La chimie de la vie

La chimie de la vie sur Terre est basée principalement sur le carbone, l'oxygène, l'hydrogène et l'azote.

- Les molécules fondamentales de la vie (alphabet de la vie) sont composées de 20 espèces d'acides aminés et de 5 espèces de nucléotides.

La molécule la plus importante est l'ADN (Acide DésoxyriboNucléique). Elle peut comporter jusqu'à 12 milliards d'atomes.

Elle est à la base de la vie et sa particularité essentielle est de pouvoir se reproduire à l'identique.

Elle a une autre particularité c'est de muter (de subir des transformations). C'est ce qui explique la diversité de la vie sur Terre et de la lente évolution des espèces.

Remarque :

- les acides aminés ont un action amine et acide sur le carbone, elles sont les briques de construction des protéines.

- les acides nucléiques (ADN, ARN) sont les supports du code génétique (ils transportent l'information), ils sont composés de molécules très complexes.

- chaque brin de l’ADN est un enchaînement (polymère) de millions de nucléotides.

- les protéines sont constitués d'acides aminés et permettent de catalyser les réactions chimiques utiles (elles permettent notamment de faire des copies).

Suite à la formation de la Terre il y a 4,6 milliard d'années, les principaux composés de l'atmosphère primitive (principalement créés par le dégazage des roches composant le sol et le sous-sol) sont :

- l’azote (N)

- le gaz carbonique (CO2)

- la vapeur d'eau (H20).

Au début de son histoire, la Terre en se refroidissant, a condensé la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère ce qui a entraîné les pluies diluviennes qui sont à l’origine des océans. La température de l’eau devait être importante (supérieure à 50°C), et les forces de marée induite par la Lune bien plus accentuées qu’aujourd’hui (la journée ne durait probablement que 12h et la Lune ne se trouvait sans doute qu’à 100 000 km de la Terre).

L'effet de serre était important (la Terre ressemblait à la Vénus actuelle), et la pression atmosphérique était beaucoup plus importante qu'aujourd'hui. La température d'ébullition de l'eau était bien supérieure à 100° C.

A ce moment là, trois phénomènes se conjuguent :

- L'absence d'ozone (oxygène gazeux), favorise l'action des rayons ultra-violet du soleil.

- L'action thermique du soleil combinée à celle des laves des volcans primitifs apportent la chaleur.

- L'action des orages et de la foudre génère des phénomènes électriques.

Sous l'effet de ces trois principaux phénomènes, les premières briques organiques (acides aminés, sucre, courtes chaînes d'ADN) font leur apparition. Cette expérience refaite en laboratoire dès les années 50 par un certain Stanley Miller, va permettre de prouver que des molécules organiques et des acides aminés peuvent être fabriqués dans de telles conditions. Mais cette expérience fût contestée, à juste titre, car la source de carbone utilisée était à base de méthane (CH4), élément qui n’était pas à priori en abondance sur Terre au début de son histoire. Quand l'expérience fût refaite avec du CO2, les proportions d'acides aminés étaient bien moindre.

Quoiqu'il en soit, il faut une source de carbone (et le CO2 en est une) pour construire des molécules organiques.

Rappel de ce qu'est une molécule organique :

La chimie organique est la chimie du carbone. Cependant, pour parler de molécule organique, il est nécessaire que soient présents à la fois le carbone et l'hydrogène. Le dioxyde de carbone (CO2) n'est pas une molécule organique, de même que l'eau (H2O). En revanche, le méthane (CH4) en est une.

Les propriétés particulières des molécules organiques découlent de celles de l'atome de carbone. Il peut établir 4 liaisons avec des atomes voisins, ce qui lui permet de construire de longues chaînes, qui peuvent porter divers groupements aux spécificités variés. Le silicium est doté des mêmes possibilités et d'ailleurs la chimie des silicones est aussi riche que celle du carbone. Toutefois la vie basée sur le silicium restera un rêve d'auteur de science fiction, parce-que les liaisons qu'il établit avec les autres atomes sont très solides, alors que celle du carbone, plus faible, permettent aux réactions chimiques de se dérouler à une température compatible avec la vie (c'est à dire en fait avec l'eau liquide).

Dans les années 1970, on a découvert qu'une astéroïde était porteuse d'acides aminées (la météorite de Murchison, tombée le 28 septembre 1969 en Australie) et que cette météorite était constituée de molécules organiques chirales (dissymétrie de disposition du carbone dans la molécule) ce qui est le cas pour 19 acides aminés sur 20 que constituent la base du vivant sur Terre (chiralité gauche). Dans les astéroïdes classiques, les proportions de symétrie gauche et droite sont les mêmes.

De plus, on a découvert que cette polarisation pouvait être engendrée par l'action de certaines étoiles (étoiles à neutrons notamment).

On pourrait donc considérer que la vie vient de l'espace (panspermie) ...

Autre chose, encore plus importante, c'est qu'on retrouve souvent des molécules organiques dans les météorites, et ces molécules ont très bien pu ensemencer la Terre au début de son histoire : dans un environnement favorable (l'eau), la construction de molécules complexes propres à la vie a donc pu démarrer.

Ce qui voudrait dire que partout où il y a de l'eau à l'état liquide, la vie peut apparaître avec un petit coup de pouce de l'espace.

Au début de l’histoire de la Terre, ces briques vont se retrouver dans les océans primitifs, et là, à l'abri des UV nocifs du soleil (à une dizaine de mètres de profondeur pour être correctement protégées), elles vont s'associer en devenant de plus en plus complexes.

Il y a donc 3,6 milliards d'années, les premiers organismes primitifs commençaient à peupler les océans. Parallèlement, suite aux pluies incessantes, le CO2 est précipité au sol et disparaît en se transformant avec d’autres composés, en calcaire et aux éléments carbonatés. A ce moment là, l’atmosphère de la Terre est essentiellement composée d’azote (comme maintenant). L’oxygène quant à lui, est absent.

Histoire de la vie sur Terre

Pendant près de 3 milliards d'années la vie unicellulaire va peupler les océans , et il y a un peu plus de 800 millions d'années, les premiers organismes pluricellulaires vont apparaître.

Ci-dessous, ce qui pouvait ressembler à la vie sur Terre il y a 800 millions d’années :

Cette vie « océanique », va permettre l’apport d’oxygène (O2) dans l’atmosphère terrestre, et de par la même, la construction de l’ozone (O3), filtre UV protecteur ô combien important pour la vie en dehors des océans.

Il y a 600 millions d'années (début de l'ère primaire, au Cambrien) une végétation sommaire (lichen, mousse) va sortir de l'océan pour aller peupler les zones continentales encore vierges de vie.

C'est à ce moment là qu'on pense que la Terre transformée en immense boule de neige va se réchauffer, faisant fondre la majorité de l'eau gelée. Il y a 500 millions d'années, les premiers vertébrés font leur apparition.

Ci-contre, un fossile de trilobite, espèce qui peuplait les océans il y a 550 millions d’années

Ce sont des poissons sans mâchoires, ni nageoires, qui possèdent une carapace osseuse externe. Certains animaux sortent de l'océan et s'adaptent à la vie terrienne. La vie explose ...

Cependant un événement majeur a lieu il y a 250 millions d'années faisant disparaître 90% des espèces vivantes (météorite ???). Ce qui entraîne une période glacière.

La Pangée est à ce moment là le continent unique issue du rapprochement de toutes les plaques continentales.

On le sait grâce à l'analyse de certaines croûtes continentales (les croûtes océaniques sont beaucoup trop jeunes pour être utiles à la datation, elles ont 180 Millions d'années pour les plus anciennes).

Les premiers reptiles font leur apparition. Les premiers mammifères apparaissent vers 200 millions d'années et les premiers dinosaures vers 135 millions d'années.

Un autre événement majeur a lieu il y a 65 millions d'années (ère tertiaire), et beaucoup d'espèces disparaissent, permettant aux mammifères de proliférer et d’évoluer.

Il y a 2 à 4 millions d'années (ère quaternaire), l'homme fait son apparition (australopithèques).

De toutes ces époques successives, des centaines de millions d’espèces animales ont peuplé la Terre, 0,1% des ces espèces existent encore aujourd’hui.

Chronologie de l’histoire de la Terre transposée à une année terrestre :

Pour une meilleure compréhension, nous pouvons imaginer l’histoire de la Terre dans une année de 365 jours. Le début de l'histoire du Système Solaire commence donc le 1er janvier à 0 h.

Il faudra attendre le mois de novembre pour que les premiers poissons apparaissent. Les dinosaures gambaderont à la mi-décembre et l'homme apparaîtra le 31 décembre à 20 h (apparition de l'homme il y a ~ 2 millions d'années). A cette échelle le Big-Bang aura eu lieu 3 ans auparavant.

Nombre d'espèces vivants aujourd'hui sur Terre :

- 4000 virus

- 4000 bactéries

- 72 000 champignons

- 270 000 plantes

- 1,4 millions d'invertébrés

- 950 000 insectes

- Vertébrés

- 19 000 poissons

- 9 000 oiseaux