectant d'autres bactéries. Les scientifiques ont découvert que l'ADN viral, et non les protéines, pénètre dans les bactéries. De là, il a été conclu que l'ADN est du matériel génétique.

La découverte de Hershey et Chase a été le début d'une course pour étudier la structure de l'ADN et son fonctionnement.

Martha Chase et Alfred Hershey ont découvert que l'ADN contient des informations génétiques.

La structure hélicoïdale de l'ADN est l'une des découvertes les plus importantes du 20e siècle

Francis Crick et James Watson de l'Université de Cambridge ont été les premiers à accepter l'aide sous-estimée de leur collègue, Rosalind Franklin. Cela s'est produit un an après les expériences de Hershey et Chase.

Leur découverte est devenue l'une des plus importantes du XXe siècle. Cette découverte a changé le regard sur la recherche des origines de la vie, révélant la structure incroyablement complexe des cellules vivantes.

Watson et Crick ont ​​découvert que l'ADN est une double hélice (double vis) qui ressemble à un escalier incurvé. Chacun des deux « pôles » de cette échelle est constitué de molécules appelées nucléotides.

Cette structure montre clairement comment les cellules copient leur ADN. En d'autres termes, il devient clair comment les parents transmettent des copies de leurs gènes à leurs enfants.

Il est important de comprendre que la double hélice peut être déclenchée. Cela ouvrira l'accès au code génétique, constitué d'une séquence de bases génétiques (A, T, C et G), généralement enfermées dans les « barreaux » de l'échelle d'ADN. Chaque brin est ensuite utilisé comme modèle lors de la copie de l'autre.

Ce mécanisme permet aux gènes d'être hérités dès le début de la vie. Vos propres gènes proviennent finalement de bactéries anciennes- et chaque transmission utilisait le même mécanisme que Crick et Watson ont découvert.

L'un des secrets les plus intimes de la vie a été révélé au public pour la première fois.

Structure de l'ADN : 2 squelettes (chaînes antiparallèles) et paires de nucléotides.

défi ADN

Il s'est avéré que l'ADN n'a qu'une seule tâche. Votre ADN indique aux cellules de votre corps comment fabriquer des protéines (protéines) - des molécules qui effectuent de nombreuses tâches importantes.

Sans protéines, vous ne seriez pas capable de digérer les aliments, votre cœur cesserait de battre et votre respiration s'arrêterait.

Mais reproduire le processus de fabrication de protéines à l'aide d'ADN s'est avéré extrêmement difficile. Quiconque tentait d'expliquer l'origine de la vie ne pouvait tout simplement pas comprendre comment quelque chose d'aussi complexe en général pouvait apparaître et se développer tout seul.

Chaque protéine est essentiellement une longue chaîne d'acides aminés, tissée dans un ordre spécifique. Cet ordre détermine la forme tridimensionnelle de la protéine et, par conséquent, sa fonction.

Cette information est codée dans la séquence de bases d'ADN. Ainsi, lorsqu'une cellule a besoin de créer une protéine spécifique, elle lit le gène correspondant dans l'ADN afin de construire ensuite une séquence donnée d'acides aminés.

Qu'est-ce que l'ARN?

Il y a une nuance dans le processus d'utilisation de l'ADN par les cellules.

• L'ADN est la ressource la plus précieuse de la cellule. Par conséquent, les cellules préfèrent ne pas se tourner vers l'ADN à chaque action.
• Au lieu de cela, les cellules copient les informations de l'ADN dans de petites molécules d'une autre substance appelée ARN (acide ribonucléique).
• L'ARN est similaire à l'ADN, mais il n'a qu'un seul brin.

Si nous établissons une analogie entre l'ADN et un livre de bibliothèque, alors l'ARN ressemblera ici à une page avec un résumé du livre.

Le processus de conversion de l'information via le brin d'ARN en protéine est complété par une molécule très complexe appelée le ribosome.

Ce processus a lieu dans chaque cellule vivante, même dans les bactéries les plus simples. Il est aussi important pour le maintien de la vie que la nourriture et l'haleine.

Ainsi, toute explication de l'émergence de la vie doit montrer comment le trio complexe est apparu et comment il a commencé à fonctionner, ce qui inclut ADN, ARN et ribosomes.

Différence entre l'ADN et l'ARN.

Tout est beaucoup plus compliqué

Les théories d'Oparin et Haldane semblaient maintenant naïves et simples, et l'expérience de Miller, qui créait plusieurs acides aminés nécessaires à la formation de protéines, semblait amateur. Sur le long chemin vers la création de la vie, son exploration, aussi productive soit-elle, n'était clairement qu'un premier pas.

« L'ADN fait que l'ARN fabrique des protéines, et tout se trouve dans un sac fermé de produits chimiques », explique John Sutherland. « Vous regardez cela et vous êtes étonné de voir à quel point c'est difficile. Que pouvons-nous faire pour trouver un composé organique qui fait tout en une seule fois ?"

Peut-être que la vie a commencé avec l'ARN ?

Le premier à tenter de répondre à cette question fut un chimiste britannique du nom de Leslie Orgel. Il a été l'un des premiers à voir le modèle d'ADN créé par Crick et Watson, et a ensuite aidé la NASA avec le programme Viking, au cours duquel des modules d'atterrissage ont été envoyés sur Mars.

Orgel entendait simplifier la tâche. En 1968, avec le soutien de Crick, il suggéra que les premières cellules vivantes n'avaient ni protéines ni ADN. Au contraire, ils étaient presque entièrement constitués d'ARN. Dans ce cas, les molécules d'ARN primaires devaient être universelles. Par exemple, ils devaient créer leurs propres copies, probablement en utilisant le même mécanisme d'appariement que l'ADN.

L'idée que la vie a commencé avec l'ARN a eu un impact incroyable sur toutes les recherches futures. Et c'est devenu la cause d'un débat acharné dans la communauté scientifique, qui continue à ce jour.

En supposant que la vie a commencé avec l'ARN et un autre certain élément, Orgel a suggéré que l'un des aspects les plus importants de la vie - la capacité de se reproduire - est apparu plus tôt que les autres. On peut dire qu'il a réfléchi non seulement à la façon dont la vie est apparue pour la première fois, mais a parlé de l'essence même de la vie.

De nombreux biologistes étaient d'accord avec l'idée d'Orgel selon laquelle "la reproduction venait en premier". Dans la théorie de l'évolution de Darwin, la capacité de reproduction est au premier plan : c'est la seule façon pour un organisme de « gagner » dans cette course, c'est-à-dire de laisser derrière lui de nombreux enfants.

Leslie Orgel a avancé l'idée que les premières cellules fonctionnaient sur la base de l'ARN.

Division en 3 camps

Mais la vie a d'autres caractéristiques qui sont tout aussi importantes.

Le plus évident d'entre eux est le métabolisme : la capacité d'absorber l'énergie environnante et de l'utiliser pour survivre.

Pour de nombreux biologistes, le métabolisme est une caractéristique déterminante de la vie, ils placent la capacité de se reproduire au second plan.

Ainsi, à partir des années 1960, les scientifiques aux prises avec le mystère de l'origine de la vie ont commencé à se diviser en 2 camps.

« Le premier soutenait que le métabolisme passait avant la génétique, le second était d'un avis contraire », explique Sutherland.

Il y avait aussi un troisième groupe, affirmant qu'il devait d'abord y avoir une sorte de conteneur pour les molécules clés qui ne leur permettrait pas de se désintégrer.

« La compartimentation aurait dû passer en premier, car sans elle, le métabolisme cellulaire n'a aucun sens », explique Sutherland.

Autrement dit, la cellule aurait dû se trouver aux origines de la vie, comme Oparin et Haldane l'avaient déjà souligné plusieurs décennies plus tôt, et, peut-être, cette cellule aurait dû être recouverte de graisses et de lipides simples.

Chacune des trois idées a acquis ses propres partisans et a survécu jusqu'à ce jour. Les scientifiques oubliaient parfois le professionnalisme de sang-froid et soutenaient aveuglément l'une des trois idées.

En conséquence, les conférences scientifiques sur cette question étaient souvent accompagnées de scandales, et les journalistes couvrant ces événements entendaient souvent des réponses désagréables de la part des scientifiques d'un camp sur le travail de leurs collègues des deux autres.

Grâce à Orgel, l'idée que la vie a commencé avec l'ARN a permis au public de faire un pas de plus vers la résolution du problème.

Et dans les années 1980, il y a eu une découverte surprenante qui a en fait confirmé l'hypothèse d'Orgel.

Qu'est-ce qui est arrivé en premier : le conteneur, le métabolisme ou la génétique ?

Ainsi, à la fin des années 1960, à la recherche d'une réponse au mystère de l'origine de la vie sur la planète, les scientifiques se sont divisés en 3 camps.

1. Les premiers étaient convaincus que la vie commençait avec la formation de versions primitives de cellules biologiques.
2. D'autres pensaient que la première étape clé était le système métabolique.
3. D'autres encore se sont concentrés sur l'importance de la génétique et de la reproduction (réplication).

Ce troisième camp essayait de comprendre à quoi pourrait ressembler le tout premier réplicateur, en gardant à l'esprit l'idée que le réplicateur devrait être composé d'ARN.

Les multiples visages de l'ARN

Dans les années 1960, les scientifiques avaient de nombreuses raisons de croire que l'ARN était la source de toute vie.

Ces raisons comprenaient le fait que l'ARN pouvait faire ce que l'ADN ne pouvait pas faire.

En tant que molécule simple brin, l'ARN était capable de se plier en diverses formes qui n'étaient pas possibles avec un ADN double brin rigide.

L'ARN plié comme l'origami ressemblait fortement à des écureuils dans son comportement. Après tout, les protéines sont essentiellement les mêmes longues chaînes, mais constituées d'acides aminés et non de nucléotides, ce qui leur permet de créer des structures plus complexes.

C'est la clé de la capacité la plus étonnante des protéines. Certaines protéines peuvent accélérer ou « catalyser » des réactions chimiques. Ces protéines sont appelées enzymes.

Par exemple, les intestins humains contiennent de nombreuses enzymes qui décomposent les molécules alimentaires complexes en molécules simples (comme le sucre) - c'est-à-dire celles qui sont ensuite utilisées par nos cellules. Il serait tout simplement impossible de vivre sans enzymes. Par exemple, la mort récente du demi-frère du leader coréen à l'aéroport en Malaisie a été causée par le fait qu'une enzyme (enzyme) qui supprime le réactif nerveux VX a cessé de fonctionner dans son corps - en conséquence, le système respiratoire est paralysé et la personne meurt en quelques minutes. Les enzymes sont si importantes pour le fonctionnement de notre corps.

Leslie Orgel et Francis Crick avancent une autre hypothèse. Si l'ARN pouvait se replier, comme le font les protéines, alors pourrait-il aussi former des enzymes ?

Si tel était le cas, alors l'ARN pourrait être une molécule vivante originale - et extrêmement universelle -, stockant des informations (comme le fait l'ADN) et catalysant des réactions, ce qui est caractéristique de certaines protéines.

L'idée était intéressante, mais au cours des 10 années suivantes, aucune preuve à l'appui n'a été trouvée.

Enzymes ARN

Thomas Chek est né et a grandi dans l'Iowa. Enfant, les pierres et les minéraux étaient sa passion. Et déjà au lycée, il était un visiteur régulier des géologues de l'université locale, qui lui montraient des modèles de structures minérales. Il est finalement devenu biochimiste, se concentrant sur l'étude de l'ARN.

Au début des années 1980, Chek et ses collègues de l'Université du Colorado à Boulder ont étudié un organisme unicellulaire appelé Tetrahymena thermophile. Une partie de cet organisme cellulaire comprenait des brins d'ARN. Chek a remarqué qu'un des segments d'ARN se détachait parfois des autres, comme s'il avait été coupé avec des ciseaux.

Lorsque son équipe a éliminé toutes les enzymes et autres molécules pouvant agir comme des ciseaux moléculaires, l'ARN a continué à isoler ce segment. Au même moment, la première enzyme ARN a été découverte : un petit segment d'ARN qui peut se séparer indépendamment de la grande chaîne à laquelle il était attaché.

Étant donné que les deux enzymes ARN ont été trouvées relativement rapidement, les scientifiques ont émis l'hypothèse qu'il pourrait en fait y en avoir beaucoup plus. Maintenant, de plus en plus de faits plaidaient en faveur du fait que la vie avait commencé avec l'ARN.

Thomas Chek a trouvé la première enzyme à ARN.

monde de l'ARN

Walter Gilbert a été le premier à nommer ce concept.

Physicien avec un intérêt inattendu pour la biologie moléculaire, Gilbert a été l'un des premiers à défendre la théorie du séquençage du génome humain.

En 1986, dans son article dans la revue Nature, Gilbert a suggéré que la vie a commencé dans le soi-disant monde de l'ARN.

La première étape de l'évolution, selon Gilbert, consistait en "le processus par lequel les molécules d'ARN agissaient comme catalyseurs, se rassemblant dans un bouillon de nucléotides".

En copiant et en collant différents fragments d'ARN dans un brin commun, les molécules d'ARN ont créé des brins plus utiles à partir de ceux disponibles. En conséquence, le moment est venu où ils ont appris à créer des protéines et des enzymes protéiques, qui se sont avérées beaucoup plus utiles que les versions à ARN, pour la plupart en les déplaçant et en donnant naissance à la vie que nous voyons aujourd'hui.

Le monde de l'ARN est un moyen assez astucieux de créer des organismes vivants complexes à partir de zéro.

Dans ce concept, nul besoin de compter sur la formation simultanée de dizaines de molécules biologiques dans la « soupe primaire », une seule molécule avec laquelle tout a commencé suffira.

Preuve

En 2000, l'hypothèse RNA World a obtenu des preuves solides.

Thomas Steitz a passé 30 ans à étudier la structure des molécules dans les cellules vivantes. Dans les années 90, il se lance dans la principale recherche de sa vie : l'étude de la structure du ribosome.

Chaque cellule vivante contient un ribosome. Cette grosse molécule lit les instructions de l'ARN et combine des acides aminés pour fabriquer des protéines. Les ribosomes dans les cellules humaines alignent presque toutes les parties du corps.

À ce moment-là, on savait déjà que le ribosome contient de l'ARN. Mais en 2000, l'équipe de Steitz a présenté un modèle détaillé de la structure du ribosome, dans lequel l'ARN apparaissait comme le noyau catalytique du ribosome.

Cette découverte était sérieuse, surtout si l'on considère à quel point le ribosome était ancien et fondamental pour la vie. Le fait qu'un mécanisme aussi important soit basé sur l'ARN a rendu la théorie du monde de l'ARN beaucoup plus crédible dans le monde universitaire. Les partisans du concept RNA World se sont surtout réjouis de cette découverte et Steitz a reçu le prix Nobel en 2009.

Mais après cela, les scientifiques ont commencé à avoir des doutes.

Problèmes de la théorie du "Monde de l'ARN"

La théorie du monde de l'ARN avait initialement deux problèmes.

Premièrement, l'ARN pourrait-il réellement remplir toutes les fonctions vitales ? Et aurait-il pu se former dans les conditions de la Terre primitive ?

Cela fait déjà 30 ans que Gilbert a créé la théorie du "Monde de l'ARN", et nous n'avons toujours pas de preuves exhaustives que l'ARN est vraiment capable de tout ce qui est décrit dans la théorie. Oui, c'est une molécule incroyablement fonctionnelle, mais un ARN suffit-il pour toutes les fonctions qui lui sont assignées ?

Une incohérence était frappante. Si la vie a commencé avec une molécule d'ARN, cela signifie que l'ARN est capable de créer des copies de lui-même, ou des répliques.

Mais aucun des ARN connus n'a cette capacité. Pour créer une copie exacte d'un morceau d'ARN ou d'ADN, de nombreuses enzymes et autres molécules sont nécessaires.

Par conséquent, à la fin des années 1980, un groupe de biologistes a commencé des recherches plutôt désespérées. Ils ont entrepris de créer un ARN capable de s'auto-répliquer.

Tentatives de création d'ARN auto-répliquant

Jack Shostak de la Harvard Medical School a été le premier de ces chercheurs. Dès sa plus tendre enfance, il était tellement passionné par la chimie qu'il a même transformé son sous-sol en laboratoire. Il méprisait sa sécurité, ce qui a conduit une fois à une explosion qui a cloué une ampoule de verre au plafond.

Au début des années 1980, Shostak a clairement démontré comment les gènes humains se protègent du processus de vieillissement. Ces premières recherches le conduiront plus tard aux lauréats du prix Nobel.

Mais il s'est rapidement imprégné des recherches de Chek liées aux enzymes ARN. "Je pense que c'est un travail incroyable", déclare Shostak. "En principe, il est très probable que l'ARN puisse servir de catalyseur pour faire ses propres copies."

En 1988, Chek a découvert une enzyme ARN capable de former une petite molécule d'ARN de 10 nucléotides de long.

Shostak a décidé d'aller plus loin et de créer de nouvelles enzymes à ARN en laboratoire. Son équipe a créé un ensemble de séquences aléatoires et a testé chacune pour en trouver au moins une qui avait des capacités de catalyseur. Puis les séquences ont changé et le test s'est poursuivi.

Après 10 tentatives, Shostak a réussi à créer une enzyme à ARN qui, en tant que catalyseur, a accéléré la réaction 7 millions de fois plus vite qu'elle ne se produit dans l'environnement naturel.

L'équipe de Shostak a prouvé que les enzymes ARN peuvent être extrêmement puissantes. Mais leur enzyme ne pouvait pas créer ses propres signaux. C'était une impasse pour Shostak.

Enzyme R18

En 2001, la percée suivante a été faite par un ancien étudiant de Shostak - David Bartel du Massachusetts Institute of Technology à Cambridge.

Bartel a créé une enzyme à ARN appelée R18 qui pourrait ajouter de nouveaux nucléotides à un brin d'ARN sur la base de ceux existants.

En d'autres termes, l'enzyme n'a pas simplement ajouté des nucléotides aléatoires, mais a précisément copié la séquence.

Les molécules auto-répliquantes étaient encore loin, mais la direction était la bonne.

L'enzyme R18 était constituée d'une chaîne de 189 nucléotides et pouvait en ajouter 11 de plus, soit 6 % de sa longueur. Les chercheurs espéraient qu'après quelques expériences supplémentaires, ces 6% pourraient être transformés en 100%.

Le plus réussi dans ce domaine était Philip Holliger du Laboratoire de biologie moléculaire à Cambridge. En 2011, son équipe a modifié l'enzyme R18, créant l'enzyme tC19Z, qui pouvait copier une séquence allant jusqu'à 95 nucléotides. C'était 48% de sa longueur - plus que le R18, mais clairement pas 100% nécessaire.

Gerald Joyce et Tracey Lincoln du Scripps Research Institute de La Jolla ont présenté une approche alternative à la question. En 2009, ils ont créé une enzyme ARN qui crée indirectement sa propre réplique.

Leur enzyme combine deux courts morceaux d'ARN et crée une autre enzyme. Cela, à son tour, combine deux autres fragments d'ARN pour recréer l'enzyme d'origine.

Compte tenu des matières premières, ce cycle simple peut se poursuivre indéfiniment. Mais les enzymes ne fonctionnent correctement que si vous avez les bons brins d'ARN créés par Joyce et Lincoln.

Pour de nombreux scientifiques qui sont sceptiques quant à l'idée de RNA World, le manque de réplication indépendante de l'ARN est la principale raison du scepticisme. L'ARN ne peut tout simplement pas assumer le rôle de créateur de toute vie.

L'échec des chimistes à créer de l'ARN à partir de zéro n'ajoute pas à l'optimisme et à l'échec. Et bien que l'ARN soit une molécule beaucoup plus simple que l'ADN, sa création s'est avérée être un défi incroyable.

Les premières cellules se sont probablement multipliées par division.

problème de sucre

Il s'agit du sucre présent dans chaque nucléotide et de la base du nucléotide. Il est possible de les créer séparément, mais il n'est pas possible de les lier entre eux.

Au début des années 90, ce problème était déjà évident. Elle a convaincu de nombreux biologistes que l'hypothèse du monde de l'ARN, aussi séduisante qu'elle puisse paraître, n'est encore qu'une hypothèse.

• Peut-être, sur la Terre primitive, une molécule différente existait à l'origine : elle est plus simple que l'ARN, et qui a réussi à s'accumuler à partir de la "soupe primordiale" et à démarrer plus tard l'auto-reproduction.
• Peut-être que cette molécule particulière était la première, et après elle, l'ARN, l'ADN et d'autres sont apparus.

Acide nucléique polyamide (PNA)

En 1991, Peter Nielsen de l'Université de Copenhague au Danemark semblait avoir trouvé un candidat approprié pour le rôle de réplicateur primaire.

C'était en fait une version considérablement améliorée de l'ADN. Nielsen a conservé la base inchangée - les normes A, T, C et G - mais au lieu de molécules de sucre, il a utilisé des molécules appelées polyamides.

Il a appelé la molécule résultante acide nucléique de polyamide, ou PNA. Cependant, au fil du temps, le décodage de l'abréviation pour une raison quelconque s'est transformé en "acide nucléique peptidique".

Le PNA ne se trouve pas dans la nature. Mais son comportement est très similaire à celui de l'ADN. Le brin PNA peut même remplacer un brin dans la molécule d'ADN, et les bases s'apparieront comme d'habitude. De plus, le PNA peut se tordre en une double hélice, comme l'ADN.

Stanley Miller était intrigué. Avec un profond scepticisme quant au concept du "Monde de l'ARN", il pensait que le PNA était mieux adapté pour le rôle du premier matériel génétique.

En 2000, il a étayé son opinion par des preuves. À ce moment-là, il avait déjà 70 ans et il avait subi plusieurs accidents vasculaires cérébraux, après quoi il aurait pu se retrouver dans une maison de retraite, mais il n'allait pas abandonner.

Miller a répété son expérience classique décrite plus tôt, cette fois en utilisant du méthane, de l'azote, de l'ammoniac et de l'eau, et s'est retrouvé avec un PNA à base de polyamide.

De là, il s'ensuit que sur la Terre primitive, il pourrait bien y avoir eu des conditions pour l'apparition de PNA, contrairement à l'ARN.

L'ANP se comporte comme l'ADN.

Acide nucléique de Treose (TNK)

Pendant ce temps, d'autres chimistes ont créé leurs propres acides nucléiques.

En 2000, Albert Eschenmoser a créé l'acide nucléique thréose (TNK).

En fait, c'était le même ADN, mais avec un type de sucre différent dans la base. Les chaînes de TNC pourraient former une double hélice et les informations pourraient être transférées de l'ARN au TNC et vice versa.

De plus, les TNC pourraient former des formes complexes, y compris la forme d'une protéine. Cela a laissé entendre que TNK pourrait agir comme une enzyme, comme l'ARN.

Acide Glycol Nucléique (GNC)

En 2005, Eric Meggers a créé un acide nucléique glycol qui est également capable de former une hélice.

Chacun de ces acides nucléiques avait ses propres partisans : généralement les créateurs des acides eux-mêmes.

Mais dans la nature, il ne restait aucune trace de ces acides nucléiques, donc même si nous supposons que la première vie les a utilisés, à un moment donné, elle a dû les abandonner au profit de l'ARN et de l'ADN.

Cela semble plausible, mais non étayé par des preuves.

Le concept était bon, mais...

Ainsi, au milieu de la première décennie du 21e siècle, les partisans du concept RNA World se sont retrouvés face à un dilemme.

D'une part, les enzymes à ARN existaient dans la nature et comprenaient l'un des fragments les plus importants des mécanismes biologiques - le ribosome. Ce n'est pas mauvais.

Mais, d'un autre côté, aucun ARN auto-répliquant n'a été trouvé dans la nature, et personne n'a été en mesure d'expliquer exactement comment l'ARN s'est formé dans la "soupe primaire". Ce dernier pourrait s'expliquer par une alternative acides nucléiques, mais ils ont déjà (ou jamais) existé dans la nature. C'est mauvais.

Le verdict pour l'ensemble du concept RNA World était clair : le concept est bon, mais pas exhaustif.

Pendant ce temps, depuis le milieu des années 1980, une autre théorie se développait lentement. Ses partisans ont assuré que la vie n'a pas commencé avec l'ARN, l'ADN ou toute autre substance génétique. À leur avis, la vie a commencé comme un mécanisme d'utilisation de l'énergie.

L'énergie d'abord ?

Ainsi, au fil des années, les scientifiques traitant de l'origine de la vie ont été divisés en 3 camps.

Les représentants du premier étaient convaincus que la vie avait commencé avec une molécule d'ARN, mais ils n'ont pas réussi à comprendre comment des molécules d'ARN ou des molécules de type ARN ont réussi à apparaître spontanément sur la Terre primitive et à commencer à se reproduire. Les succès des scientifiques ont d'abord été ravis, mais à la fin, les chercheurs se sont arrêtés. Cependant, même lorsque ces études battaient leur plein, il y avait déjà ceux qui étaient sûrs que la vie commençait d'une manière complètement différente.

La théorie du monde de l'ARN est basée sur idée simple: la fonction la plus importante du corps est la capacité de se reproduire. La plupart des biologistes sont d'accord avec cela. Tous les êtres vivants - des bactéries aux rorquals bleus - s'efforcent de laisser une progéniture.

Cependant, de nombreux chercheurs sur cette question ne sont pas d'accord pour dire que la fonction de reproduction vient en premier. Ils disent qu'avant que la reproduction ne commence, l'organisme doit devenir autosuffisant. Il doit être capable de se maintenir en vie. Après tout, vous ne pouvez pas avoir d'enfants si vous mourez avant.

Nous soutenons la vie avec de la nourriture, tandis que les plantes absorbent l'énergie du soleil.

Oui, le gars qui dévore joyeusement une côtelette juteuse ne ressemble clairement pas à un chêne centenaire, mais en fait, ils absorbent tous les deux de l'énergie.

L'absorption d'énergie est le fondement de la vie.

Métabolisme

En parlant de l'énergie des êtres vivants, nous avons affaire au métabolisme.

1. La première étape consiste à obtenir de l'énergie, par exemple, à partir de substances riches en énergie (par exemple, le sucre).
2. La seconde consiste à utiliser l'énergie pour construire des cellules utiles dans le corps.

Le processus d'utilisation de l'énergie est extrêmement important et de nombreux chercheurs sont convaincus que c'est lui qui est devenu ce avec quoi la vie a commencé.

Mais à quoi pourraient ressembler des organismes n'ayant qu'une seule fonction métabolique ?

La première et la plus influente hypothèse a été faite par Gunther Wachtershauser à la fin des années 1980. Il était avocat en brevets de profession, mais avait une bonne connaissance de la chimie.

Wachtershauser a suggéré que les premiers organismes « étaient remarquablement différents de tout ce que nous connaissons ». Ils n'étaient pas faits de cellules. Ils n'avaient pas d'enzymes, d'ADN ou d'ARN.

Pour plus de clarté, Wachtershauser a décrit le flux d'eau chaude provenant d'un volcan. L'eau était saturée de gaz volcaniques tels que l'ammoniac et contenait des particules de minéraux provenant du centre du volcan.

Aux endroits où le ruisseau coulait sur les rochers, des réactions chimiques ont commencé. Les métaux contenus dans l'eau ont contribué à la création de grands composés organiques à partir de composés plus simples.

Cycle métabolique

Le tournant a été la création du premier cycle métabolique.

Au cours de ce processus, un produit chimique est converti en plusieurs autres, et ainsi de suite, jusqu'à ce que tout aboutisse finalement à recréer la première substance.

Au cours du processus, l'ensemble du système impliqué dans le métabolisme accumule de l'énergie, qui peut être utilisée pour redémarrer le cycle ou pour démarrer un nouveau processus.

Tout le reste dont sont dotés les organismes modernes (ADN, cellules, cerveau) est apparu plus tard, et sur la base de ces cycles chimiques.

Les cycles métaboliques ne sont pas très similaires à la vie. Par conséquent, Wachtershauser a appelé ses inventions « organismes précurseurs » et a écrit qu'ils « peuvent difficilement être appelés vivants ».

Mais les cycles métaboliques décrits par Wachtershauser sont toujours au centre de tout organisme vivant.

Vos cellules sont en fait des usines microscopiques, décomposant constamment certaines substances, les convertissant en d'autres.

Les cycles métaboliques, bien que mécaniques, sont fondamentaux à la vie.

Wachtershauser a consacré les deux dernières décennies du 20e siècle à sa théorie, l'élaborant en détail. Il a décrit quels minéraux seraient mieux adaptés que d'autres et quels cycles chimiques auraient pu avoir lieu. Son raisonnement commença à gagner des adeptes.

Confirmation expérimentale

En 1977, l'équipe de Jack Corliss de l'Oregon State University a plongé dans l'est de l'océan Pacifique à une profondeur de 2,5 kilomètres (1,5 miles). Les scientifiques ont étudié la source chaude des Galapagos dans un endroit où des crêtes rocheuses s'élevaient du fond. Les crêtes étaient connues pour être initialement volcaniquement actives.

Corliss a découvert que les crêtes étaient pratiquement parsemées de sources chaudes. De l'eau chaude et chargée de produits chimiques s'élevait du fond marin et sortait par des trous dans les rochers.

Étonnamment, ces "évents hydrothermaux" étaient densément peuplés d'étranges créatures. Il s'agissait d'énormes mollusques de plusieurs types, moules et annélides.

L'eau était également pleine de bactéries. Tous ces organismes vivaient de l'énergie des sources hydrothermales.

La découverte des cheminées hydrothermales a donné à Corliss une excellente réputation. Cela l'a aussi fait réfléchir.

Les sources hydrothermales dans l'océan fournissent aujourd'hui la vie aux organismes. Peut-être sont-ils devenus sa principale source ?

Évents hydrothermaux

En 1981, Jack Corliss a suggéré que de tels évents existaient sur Terre il y a 4 milliards d'années, et c'est autour d'eux que la vie est née. Il a consacré toute sa carrière au développement de cette idée.

Corliss a émis l'hypothèse que les bouches hydrothermales pourraient créer un mélange de produits chimiques. Chaque orifice, soutenait-il, était comme une gerbe de « bouillon primordial ».

• Alors que l'eau chaude coulait à travers les roches, la chaleur et la pression ont transformé les composés organiques les plus simples en des composés plus complexes, comme les acides aminés, les nucléotides et le sucre.
• Plus près de la sortie de l'océan, où l'eau n'était plus aussi chaude, ils ont commencé à former des chaînes, formant des glucides, des protéines et des nucléotides comme l'ADN.
• Puis, déjà dans l'océan lui-même, où l'eau s'est considérablement refroidie, ces molécules se sont rassemblées en cellules simples.

La théorie semblait raisonnable et a attiré l'attention.

Mais Stanley Miller, dont l'expérience a été évoquée plus tôt, ne partageait pas l'enthousiasme. En 1988, il a écrit que les évents étaient trop chauds pour que la vie s'y forme.

La théorie de Corliss était que les températures extrêmes pouvaient déclencher la formation de substances comme les acides aminés, mais les expériences de Miller ont montré qu'elle pouvait également les détruire.

Les composés clés tels que le sucre pourraient durer quelques secondes au maximum.

De plus, ces molécules simples seraient difficilement capables de former des chaînes, car l'eau environnante les briserait presque instantanément.

Chaud, encore plus chaud...

À ce stade, le géologue Mike Russell est entré dans la discussion. Il croyait que la théorie des évents correspondait parfaitement aux organismes précurseurs de Wachtershauser. Ces pensées l'ont amené à créer l'une des théories les plus populaires sur l'origine de la vie.

Le début de la vie de Russell s'est passé avec la création de l'aspirine et l'étude de minéraux précieux. Et lors d'une éventuelle éruption volcanique dans les années 60, il a coordonné avec succès un plan d'intervention, n'ayant aucune expérience dans son dos. Mais il s'intéressait à l'étude de l'évolution de la surface de la Terre au cours des différentes époques. L'occasion de regarder l'histoire du point de vue d'un géologue et formé sa théorie de l'origine de la vie.

Dans les années 80, il a trouvé des fossiles montrant qu'il y avait dans l'Antiquité des cheminées hydrothermales, où la température ne dépassait pas 150 degrés Celsius. Ces températures douces, a-t-il soutenu, auraient pu permettre aux molécules de durer beaucoup plus longtemps que Miller ne le croyait.

De plus, dans les fossiles de ces bouches moins chaudes, quelque chose de curieux a été trouvé. Un minéral appelé pyrite, composé de fer et de soufre, sous forme de tubes de 1 millimètre de long.

Dans son laboratoire, Russell a découvert que la pyrite peut également former des gouttelettes sphériques. Il a suggéré que les premières molécules organiques complexes se sont formées précisément à l'intérieur des structures de pyrite.

À peu près à la même époque, Wachtershauser a commencé à publier ses théories basées sur le fait qu'un courant d'eau, riche en produits chimiques, interagissait avec un certain minéral. Il a même suggéré que ce minéral pourrait être de la pyrite.

2+2=?

Russell n'avait qu'à ajouter 2 et 2.

Il a supposé que des organismes précurseurs de Wachtershauser s'étaient formés à l'intérieur de cheminées hydrothermales chaudes en mer profonde, où des structures de pyrite auraient pu se former. Si Russell ne s'est pas trompé, alors la vie est née dans les profondeurs de la mer et le métabolisme est apparu en premier.

Tout cela a été décrit dans un article de Russell de 1993, 40 ans après l'expérience classique de Miller.

L'écho dans la presse s'est fait beaucoup moins sentir, mais cela n'enlève rien à l'importance de la découverte. Russell a combiné deux idées différentes (cycles métaboliques de Wachtershauser et évents hydrothermaux de Corliss) en un concept assez convaincant.

Le concept est devenu encore plus impressionnant lorsque Russell a partagé ses idées sur la façon dont les premiers organismes ont absorbé l'énergie. En d'autres termes, il a expliqué comment leur métabolisme aurait pu fonctionner. Son idée était basée sur les travaux de l'un des génies oubliés de la science moderne.

Les expériences « ridicules » de Mitchell

Dans les années 60, le biochimiste Peter Mitchell a été contraint de quitter l'Université d'Édimbourg pour cause de maladie.

Il a converti un manoir à Cornwall en un laboratoire personnel. Coupé de la communauté scientifique, il finançait ses travaux en vendant le lait de ses vaches domestiques. De nombreux biochimistes, dont Leslie Orgel, dont les recherches sur l'ARN ont été discutées plus tôt, considéraient le travail de Mitchell comme extrêmement ridicule.

Près de deux décennies plus tard, Mitchell a triomphé, remportant le prix Nobel de chimie en 1978. Il n'est jamais devenu célèbre, mais ses idées peuvent être retracées dans n'importe quel manuel de biologie.

Mitchell a consacré sa vie à étudier quels organismes utilisent l'énergie obtenue à partir de la nourriture. En d'autres termes, il se demandait comment nous restions en vie de seconde en seconde.

Le biochimiste britannique Peter Mitchell a reçu le prix Nobel de chimie pour ses travaux sur le mécanisme de synthèse de l'ATP.

Comment le corps stocke l'énergie

Mitchell savait que toutes les cellules stockent de l'énergie dans une molécule spécifique - l'adénosine triphosphate (ATP). L'important est qu'une chaîne de trois phosphates soit attachée à l'adénosine. Il faut beaucoup d'énergie pour attacher le troisième phosphate, qui est ensuite contenu dans l'ATP.

Lorsqu'une cellule a besoin d'énergie (par exemple, lorsqu'un muscle se contracte), elle coupe le troisième phosphate de l'ATP. Cela convertit l'ATP en adénosidiphosphate (ADP) et libère l'énergie stockée.

Mitchell voulait comprendre comment les cellules parvenaient à l'origine à créer de l'ATP. Comment ont-ils concentré suffisamment d'énergie dans l'ADP pour que le troisième phosphate se fixe ?

Mitchell savait que l'enzyme qui fabrique l'ATP était sur la membrane. Il a conclu que la cellule pompe des particules chargées appelées protons à travers la membrane, et donc de nombreux protons peuvent être vus d'un côté, tandis que de l'autre côté il n'y en a presque pas.

Ensuite, les protons tentent de revenir vers la membrane pour maintenir l'équilibre de chaque côté, mais ils ne peuvent que pénétrer dans l'enzyme. Le flux de protons qui se précipitent donne à l'enzyme l'énergie dont elle a besoin pour créer de l'ATP.

Mitchell a exprimé cette idée pour la première fois en 1961. Pendant les 15 années suivantes, il a défendu sa théorie contre les attaques, malgré des preuves accablantes.

Aujourd'hui, on sait que le processus décrit par Mitchell est inhérent à chaque être vivant de la planète. Cela se passe dans vos cellules en ce moment. Comme l'ADN, c'est une partie fondamentale de la vie telle que nous la connaissons.

La vie avait besoin d'une séparation naturelle des protons

En construisant sa théorie de la vie, Russell a attiré l'attention sur la séparation des protons montrée par Mitchell : beaucoup de protons d'un côté de la membrane et seulement quelques-uns de l'autre.

Toutes les cellules ont besoin de cette séparation de protons pour stocker de l'énergie.

Les cellules modernes créent cette division en pompant des protons hors de la membrane, mais cela implique une mécanique moléculaire complexe qui ne pourrait pas apparaître du jour au lendemain.

Russell a donc tiré une autre conclusion logique : la vie s'est formée là où il y a une séparation naturelle des protons.

Quelque part près des bouches hydrothermales. Mais l'évent doit être d'un type spécifique.

La Terre primitive avait des mers acides et l'eau acide est simplement saturée de protons. Pour séparer les protons, l'eau des cheminées hydrothermales doit être pauvre en protons : autrement dit, elle doit être alcaline.

Les bouches hydrothermales de Corliss ne répondaient pas à cette exigence. Non seulement ils étaient trop chauds, mais ils étaient également trop saturés d'acides.

Mais en 2000, Deborah Kelly de l'Université de Washington a découvert les premiers évents hydrothermaux alcalins.

Dr Deborah Kelly.

Évents hydrothermaux alcalins et froids

Kelly a réussi à devenir un scientifique avec beaucoup de difficulté. Son père est décédé alors qu'elle était au lycée et elle a dû travailler après les cours pour payer ses frais de scolarité.

Mais elle a réussi, et a ensuite pris feu avec l'idée d'étudier les volcans sous-marins et les sources hydrothermales chaudes. Sa passion pour l'exploration des volcans et des bouches chaudes sous-marines l'a conduite au cœur de l'océan Atlantique. C'est ici, dans les profondeurs, qu'une majestueuse chaîne de montagnes s'élevait du fond de l'océan.

Sur cette crête, Kelly a découvert un réseau de cheminées hydrothermales, qu'elle a appelé la "Cité perdue". Ils n'étaient pas comme ceux que Corliss avait trouvés.

D'eux coulait de l'eau à une température de 40 à 75 degrés Celsius et avec une faible teneur en alcali. Les minéraux carbonatés de cette eau formaient des colonnes blanches abruptes, semblables à des colonnes de fumée et s'élevant du fond comme les tuyaux d'un orgue. Malgré leur apparence étrange et "fantomatique", ces piliers abritaient en réalité des colonies de micro-organismes vivant dans l'eau chaude.

Ces évents alcalins correspondent parfaitement à la théorie de Russell. Il était sûr que la vie commençait dans des évents similaires à ceux de la Cité Perdue.

Mais il y avait un problème. En tant que géologue, Russell ne connaissait pas grand-chose aux cellules biologiques pour rendre sa théorie aussi convaincante que possible.

La théorie la plus complète de l'origine de la vie sur Terre

Pour pouvoir surmonter les problèmes de connaissances limitées, Russell s'est associé au biologiste américain William Martin. Controverse Martin a passé la majeure partie de sa carrière en Allemagne.

En 2003, ils ont introduit une version améliorée du premier concept de Russell. Et, peut-être, cette théorie de l'origine de la vie sur Terre peut être qualifiée de la plus complète de toutes celles qui existent.

Grâce à Kelly, ils savaient que les roches des cheminées alcalines étaient poreuses : elles étaient parsemées de petits trous remplis d'eau. Les scientifiques ont suggéré que ces trous jouaient le rôle de « cellules ». Chacun d'eux contenait des substances importantes, telles que des minéraux comme la pyrite. Ajoutez à cela la fission naturelle des protons fournis par les évents, et vous obtenez l'endroit parfait pour l'initiation du métabolisme.

Dès que la vie a commencé à utiliser l'énergie chimique de l'eau des évents, ont suggéré Russell et Martin, elle a commencé à créer des molécules comme l'ARN. Finalement, elle a créé sa propre membrane, devenant une véritable cellule, et a quitté la roche poreuse pour se diriger vers les eaux libres.

C'est aujourd'hui l'une des hypothèses phares sur l'origine de la vie.

Découvertes récentes

Cette théorie a reçu un solide soutien en juillet 2016, lorsque Martin a publié des recherches qui ont reconstruit certaines des caractéristiques du dernier ancêtre commun universel (UPC). C'est le nom conventionnel d'un organisme qui existait il y a des milliards d'années, qui a donné naissance à toute la diversité de la vie moderne.

Nous ne pourrons peut-être plus trouver de fossiles de cet organisme, mais sur la base de toutes les données disponibles, nous pouvons deviner à quoi il ressemblait et quelles étaient ses caractéristiques en étudiant les micro-organismes modernes.

C'est exactement ce que Martin a fait. Il a étudié l'ADN de 1930 micro-organismes modernes et isolé 355 gènes qui étaient présents dans presque tous.

On peut supposer que ces 355 gènes ont été transmis de génération en génération, puisque tous ces 1930 microbes avaient un ancêtre commun - vraisemblablement depuis l'époque où le PUPP existait encore.

Parmi ces gènes, il y avait ceux qui étaient responsables de l'utilisation de la division du proton, mais pas de la création de cette division - tout comme dans la théorie de Russell et Martin.

De plus, l'EMP semble avoir été capable de s'adapter à des substances comme le méthane, ce qui impliquait un environnement volcaniquement actif autour de lui. C'est-à-dire un évent hydrothermal.

Pas si simple

Cependant, les partisans de l'idée de RNA World ont trouvé deux problèmes avec le concept Russell-Martin. L'un pourrait encore potentiellement être corrigé, mais un autre pourrait signifier l'effondrement de toute la théorie.

Le premier problème est le manque de preuves expérimentales que les processus décrits par Russell et Martin ont réellement eu lieu.

Oui, les scientifiques ont construit une théorie étape par étape, mais aucune des étapes n'a encore été reproduite dans des conditions de laboratoire.

"Les partisans de l'idée de l'apparence primaire réplication fournissent régulièrement les résultats des expériences », explique Armen Mulkidzhanyan, un expert de l'origine de la vie. « Les partisans de l'idée de l'apparence primaire métabolisme ils ne le font pas. "

Mais cela pourrait bientôt changer grâce au collègue de Martin, Nick Lane de l'University College London. Lane a conçu un « réacteur d'origine de la vie » qui simulerait les conditions à l'intérieur d'un évent alcalin. Il espère recréer des cycles métaboliques et peut-être même de l'ARN. Mais il est trop tôt pour en parler.

Le deuxième problème est que les évents sont situés profondément sous l'eau. Comme Miller l'a souligné en 1988, les molécules à longue chaîne comme l'ARN et les protéines ne peuvent pas se former dans l'eau à moins qu'il n'y ait des enzymes pour les empêcher de se décomposer.

Pour de nombreux chercheurs, cet argument est devenu décisif.

"Avec une formation en chimie, vous ne pourrez pas croire à la théorie des évents en haute mer parce que vous connaissez la chimie et comprenez que toutes ces molécules sont incompatibles avec l'eau", explique Mulkidzhanian.

Cependant, Russell et ses partisans ont mis du temps à abandonner leurs idées.

Mais au cours de la dernière décennie, une troisième approche s'est imposée, accompagnée d'une série d'expériences extrêmement intéressantes.

Contrairement aux théories du monde de l'ARN et des évents hydrothermaux, cette approche, si elle réussit, promettait l'impensable - la création d'une cellule vivante à partir de zéro.

Comment créer une cage ?

Au début du 21e siècle, il y avait deux concepts principaux de l'origine de la vie.

1. Partisans "Mira ARN" a soutenu que la vie a commencé avec une molécule auto-répliquante.
2. Les partisans de la théorie sur « métabolisme primaire " a permis de mieux comprendre comment la vie aurait pu naître dans les cheminées hydrothermales des grands fonds.

Cependant, une troisième théorie est apparue.

Tout être vivant sur Terre est composé de cellules. Chaque cellule est essentiellement une balle molle avec une paroi rigide, ou "membrane".

La tâche de la cellule est de contenir tous les éléments vitaux à l'intérieur. Si la paroi extérieure se brise, l'intérieur se répandra et la cellule mourra en fait - comme une personne éventrée.

La paroi externe de la cellule est si importante que certains scientifiques pensent qu'elle aurait dû apparaître en premier. Ils sont convaincus que la théorie de la « génétique primaire » et la théorie du « métabolisme primaire » sont fondamentalement fausses.

Leur alternative, la « compartimentation primaire », s'inspire principalement des travaux de Pier Luigi Luisi de l'Université Roma Tre à Rome.

Théorie des protocellules

Les arguments de Louise sont simples et convaincants. Comment pouvez-vous imaginer un processus métabolique ou un ARN auto-reproducteur, où vous avez besoin de beaucoup de substances en un seul endroit, s'il n'y a pas de conteneur où les molécules sont en sécurité ?

La conclusion de ceci est la suivante : il n'y a qu'une seule version de l'origine de la vie.

D'une manière ou d'une autre, au milieu de la chaleur et des tempêtes de la Terre primitive, certaines matières premières ont formé des cellules primitives, ou "protocellules".

Pour prouver cette théorie, il est nécessaire de mener des expériences en laboratoire - pour essayer de créer une cellule vivante simple.

Les idées de Louise étaient enracinées dans les travaux du scientifique soviétique Alexander Oparin, dont il a été question plus tôt. Oparin a souligné que certaines substances forment des bulles, appelées coacervat qui peuvent contenir d'autres substances en leur centre.

Louisi a suggéré que ces coacervats étaient les premières protocellules.

Les coacervats ont peut-être été les premières protocellules.

Le monde des lipides

Toute substance grasse ou huileuse forme des bulles ou un film sur l'eau. Ce groupe de substances s'appelle les lipides, et la théorie selon laquelle ce sont elles qui ont donné naissance à la vie s'appelle le "Monde des lipides".

Mais la formation de bulles à elle seule ne suffit pas. Ils doivent être stables, avoir la capacité de se diviser pour créer des bulles "filles", et contrôler au moins légèrement le flux de substances entrant et sortant - le tout sans protéines responsables de ces fonctions dans les cellules modernes.

Par conséquent, il était nécessaire de créer des protocellules à partir des matériaux nécessaires. C'est exactement ce que Louise a fait pendant plusieurs décennies, mais il n'a jamais rien présenté de convaincant.

protocellule d'ARN

Puis, en 1994, Louise a fait une supposition audacieuse. À son avis, les premières protocellules auraient dû contenir de l'ARN. De plus, cet ARN devait pouvoir se reproduire au sein de la protocellule.

Cette hypothèse signifiait abandonner la pure « compartimentation primaire », mais Louise avait de bonnes raisons pour cela.

Une cellule avec une paroi externe mais aucun gène à l'intérieur était dépourvue de nombreuses fonctions. Elle était censée être capable de se diviser en cellules filles, mais elle ne pouvait pas transmettre d'informations sur elle-même à sa progéniture. Une cellule ne pourrait commencer à se développer et à devenir plus complexe que si elle avait au moins quelques gènes.

Bientôt, la théorie trouva un solide partisan en la personne de Jack Shostak, dont les travaux sur l'hypothèse du monde de l'ARN avaient été discutés plus tôt. Pendant de nombreuses années, ces scientifiques étaient aux côtés de la communauté scientifique - Louis a soutenu l'idée de " compartimentation primaire ", et Shostak - " la génétique primaire ".

« Lors des conférences sur l'origine de la vie, nous avons toujours eu un long débat sur ce qui était le plus important et ce qui venait en premier », se souvient Shostak. «En fin de compte, nous avons réalisé que les cellules ont besoin des deux. Nous sommes arrivés à la conclusion que sans la compartimentation et le système génétique, la première vie n'aurait pas pu se former. »

En 2001, Shostak et Louise unissent leurs forces et poursuivent leurs recherches. Dans un article de la revue Nature, ils ont fait valoir que pour créer une cellule vivante à partir de zéro, l'ARN auto-répliquant doit être placé dans une simple goutte de graisse.

L'idée était audacieuse et bientôt Shostak se consacra entièrement à sa mise en œuvre. Jugeant à juste titre que « vous ne pouvez pas peindre une théorie sans preuves pratiques », il a décidé de commencer des expériences avec des protocellules.

Vésicules

Deux ans plus tard, Shostak et deux collègues ont annoncé une percée scientifique majeure.

Les expériences ont été réalisées sur des vésicules : des gouttes sphériques avec deux couches d'acides gras à l'extérieur et un noyau liquide à l'intérieur.

Pour tenter d'accélérer la création de vésicules, les scientifiques ont ajouté des particules d'un minéral argileux appelé montmorillonite. Cela a accéléré la formation de vésicules de 100 fois. La surface de l'argile a servi de catalyseur, servant essentiellement d'enzyme.

De plus, les vésicules pourraient absorber à la fois les particules de montmorillonite et les brins d'ARN de la surface de l'argile.

Grâce à la simple addition d'argile, les protocellules contiennent finalement à la fois les gènes et le catalyseur.

La décision d'ajouter de la montmorillonite est venue pour une raison. Des décennies de recherche ont montré que la montmorillonite et d'autres minéraux argileux étaient très importants dans les origines de la vie.

La montmorillonite est une argile commune. De nos jours, il est largement utilisé dans la vie quotidienne, par exemple, comme agent de remplissage pour la litière pour chats. Il est formé par la scission de cendres volcaniques sous l'influence des conditions météorologiques. Comme il y avait de nombreux volcans sur la Terre primitive, il est logique de supposer que la montmorillonite était en abondance.

En 1986, le chimiste James Ferris a prouvé que la montmorillonite est un catalyseur qui favorise la formation de molécules organiques. Plus tard, il a également découvert que ce minéral accélère la formation de petits ARN.

Cela a conduit Ferris à l'idée que l'argile indescriptible était à un moment donné le lieu d'origine de la vie. Shostak a repris cette idée et a utilisé la montmorillonite pour créer des protocellules.

La formation de vésicules avec la participation d'argile s'est produite des centaines de fois plus rapidement.

Développement et division de protocellules

Un an plus tard, l'équipe de Shostak a découvert que leurs protocellules se développaient d'elles-mêmes.

Au fur et à mesure que de nouvelles molécules d'ARN étaient ajoutées à la protocellule, la paroi externe s'affaissait sous une pression croissante. On aurait dit que la protocellule avait bourré son estomac et était sur le point d'éclater.

Pour compenser la pression, les protocellules ont sélectionné le plus d'acides gras et les ont intégrées dans la paroi pour continuer à gonfler en toute sécurité jusqu'à une grande taille.

Mais l'important est que les acides gras ont été extraits d'autres protocellules avec une teneur en ARN plus faible, à cause de laquelle ils ont commencé à rétrécir. Cela signifiait que les protocellules étaient en compétition et que celles qui contenaient le plus d'ARN l'avaient emporté.

Cela a conduit à des conclusions impressionnantes. Si les protocellules pouvaient croître, pourraient-elles se diviser ? Shostak sera-t-il capable de faire reproduire les protocellules par elles-mêmes ?

Les premières expériences de Shostak ont ​​montré l'une des façons de diviser les protocellules. Lorsque les protocellules ont été poussées à travers les petits trous, elles se sont contractées en tubules, qui ont ensuite été divisés en protocellules «filles».

C'était cool, car aucun mécanisme cellulaire n'était impliqué dans le processus, seulement la pression mécanique habituelle.

Mais il y avait aussi des inconvénients, car au cours de l'expérience les protocellules ont perdu une partie de leur contenu. Il s'est également avéré que les premières cellules ne pouvaient se diviser que sous la pression de forces extérieures qui les pousseraient à travers des trous étroits.

Il existe de nombreuses façons de diviser les vésicules ; par exemple, ajoutez un puissant jet d'eau. Mais il fallait trouver un moyen par lequel les protocellules se diviseraient sans perdre leur contenu.

Le principe de l'oignon

En 2009, Shostak et son élève Tin Zhu ont trouvé une solution. Ils ont créé des protocellules un peu plus complexes avec plusieurs parois, un peu comme les couches d'un oignon. Malgré la complexité apparente, il était assez simple de créer de telles protocellules.

Pendant que Zhu les nourrissait d'acides gras, les protocellules grandissaient et changeaient de forme, s'allongeant et prenant une forme filiforme. Lorsque la protocellule est devenue suffisamment grande, il n'a fallu qu'une petite force pour se décomposer en petites protocellules filles.

Chaque protocellule fille contenait de l'ARN de la protocellule maternelle et pratiquement aucun élément d'ARN n'a été perdu. De plus, les protocellules pourraient continuer ce cycle - les protocellules filles se sont développées et se sont divisées d'elles-mêmes.

Au cours d'autres expériences, Zhu et Shostak ont ​​trouvé un moyen de diviser les protocellules. Il semble qu'une partie du problème ait été résolue.

Le besoin d'ARN auto-copiant

Cependant, les protocellules ne fonctionnaient toujours pas correctement. Louise considérait les protocellules comme des porteurs d'ARN auto-répliquants, mais jusqu'à présent, les ARN étaient juste à l'intérieur et n'avaient aucun effet sur quoi que ce soit.

Pour démontrer que les protocellules étaient en effet la première vie sur Terre, Shostak avait besoin d'ARN pour faire des copies de lui-même.

La tâche n'était pas facile, car des décennies d'expériences par des scientifiques dont nous avons parlé plus tôt n'ont pas conduit à la création d'ARN auto-répliquants.

Shostak lui-même a été confronté au même problème au cours de ses premiers travaux sur la théorie du "Monde de l'ARN". Depuis lors, il semble que personne ne l'ait résolu.

Orgel a passé les années 70 et 80 à étudier le principe de la copie de brins d'ARN.

Son essence est simple. Vous devez prendre un brin d'ARN et le placer dans un récipient contenant des nucléotides. Vous utilisez ensuite ces nucléotides pour créer un deuxième brin d'ARN qui complète le premier.

Par exemple, le brin d'ARN de l'échantillon "CGC" formera un brin supplémentaire de l'échantillon "GCG". La copie suivante recréera la chaîne "CGC" d'origine.

Orgel a remarqué que dans certaines conditions, les brins d'ARN sont copiés de cette manière sans l'aide d'enzymes. Il est possible que la première vie ait copié ses gènes de cette façon.

En 1987, Orgel était déjà capable de créer des brins supplémentaires de 14 nucléotides dans des brins d'ARN, dont la longueur était également égale à 14 nucléotides.

Élément manquant

Adamala et Shostak ont ​​découvert que le magnésium était nécessaire pour la réaction. C'était problématique parce que le magnésium tuait les protocellules. Mais il y avait une solution : utiliser du citrate, qui est presque identique à l'acide citrique que l'on trouve dans les citrons et les oranges, et qui est présent dans toute cellule vivante.

Dans un rapport publié en 2013, Adamala et Shostak ont ​​parlé d'une étude dans laquelle du citrate a été ajouté aux protocellules, qui chevauche le magnésium et protège les protocellules sans interférer avec la copie de la chaîne.

En d'autres termes, ils ont réalisé ce dont Louise parlait en 1994. "Nous avons déclenché l'auto-réplication de l'ARN à l'intérieur des vésicules d'acides gras", explique Shostak.

En seulement dix ans de recherche, l'équipe de Shostak a obtenu des résultats incroyables.

• Les scientifiques ont créé des protocellules qui conservent leurs gènes tout en absorbant les molécules bénéfiques de l'environnement.
• Les protocellules peuvent croître et se diviser et même se concurrencer.
• Ils contiennent des ARN qui se répliquent.
• À tous égards, les protocellules créées en laboratoire rappellent étonnamment la vie.

Ils étaient aussi résistants. En 2008, l'équipe de Shostak a découvert que les protocellules peuvent survivre à des températures allant jusqu'à 100 degrés Celsius - la température à laquelle la plupart des cellules modernes meurent. Cela n'a fait que renforcer la croyance que les protocellules sont similaires à la première vie, qui devait survivre d'une manière ou d'une autre dans les conditions de pluies constantes de météores.

« Le succès de Shostak est impressionnant », déclare Armen Mulkidzhanyan.

À première vue, cependant, l'approche de Shostak est très différente des autres études sur l'origine de la vie qui ont été menées au cours des 40 dernières années. Plutôt que de se concentrer sur « l'auto-reproduction primaire » ou « la compartimentation primaire », il a trouvé un moyen de concilier ces théories.

Ce fut la raison de la création d'une nouvelle approche unifiée de l'étude de la question de l'origine de la vie sur Terre.

Cette approche suppose que la première vie n'avait pas les caractéristiques apparues plus tôt que les autres. L'idée d'un « ensemble principal de caractéristiques » a déjà de nombreuses preuves pratiques et peut hypothétiquement résoudre tous les problèmes des théories existantes.

Grande unification

A la recherche d'une réponse à la question de l'origine de la vie, les scientifiques du 20ème siècle ont été divisés en 3 camps. Chacun n'adhérait qu'à ses propres hypothèses et dénigrait le travail des deux autres. Cette approche a certainement été couronnée de succès, mais chacun des camps a finalement fait face à des problèmes insolubles. Par conséquent, aujourd'hui, plusieurs scientifiques ont décidé d'essayer une approche conjointe de ce problème.

L'idée d'unification trouve ses racines dans une découverte récente qui prouve la théorie traditionnelle de « l'auto-reproduction primaire » du « monde de l'ARN », mais seulement à première vue.

En 2009, les partisans de la théorie du monde de l'ARN ont été confrontés à un défi majeur. Ils ne pouvaient pas créer de nucléotides, les éléments constitutifs de l'ARN, de la même manière qu'ils pouvaient s'auto-créer dans les conditions de la Terre primitive.

Comme nous l'avons vu précédemment, cela a conduit de nombreux chercheurs à croire que la première vie n'était pas du tout basée sur l'ARN.

John Sutherland y réfléchit depuis les années 1980. « Ce serait formidable si quelqu'un pouvait démontrer comment l'ARN est assemblé par lui-même », dit-il.

Heureusement pour Sutherland, il a travaillé au Cambridge Laboratory of Molecular Biology (LMB). La plupart des instituts de recherche harcèlent constamment leurs employés en prévision de nouvelles découvertes, mais LMB a permis aux employés de travailler sérieusement sur le problème. Par conséquent, Sutherland a pu se demander calmement pourquoi il est si difficile de créer des nucléotides d'ARN, et pendant plusieurs années, il a développé une approche alternative.

En conséquence, Sutherland est parvenu à une vision complètement nouvelle de l'origine de la vie, à savoir que tous les composants clés de la vie pouvaient se former en même temps.

Un bâtiment modeste pour le laboratoire de biologie moléculaire de Cambridge.

Une heureuse confluence de molécules et de circonstances

« En chimie de l'ARN, plusieurs aspects clés n'ont pas fonctionné en même temps », explique Sutherland. Chaque nucléotide d'ARN est composé de sucre, de base et de phosphate. Mais en pratique, il s'est avéré impossible de forcer le sucre et la base à interagir. Les molécules n'étaient tout simplement pas dans la bonne forme.

Sutherland a donc commencé à expérimenter avec d'autres substances. Au final, son équipe a créé 5 molécules simples composées d'un autre type de sucre et de cyanamide, qui, comme son nom l'indique, est lié au cyanure. Ces substances ont subi une série de réactions chimiques, qui ont finalement conduit à la création de deux des quatre nucléotides.

C'était indéniablement un succès qui a immédiatement augmenté la réputation de Sutherland.

Il a semblé à de nombreux observateurs qu'il s'agissait d'une preuve supplémentaire en faveur de la théorie du "Monde de l'ARN". Mais Sutherland lui-même l'a vu différemment.

L'hypothèse "classique" du "Monde de l'ARN" se concentrait sur le fait que dans les premiers organismes, l'ARN était responsable de toutes les fonctions vitales. Mais Sutherland qualifie cette affirmation de "désespérément optimiste". Il pense que l'ARN y a participé, mais n'était pas le seul composant important pour la viabilité.

Sutherland s'est inspiré des derniers travaux de Jack Shostak, qui combinait le concept d'« auto-réplication primaire » du « monde de l'ARN » avec les idées de Pierre Luigi Luisi sur la « compartimentation primaire ».

Comment créer une cellule vivante à partir de zéro

L'attention de Sutherland a été attirée sur un détail curieux dans la synthèse des nucléotides, qui a d'abord semblé accidentel.

La dernière étape des expériences de Sutherland était toujours l'ajout de phosphates au nucléotide. Mais plus tard, il s'est rendu compte qu'il devrait être ajouté Depuis le tout début parce que le phosphate accélère les premières réactions.

L'ajout initial de phosphate semblait seulement augmenter le caractère aléatoire de la réaction, mais Sutherland a pu comprendre que ce caractère aléatoire était bénéfique.

Cela lui a fait penser que les mélanges doivent être chaotiques... Au début de la Terre, il y avait probablement une flaque de produits chimiques flottant dans une flaque. Bien sûr, les mélanges ne doivent pas ressembler à des eaux de marais, car vous devez trouver le niveau optimal d'aléatoire.

Les mélanges 1950 de Stanley Miller mentionnés plus haut étaient beaucoup plus chaotiques que les mélanges de Sutherland. Ils contenaient des molécules biologiques, mais, comme le dit Sutherland, "il n'y en avait pas beaucoup, et ils étaient accompagnés de beaucoup de composés non biologiques".

Sutherland a estimé que les conditions de l'expérience de Miller n'étaient pas assez propres. Le mélange était trop chaotique, à cause duquel les substances nécessaires s'y perdaient simplement.

Par conséquent, Sutherland a décidé de reprendre la "chimie de la boucle d'or" : pas si surchargée de substances diverses qu'elle en devienne inutile, mais aussi pas si simple qu'elle soit limitée dans ses possibilités.

Il fallait créer un mélange compliqué dans lequel tous les composants de la vie pouvaient se former puis s'unir en même temps.

Un étang primitif et une vie façonnée en quelques minutes

En termes simples, imaginez qu'il y avait un petit étang sur Terre il y a 4 milliards d'années. Pendant de nombreuses années, les substances nécessaires s'y sont formées, jusqu'à ce que le mélange acquière la composition chimique nécessaire au démarrage du processus. Et puis la première cellule s'est formée, peut-être en quelques minutes seulement.

Cela peut sembler fantastique, comme les prétentions des alchimistes médiévaux. Mais Sutherland commençait à avoir des preuves.

Depuis 2009, il a démontré qu'en utilisant les mêmes substances à partir desquelles ses deux premiers nucléotides d'ARN ont été formés, il est possible de créer d'autres molécules importantes pour tout organisme vivant.

La prochaine étape évidente serait de créer d'autres nucléotides d'ARN. Sutherland n'a pas encore traité cela, mais en 2010, il a démontré des molécules proches de cela, qui pourraient potentiellement se transformer en nucléotides.

Et en 2013, il a collecté des précurseurs d'acides aminés. Cette fois, il a ajouté du cyanure de cuivre pour créer la réaction souhaitée.

Des substances à base de cyanure étaient présentes dans de nombreuses expériences et en 2015, Sutherland les a de nouveau utilisées. Il a montré qu'avec le même ensemble de substances, il est possible de créer des précurseurs de lipides - les molécules qui composent les parois cellulaires. La réaction a eu lieu sous l'influence du rayonnement ultraviolet, et le soufre et le cuivre y ont participé, aidant à accélérer le processus.

"Tous les éléments constitutifs [formés] à partir d'un noyau commun de réactions chimiques", explique Shostak.

Si Sutherland a raison, alors notre point de vue sur la question de l'origine de la vie est fondamentalement faux depuis 40 ans.

À partir du moment où les scientifiques ont vu à quel point la construction de la cellule était complexe, tout le monde s'est concentré sur l'idée que les premières cellules se réunissaient. progressivement, élément par élément.

Depuis que Leslie Orgel a exprimé l'idée que l'ARN était le premier à venir, les chercheurs ont « essayé de prendre un élément comme base, puis de le forcer à créer le reste », explique Sutherland. Il croit lui-même qu'il faut créer tout à la fois.

Le chaos est une condition nécessaire à la vie

«Nous avons remis en question l'idée qu'une cellule est trop complexe pour émerger tout de suite», explique Sutherland. "Comme vous pouvez le voir, vous pouvez créer des blocs de construction pour tous les systèmes en même temps."

Shostak soupçonne même que la plupart des tentatives pour créer des molécules de vie et les assembler en cellules vivantes ont échoué pour la même raison : les conditions expérimentales sont trop stériles.

Les scientifiques ont pris les substances nécessaires et ont complètement oublié celles qui ont peut-être également existé sur la Terre primitive. Mais les travaux de Sutherland montrent que des composés plus complexes sont créés lorsque de nouvelles substances sont ajoutées au mélange.

Shostak lui-même a fait face à cela en 2005 lorsqu'il a essayé d'introduire une enzyme ARN dans ses protocellules. L'enzyme avait besoin de magnésium, qui détruisait la membrane des protocellules.

La solution était élégante. Au lieu de créer des vésicules à partir d'un seul acide gras, créez-les à partir d'un mélange de deux acides. Les vésicules résultantes pourraient supporter le magnésium, ce qui signifie qu'elles pourraient agir comme « porteuses » d'enzymes ARN.

De plus, Shostak dit que les premiers gènes étaient probablement chaotiques.

Les organismes modernes utilisent de l'ADN pur pour transférer des gènes, mais très probablement, au tout début, l'ADN pur n'existait tout simplement pas. A sa place pourrait être un mélange de nucléotides d'ARN et de nucléotides d'ADN.

En 2012, Shostak a montré qu'un tel mélange peut s'assembler en molécules "mosaïques" qui ressemblent et se comportent comme de l'ARN pur. Et cela prouve que la théorie des molécules mixtes d'ARN et d'ADN a le droit d'exister.

Ces expériences ont parlé de ce qui suit - peu importe que les premiers organismes puissent avoir de l'ARN pur ou de l'ADN pur.

"En fait, je suis revenu à l'idée que le premier polymère était similaire à l'ARN, mais avait l'air un peu plus chaotique", explique Shostak.

Alternatives à l'ARN

Il est possible qu'il y ait plus d'alternatives à l'ARN, en plus des TNC et PNA déjà existants, qui ont été discutés plus tôt. Nous ne savons pas s'ils existaient sur la Terre primitive, mais même s'ils existaient, les premiers organismes auraient très bien pu les utiliser avec l'ARN.

Ce n'était plus le "Monde de l'ARN", mais le "Monde de quelque chose-juste-non".

De tout cela, la leçon suivante peut être tirée - l'auto-création de la première cellule vivante n'était pas du tout aussi difficile qu'il nous le semblait auparavant. Oui, les cellules sont des mécanismes complexes. Mais, il s'est avéré qu'ils fonctionneront, même si ce n'est pas idéalement, même s'ils sont "les yeux bandés" à partir de matériaux de récupération.

Apparues, des cellules aussi grossières en termes de structure, semble-t-il, avaient peu de chance de survivre sur la Terre primitive. D'un autre côté, ils n'avaient aucune concurrence, ils n'étaient menacés par aucun prédateur, donc à bien des égards, la vie sur la Terre vierge était plus facile qu'elle ne l'est maintenant.

Mais il y a un "Mais"

Mais il y a un problème que ni Sutherland ni Shostak n'ont pu résoudre, et il est assez sérieux.

Le premier organisme devait avoir une certaine forme de métabolisme. Dès le début, la vie devait avoir la capacité de recevoir de l'énergie, sinon cette vie périrait.

À ce stade, Sutherland était d'accord avec les idées de Mike Russell, Bill Martin et d'autres partisans du « métabolisme primaire ».

« Les partisans des théories sur le 'monde de l'ARN' et le 'métabolisme primaire' se sont disputés en vain. Les deux parties avaient de bons arguments », explique Sutherland.

« Le métabolisme a en quelque sorte commencé quelque part », écrit Shostak. "Mais quelle est devenue la source d'énergie chimique est une grande question."

Même si Martin et Russell se font des illusions sur le fait que la vie a commencé dans des évents profonds, de nombreuses parties de leur théorie sont proches de la vérité. Le premier est le rôle important des métaux dans l'origine de la vie.

De nombreuses enzymes dans la nature ont un atome de métal dans leur noyau. C'est généralement la partie « active » de l'enzyme, tandis que le reste de la molécule est la structure de support.

Dans la première vie, les enzymes complexes ne pouvaient pas être présentes, elle a donc très probablement utilisé des métaux "nus" comme catalyseurs.

Catalyseurs et enzymes

Gunter Wachtenshauser a dit la même chose lorsqu'il a suggéré que la vie s'était formée sur la pyrite de fer. Russell souligne également que l'eau dans les bouches hydrothermales est saturée de métaux qui peuvent être des catalyseurs, et les recherches de Martin sur le dernier ancêtre commun universel des bactéries modernes suggèrent qu'il contient de nombreuses enzymes à base de fer.

Tout cela suggère que de nombreuses réactions chimiques de Sutherland n'ont réussi qu'au détriment du cuivre (et du soufre, comme l'a souligné Wachtershauser), et que l'ARN dans les protocellules de Shostak a besoin de magnésium.

Il se pourrait bien que les sources hydrothermales soient également importantes pour créer la vie.

« Si vous regardez le métabolisme moderne, vous pouvez voir des éléments qui parlent d'eux-mêmes, comme des amas de fer et de soufre », explique Shostak. "Cela correspond à l'idée que la vie est née dans ou à proximité d'un évent où l'eau est saturée de fer et de soufre."

Cela dit, une seule chose peut être ajoutée. Si Sutherland et Shostak sont sur la bonne voie, alors un aspect de la théorie des évents est définitivement une erreur : la vie n'aurait pas pu commencer dans les profondeurs de la mer.

"Les processus chimiques que nous avons découverts dépendent fortement du rayonnement ultraviolet", explique Sutherland.

La seule source d'un tel rayonnement est le soleil, les réactions doivent donc avoir lieu directement sous ses rayons. Ceci barre la version hauturière.

Shostak convient que les profondeurs de la mer ne peuvent pas être considérées comme le berceau de la vie. "Le pire, c'est qu'ils sont isolés de l'interaction avec l'atmosphère, qui est la source de matières premières riches en énergie comme le cyanure."

Mais tous ces problèmes ne rendent pas inutile la théorie des cheminées hydrothermales. Peut-être que ces évents étaient situés dans des eaux peu profondes, où ils avaient accès à la lumière du soleil et au cyanure.

La vie n'a pas pris naissance dans l'océan, mais sur terre

Armen Mulkidzhanyan a proposé une alternative. Et si la vie venait de l'eau, mais pas de l'océan, mais de la terre ? À savoir, dans un étang volcanique.

Mulkidzhanyan a attiré l'attention sur la composition chimique des cellules : en particulier, quelles substances elles prennent et lesquelles elles rejettent. Il s'est avéré que les cellules de n'importe quel organisme contiennent beaucoup de phosphate, de potassium et d'autres métaux, à l'exception du sodium.

Les cellules modernes maintiennent l'équilibre des métaux en les pompant hors de l'environnement, mais les premières cellules n'ont pas eu cette opportunité - le mécanisme de pompage n'avait pas encore été développé. Par conséquent, Mulkidzhanyan a suggéré que les premières cellules sont apparues là où il y avait un ensemble approximatif de substances qui composent les cellules d'aujourd'hui.

Cela retire immédiatement l'océan de la liste des berceaux potentiels de la vie. Les cellules vivantes contiennent beaucoup plus de potassium et de phosphate et beaucoup moins de sodium que l'océan.

Les sources géothermiques proches des volcans conviennent mieux à cette théorie. Ces bassins contiennent le même mélange de métaux que les cellules.

Shostak soutient fortement l'idée. « Il me semble qu'un lac ou un étang peu profond dans une zone géothermiquement active serait idéal pour toutes les conditions », confirme-t-il. "Nous avons besoin de bouches hydrothermales, mais pas profondes, mais plutôt similaires à celles trouvées dans des zones volcaniques actives comme Yellowstone."

Dans un tel endroit, les réactions chimiques de Sutherland pourraient avoir lieu. Les sources ont l'ensemble nécessaire de substances, le niveau d'eau fluctue, de sorte que certaines zones s'assèchent de temps en temps, et les rayons ultraviolets solaires ne manquent pas.

De plus, Shostak dit que ces étangs sont parfaits pour ses protocellules.

« Les protocellules retiennent principalement basse température qui a un bon effet sur la copie d'ARN et d'autres types de métabolisme simple », explique Shostak. "Mais de temps en temps, ils chauffent brièvement, ce qui favorise la séparation des brins d'ARN et les prépare à une auto-reproduction ultérieure." Des jets d'eau froide ou chaude peuvent également aider à partager les protocellules.

Les sources géothermiques proches des volcans pourraient bien devenir le berceau de la vie.

Des vies auraient pu être aidées par des météorites

Sur la base de tous les arguments existants, Sutherland propose une troisième option - le lieu de la chute de la météorite.

La Terre a été régulièrement exposée à des pluies de météores au cours des 500 premiers millions d'années de son existence - elles tombent encore aujourd'hui, mais beaucoup moins souvent. Un site d'impact de météorite de taille décente pourrait créer les mêmes conditions que les étangs mentionnés par Mulkidzhanyan.

Premièrement, les météorites sont principalement en métal. Et les endroits où ils sont tombés sont souvent riches en métaux tels que le fer et le soufre. Et, surtout, aux endroits où tombe la météorite, la croûte terrestre est enfoncée, ce qui entraîne une activité géothermique et l'apparition d'eau chaude.

Sutherland décrit de petites rivières et ruisseaux qui dévalent les pentes de cratères nouvellement formés qui extraient des roches des substances à base de cyanure - le tout sous l'influence des rayons ultraviolets. Chaque filet transporte un mélange de substances légèrement différent des autres, de sorte que des réactions différentes se produisent et toute la ligne matière organique.

Finalement, les ruisseaux se fondent dans un étang volcanique au fond du cratère. C'est peut-être dans un tel étang qu'à un moment donné toutes les substances nécessaires se sont rassemblées, à partir desquelles les premières protocellules se sont formées.

"Il s'agit d'un cours très spécifique des événements", reconnaît Sutherland. Mais il s'y penche sur la base des réactions chimiques trouvées : "C'est le seul cours des événements où toutes les réactions montrées dans mes expériences pourraient avoir lieu."

Shostak n'en est pas encore tout à fait sûr, mais il convient que les idées de Sutherland méritent une attention particulière : « Il me semble que ces événements auraient pu se produire sur le site d'un impact de météorite. Mais j'aime aussi l'idée des systèmes volcaniques. Il existe de solides arguments en faveur des deux versions. »

Quand aurons-nous la réponse à la question : comment la vie a-t-elle commencé ?

Le débat, semble-t-il, ne se terminera pas de sitôt, et les scientifiques ne parviendront pas tout de suite à une opinion commune. La décision sera prise sur la base d'expériences avec des réactions chimiques et des protocellules. S'il s'avère que l'une des options ne contient pas de substance clé ou qu'une substance qui détruit les protocellules est utilisée, elle sera considérée comme incorrecte.

Cela signifie que pour la première fois dans l'histoire, nous sommes à la veille de l'explication la plus complète de la façon dont la vie a commencé.

« Les tâches ne semblent plus impossibles », déclare Sutherland avec optimisme.

Jusqu'à présent, l'approche « tout à la fois » de Shostak et Sutherland n'est que des croquis approximatifs. Mais chacun des arguments de cette approche a été prouvé par des décennies d'expérimentation.

Ce concept s'appuie sur toutes les approches précédentes. Il combine toutes les meilleures pratiques, tout en résolvant les problèmes individuels de chaque approche.

Par exemple, il ne réfute pas la théorie de Russell sur les cheminées hydrothermales, mais utilise ses éléments les plus réussis.

Ce qui s'est passé il y a 4 milliards d'années

Nous ne savons pas avec certitude ce qui s'est passé il y a 4 milliards d'années.

"Même si vous créez un réacteur, d'où sort E. coli... vous ne pouvez pas dire qu'il s'agit d'une reproduction de cette toute première vie", explique Martin.

Le mieux que nous puissions faire est de visualiser le cours des événements, en étayant notre vision par des preuves : des expériences dans le domaine de la chimie, toutes les connaissances sur la Terre primitive et tout ce que la biologie a à dire sur les débuts de la vie.

Finalement, après des siècles d'efforts acharnés, nous verrons l'histoire du cours réel des événements commencer à prendre forme.

Cela signifie que nous approchons de la plus grande division de l'histoire de l'humanité : la division entre ceux qui apprennent l'histoire de l'origine de la vie, et ceux qui n'ont pas vécu jusqu'à ce moment, et ne pourront donc jamais l'apprendre.

Tous ceux qui n'ont pas vécu pour voir la publication de l'Origine des espèces de Darwin en 1859 sont morts sans aucune idée des origines humaines, car ils ne connaissaient rien à l'évolution. Mais aujourd'hui tout le monde, à l'exception d'un certain nombre de communautés isolées, peut connaître la vérité sur notre parenté avec d'autres représentants du monde animal.

De la même manière, tous ceux qui sont nés après l'entrée de Youri Gagarine sur l'orbite terrestre sont devenus membres d'une société capable de voyager vers d'autres mondes. Et même si tous les habitants de la planète n'ont pas été en dehors de la planète, les voyages spatiaux sont déjà devenus une réalité moderne.

Nouvelle réalité

Ces faits modifient imperceptiblement notre perception du monde. Ils nous rendent plus sages. L'évolution nous apprend à valoriser toute créature vivante, car nous pouvons tous être considérés comme des parents, bien qu'éloignés. Les voyages dans l'espace nous apprennent à regarder notre planète natale de l'extérieur afin de comprendre à quel point elle est unique et fragile.

Certaines des personnes qui vivent aujourd'hui seront bientôt les premières dans l'histoire à pouvoir raconter leurs origines. Ils connaîtront leur ancêtre commun et où il a vécu.

Cette connaissance va nous changer. avec propre point scientifique vision, cela nous donnera une idée des chances de l'origine de la vie dans l'Univers et de savoir où la chercher. Il nous révélera aussi l'essence de la vie.

Mais nous ne pouvons que deviner quelle sagesse apparaîtra devant nous au moment où le secret de l'origine de la vie sera révélé. Chaque mois et chaque année, nous nous rapprochons de la résolution du grand mystère de l'origine de la vie sur notre planète. De nouvelles découvertes se font en ce moment au fur et à mesure que vous lisez ces lignes.

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La question de savoir quand la vie est apparue sur Terre a toujours inquiété non seulement les scientifiques, mais tout le monde. y répond

presque toutes les religions. Bien qu'il n'y ait pas encore de réponse scientifique exacte à cela, certains faits permettent d'émettre des hypothèses plus ou moins fondées. Au Groenland, des chercheurs ont trouvé un échantillon de roche

avec une petite éclaboussure de carbone. L'échantillon a plus de 3,8 milliards d'années. La source de carbone, très probablement, était une sorte de matière organique - pendant ce temps, elle a complètement perdu sa structure. Les scientifiques pensent que ce morceau de carbone pourrait être la plus ancienne trace de vie sur Terre.

A quoi ressemblait la Terre primitive ?

Avance rapide il y a 4 milliards d'années. L'atmosphère ne contient pas d'oxygène libre, il ne se trouve que dans la composition des oxydes. Quasiment aucun son, à part le sifflement du vent, le sifflement de l'eau en éruption de lave et l'impact des météorites à la surface de la Terre. Pas de plantes, pas d'animaux, pas de bactéries. C'est peut-être à ça que ressemblait la Terre quand la vie y est apparue ? Bien que ce problème ait longtemps inquiété de nombreux chercheurs, leurs opinions à ce sujet diffèrent grandement. Les conditions sur Terre à cette époque pouvaient être mises en évidence par des roches, mais elles ont longtemps été détruites à la suite de processus géologiques et de mouvements de la croûte terrestre.

Dans cet article, nous discuterons brièvement de plusieurs hypothèses sur l'origine de la vie, reflétant les idées scientifiques modernes. Selon Stanley Miller, un expert bien connu dans le domaine du problème de l'émergence de la vie, on peut parler d'émergence de la vie et du début de son évolution à partir du moment où les molécules organiques s'auto-organisent en structures pouvant se reproduire eux-mêmes. Mais cela soulève d'autres questions : comment ces molécules sont-elles apparues ; pourquoi ils pouvaient s'auto-répliquer et s'assembler dans ces structures qui ont donné naissance à des organismes vivants ; quelles conditions sont nécessaires pour cela?

Selon une hypothèse, la vie a commencé dans un morceau de glace. Bien que de nombreux scientifiques pensent que le dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère est responsable du maintien conditions de serre, d'autres pensent que l'hiver a prévalu sur Terre. À basse température, tous les composés chimiques sont plus stables et peuvent donc s'accumuler en plus grande quantité qu'à haute température. Les débris de météorites transportés de l'espace, les émissions des cheminées hydrothermales et les réactions chimiques se produisant lors des décharges électriques dans l'atmosphère étaient des sources d'ammoniac et de composés organiques tels que le formaldéhyde et le cyanure. En entrant dans l'eau de l'océan mondial, ils ont gelé avec lui. Dans la masse de glace, les molécules de substances organiques se sont rapprochées et sont entrées en interaction, ce qui a conduit à la formation de glycine et d'autres acides aminés. L'océan était recouvert de glace, qui protégeait les composés nouvellement formés de la destruction par les rayons ultraviolets. Ce monde glacial pourrait fondre, par exemple, lorsqu'une énorme météorite est tombée sur la planète (Fig. 1).

Charles Darwin et ses contemporains croyaient que la vie pouvait naître dans un plan d'eau. De nombreux scientifiques adhèrent encore à ce point de vue. Dans un réservoir fermé et relativement petit, les substances organiques apportées par les eaux qui s'y jettent pourraient s'accumuler dans les quantités requises. Ces composés se sont ensuite concentrés encore plus sur les surfaces internes des minéraux en couches, qui pourraient être des catalyseurs de réactions. Par exemple, deux molécules de phosphataldéhyde qui se sont rencontrées à la surface d'un minéral ont réagi l'une avec l'autre pour former une molécule d'hydrate de carbone phosphorylée, un précurseur possible de l'acide ribonucléique (Fig. 2).

Ou peut-être que la vie est née dans des zones d'activité volcanique ? Immédiatement après sa formation, la Terre était une boule de magma cracheur de feu. Lors des éruptions volcaniques et avec les gaz libérés par le magma en fusion, divers produits chimiques nécessaires à la synthèse de molécules organiques ont été transportés à la surface de la terre. Ainsi, les molécules monoxyde de carbone Une fois à la surface d'un minéral de pyrite aux propriétés catalytiques, ils pouvaient réagir avec des composés qui avaient des groupes méthyle et former de l'acide acétique, à partir duquel d'autres composés organiques étaient ensuite synthétisés (Fig. 3).

Pour la première fois, le scientifique américain Stanley Miller a réussi à obtenir des molécules organiques - des acides aminés - dans des conditions de laboratoire, simulant celles qui se trouvaient sur la Terre primitive, en 1952. Puis ces expériences ont fait sensation, et leur auteur a acquis une renommée mondiale. Il poursuit actuellement ses recherches en chimie prébiotique (pré-vie) à l'Université de Californie. L'installation sur laquelle la première expérience a été réalisée était un système de flacons, dans l'un desquels il était possible d'obtenir une puissante décharge électrique à une tension de 100 000 V.

Miller a rempli ce ballon de gaz naturels - méthane, hydrogène et ammoniac, qui étaient présents dans l'atmosphère de la Terre primitive. Le flacon ci-dessous contenait une petite quantité d'eau qui imite l'océan. Une décharge électrique dans sa force était proche de la foudre, et Miller s'attendait à ce que sous son action se forment des composés chimiques qui, après avoir pénétré dans l'eau, réagiraient les uns avec les autres et formeraient des molécules plus complexes.

Le résultat a dépassé toutes les attentes. En éteignant l'installation le soir et en revenant le lendemain matin, Miller a constaté que l'eau dans le ballon avait acquis une couleur jaunâtre. Ce qui s'est formé s'est avéré être un bouillon d'acides aminés - les éléments constitutifs des protéines. Ainsi, cette expérience a montré avec quelle facilité les ingrédients primaires des êtres vivants pouvaient être formés. Tout ce dont ils avaient besoin était un mélange de gaz, un petit océan et un petit éclair.

D'autres scientifiques sont enclins à croire que l'ancienne atmosphère de la Terre était différente de celle que Miller avait modélisée et consistait, très probablement, en dioxyde de carbone et en azote. En utilisant ce mélange gazeux et le dispositif expérimental de Miller, les chimistes ont essayé de produire des composés organiques. Cependant, leur concentration dans l'eau était aussi négligeable que si une goutte de peinture alimentaire était dissoute dans une piscine. Naturellement, il est difficile d'imaginer comment la vie a pu naître dans une solution aussi diluée.

Si la contribution des processus terrestres à la création de réserves de matière organique primaire était vraiment si insignifiante, alors d'où venait-elle ? Peut-être de l'espace ? Les astéroïdes, les comètes, les météorites et même les particules de poussière interplanétaire pourraient transporter des composés organiques, notamment des acides aminés. Ces objets extraterrestres pourraient fournir suffisamment de composés organiques pour pénétrer dans l'océan primaire ou dans une petite masse d'eau.

La séquence et l'intervalle de temps des événements, à partir de la formation de la matière organique primaire et se terminant par l'émergence de la vie en tant que telle, reste et, probablement, restera à jamais un mystère qui inquiète de nombreux chercheurs, ainsi que la question de savoir quoi. en fait, pensez à la vie.

Actuellement, il existe plusieurs définitions scientifiques de la vie, mais elles sont toutes inexactes. Certains d'entre eux sont si larges que des objets inanimés tels que du feu ou des cristaux de minéraux tombent sous eux. D'autres sont trop étroites, et selon eux, les mules qui ne donnent pas de progéniture ne sont pas reconnues comme vivantes.

L'un des plus réussis définit la vie comme autosuffisante système chimique capable de se comporter conformément aux lois de l'évolution darwinienne. Cela signifie que, premièrement, un groupe d'individus vivants doit produire une progéniture semblable à eux-mêmes, qui hérite des traits de leurs parents. Deuxièmement, dans les générations de descendants, les conséquences des mutations devraient se manifester - des changements génétiques hérités par les générations suivantes et provoquant une variabilité de la population. Et troisièmement, il est nécessaire qu'un système de sélection naturelle fonctionne, grâce auquel certains individus obtiennent un avantage sur d'autres et survivent dans des conditions modifiées, donnant une progéniture.

Quels éléments du système étaient nécessaires pour qu'il ait les caractéristiques d'un organisme vivant ? Un grand nombre de biochimistes et de biologistes moléculaires pensent que les molécules d'ARN possédaient les propriétés nécessaires. ARN - acides ribonucléiques Sont des molécules spéciales. Certains d'entre eux peuvent se répliquer, muter, transmettant ainsi des informations, et, par conséquent, ils pourraient participer à la sélection naturelle. Certes, ils ne sont pas en mesure de catalyser eux-mêmes le processus de réplication, bien que les scientifiques espèrent que dans un avenir proche, un fragment d'ARN doté d'une telle fonction sera trouvé. D'autres molécules d'ARN sont impliquées dans la « lecture » de l'information génétique et son transfert vers les ribosomes, où sont synthétisées les molécules de protéines, auxquelles participent les molécules d'ARN du troisième type.

Ainsi le plus primitif système vivant pourrait être représenté par des molécules d'ARN doublant, subissant des mutations et soumises à la sélection naturelle. Au cours de l'évolution, sur la base de l'ARN, des molécules d'ADN spécialisées sont apparues - les dépositaires de l'information génétique - et des molécules de protéines non moins spécialisées, qui ont assumé les fonctions de catalyseurs pour la synthèse de toutes les molécules biologiques actuellement connues.

À un moment donné, un « système vivant » d'ADN, d'ARN et de protéines a trouvé refuge à l'intérieur d'un sac formé par une membrane lipidique, et cette structure, plus protégée des influences extérieures, a servi de prototype aux toutes premières cellules qui ont donné naissance aux trois branches principales de la vie, qui sont représentées dans le monde moderne par les bactéries, les archées et les eucaryotes. Quant à la date et la séquence d'apparition de telles cellules primaires, cela reste un mystère. De plus, selon de simples estimations probabilistes, il n'y a pas assez de temps pour la transition évolutive des molécules organiques aux premiers organismes - les premiers protozoaires sont apparus trop soudainement.

Pendant de nombreuses années, les scientifiques ont cru que la vie aurait difficilement pu naître et se développer pendant une période où la Terre était constamment soumise à des collisions avec de grosses comètes et météorites, et cette période s'est terminée il y a environ 3,8 milliards d'années. Récemment, cependant, des traces de structures cellulaires complexes vieilles d'au moins 3,86 milliards d'années ont été trouvées dans les roches sédimentaires les plus anciennes de la Terre, trouvées dans le sud-ouest du Groenland. Cela signifie que les premières formes de vie pourraient avoir surgi des millions d'années avant que le bombardement de notre planète par de grands corps cosmiques ne s'arrête. Mais alors un scénario complètement différent est également possible (Fig. 4).

Les objets spatiaux qui tombent sur Terre pourraient jouer un rôle central dans l'émergence de la vie sur notre planète, puisque, selon plusieurs chercheurs, des cellules similaires à des bactéries pourraient apparaître sur une autre planète puis arriver sur Terre avec des astéroïdes. Un élément de preuve soutenant la théorie d'une origine extraterrestre de la vie a été trouvé à l'intérieur d'une météorite en forme de pomme de terre appelée ALH84001. Initialement, cette météorite était un morceau de la croûte martienne, qui a ensuite été éjecté dans l'espace à la suite d'une explosion lorsqu'un énorme astéroïde est entré en collision avec la surface de Mars, il y a environ 16 millions d'années. Et il y a 13 mille ans, après un long voyage dans le système solaire, ce fragment de roche martienne en forme de météorite a atterri en Antarctique, où il a été récemment découvert. Une étude détaillée de la météorite à l'intérieur a révélé des structures en forme de bâtonnets ressemblant à des bactéries fossilisées, ce qui a donné lieu à un débat scientifique houleux sur la possibilité d'une vie au plus profond de la croûte martienne. Ces différends seront résolus au plus tôt en 2005, lorsque la National Aeronautics and Space Administration des États-Unis effectuera une mission spatiale interplanétaire vers Mars pour prélever des échantillons de la croûte martienne et livrer des échantillons sur Terre. Et si les scientifiques parviennent à prouver que des micro-organismes ont autrefois habité Mars, il sera alors possible de parler avec plus de confiance de l'origine extraterrestre de la vie et de la possibilité d'apporter la vie depuis l'espace (Fig. 5).

Riz. 5. Notre origine provient des microbes.

Qu'avons-nous hérité des formes de vie anciennes ? La comparaison suivante d'organismes unicellulaires avec des cellules humaines révèle de nombreuses similitudes.

1. Reproduction sexuée Deux cellules reproductrices spécialisées d'algues - les gamètes - s'accouplent pour former une cellule qui porte le matériel génétique des deux parents. Ceci est remarquablement similaire à la fécondation d'un ovule humain avec un spermatozoïde.

2. Les cils Les cils minces à la surface d'une paramécie unicellulaire se balancent comme de minuscules rames et assurent le mouvement à la recherche de nourriture. Des cils similaires tapissent les voies respiratoires humaines, sécrètent du mucus et retiennent les particules étrangères.

3. Capturer d'autres cellules L'amibe absorbe la nourriture, l'entourant d'un pseudopode, qui est formé par l'extension et l'allongement d'une partie de la cellule. Dans un corps animal ou humain, les cellules sanguines amiboïdes étendent de la même manière leurs pseudopodes pour engloutir les bactéries dangereuses. Ce processus est appelé phagocytose.

4. Mitochondries Les premières cellules eucaryotes sont apparues lorsque l'amibe a envahi les cellules procaryotes des bactéries aérobies, qui sont devenues des mitochondries. Bien que les bactéries et les mitochondries de la cellule (pancréas) ne soient pas très similaires, elles ont une fonction - générer de l'énergie lors de l'oxydation des aliments.

5. Flagelles Le long flagelle du sperme humain lui permet de se déplacer à grande vitesse. Les bactéries et les protozoaires eucaryotes ont également des flagelles avec une structure interne similaire. Il se compose d'une paire de microtubules entourés de neuf autres.

Évolution de la vie sur Terre : du simple au complexe

À l'heure actuelle, et probablement à l'avenir, la science ne sera pas en mesure de répondre à la question de savoir à quoi ressemblait le tout premier organisme apparu sur Terre - l'ancêtre dont sont issus les trois branches principales de l'arbre de vie. L'une des branches est constituée des eucaryotes, dont les cellules ont un noyau formé contenant du matériel génétique et des organites spécialisés : mitochondries qui produisent de l'énergie, des vacuoles, etc. Les organismes eucaryotes comprennent les algues, les champignons, les plantes, les animaux et les humains.

La deuxième branche est constituée de bactéries - organismes unicellulaires procaryotes (prénucléaires) qui n'ont pas de noyau ni d'organites prononcés. Et enfin, la troisième branche - les organismes unicellulaires appelés archées, ou archées, dont les cellules ont la même structure que celles des procaryotes, mais une structure chimique complètement différente des lipides.

De nombreuses archébactéries sont capables de survivre dans des conditions environnementales extrêmement défavorables. Certains d'entre eux sont thermophiles et ne vivent que dans des sources chaudes avec des températures de 90 ° C et même plus, où d'autres organismes mourraient tout simplement. Se sentant bien dans ces conditions, ces organismes unicellulaires consomment du fer et des substances contenant du soufre, ainsi qu'un certain nombre de composés chimiques toxiques pour d'autres formes de vie. Selon les scientifiques, les archébactéries thermophiles trouvées sont des organismes extrêmement primitifs et, en termes d'évolution, sont de proches parents des formes de vie les plus anciennes sur Terre.

Il est intéressant de noter que les représentants modernes des trois branches de la vie, les plus similaires à leurs ancêtres, vivent toujours dans des endroits avec haute température... Sur cette base, certains scientifiques sont enclins à croire que, très probablement, la vie est apparue il y a environ 4 milliards d'années au fond de l'océan près des sources chaudes faisant jaillir des ruisseaux riches en métaux et en substances à haute énergie. Interagissant entre eux et avec l'eau de l'océan alors stérile, entrant dans une grande variété de réactions chimiques, ces composés ont donné naissance à des molécules fondamentalement nouvelles. Ainsi, pendant des dizaines de millions d'années dans cette "cuisine chimique", le plus gros plat a été préparé - la vie. Et il y a environ 4,5 milliards d'années, des organismes unicellulaires sont apparus sur Terre, dont l'existence solitaire s'est poursuivie tout au long de la période précambrienne.

L'explosion de l'évolution qui a donné naissance aux organismes multicellulaires s'est produite beaucoup plus tard, il y a un peu plus d'un demi-milliard d'années. Bien que les micro-organismes soient si petits qu'ils peuvent contenir des milliards dans une seule goutte d'eau, l'ampleur de leur travail est immense.

On pense qu'au départ, il n'y avait pas d'oxygène libre dans l'atmosphère terrestre et les océans, et dans ces conditions, seuls les micro-organismes anaérobies vivaient et se développaient. Une étape particulière dans l'évolution des êtres vivants a été l'émergence de bactéries photosynthétiques, qui, en utilisant l'énergie de la lumière, ont converti le dioxyde de carbone en composés glucidiques qui servent de nourriture à d'autres micro-organismes. Si les premiers produits photosynthétiques émettaient du méthane ou du sulfure d'hydrogène, les mutants qui apparaissaient autrefois ont commencé à produire de l'oxygène au cours du processus de photosynthèse. Au fur et à mesure que l'oxygène s'accumule dans l'atmosphère et les eaux, des bactéries anaérobies, pour lesquelles il est nocif, occupent des niches anoxiques.

Dans d'anciens fossiles trouvés en Australie, qui sont estimés à 3,46 milliards d'années, des structures ont été découvertes qui seraient les restes de cyanobactéries - les premiers micro-organismes photosynthétiques. La dominance passée des micro-organismes anaérobies et des cyanobactéries est mise en évidence par les stromatolites trouvés dans les eaux côtières peu profondes des plans d'eau salée non pollués. Ils ressemblent à de gros rochers et représentent une communauté intéressante de micro-organismes vivant dans les roches calcaires ou dolomie formées à la suite de leur activité vitale. A quelques centimètres de la surface, les stromatolites sont saturés de micro-organismes : des cyanobactéries photosynthétiques productrices d'oxygène vivent dans la couche supérieure ; on trouve des bactéries plus profondes qui tolèrent l'oxygène dans une certaine mesure et n'ont pas besoin de lumière; la couche inférieure contient des bactéries qui ne peuvent vivre qu'en l'absence d'oxygène. Situés dans différentes couches, ces micro-organismes constituent un système uni par des relations complexes entre eux, notamment alimentaires. Derrière le film microbien se trouve une roche, formée à la suite de l'interaction des restes de micro-organismes morts avec du carbonate de calcium dissous dans l'eau. Les scientifiques pensent que lorsqu'il n'y avait pas de continents sur la Terre primitive et que seuls des archipels de volcans dominaient la surface de l'océan, les eaux peu profondes regorgeaient de stromatolites.

En raison de l'activité vitale des cyanobactéries photosynthétiques, l'oxygène est apparu dans l'océan et, environ 1 milliard d'années plus tard, il a commencé à s'accumuler dans l'atmosphère. Dans un premier temps, l'oxygène formé interagit avec le fer dissous dans l'eau, ce qui conduit à l'apparition d'oxydes de fer, qui précipitent progressivement au fond. Ainsi, au cours de millions d'années, avec la participation de micro-organismes, d'énormes gisements de minerai de fer sont apparus, à partir desquels l'acier est aujourd'hui fondu.

Puis, lorsque la principale quantité de fer dans les océans a subi une oxydation et ne pouvait plus lier l'oxygène, il s'est échappé dans l'atmosphère sous forme gazeuse.

Après que les cyanobactéries photosynthétiques aient créé une certaine quantité de matière organique riche en énergie à partir de dioxyde de carbone et enrichi l'atmosphère terrestre en oxygène, de nouvelles bactéries sont apparues - des aérobies qui ne peuvent exister qu'en présence d'oxygène. Ils ont besoin d'oxygène pour l'oxydation (combustion) des composés organiques, et une partie importante de l'énergie obtenue dans ce processus est convertie en une forme biologiquement disponible - l'adénosine triphosphate (ATP). Ce processus est énergétiquement très bénéfique : les bactéries anaérobies, en décomposant une molécule de glucose, ne reçoivent que 2 molécules d'ATP, et les bactéries aérobies utilisant l'oxygène - 36 molécules d'ATP.

Avec l'avènement d'une quantité suffisante d'oxygène pour un mode de vie aérobie, les cellules eucaryotes ont également fait leurs débuts, qui, contrairement aux bactéries, ont un noyau et des organites tels que les mitochondries, les lysosomes et, dans les algues et les plantes supérieures, les chloroplastes, où se déroulent les réactions photosynthétiques. Concernant l'émergence et le développement des eucaryotes, il existe une hypothèse intéressante et bien fondée, exprimée il y a près de 30 ans par le chercheur américain L. Margulis. Selon cette hypothèse, les mitochondries qui fonctionnent comme des usines d'énergie dans la cellule eucaryote sont des bactéries aérobies, et les chloroplastes des cellules végétales, dans lesquelles se déroule la photosynthèse, sont des cyanobactéries, probablement absorbées il y a environ 2 milliards d'années par les amibes primitives. À la suite d'interactions mutuellement bénéfiques, les bactéries absorbées sont devenues des symbiotes internes et ont formé un système stable avec la cellule qui les a absorbées - la cellule eucaryote.

Des études de restes fossiles d'organismes dans des roches d'âges géologiques différents ont montré que pendant des centaines de millions d'années après l'émergence, les formes de vie eucaryotes étaient représentées par des organismes unicellulaires globulaires microscopiques tels que la levure, et leur développement évolutif s'est déroulé à un rythme très lent. Mais il y a un peu plus d'un milliard d'années, de nombreuses nouvelles espèces d'eucaryotes ont émergé, ce qui a marqué un bond en avant dans l'évolution de la vie.

Cela était principalement dû à l'émergence de la reproduction sexuée. Et si les bactéries et les eucaryotes unicellulaires se sont multipliés, produisant des copies génétiquement identiques d'eux-mêmes et n'ayant pas besoin de partenaire sexuel, alors la reproduction sexuée dans des organismes eucaryotes plus hautement organisés se produit comme suit. Deux cellules sexuelles haploïdes des parents, ayant un seul jeu de chromosomes, fusionnent pour former un zygote avec un double jeu de chromosomes avec les gènes des deux partenaires, ce qui crée des opportunités pour de nouvelles combinaisons de gènes. L'émergence de la reproduction sexuée a conduit à l'émergence de nouveaux organismes, qui sont entrés dans l'arène de l'évolution.

Aux trois quarts de toute la vie sur Terre, il était représenté exclusivement par des micro-organismes, jusqu'à ce qu'un saut qualitatif d'évolution ait lieu, qui a conduit à l'émergence d'organismes hautement organisés, dont l'homme. Retraçons les principaux jalons de l'histoire de la vie sur Terre le long d'une ligne descendante.

Il y a 1,2 milliard d'années, il y a eu une explosion de l'évolution, provoquée par l'émergence de la reproduction sexuée et marquée par l'émergence de formes de vie hautement organisées - les plantes et les animaux.

La formation de nouvelles variations du génotype mixte résultant de la reproduction sexuée s'est manifestée sous la forme d'une biodiversité de nouvelles formes de vie.

Les cellules eucaryotes à organisation complexe sont apparues il y a 2 milliards d'années, lorsque les organismes unicellulaires ont compliqué leur structure en absorbant d'autres cellules procaryotes. L'un d'eux - les bactéries aérobies - s'est transformé en mitochondries - des stations énergétiques pour la respiration d'oxygène. D'autres - les bactéries photosynthétiques - ont commencé à faire de la photosynthèse dans la cellule hôte et sont devenues des chloroplastes dans les cellules d'algues et de plantes. Les cellules eucaryotes, qui ont ces organites et un noyau clairement séparé qui comprend du matériel génétique, constituent toutes les formes de vie complexes modernes - des moisissures aux humains.

Il y a 3,9 milliards d'années, des organismes unicellulaires ont émergé qui ressemblaient probablement à des bactéries et des archées modernes. Les cellules procaryotes anciennes et modernes ont une structure relativement simple : elles n'ont pas de noyau formé ni d'organites spécialisés, leur cytoplasme gélatineux contient des macromolécules d'ADN - porteurs d'informations génétiques et des ribosomes, sur lesquels se produit la synthèse des protéines et la production d'énergie sur la membrane cytoplasmique entourant la cage.

L'ARN a mystérieusement émergé il y a 4 milliards d'années. Il est possible qu'il ait été formé à partir de molécules organiques plus simples apparues sur la terre primitive. On pense que les anciennes molécules d'ARN avaient les fonctions de porteurs d'informations génétiques et de protéines catalytiques, qu'elles étaient capables de se répliquer (auto-duplication), mutées et ont subi une sélection naturelle. Dans les cellules modernes, les ARN n'ont pas ou ne présentent pas ces propriétés, mais ils jouent un rôle très important en tant qu'intermédiaire dans le transfert de l'information génétique de l'ADN aux ribosomes, dans lesquels les protéines sont synthétisées.

AL. Prokhorov
Adapté d'un article de Richard Monasterski
dans le magazine National Geographic, 1998 No 3