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Expérience :
Stanley Miller a voulu reproduire les conditions de la Terre primitive. En 1953, il a enfermé dans un ballon des gaz (méthane CH4, ammoniac NH3, hydrogène H2 et eau H2O) et a soumis le mélange à des décharges électriques à l'intérieur pendant 7 jours.
Résultats :
Il a obtenu des molécules organiques, les briques du vivant, et notamment de l'urée, du formaldéhyde (HCHO), de l'acide cyanhydrique (HCN), des bases et des acides aminés. Certains composés étant présents à plus de 2%.
Miller a utilisé une atmosphère réductrice (CH4, NH3, H2 , H2O) et non pas une atmosphère oxydante, telle qu'elle était sur Terre à époque de l'apparition de la vie. Depuis l'expérience a été refaite plusieurs fois, en variant la composition de l'atmosphère et la source d'énergie (utilisation du rayonnement UV notamment). Cependant, l'atmosphère oxydante (dioxyde de carbone CO2 , azote N2 ,eau H2O) qui provient du volcanisme donne de très mauvais rendements.
Suite aux expériences de Miller, il a fallu déterminer les réactions chimiques qui se sont produites dans l'enceinte (le ballon dans lequel il avait enfermé les différents gaz. Ainsi est née la chimie organique dans l'eau.
Ces réactions nécessitent de fortes concentrations, des domaines de température et de pH très étroit qui font que ces mécanismes sont très peu probables : une mare en voie d'assèchement pourrait peut-être expliquer les fortes concentrations.
L'expérience fut très critiquée à cause de cela. De plus, les molécules organiques obtenues peuvent à priori provenir d'une contamination extérieure! Mais une analyse plus poussée des molécules obtenues montre que l'on obtient un mélange racémique de molécules, alors que les AA naturels n'existent que sous une de leur 2 formes énantiomères.
Il ne reste donc plus qu'a expliquer l'homochiralité...
Par hasard :
La première explication que l'on peut proposer, est que c'est le fait du hasard s'il existe aujourd'hui des A.A "naturels" lévogyres plutôt que dextrogyres. Mais si un A.A lévogyre a été formé quelque part sur la Terre, il y a de grandes chances que le même A.A lévogyre ait été créé ailleurs !
Il faut donc ensuite expliquer rapidement le déséquilibre D/L. La cristallisation est un bon moyen pour cela : en plongeant un cristal d'une des formes énantiomère dans un mélange où les 2 énantiomères sont en équilibre, toute la solution se cristallise avec la même forme énantiomère.
La nébuleuse d'Orion produit de la lumière polarisée circulaire à 17% dans l'infra rouge (IR).
L'IR n'a pas assez d'énergie pour casser des liaisons covalentes, mais on peut supposer que les UV sont également polarisés circulairement. La nébuleuse a donc ainsi inondé un coin de l'espace de sa lumière polarisée. Mais elle est trop lointaine pour avoir influencé les réactions chimiques sur la Terre. Toutefois, si cette hypothèse s’averrait être exacte, alors dans d’autres systèmes solaires plus éloignés d’Orion, on n’aurait pas forcément la même forme énantiomère des A.A.
Les A.A ont très bien pu se former dans l'espace, près d'Orion ou d'une autre étoile avec une géométrie chirale. C'est ce que nous apprend l'étude des météorites.
On a retrouvé sur la météorite de Murchinson découverte en 1970, 70 A.A différents dont 3 seulement font partie des 20 A.A naturels. De plus ces A.A sont dans des proportions non racémiques (le pourcentage est cependant beaucoup discuté, dû à d'éventuelles contaminations, et varie entre 50% et -5% suivant les équipes de recherche pour l'excès de la forme L).
Il a été découvert que la matière est intrinsèquement asymétrique. « Lorsque l'on place des atomes de cobalt dans une géométrie asymétrique, c'est-à-dire dans un champs magnétique, les électrons produits de la désintégration de neutron se déplacent toujours dans la direction opposée à leur spin (aligné sur le champ ). Les électrons sont donc intrinsèquement gauches. » Cette expérience de Tsung Dao Lee et Chen Ning Yang qui reçurent le prix Nobel en 1957 peut être reproduite avec n'importe quel atome. Un gaz de vapeur de césium par exemple dans un champs électromagnétique a un pouvoir rotatoire. C'est ce sur quoi a travaillé Marie-Anne Bouchiat, directeur recherche CNRS a l'ENS. Ce phénomène est facilement observable sur les atomes lourds car la force mise en jeu est la force d'interaction faible entre le noyau et l'électron.
Ainsi il a été calculé que les A.A naturels sont thermodynamiquement plus stables que leur image dans un miroir.
Les sources hydrothermales ont été découvertes en 1977 à 2600 mètres de profondeur, là où deux plaques tectoniques se séparent.
Les monts hydrothermaux sont donc situés sur la couche sédimentaire. Leur diamètre à la base varie de 25 à 100 mètres et leur hauteur varie de 70 à 100 mètres. Les cheminées des fumeurs sont parfois recouvertes d’une croûte d’oxyde de manganèse. Les fumeurs situés sur ces monts sont composés d’un solide friable dont la couleur varie du gris noir à l'ocre, ce sont des sulfures de fer, de cuivre et de zinc.
Ces sources sont particulièrement intéressantes car on y a trouvé la vie où on la croyait impossible : l’oxygène, à haute température, sans lumière. Cependant les gradients de température importants autour de ces zones et le fait que les UV destructeurs ne parviennent pas si profondément (alors qu'ils détruisent toute molécule formée à la surface) sont de bonnes conditions pour l' apparition de la vie.
Ces organismes ont les mêmes formes que ceux que l'on connaît plus près de la surface (ADN, Protéines, sucres...) mais puisent leur énergie de l'oxydation de H2S pour transformer le carbone minéral en organique.
D’autre part, des expériences ont été menées au laboratoire de géophysique de Washington et ont montré que dans les conditions qui existent autour des évents, il y a formation de NH3, forme réduite de l’azote qui est tant nécessaire à la formation des molécules organiques de la première partie et qui n’existait pas dans l'atmosphère oxydante. Les sources hydrothermales sont donc de bonnes sources de NH3.
La vie n'a pas nécessairement besoin d'ADN, de protéines, de sucres pour exister. Ces molécules semblent en effet trop complexes pour s'être formées spontanément et ensuite s'animer toutes ensembles. Une autre approche de l'apparition de la vie est née ces dernières années : la recherche du système vivant le plus simple.
Pour avoir vie, il faut avoir un organisme qui puise son énergie dans le milieu extérieur, qui puisse reproduire mais imparfaitement pour laisser place à une évolution possible. En fait chaque chercheur à sa propre définition de la vie.
Suivant ces critères généraux, une vie minérale aurait pu exister avant ( et peut même exister encore) l'apparition de la vie organique. Les cristaux grandissent en effet facilement et avec des défauts. L'argile à de nombreuses propriétés et se trouve très abondamment sur Terre. Entre les différentes couches de l'argile peuvent se glisser de petites molécules organiques ; ainsi petit à petit la vie organique pourrait apparaître à partir de la vie cristalline. L'argile est un catalyseur très efficace pour de nombreuses réactions organiques, et aurais ainsi pu, ainsi permettre la formation des acides aminés.
Quelle que soit la façon de construire les premières molécules organiques, il reste beaucoup de chemin à parcourir pour construire la première cellule. Les archées découvertes récemment car 10 fois plus petite qu'une bactérie sont, d'après le séquençage de leur ADN, plus proches du premier organisme vivant organique. De plus, on en trouve sur la Terre qui vivent dans les conditions les plus inattendues, ce qui prouve leurs capacités d'adaptation phénoménales (à plus de 100°C près des évents, dans des eaux très acides ou très salées).
Aujourd'hui on cherche encore à mieux comprendre ces archées. En particulier, une équipe de chercheur tente de supprimer le maximum d'information enregistrée sur leur ADN afin de conserver un organisme vivant « minimal » pour comprendre ce qui « anime » ces organismes les plus simples.
voir aussi : Exobiologie
Les idées de Miller, un début sur les origines de la vie:
L'exploitation de l'idée de Miller :
L'homochiralité, l'indice précieux : comment l'expliquer ?
L'astronomie vient à notre secours :
Et si tout l'univers était asymétrique :
Sources hydrothermales : le monde du soufre
Une vie minérale (argile):
À la recherche de l'organisme vivant le plus simple : le monde des archées