Hypothèse Oparin-Haldane

Abiogenèse et génération spontanée

L'abiogenèse et la génération spontanée sont souvent utilisées de façon interchangeable - alors qu'elles ne devraient pas l'être.¹

Historiquement, Thomas Henry Huxley a inventé les termes biogenèse et abiogenèse, les utilisant pour désigner respectivement la vie issue d'une "vie similaire" et de la "non-vie". Ces termes sont apparus alors que la théorie de la génération spontanée n'avait pas encore été complètement réfutée. Au départ, l'abiogenèse et la génération spontanée allaient de pair, mais depuis la proposition de l'hypothèse Oparin-Haldane, leurs chemins se sont éloignés.

En termes modernes, l'abiogenèse désigne la création d'une vie très simple à partir de matières non vivantes. La génération spontanée, quant à elle, fait référence à la théorie réfutée selon laquelle la vie complexe apparaît "spontanément" et "continuellement" à partir de la matière non vivante.

L'hypothèse Oparin-Haldane et l'origine de la vie

Oparin et Haldane pensaient tous deux que la vie pouvait être née de l'abiogenèse de matériaux non vivants soumis à une source d'énergie externe, bien que leurs idées sur la manière exacte dont cela s'est produit diffèrent légèrement. Leurs théories décrivent les conditions dans lesquelles cela a pu se produire.

Les théories d'Oparin et de Haldane décrivent toutes deux :

• La présence d'une atmosphère primitive réductrice (privée d'oxygène) contenant de l'ammoniac, de la vapeur d'eau et d'autres gaz.

• Des formes de vie primitives apparaissant dans les océans.

• Des formes de vie primitives hétérotrophes (elles ont obtenu des nutriments déjà disponibles dans les conditions primitives).

L'hypothèse Oparin-Haldane décrit comment la vie a pu émerger de la soupe primitive.

Les origines de la vie selon Oparin

Oparin pense que les premières formes de vie se sont développées à partir de coacervats. Les coacervats sont de petites gouttelettes liquides composées de plus de deux liquides différents qui, lorsqu'ils sont mélangés, ne forment pas une solution homogène (une solution dans laquelle on retrouve la même proportion de composants)^.3 Les coacervats sont souvent produits et maintenus ensemble par l'union de molécules hydrophobes ou chargées de façon opposée.

Oparin a observé comment les coacervats se formaient, apparemment de leur propre chef, et a suggéré que ce mécanisme était à l'origine de la formation des premières cellules dans la soupe primitive. Oparin a entrepris des expériences qui ont prouvé que les réactions métaboliques essentielles à la vie étaient plus efficaces lorsqu'elles étaient contenues de cette façon, contrairement aux réactifs qui flottaient librement dans les solutions aqueuses^.2

Les origines de la vie selon Haldane

Haldane, à l'époque de sa proposition initiale sur l'origine de la vie, ne connaissait pas les travaux d'Oparin concernant les coacervats. Haldane pensait que la lumière ultraviolette fournissait l'énergie nécessaire aux réactions pour produire des molécules organiques simples. Selon Haldane, ces molécules organiques ont continué à réagir jusqu'à ce qu'elles finissent par former les premières cellules primitives^.1

• La différence entre les propositions d'Oparin et d'Haldane se résume au moment où les cellules se sont formées.
• Oparin propose que les précellules se forment très rapidement, maintenues ensemble par des forces électrostatiques, et que cette proximité entraîne une plus grande complexité de la vie et des molécules.
• Haldane a proposé que des molécules plus complexes se forment d'abord, puis que les cellules liées à une membrane évoluent.

Preuves à l'appui de l'hypothèse Oparin-Haldane

En 1953, les chimistes américains Harold C. Urey et Stanley Miller ont entrepris de vérifier l'hypothèse Oparin-Haldane. Miller et Urey ont tenté de recréer les conditions atmosphériques primordiales réductrices décrites par Oparin et Haldane (figure 2) en combinant quatre gaz :

1. Vapeur d'eau

2. le méthane

3. l'ammoniac

4. Hydrogène moléculaire

Le duo de scientifiques a ensuite stimulé sa fausse atmosphère avec des pules électriques pour simuler l'énergie fournie par la foudre, les rayons UV ou les cheminées hydrothermales. Au bout d'une semaine, des molécules organiques simples, dont des acides aminés, ont été produites par l'expérience - prouvant ainsi que des molécules organiques pouvaient se former dans les conditions énoncées dans l'hypothèse Oparin-Haldane. Cette découverte est connue sous le nom d'expérience de Miller-Urey. L'expérience de Miller-Urey a été la première preuve que des molécules organiques pouvaient être produites spontanément à partir de molécules inorganiques^.1,4

Figure 2 : Schéma de l'expérience de Miller-Urey. Source : Wiki Commons.

Les faiblesses de l'hypothèse Oparin-Haldane

L'hypothèse Oparin-Haldane a joué un rôle fondamental dans la recherche des origines de la vie sur terre. Leurs propositions ont donné un coup de fouet à la recherche dans de nouveaux domaines, enfin plausibles, de l'évolution chimique, avec de nombreuses expériences menées sur la base de leur théorie.

Mais la proposition exposée dans l'hypothèse Oparin-Haldane est erronée.

Les faiblesses de l'hypothèse Oparin-Haldane : des coacervats improbables

Lorsqu'Oparin a publié son livre Origines de la vie, on savait peu de choses sur le matériel génétique. Au fur et à mesure que les connaissances sur l'ADN et l'ARN sont apparues, les coacervats comme premières formes de vie ont perdu leur soutien^.5 La faveur va aux théories qui reconnaissent le rôle crucial du matériel génétique pour l'évolution darwinienne, comme l'hypothèse du monde de l'ARN, qui bénéficie d'un large soutien.

Faiblesses de l'hypothèse Oparin-Haldane : l'atmosphère primordiale n'était pas réductrice

Pendant des décennies, on a pensé que la Terre primordiale abritait une atmosphère lourde en méthane et réductrice. C'est sur cette composition atmosphérique que se basait l'hypothèse Oparin-Haldane, mais de récentes reconstitutions géochimiques ont bouleversé cette théorie. Les scientifiques pensent maintenant que la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone et le dioxyde de soufre étaient les principaux acteurs de l'atmosphère primitive de la Terre. Leur analyse a montré que l'atmosphère primordiale était en fait largement oxydative, un peu comme celle d'aujourd'hui^.7

Qu'est-ce que cela signifie pour l'hypothèse Oparin-Haldane ?

Eh bien, l'atmosphère actuelle, bien qu'elle soit capable de maintenir la vie moderne, n'est pas un excellent point de départ pour l'émergence de la vie. L'atmosphère riche en méthane et pauvre en oxygène décrite précédemment par Oparin et Haldane a un potentiel (biologique) beaucoup plus important pour passer des molécules inorganiques aux molécules organiques et aux éléments constitutifs de la vie. Certains scientifiques suggèrent donc qu'il s'agit d'une preuve que les éléments constitutifs de la vie sont d'origine extraterrestre.

D'autres soulignent que l'expérience de Miller-Urey a ouvert la voie à de nombreuses expériences similaires au fil des ans. Même si les conditions créées spécifiquement dans l'expérience de Miller-Urey n'étaient pas exactes, les molécules organiques que nous considérons comme les éléments constitutifs et les précurseurs de la vie sur terre ont été produites dans une grande variété de conditions potentielles depuis lors. Il est donc probable que l'élément central de l'hypothèse Oparin-Haldane reste vrai : l'évolution chimique est à l'origine de la vie .

Si Oparin et Haldane se sont peut-être trompés sur certains points précis, la philosophie proposée d'une transition par étapes des molécules inorganiques simples aux molécules organiques a été adoptée par de nombreuses autres théories sur l'origine de la vie sur terre. Cette philosophie sous-tend même les premières étapes de la théorie la plus répandue sur l'origine de la vie sur terre : L'hypothèse du monde de l'ARN.

Les étapes de l'origine de la vie et l'hypothèse Oparin-Haldane.

Même si les conditions initiales énoncées dans l'hypothèse Oparin-Haldane ne sont plus étayées par des preuves géochimiques, cette théorie joue toujours un rôle crucial dans les étapes nécessaires à l'origine de la vie sur terre :

1. Des molécules inorganiques simples se mélangent et abondent dans la soupe primordiale. Des réactions chimiques se produisent, synthétisant des molécules organiques plus complexes qui constituent les éléments de base de la vie (par exemple, les acides aminés et les nucléotides).
2. Des polymères plus longs se forment. Selon la théorie, ces polymères peuvent être des brins d'ARN, des brins d'ADN ou les premières protéines.
3. Des proto-cellules ou des précellules se forment. Dans les premières protocellules, les molécules organiques sont regroupées afin d'exécuter plus efficacement les processus métaboliques. Selon la théorie de l'origine de la vie à laquelle tu crois, les membranes peuvent s'être formées avant ou après ce regroupement.