★ À maîtriser
La cellule fait actuellement consensus comme entité vivante minimale, alors que ses constituants ne sont pas considérés comme vivants isolément.
Trois composantes sont retenues pour considérer un être comme vivant :
Compléments
★ À maîtriser
Dans son traité de 1668, Francesco Redi montra que des asticots n’apparaissaient pas spontanément dans la viande en putréfaction lorsque les bocaux étaient recouverts d’une fine mousseline. - Francisco Rédi
En 1859, Louis Pasteur démontra que la matière ambiante ne peut pas engendrer un nouvel être organisé sans parents et que la vie provient d’êtres vivants préexistants.
Compléments
Pendant des millénaires, des traditions de la Chine ancienne, de l’Inde, de Babylonie, de l’Égypte antique et des philosophes grecs ont considéré que la vie était une propriété de la matière et apparaissait lorsque les conditions étaient propices.
Six ans après la parution du traité de Rédi, Antoni Van Leeuwenhoek observa pour la première fois des microorganismes à l’aide d’un microscope de sa fabrication.
La génération spontanée fait naître la vie de la matière ; Pasteur exige des êtres vivants préexistants.
★ À maîtriser
La Terre s’est formée il y a 4,6 milliards d’années.
Les océans, les continents et l’atmosphère se sont formés entre -4,5 et -4,3 Ga, et les conditions favorables à l’émergence de la vie sont apparues rapidement.
Le Late Heavy Bombardment, vers -3,9 Ga, a été dévastateur et a certainement éradiqué toute vie éventuelle ou empêché son apparition avant cette date.
Le Précambrien couvre approximativement 90 % des temps géologiques, de -4,6 milliards d’années au début du Cambrien, vers -570 millions d’années.
Compléments
Le Précambrien comprend trois éons : l’Hadéen, d’environ 4,6 à 4,0 milliards d’années ; l’Archéen, de 4,0 à 2,5 milliards d’années ; et le Protérozoïque, de 2,5 milliards à environ 538,8 millions d’années.
Le Précambrien est mal connu parce que de nombreuses roches ont subi une forte érosion ou un métamorphisme et que les fossiles de cette période sont très rares.
L’apparition du vivant et celle de l’oxygène dans l’atmosphère figurent parmi les événements majeurs du Précambrien.
★ À maîtriser
L’Apex Chert, roche du désert de Pilbara en Australie datée de -3,5 Ga, contient des filaments interprétés comme des fossiles de cyanobactéries par Schopf en 1993, mais cette interprétation a été contestée par Pinti et al. en 2009.
Dans la ceinture de roches vertes de Nuvvuagittuq, au Québec, des microfossiles présumés dans des hématites des jaspes de roches datées de -3,7 à -4,3 Ga ont été rapportés par Dodd et al. dans Nature en 2017, mais leur interprétation est controversée.
En 2006, des structures identifiées comme des stromatolithes ont été découvertes dans la région de Pilbara, en Australie, dans des roches datées de -3,48 Ga.
📌 Les critères morphologiques seuls ne suffisent pas à reconnaître l’intervention de microorganismes dans un fossile, car certaines formes peuvent aussi résulter de processus abiotiques.
Compléments
Si les microfossiles de Nuvvuagittuq étaient confirmés, ils indiqueraient que la vie existait sur Terre seulement 800 millions d’années après sa formation, alors que la planète était encore extrêmement chaude et bombardée d’astéroïdes.
Des systèmes de stromatolithes sont encore actifs, notamment dans la baie de Shark, en Australie.
En 2016, des structures identifiées comme des stromatolithes ont été découvertes dans la ceinture de roches vertes d’Isua, au Groenland, dans des roches datées de -3,7 Ga.
L’identification de microorganismes fossiles à partir de leur morphologie peut conduire à des interprétations ambiguës.
★ À maîtriser
Une approche géologique de la vie primitive consiste à rechercher des traces physico-chimiques produites par une activité biologique.
L’atmosphère de la Terre primitive ne contenait pas d’oxygène et était réduite, ce qui ne permettait pas l’oxydation de composés tels que le fer.
Dès -3,8 à -3,5 Ga, des formations de fer rubané (B.I.F.) se déposent dans des roches des ceintures vertes archéennes et témoignent de l’oxydation du Fe2+ en Fe3+.
Les acides aminés des protéines du vivant sont de forme L, tandis que les sucres présents dans l’ADN sont de forme D.
Compléments
📌 Les B.I.F. pourraient témoigner d’une activité biologique ayant produit localement des molécules oxydantes, par exemple par une forme de photosynthèse.
📌 Les processus abiotiques peuvent produire un mélange racémique composé à parts égales de deux énantiomères, contrairement à l’homochiralité des molécules organiques du vivant.
Une hypothèse fait apparaître progressivement l’homochiralité au cours de l’évolution à partir d’un mélange racémique, tandis qu’une autre situe l’origine de l’asymétrie avant la vie et l’attribue à une origine cosmique.
La détection d’excès en L dans certains acides aminés extraits de météorites primitives étaye l’hypothèse d’une origine cosmique de l’asymétrie.
Le vivant est homochiral, tandis que les processus abiotiques produisent un mélange racémique.
★ À maîtriser
📌 Les expériences de Miller-Urey montrent que des molécules de base de la vie peuvent être produites relativement simplement, mais elles ne démontrent pas que ces synthèses ont eu lieu sur la Terre primitive.
La météorite de Murchison, une chondrite carbonée tombée en Australie en 1969, contenait des acides aminés et des peptides.
Les météorites de Murchison et d’Orgueil contiennent plus de 70 acides aminés.
Philippe Schmitt-Kopplin, du Helmholtz Centre de Munich, a détecté plus de 14 000 molécules organiques différentes dans la météorite de Murchison.
Le cours situe la production de briques moléculaires prébiotiques dans l’espace, notamment dans les nuages interstellaires et lors des premiers temps de formation du système solaire.
Compléments
La vie a pu commencer à évoluer lorsque la Terre est devenue suffisamment stable, avec des océans, des continents et une atmosphère, et que les impacts météoritiques se sont espacés et ont perdu leur caractère cataclysmique.
Par analogie avec les organismes contemporains, on considère que la vie primitive utilisait déjà des molécules organiques.
L’eau était disponible sur la Terre primitive, qui était couverte d’océans peu après sa formation.
Les formes gazeuses simples du carbone sont :
Alexandre Oparine a proposé en 1924 l’idée de composés chimiques fabriqués dans l’atmosphère terrestre, puis John Haldane l’a également proposée en 1929.
Dans l’expérience de Miller-Urey, un système fermé et stérile contenant de l’eau, du méthane, de l’ammoniac et de l’hydrogène est chauffé, soumis à des étincelles, puis refroidi pour condenser la vapeur et recueillir les produits formés.
Après plusieurs jours d’expérience, le dépôt sombre formé dans le montage de Miller-Urey contient notamment du formaldéhyde et de l’acide cyanhydrique, ainsi que plusieurs acides aminés dont la glycine.
Dix-sept des vingt acides aminés protéiques ont été isolés depuis l’expérience de Miller, ainsi que certains éléments constitutifs des acides nucléiques.
Les difficultés de la chimie prébiotique comprennent : le passage du mélange racémique à l’homochiralité, la concentration des molécules dans l’océan primitif, les interactions chimiques dans la soupe primitive, les incertitudes sur la composition de l’atmosphère primitive
★ À maîtriser
Les sources hydrothermales réunissent des éléments indispensables à la fabrication des premières briques du vivant.
Le magma fournit en continu aux sources hydrothermales l’énergie nécessaire sous forme de chaleur.
Compléments
La couche d’eau protège des UV et amortit les impacts météoritiques.
★ À maîtriser
La polymérisation de monomères en chaînes complexes est actuellement réalisée par des enzymes, mais la Terre prébiotique ne disposait pas d’enzymes pour catalyser la formation de liaisons chimiques.
La condensation nécessaire à l’assemblage de briques en macromolécules fonctionnelles est défavorable dans l’eau, car elle implique l’élimination de molécules d’eau.
L’adsorption de petites molécules sur des surfaces minérales peut les concentrer et les modifier chimiquement, ce qui peut favoriser la formation de macromolécules.
🔄 Le mécanisme autocatalytique à moule se déroule ainsi :
🔄 L’évolution chimique suit cette chaîne :
Compléments
Des monomères en solution diluée ne favorisent pas les réactions intermoléculaires.
Graham Cairns-Smith et Günter Wächtershäuser ont montré que les argiles et les cristaux de pyrite permettent l’agglutination des molécules organiques.
Certains minéraux ou certains ions ont pu catalyser des réactions, notamment :
Certaines argiles ont montré un rôle dans la synthèse de protéines et d’acides nucléiques.
La réaction de formose est un exemple de réaction autocatalytique, mais elle est non sélective.
Le mécanisme où un produit sert de moule accélère la réaction et favorise sélectivement les produits capables de servir eux-mêmes de moule.
L. E. Orgel a proposé en 1983 un système autocatalytique où deux trinucléotides, CCG et CGG, se couplent pour former un oligonucléotide de six nucléotides, CCGCGG, dont la séquence est conservée. - L.E. Orgel
Appariement au moule → liaison des réactifs → relarguage du produit.
★ À maîtriser
📌 La théorie de l’information met l’accent sur le rôle des acides nucléiques dans la sélection naturelle, tandis que la théorie métabolique considère les êtres vivants comme des systèmes maintenus loin de l’équilibre thermodynamique par leur métabolisme.
Compléments
La théorie de l’ADN primordial rencontre le problème que la réplication de l’ADN requiert plusieurs protéines.
Dans les années 1980, Thomas Cech et Sidney Altman ont découvert que certains ARN, appelés ribozymes, pouvaient agir comme catalyseurs.
Le modèle de l’ARN d’abord permet théoriquement d’envisager que l’ARN seul établisse un métabolisme primitif, mais aucun ARN capable de se répliquer lui-même n’est connu.
Malgré les critiques du monde à ARN, un consensus général reconnaît que l’ARN est une molécule clé de l’origine de la vie.
« Gène d’abord » : l’information précède le métabolisme ; « métabolisme d’abord » : l’inverse.
★ À maîtriser
📌 Dans le modèle « métabolisme d’abord », un métabolisme primitif apparaît avant la réplication de l’ARN.
📌 Les systèmes métaboliques primitifs posent un problème d’évolution, car ils se répliquent sans transmettre d’information et n’ont donc pas d’hérédité.
Compléments
★ À maîtriser
Selon Oparine, la vie aurait commencé par l’accumulation de populations complexes de molécules dans des coacervats ; les enzymes seraient apparues ensuite, puis les gènes.
Aucune des trois théories prises individuellement n’explique l’émergence des premiers organismes vivants.
Les recherches récentes privilégient une biochimie prébiotique où compartiments, métabolisme et molécules porteuses de l’information génétique coévoluent jusqu’à l’apparition des premières cellules, ou protocellules.
Compléments
Compartiments → métabolisme → information génétique : les trois sous-systèmes coévoluent vers la protocellule.
★ À maîtriser
Les êtres vivants actuels partagent : un code génétique identique, des mécanismes similaires de réplication, transcription et traduction, l’ADN et l’ARN, les mêmes acides aminés de base
Le génome de LUCA devait contenir entre 300 et 1000/1200 gènes, soit une taille comparable à celle de certains procaryotes actuels, archées et bactéries.
La présence chez LUCA de gènes codant des enzymes membranaires, des ATP synthases, des cytochrome oxydases et des protéines du système SRP indique qu’il possédait une membrane cellulaire.
La majorité des protéines codées par les gènes universels de LUCA participaient à la traduction, ce qui suggère un système de traduction complexe utilisant le code génétique universel.
📌 L’hypothèse d’un génome à ADN chez LUCA suppose que les protéines de réplication et de réparation de l’ADN ont été perdues ou remplacées chez ses descendants, tandis que l’hypothèse d’un génome à ARN suppose que l’ADN a été recruté indépendamment plusieurs fois par ces descendants.
Compléments
📌 L’adjectif « Last » de LUCA signifie « le plus proche de nous dans le temps » et distingue cet ancêtre du premier organisme vivant ; d’autres formes de vie contemporaines de LUCA ont pu ne laisser aucun descendant.
📌 Les caractères communs aux êtres vivants actuels peuvent s’expliquer par leur héritage depuis un ancêtre commun ou par des convergences évolutives, mais cette dernière hypothèse est très improbable pour des caractères et mécanismes aussi complexes.
Moins d’une centaine de gènes présents chez LUCA sont conservés dans tous les génomes actuels et sont qualifiés de gènes universels.
La présence d’ATP synthases suggère que LUCA pouvait générer et exploiter un gradient chimiosmotique.
Les gènes universels comprennent des gènes codant les trois sous-unités principales de la machinerie de transcription, ce qui suggère que LUCA possédait une machinerie de transcription proche de celle des organismes actuels.
★ À maîtriser
📌 Les Bacteria et les Archaea forment les deux domaines procaryotes, distincts du domaine des Eucarya.
La diversification initiale des bactéries et des archées s’est accompagnée de l’apparition de stratégies métaboliques variées d’acquisition de l’énergie et du carbone.
Après leur diversification initiale, les procaryotes ont continué à évoluer, à s’adapter et à se diversifier.
Compléments
L’ordre de divergence des trois domaines à partir du cénancêtre a été débattu.
Plusieurs indices soutiennent une divergence des procaryotes antérieure à celle des eucaryotes, notamment le fait que l’ancêtre eucaryote avait certainement des mitochondries.
La plupart des métabolismes procaryotes seraient apparus avant -2,5 Ga.
Les procaryotes ont survécu à de grands changements environnementaux, dont l’oxydation de l’atmosphère, à laquelle ils ont aussi contribué, et ils sont à l’origine des eucaryotes modernes.
★ À maîtriser
📌 Chez les eucaryotes, l’ADN est dans un noyau séparé du reste de la cellule par la membrane nucléaire, ce qui spatialement découple la transcription nucléaire de la traduction cytoplasmique.
Les cellules eucaryotes possèdent un système d’endomembranes et un cytosquelette très développés, associés à une complexité cellulaire en moyenne supérieure à celle des procaryotes.
Le système d’endomembranes de LECA comprenait :
Le cytosquelette de LECA était construit avec des microtubules de tubuline et des microfilaments d’actine, également impliqués dans la construction des cils et des flagelles participant à la motilité cellulaire.
Compléments
Chez les eucaryotes, la traduction a lieu dans des ribosomes attachés au réticulum endoplasmique, dans le cytoplasme.
La complexité cellulaire des eucaryotes leur a permis d’adopter une grande diversité de morphologies et de modes de vie.
La plus grande diversité eucaryote se trouve dans les lignées unicellulaires, ou protistes, dont la plupart ne sont visibles qu’au microscope.
Les groupes multicellulaires cités comprennent : les animaux, les plantes, les champignons, certaines algues comme les algues rouges et brunes
Les caractéristiques communes aux grandes lignées eucaryotes peuvent être considérées comme anciennes et héritées de leur dernier ancêtre commun.
LECA possédait des mitochondries, des organites délimités par une membrane et contenant du matériel génétique.
LECA possédait au moins 4 000 gènes, et probablement plus de 10 000 gènes.
La complexité eucaryote s’est constituée à un stade évolutif précoce, avant la diversification des lignées actuelles.
Noyau séparé chez les eucaryotes, transcription et traduction non découplées de la même façon chez les procaryotes.
★ À maîtriser
Les ancêtres des mitochondries et des chloroplastes étaient des bactéries endosymbiontes.
Une hypothèse propose qu’un ancêtre archéen des eucaryotes ait acquis une protéobactérie, devenue la mitochondrie.
Après l’acquisition de la mitochondrie, certaines cellules ont intégré des cyanobactéries, à l’origine des chloroplastes.
Compléments
L’acquisition de cyanobactéries à l’origine des chloroplastes a conféré à certaines cellules la capacité de photosynthèse et un métabolisme autotrophe.
L’endosymbiose a joué un rôle central dans l’évolution des eucaryotes et a largement contribué à leur biodiversité.
Protéobactérie → mitochondrie ; puis, dans certaines cellules, cyanobactérie → chloroplaste.
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