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Posté par Publication le Vendredi 11/04/2014 à 00:13
Recherche sur les origines de la vie sur Terre: premiers métabolismes
Un des plus grands mystères que l'on cherche à percer est de savoir comment la vie est apparue sur Terre. Des scientifiques ont déterminé approximativement quand la vie a commencé (il y a environ 3,8 milliards d'années), mais il y a encore un débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance, à laquelle prennent part des individus ayant des avis, idées, réflexions ou opinions divergentes pour le sujet considéré. Un débat...) intense sur exactement comment la vie (La vie est le nom donné :) a commencé. La possibilité que les réactions métaboliques simples soient apparus près des sources chaudes à très grande profondeur, permettant le saut d'une non-vie à un monde (Le mot monde peut désigner :) vivant a gagné en popularité au cours des deux dernières décennies.


Pour recueillir leurs échantillons, les chercheurs sont allés sur des sites de sources hydrothermales où la chimie prédisait qu'ils trouveraient du methanethiol en abondance, et d'autres où très peu a été prévu . Au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique...), ils ont mesuré la distribution de méthanethiol dans 38 fluides hydrothermaux de multiples environnements géologiques différents y compris les systèmes le long de la dorsale médio-atlantique, le bassin de Guaymas, la dorsale Est-Pacifique, et la montée à mi-Cayman - une enquête sans précédent - sur une période entre . 2008 et 2012 - Illustration: Woods Hole Oceanographic Institution/Meg Tivey,

Des recherches récentes ont été menées par les géochimistes Eoghan Reeves, Jeff Seewald, et Jill McDermott au Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) afin de vérifier l'hypothèse fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) sur la formation des premiers métabolismes, et constate que ce n'est pas si évident qu'on le pensait auparavant. Au lieu de cela, leurs résultats pourraient donner une orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la...) pour la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) de la vie sur d'autres planètes. Le travail est publié dans Proceedings of the National Academy of Science . 

En 1977, les scientifiques ont découvert des communautés biologiques étonantes vivant de façon inattendue autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) des bouches hydrothermales dans les fonds marins crachant des geysers composés d'un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est...) chimique riche en hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est : CO2.) et de soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.), loin de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm...) du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...). Inspirés par ces conclusions, les scientifiques ont proposé plus tard que les sources hydrothermales pourraient fournir un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon féconde l'étude de la divisibilité pour les entiers. Il est ainsi possible...) avec tous les ingrédients nécessaires pour permettre à la vie microbienne d'émerger sur la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...). Un élément central de cette hypothèse est un composé de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) contenant du soufre simple appelé "methanethiol" - un précurseur géologique supposée de l'acétyl-CoA enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et d'accélérer jusqu'à...) présente dans de nombreux organismes, y compris chez les humains. Les scientifiques ont soupçonné que le methanethiol aurait pu être le "levain" à partir duquel toute vie est apparue. La question que devait résoudre Reeves et ses collègues était de savoir si le methanethiol, un précurseur essentiel de la vie, pourrait être le pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours d'eau, voie de communication, vallée, etc.) en passant par-dessus cette séparation. Le franchissement...) entre la première vie microbienne sur la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la...) et un monde non-vivant chimique.

Le dioxyde de carbone, d'hydrogène et de sulfure (En chimie, un sulfure est un composé chimique ou la combinaison de soufre avec un degré d'oxydation de -2, avec un autre élément chimique ou un de ses radicaux. Certains composés covalents du soufre, tels le sulfure...) sont les ingrédients communs présents dans les fluides hydrothermaux."L'idée était de recréer du methanethiol à partir des ingrédients de base que l'on trouve dans les fonds marins près des cheminées hydrothermales", ajoute Reeves. 

L'idée était séduisante, et pouvait résoudre les questions posées sur l'origine de la vie notamment confronter l'origine de la vie (Cet article est consacré aux origines de la vie d'un point de vue scientifique. Les aspects mythiques et religieux sont traités dans l'article Cosmogonie. La précédente théorie scientifique de l'origine de la vie est...) par une évolution au fond des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.) avec l'hypothèse d'une propagation sur terre par une comète (En astronomie, une comète est un petit astre brillant constitué de glace et de poussière du système solaire, dont l'orbite a généralement la forme d'une ellipse très allongée, et...) ou un astéroïde (Un astéroïde est un objet céleste dont les dimensions varient de quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres et qui, à la différence d’une...). Comment est apparu le premier matériel génétique ? l'hypothèse du "monde de l'ARN" ?. Cependant, dit Reeves, "il nous a fallu un certain temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) pour réellement commencer à tester cette idée"de premier métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l'organisme vivant. C'est un processus ordonné, qui fait...) dans le milieu naturel, en utilisant des évents modernes analogues à ceux qui étaient là quand la vie a commencé. " 


Faire du methanethiol avec des produits chimiques disponibles dans les fluides hydrothermaux, a été pensé comme un processus facile à réaliser. Pour tester cette théorie, les chercheurs ont recueilli des fluides dans les échantillonneurs étanches isobares (IGT) et les ont analysés pour la mesurer la présence de méthanethiol.  Ilustration : Woods Hole Oceanographic Institution/Chris allemand

Et au cours de leurs recherches les scientifiques ont été surpris par ce qu'ils ont trouvé. 

Pour mesurer directement le méthanethiol, les chercheurs sont allés sur des sites de sources hydrothermales où l'abondance de methanethiol était prévisible et d'autres site où la présence du méthanethiol serait moindre. Au total, ils ont mesuré la distribution de méthanethiol dans 38 fluides hydrothermaux à partir de plusieurs environnements géologiques différents y compris les systèmes le long de la dorsale médio-atlantique, le bassin de Guaymas, la dorsale Est-Pacifique, et la montée à mi-Cayman sur une période allant de 2008 et 2012. 

" Certains systèmes sont très riches en hydrogène, et quand vous avez beaucoup d'hydrogène, il devrait, en théorie, être très facile à faire beaucoup de methanethiol ", dit Reeves. Les fluides ont été recueillis dans des échantillonneurs isobar étanches aux gaz (IGT) développés par Jeffrey Seewald, qui maintiennent les fluides à leur pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) naturelle et permettent des analyses de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...) dissous.

 Au lieu d'une abondance de méthanethiol, les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) qu'ils ont recueilli dans les environnements riches en hydrogène a montré qu'il y en avait moins. ". Étonnamment, dans les environnements à faible hydrogène, la recherche a trouvé plus de methanethiol que ce qu'ils avaient prévu, en contradiction (Une contradiction existe lorsque deux affirmations, idées, ou actions s'excluent mutuellement.) avec l'idée originale de comment ce forme le Méthanethiol.  Dans l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...), cela signifie que les réactions proto-métaboliques à partir des systèmes hydrothermaux riches en hydrogène par la chimie du carbone-soufre auraient probablement été beaucoup plus difficiles qu'on ne l'avait pensé.

Critiques, les chercheurs ont constaté une abondance de methanethiol formé dans les fluides à faible température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de...) (en dessous d'environ 200 ° C), où le fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu...) se mêle à l'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.) plus froide dans les fonds océaniques. La présence d'autres marqueurs révélateurs de ces fluides, tels que l'ammoniac (L’ammoniac est un composé chimique, de formule NH3 (groupe générique des nitrures d'hydrogène). C'est une molécule pyramidale à base trigonale : l'atome d'azote (N) est au sommet et...), un sous-produit de décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils soient d'origine animale ou végétale dès...) de la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le domaine de l'énergie, le...), suggère fortement que ces fluides ont pour origine la matière organique (La matière organique (MO) est la matière carbonée produite en général par des êtres vivants , végétaux, animaux, ou micro-organismes....) microbienne existante. 

"Ce que nous avons trouvé essentiellement dans notre étude est que nous ne pensons que le methanethiol se forme par des moyens purement chimiques sans la participation de la vie. C'est peut-être des nouvelles décevantes pour l'hypothèse d'un départ de la vie par proto-métabolisme hydrothermale", dit Reeves. "Cependant, nous avons constaté que le methanethiol peut être facilement conceptualisé comme un produit de dégradation de la vie microbienne  et indiquer que la vie est présente et répandue dans les fonds marins "


Fluide émanant d'une structure sous la mer des Caraïbes. Les chercheurs montrent que les fluides émanant de Von Damm et d'autres zones thermales contiennent un composé de soufre, méthanethiol, qui est indicatif de la vie souterraine . Les points de laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light amplification...) rouges ont 10cm de côté, à l'échelle. Illustration : (Woods Hole Oceanographic Institution/Expedition 2011.

Les chercheurs pensent que cette étude pourrait changer la façon dont nous pensons la recherche de la vie sur les autres planètes. "L'avantage est, que maintenant, nous avons un marqueur simple de la vie. Un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les...) si nous pouvons poser un rover sur les océans couverts de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) de la lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant la Terre de la Lune...) de Jupiter Europa, autre endroit dans le système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit,...) qui peut accueillir des sources hydrothermales, et peut-être la vie, nous pourrons forer avec succès à travers la glace. Ce sera la première chose qu'il faudra probablement faire pour mesurer la présence de methanethiol ", dit Reeves. "On peut même penser que cela pourrait arriver à l'échelle de notre vie."

Quant à la recherche des origines de la vie, Reeves reconnaît que les sources hydrothermales sont toujours un endroit très favorable à l'émergence de la vie, mais, dit-il, "peut-être le methanethiol n'était tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) simplement pas une bonne pâte au levain. L'environnement hydrothermal est encore un lieu possible pour la naissance de la vie, et la question est toujours posée de savoir comment tout a commencé ".
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