Comment la matière inerte a-t-elle donné naissance au vivant ? Cette transition, que nous appelons l'abiogenèse, constitue l'un des grands mystères scientifiques actuels.
Concept central de la conférence : cycles catalytiques auto-entretenus – pont entre la chimie minérale et la biochimie, capables de s'organiser, évoluer, se transmettre.
La vie opère dans des conditions thermodynamiques particulières : état de non-équilibre par flux constant d'énergie.
Travaux d’Ilya Prigogine (structures dissipatives) : des systèmes ouverts peuvent s’organiser lorsqu’ils sont traversés par des flux d’énergie.
Travaux d’Ilya Prigogine (structures dissipatives) : des systèmes ouverts peuvent s’organiser lorsqu’ils sont traversés par des flux d’énergie.
Les enzymes abaissent l'énergie d’activation et permettent la vie à température ambiante.
Ribozymes (découverts par Cech & Altman) : ARN = support d'information & catalyseur. Révolution conceptuelle.
Ribozymes (découverts par Cech & Altman) : ARN = support d'information & catalyseur. Révolution conceptuelle.
Cycle autocatalytique : ensemble de réactions où les produits catalysent leur propre formation.
Stuart Kauffman (ensembles autocatalytiques) : au-delà d’un seuil de complexité, réseaux de réactions deviennent auto-entretenus & présentent propriétés émergentes (croissance, reproduction, évolution chimique).
Stuart Kauffman (ensembles autocatalytiques) : au-delà d’un seuil de complexité, réseaux de réactions deviennent auto-entretenus & présentent propriétés émergentes (croissance, reproduction, évolution chimique).
Cheminées alcalines (Lost City, Kelley 2000) :
- Gradients de pH, température, chimie réductrice (H₂, CH₄, sulfures)
- Surfaces minérales catalytiques (serpentine, magnétite, pyrrhotite)
- Travaux de Michael Russell et William Martin : conditions similaires à la fixation du CO₂ dans le métabolisme universel.
Günter Wächtershäuser : clusters fer-soufre = premiers catalyseurs.
- Fixation abiotique du CO₂, formation de liaisons C–C, réduction de composés organiques
- Expériences de Huber & Wächtershäuser : synthèse d’acides aminés/nucléotides dans ces conditions.
- James Ferris : montmorillonites concentrent & catalysent la polymérisation de l’ARN
- Protection des polymères de l’hydrolyse ; complémentarité hypothèse monde ARN/monde argileux
Hypothèse "monde ARN" (Gilbert, Crick, Woese) : univers ARN précède système ADN-ARN-protéines.
Équipe Szostak : synthèse prébiotique de nucléotides, protocellules lipidiques auto-assemblées, évolution dirigée de ribozymes.
Problème : synthèse prébiotique de l’ARN reste difficile (travaux de Powner/Sutherland 2009).
Équipe Szostak : synthèse prébiotique de nucléotides, protocellules lipidiques auto-assemblées, évolution dirigée de ribozymes.
Problème : synthèse prébiotique de l’ARN reste difficile (travaux de Powner/Sutherland 2009).
"Métabolisme d’abord" (Morowitz, E. Smith) : réseaux métaboliques précédant l’info génétique.
Réseau autocatalytique central : fixation carbone, phosphorylation oxydative, biosynthèse des acides aminés.
Simulations de Kauffman/Hordijk : réseaux émergents avec hérédité chimique.
Réseau autocatalytique central : fixation carbone, phosphorylation oxydative, biosynthèse des acides aminés.
Simulations de Kauffman/Hordijk : réseaux émergents avec hérédité chimique.
Évolution dirigée de ribozymes (Gerald Joyce) : ARN se répliquant, s'adaptant, évoluant.
Expériences Bartel & Szostak : évolution de ribozymes toujours plus efficaces ; doublement rapide indispensable à une évolution darwinienne effective.
Expériences Bartel & Szostak : évolution de ribozymes toujours plus efficaces ; doublement rapide indispensable à une évolution darwinienne effective.
- Stromatolites fossiles (Pilbara, Barberton) : 3,5 Ga — origines débattues
- Signatures isotopiques carbone dans roches de 3,8 Ga (Isua, Groenland, Schidlowski/Rosing). Fractionnement δ¹³C indicateur activité biologique ancienne.
- Météorite de Murchison (1969) : 70+ acides aminés, bases azotées, hydrocarbures — synthèse abiotique extra-terrestre.
- Études de J. Bada et S. Pizzarello.
- Atmosphère réductrice jusqu’à ~2,4 Ga, "Grand Événement d’Oxygénation" (2,4-2,1 Ga), puis modernité oxydante vers 1,8 Ga.
- Liens avec émergence de la photosynthèse oxygénique.
- John Sutherland (Cambridge) : synthèse de nucléotides pyrimidiques prébiotiques plausibles.
- Dave Deamer (UC Santa Cruz) : vésicules lipidiques/pré-protocellules et encapsulation ARN.
- Henderson Cleaves (Tokyo Tech) : synthèse de métabolites clé sous conditions hydrothermales.
- Lee Cronin (Glasgow) : "cellules chimiques" inorganiques évolutives.
- Reza Ghadiri (Scripps) : réplicateurs peptidiques autocatalytiques.
- Christoph Adami (Michigan) : modèles évolution réseaux autocatalytiques.
- Norman Packard (ECLT) : émergence auto-réplication en chimie artificielle.
- Émergence progressive (et non événement unique) : réseaux autocatalytiques → sélection → systèmes informationnels (ARN puis ADN) → compartimentation/cellules
- Besoins scientifiques : synthèse prébiotique de l’ARN, origine du code génétique, transition protocellule → cellule
- Projets phares 2025-2030 :
- Origins of Life in the Universe (NASA)
- Artificial Life Genesis (EU Horizon Europe, Mansy & Luisi...)
- Centre for Chemical Evolution (Hud, Grover, Williams, Orlando...)
Questions typiques :
- Comment distinguer abiotique/biotique dans les roches anciennes ? : Signatures isotopiques, marqueurs moléculaires, morphologies, complexité ; approche multidisciplinaire obligatoire.
- Pourquoi la vie est-elle si difficile à recréer ? : Nécessité d’une complexité intégrée : dynamique, multi-niveaux, conditions spécifiques (ce qui a pris des millions d’années…)
- Vie ailleurs ? : Modèles autocatalytiques = probabilité accrue. Exoplanètes, molécules organiques détectées…
- Cycles autocatalytiques & entropie ? : Systèmes ouverts consommant énergie, rejetant entropie : création locale d’ordre, respect du second principe globalement.
- Rôle de la compartimentation ? : Permet concentration, séparation des réactions incompatibles, émergence de la sélection au niveau protocellule.
Pionniers historiques :
- Alexander Oparin (1924) — Coacervats
- J.B.S. Haldane (1929) — "Soupe primordiale"
- Stanley Miller & Harold Urey (1953) — Synthèse acides aminés
- Sidney Fox (1960s) — Protéinoïdes
| Domaine | Nom / Équipes | Affiliation | Contribution |
|---|---|---|---|
| Chimie prébiotique | John Sutherland Matthew Powner Donna Blackmond |
Cambridge / UCL / Scripps Research | Synthèse nucléotides, chimie prébiotique intégrée, amplification asymétrique |
| Monde ARN | Jack Szostak Gerald Joyce Philipp Holliger |
Harvard Med / Salk Inst. / MRC LMB | Évolution ribozymes, protocellules, polymérases ARN |
| Métabolisme primordial | Wim Hordijk Eric Smith William Martin Nick Lane |
Smart Adaptive / Santa Fe / Düsseldorf / UCL | Réseaux autocatalytiques, thermodynamique, fer-soufre, bioénergétique |
| Environnements prébiotiques | Michael Russell Armen Mulkidjanian Henderson Cleaves |
NASA JPL / Osnabrück / Tokyo Tech | Cheminées alcalines, champs ZnS, géochimie prébiotique |
| Vie artificielle | Lee Cronin Sheref Mansy Kate Adamala |
Glasgow / Trento / Minnesota | Cellules chimiques, protocellules artificielles (bottom-up) |
| Astrobiologie | Steven Benner Betül Kaçar Shawn Domagal-Goldman |
FAEME / Wisconsin / NASA Goddard | Biologie alternative, paléogénomique, biosignatures planétaires |