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06 - paleontologie

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08-  Origine de la vie 

 09-Formation de l'homme

011-revolution de la pensée humaine

 012-Formation de la terre

013- Jaeger, étude

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L'HISTOIRE INACHEVEE DES ORIGINES DE LA VIE

 

Comment la vie est-elle apparue sur Terre ? Un scénario chasse l'autre. Pourtant, chaque hypothèse a permis àla connaissance de progresser sur ce point. Jusqu'aux thèses scientifiques d'aujourd'hui.S'il est une histoire dont le début ne peut pas être "Tout a commencé par...", c'est bien celle qui concerne lesorigines de la vie. En effet, malgré les efforts des scientifiques de toutes disciplines - physico-chimistes,microbiologistes, généticiens, cosmologistes, océanographes -, nous ne pouvons toujours pas affirmer où, quandet comment est apparue la vie sur Terre.

LES ANCIENS RIVALISENT D'IMAGINATION.

Pourtant, les hypothèses ne manquent pas. Depuis des milliers d'années, les hommes s'interrogent sur lecommencement de la vie. Ils se posent, notamment, cette question cruciale: la vie, la première cellule de toutesles tonnes de vie actuelle, vient-elle de la matière "inanimée", inerte? Dès le \/le siècle avant Jésus-Christ, lesphilosophes grecs et les Egyptiens pensent que les créatures vivantes comme le ver, le crocodile ou la sourisémergent de la boue chauffée par les rayons du Soleil. En Chine ancienne, on est convaincu que les bambousdonnent naissance spontanément aux pucerons et les écrits sacrés de l'Inde mentionnent la naissanced'insectes et de parasites à partir d'ordures et de sueur. Le poète latin Lucrèce (1er siècle av. J.-C.) passe pour le précurseur des idées biologiques actuelles quand il propose une origine de la vie dans l'eau.

Mais c'est surtout Aristote (IVe siècle av. J.-C.) et sa théorie de la "génération spontanée", selon laquelle les êtres vivants naissent spontanément de la matière inerte, qui marque fortement les esprits. A tel point que sa conception reste pendant près de deux mille ans la référence exclusive du monde occidental judéo-chrétien. Comme l'explique Dominique Lecourt, professeur de philosophie des sciences à l'Un Paris VII, "cette conception du vivant put s'accorder sans difficulté au récit de la Genèse et à la conception juive de l'esprit comme souffle animant la poussière de la terre, dont l'homme est constitué". Aujourd'hui, les théologiens s'accordent pour donner à ces textes anciens le rôle de mythes d'origines. Mythes à interpréter, mythes aidant à donner un sensà la vie. Ce sont des sources d'inspiration, pas d'explication. Au Moyen Age, des voyageurs assurent avoir vu des "arbres à oies", ainsi que des végétaux sortant de fruits en forme de calebasse. L:alchimiste Paracelse, au XVIE siècle, donne une recette pour fabriquer en laboratoire un être humain miniature, un homuncule. En 1648, Jean-Baptiste Van Helmont, chimiste et médecin à Bruxelles, propose une recette pour créer en vingt et un jours des souris à partir de grains de blé et d'une chemise sale de femme, la sueur humaine jouant le rôle de principe vivifiant.

LES PREMIERS EXPERIMENTATEURS ET L 'INVENTION DU MICROSCOPE

Cependant, dès le XVIIe siècle, des savants tentent d'élucider ce mystère de la génération spontanée. Le biologiste et poète florentin Francesco Redi, sans toutefois se prononcer catégoriquement contre la génération spontanée, démontre par une série d'expériences que les asticots n'apparaissent pas spontanément dans la viande. Grâce au microscope optique inventé en 1590, l'anglais Robert Hooke, étudiant une coupe de liège, observe en 1665 une multitude de logettes ressemblant à des cellules de moine. C'est de là que vient le mot "cellule". la plus petite unité du monde vivant. Le microscope aiguise la curiosité des savants, mais engendre aussi parfois des descriptions surréalistes. Ainsi, cette publication d'un certain Louis Joblot, pourtant approuvée par l'Académie des sciences de Paris en 1716, qui, à partir d'une infusion d'anémone, rapporte la découverte d'un animal minuscule - un animalcule - à figure humaine, avec des pattes et une queue... Dans la seconde moitié du XVIII ème siècle, les expériences reprennent et on assiste à une controverse entre deux abbés: l'italien Spallanzani contre l'irlandais John de Turbeville Needham qui, soutenu par le naturaliste Buffon mais critiqué par Voltaire, prétend avoir réalisé la genèse d'animalcules à partir de jus de mouton !

 PASTEUR-POUCHET : LA QUERELLE DU SIÈCLE

Il faut finalement attendre le XIXe siècle pour voir la génération spontanée sévèrement battue en brèche par les scientifiques. Le naturaliste allemand Theodor Schwann, célèbre par ses travaux sur la théorie cellulaire, dans laquelle il avance que tous les organismes vivants sont constitués de cellules contenant un noyau, rejette avec force le vitalisme : cette doctrine selon laquelle les phénomènes vitaux ne peuvent être réduits aux mécanismes physico-chimiques, mais sont l'expression d'une "force vitale" qui rend la matière et organisée. Schwann acquiert la certitude que "les forces agissant au niveau du vivant sont les mêmes que dans la nature inorganique".

 En 1836, il prouve expérimentalement que l'air, ou l'oxygène, contient quelque chose qui peut être détruit par chauffage : ce sont les germes. Survient alors la controverse entre Pouchet et Pasteur au sujet de-ces germes, dont le point d'orgue sera une leçon donnée en 1861 à la Société chimique de Paris. A cette occasion, Pasteur démontre que la génération spontanée de microorganismes n'existe pas et que toute apparition de vie dans un bocal apparemment clos est en fait due à des poussières, des germes véhiculés par l'air à l'insu de l'observateur

. Et pour être sûr qu'il n'y a pas d'influence de l'environnement dans ce phénomène, Pasteur refait ses expériences dans le jura et sur la mer de Glace, au-dessus de Chamonix. Ce résultat a un certain retentissement dans la société du Second empire. En effet, à cette époque, nombreux sont les Français, plutôt conservateurs, qui sont hostiles à la théorie de la génération spontanée. Ils l'associent à la théorie de l'évolution de Darwin selon laquelle, pour résumer, l'homme descend du singe. Pasteur, lui-même conservateur, aurait, en partie du moins, entrepris ses recherches dans le but de soutenir les valeurs traditionnelles. Et en 1864, il s'exclame : « Quelle victoire cela serait pour le matérialisme s'il pouvait démontrer que la matière pouvait s'auto-organiser et fabriquer la vie toute seule!"

 Malgré les faiblesses de la chimie à l'époque, les savants les plus éclairés admettent que la vie a évolué à partir du monde minéral, inorganique. Idée sinon confirmée, du moins fortifiée en 1828 par le chimiste Wöhler qui réussit la première synthèse organique, celle de l'urée, l'une des composantes de l'urine, à partir d'une substance minérale. Les préjugés s'évanouissent peu à peu, mais le changement ne se fait pas sans résistance, y compris de la part de scientifiques de renom. Parmi eux, lord Kelvin et surtout le physicien suédois Svante Arrhénius, prix Nobel de chimie, qui propagent en 1906 la théorie de la panspermie, doctrine selon laquelle les germes venant de l'espace auraient été transportés sur la Terre par les météorites, les comètes ou encore les rayons lumineux. Dès 1910, Becquerel réfute cette théorie en démontrant que les rayons ultraviolets détruisent tout germe de vie. Pourtant, la panspermie ne semble pas encore tout à fait morte. Sir Fred Hoyle, astrophysicien à l'Université de Cambridge et auteur de science-fiction, attribue un rôle central aux comètes. En 1993, il va même jusqu'à suggérer qu'elles ont apporté sur Terre les premières abeilles et les premiers cafards !

 L'AVÈNEMENT DE LA CHIMIE DU VIVANT

Revenons sur Terre. Avec les progrès de la méthode scientifique, le débat se déplace. La question n'est pas tant de savoir quelle est la provenance des germes de vie que d'expliquer comment la vie a pris naissance pour atteindre la complexité que nous connaissons aujourd'hui. A la fin du XIXE siècle, ce sont les théories protoplasmiques qui dominent. Selon le naturaliste anglais Thomas H. Huxley, ce qui constitue la masse de la cellule, le protoplasme, représente la substance de la vie. En Allemagne, Ernst Haeckel, fervent défenseur de Darwin, pense que les phénomènes vitaux aussi bien que non vivants sont régis par les mêmes lois physiques.

Pour lui, l'avènement de la théorie de l'évolution implique l'abandon des croyances religieuses et l'adoption d'une nouvelle philosophie, le monisme, qui s'oppose au dualisme du corps et de l'âme, principe fondateur de la conception de l'homme. Mais c'est le chimiste Pflüger qui suggère que le cyanure (sel de l'acide cyanhydrique) est le lien entre le monde inanimé et le monde vivant. Ainsi naît l'idée d'une longue évolution chimique, qui aurait précédé le commencement de la vie. Le développement de la biochimie au début du XXe siècle met en évidence la complexité chimique de la cellule. Le fait que des protéines particulières, les enzymes, puissent catalyser les réactions métaboliques ébranle lathéorie qui attribue au protoplasme dans son ensemble la responsabilité des processus vitaux.

De plus, l'émergence de la génétique va favoriser une nouvelle approche des origines de la vie. Prolongeant les travaux du moine Gregor Mendel (1865), Thomas Morgan démontre en 1910 la théorie chromosomique de l'hérédité. Ce sont les gènes portés par les chromosomes qui se dupliquent et commandent le développement d'un organisme semblable à ses parents. Une nouvelle idée voit le jour: la duplication et les mutations sont les caractéristiques fondamentales de la vie. Et c'est sur cette idée neuve que reposent les recherches actuelles sur les origines de la vie.

 DES MOLECULES ORGANIQUES A LA CELLULE HUMAINE

Extraordinaire scénario que celui qui invente la vie ! Que ce soit à la surface de la Terre, au fond des océans, ou grâce aux météorites, la vie est le fruit d'une longue évolution. Un beau jour, les trois grandes familles de molécules chimiques indispensables à la vie se trouvent rassemblées au sein d'une membrane. La première "cellule"" vivante capable de fonctionner est née.

D'OÙ VIENNENT LES INGRÉDIENTS DE LA VIE ?

Il y a environ quatre milliards d'années, la Terre est la seule planète, au sein de l'Univers, où l'eau est présente en grande quantité. Les sédiments d'Isua au Groenland, vieux de 3,8 milliards d'années, en témoignent. C'est précisément dans ce décor aquatique que sont nées les premières molécules "organiques", celles-là mêmes que l'on retrouve aujourd'hui dans tous les organismes vivants, capables donc de se reproduire. Ces molécules organiques primitives sont bâties sur un squelette de carbone auquel s'arriment essentiellement des atomes d'hydrogène, d'oxygène, d'azote, de soufre et de phosphore. Mais aussi des éléments plus lourds comme le calcium ou le fer. Comme le rappelle le géophysicien Jean-Paul Poirier dans son tout récent livre Le minéral et le vivant, la matière organique (vivante) ne diffère pas de la matière minérale (inanimée) par sa nature, mais par sa complexité. Les molécules organiques situées à la base du processus de I'évolution vers la vie sont nombreuses même si certaines ont disparu du fait de la dérive des continents, de l'érosion et surtout de l'oxygène qui, on l'oublie parfois, est un poison violent pour certaines molécules. A ce jour, les molécules organiques les plus anciennes (3,5 milliards d'années) contenues dans des micro-organismes fossilisés, des algues bleues, ont été trouvées en Australie dans les stromatolithes, sortes de millefeuilles calcaires. Comment ont pu se former les molécules organiques ? Les scientifiques ont proposé et proposent encore différentes hypothèses.

L'ATMOSPHERE PRIMITIVE

Dans les années 20, le Soviétique Oparin et l'Anglais Haldane émettent, chacun de leur côté, l'idée de la fabrication de composés chimiques dans l'atmosphère terrestre. La vie a pris naissance en absence d'oxygène, et Oparin pense que l'atmosphère primitive est dominée par le méthane, alors que pour Haldane, les molécules organiques se sont formées à partir de dioxyde de carbone. En 1953, l'hypothèse d'Oparin se trouve confirmée par l'expérience presque mythique de Miller qui fait appel à "l'étincelle de vie". Ce jeune étudiant de 23 ans à l'Université de Chicago remplit un ballon d'un mélange gazeux de méthane, ammoniac, hydrogène et eau. Il soumet ce mélange à l'action d'un arc électrique simulant les orages de la Terre primitive. Parmi les composés formés, il identifie l'acide cyanhydrique et le formol, deux molécules qu'on pourrait appeler les "inévitables" : on les retrouve très souvent dans cette histoire qui conduit aux molécules biologiques. C'est ainsi qu'il isole plusieurs acides aminés, les briques constitutives des protéines, ces éléments vitaux de toute cellule. Depuis cette expérience, 17 des 20 acides aminés protéiques ont été isolés, ainsi que certains éléments constitutifs des acides nucléiques, les molécules porteuses de l'information génétique. Méthane ou dioxyde de carbone ? Le débat reste ouvert.

LE FOND DES OCÉANS

Des composés organiques ont-ils pu apparaître au fond des océans, autour des sources hydrothermales ? Si la richesse en gaz y est satisfaisante, la température semble être un handicap. L'eau qui s'échappe de la croûte terrestre sous forme de geysers est en effet portée à 350° Celsius, température quasi "invivable" pour les briques du vivant. Reste à envisager la synthèse de molécules en périphérie des "fumeurs", autre nom donné à ces sources des profondeurs extrêmes. Au laboratoire, en mimant ces conditions sous-marines, le chimiste n'a pu obtenir que des rendements extrêmement faibles. Toutefois, récemment, les océanographes ont découvert des bactéries dites thermophiles capables de vivre à 110 °C ! L'enquête continue...

 L'APPORT EXTRATERRESTRE

Dernière piste possible : des molécules organiques tombées du ciel! A ce jour, les radioastronomes ont dénombré plus de cinquante molécules organiques dans l'espace interstellaire. Leur synthèse a lieu dans les nuages denses de gaz et de poussières par collisions d'atomes d'hydrogène et d'hélium avec les particules très énergétiques du rayonnement cosmique. Parmi elles, les "inévitables" acide cyanhydrique et formol. Les comètes, comme celle de Halley, et les météorites, comme celles d'Orgueil, tombée dans le Tarn (France) en 1864, ou de Murchison (Australie), en 1969, ont pu apporter d'importantes quantité de molécules organiques. La grosse météorite de Murchison tombée en Australie contient des acides aminés et des bases azotées qui entrent dans la composition des acides nucléiques. Quant aux micrométéorites collectées dans la glace bleue de l'Antarctique, 80% des grains mesurant environ un dixième de millimètre renferment de la matière organique et dont pas fondu lors de leur rentrée dans l'atmosphère. 

LA VIE PRIMITIVE

En supposant donc que les molécules organiques soient arrivées sur Terre, comment ont-elles pu ensuite donner naissance aux premiers systèmes vivants ? Là encore, les indices qui pourraient guider le chimiste font cruellement défaut. Pour comprendre le passage de l'inanimé au vivant, il faut identifier les qualités minimales qui caractérisent un système vivant. Schématiquement, le vivant primitif peut être défini comme un système capable de réaliser des copies de lui-même (autoréplication) en commettant de petites erreurs de copie dont certaines confèrent au système une meilleure efficacité. Ce qui est d'une importance fondamentale pour permettre l'évolution des êtres vivants! Donc les erreurs sont importantes puisqu'elles permettent l 'évolution.

 LE MINERAL, BERCEAU DE LA VIE

Première idée qui vient alors à l'esprit : existe-t-il une vie minérale ? Les similitudes observées entre les systèmes vivants et la croissance des cristaux a amené Cairns-Smith de l'Université de Glasgow à proposer l'idée d'une vie minérale fondée sur un transfert d'information entre cristaux. Meilleurs candidats pour supporter cette hypothèse : les argiles. Structurées en feuillets, elles peuvent retenir à leur surface les molécules organiques. Par ailleurs, certaines augmentent la vitesse des réactions chimiques: on dit qu'elles ont des propriétés catalytiques. Toutefois, la vérification expérimentale en laboratoire n'est pas convaincante.

LA PISTE CELLULAIRE

L'unité des êtres contemporains. qu'ils appartiennent au règne animal ou végétal, suggère que la vie est apparue sous les traits d'une cellule simplifiée. Pendant des décennies, les chimistes ont essayé de reconstituer en laboratoire les trois familles de molécules indispensables au fonctionnement d'une cellule contemporaine. Quelles sont ces molécules ? D'abord des molécules assurant l'écorce de la cellule (membrane), ensuite des molécules qui stockent et copient les informations nécessaires à son fonctionnement. Enfin des molécules qui réalisent le travail chimique de toute cellule, les molécules catalytiques. Sans membrane, point de salut! Il faut donc des molécules de compartimentation qui retiennent les constituants de la cellule et évitent leur dispersion dans le milieu environnant. La membrane biologique est formée de phospholipides (corps gras).

Particularité de ces molécules: elles ont une "tête" hydrophile et une "queue" hydrophobe. Ce qui leur permet de s'organiser spontanément dans l'eau sous forme de vésicules. Au sein de cette couche fluide et imperméable s'insèrent quelques protéines qui, elles, assurent les échanges avec l'extérieur. Dans la météorite de Murchison, on a détecté la présence d'acides gras. Dans l'état actuel des connaissances, ces molécules météoritiques pourraient donc être les constituants des membranes primitives.Quelle est la seconde famille de molécules ?

Comme leur nom l'indique, les molécules porteuses d'information stockent et copient les informations nécessaires au bon fonctionnement de la cellule. L'ADN (acide désoxyribonucléique) et l'ARN (acide ribonucléique) sont de très longs mots écrits à l'aide de quatre lettres différentes, les nucléotides. Chaque nucléotide se compose d'un sucre (ribose ou désoxyribose), d'un phosphate et d'une base (purine ou pyrimidine). Les météorites contiennent du phosphore et des bases puriques. Le chimiste arrive à peine à synthétiser ces dernières à partir d'acide cyanhydrique. De même pour le ribose à partir du formol, mais avec un rendement encore plus faible. Sans entrer dans le détail, les réactions se compliquent au fur et à mesure qu'on passe à l'étape suivante dans l'espoir d'arriver jusqu'à l'acide nucléique. Toujours est-il qu'à l'heure actuelle, les chimistes ne savent pas encore synthétiser un petit fragment d'acide nucléique dans des conditions prébiotiques, c'est-à-dire simples.

La troisième grande famille est celle des molécules catalytiques, les ouvriers qui effectuent le travail chimique de la machinerie cellulaire. La plupart des réactions chimiques sont accélérées par les enzymes qui coupent, collent, déroulent, dégradent, réparent... Celles-ci constituent une classe particulière de protéines, écrites à l'aide de vingt lettres différentes, les acides aminés. Les protéines sont synthétisées selon les instructions contenues dans l'ADN. Les acides aminés existent dans les météorites et le chimiste les a synthétisés en laboratoire.

 LA REPONSE VIENDRA-T-ELLE DE L'ESPACE ?

La vie pourrait être apparue non pas sous les traits d'une cellule, ni sous ceux d'un ARN, mais sous une forme plus simple. Ce que les chimistes appellent un système autocatalytique simple. Ce système serait capable de produire des copies de lui-même de façon non biologique. Les exobiologistes - les biologistes qui étudient l'origine, l'évolution et la distribution de la vie dans l'Univers sont de plus en plus persuadés que la vie est apparue il y a quatre milliards d'années sous une forme qu'il faut réinventer. Ils attendent beaucoup de l'exploration du système solaire. Particulièrement de deux corps célestes-témoins: Titan, le plus grand satellite de Saturne, et Mars. Le premier, dépourvu d'eau liquide, a une atmosphère riche en azote et méthane. La planète Mars, célèbre par sa surface présentant des lits de rivières asséchés, devrait révéler des traces de vie qui se serait arrêtée à un stade embryonnaire (mission Cassini-Huygens qui abordera Titan en 2004, et plus tard encore pour la mission martienne).

Extrait de Eureka, janvier 1996 n°3.

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