[Origine de la vie]

Loin d'être spontanée comme l'imaginaient nos ancêtres jusqu'au 18^eme siècle, la vie est apparue sur Terre dans des circonstances exceptionnelles. Si on regarde en effet les planètes qui nous entourent, aucune ne réunit les conditions qui permettent la plus infime trace de vie en dehors de la notre : trop froides, trop chaudes, atteignant des températures de plusieurs centaines de degrés au dessus ou en dessous de zéro. Leurs atmosphères sont très agressives : gaz mortels, acides... et pour la grande majorité, elles sont dépourvues d'eau. Toutes ces circonstances qui, comme nous allons le voir, se doivent d'être réunies pour accueillir le berceau de la vie.

La théorie de l'évolution de Darwin

Il faudra attendre 1859, pour que Darwin commence à développer l'idée d'une origine des espèces naturelles, complexe, faisant jouer à l'évolution un rôle encore méconnu mais important. On considérait auparavant que tout ce qui se trouvait sur Terre étant d'origine divine, elle n'avait donc pas besoin d'être expliquée ou étudiée pour être comprise. Certains savants vont quand même s'intéresser à ces phénomènes étranges qu'ils peuvent observer, les volcans, les fossiles, les séismes. Ils vont dresser des listes et des catalogues, tenter de formuler des hypothèses sur les origines des espèces et de la terre et remonter ainsi de plus en plus loin. Jusqu'à une une époque "récente" (1850...1900), l'hypothèse de Darwin qui faisait remonter nos origines communes à celle du singe faisaient peur, déclanchait les moqueries de nombreux savants, ou les critiques virulentes de la presse. Personne n'y croyait, ou pire, n'osaient y croire, espérant trouver d'autres explications que l'évolution pour expliquer les origines de la Vie.

L'évolution de l'Homme par Darwin

La théorie de l'évolution des espèces sera le premier pas vers la recherche de leurs origines. On va étudier, analyser les ossements, les traces, comparer les familles de plantes et de coquillages, faire des tableaux ou des arbres généalogiques. En reliant toutes ces observations on va finir par comprendre que pour que la vie apparaisse, même extrêmement primitive , des conditions vraiment particulières doivent être réunies. L'existence de la vie est rare, mais il en faut beaucoup plus pour qu'elle survive, se développe, pour qu'elle se reproduise. Parmi ces conditions on citera par exemple la chaleur tempérée de la Terre, due à sa distance (ni trop près, ni trop loin) du soleil; l'eau qui va former les océans, l'assemblage de molécules chimiques qui va donner naissance aux premières cellules vivantes, puis à l'oxygène qui va permettre aux êtres vivants de se développer. Voyons un peu comment tout cela a bien pu s'ordonner pour qu'à un certain moment notre planète sans vie, devienne une planète peuplée d'êtres vivants.

La Terre Primitive

Sur notre planète qui vient de se former dans l'univers ⁽¹⁾, l'eau s'est progressivement condensée à partir des gaz de l'atmosphère primitive de la terre. Autrement dit, ces fines particules d'eau vont s'assembler entre-elles et devenant plus lourdes, elles vont retomber sur le globe. Gouttes après gouttes elles vont former de grandes étendues d'eau. Certaines météorites, qui heurtent régulièrement la planète à cette époque, vont elles-aussi amener d'importantes masses de gaz et contribuer de manière considérable à la formation des océans que nous connaissons. L'oxygène était pour sa part quasiment absent de la planète. D'autres gaz irrespirables (pour nous, en tout cas) comme l'azote ou l'ammoniaque formaient notre atmosphère primitive.

*voir dossier thématique : Origine et formation de la Terre

Les conditions de vie sur la terre il y 3.5 milliards d'années

Ces océans sont très chaud, 60°, 80° et peut être même 90° de température; ils constituent des conditions rendant pratiquement toute vie impossible. L'activité interne du globe est si intense, que les roches en fusion agissent comme des cuisinières qui chauffent une marmite d'eau de mer. Il faudra attendre près d'1 milliard d'années pour que cette température baisse et que les conditions se calment un peu. On se rendra alors compte que ces océans ne sont pas entièrement vides : de toutes petites particules ont réussi à s'installer : de petites protéines (acides aminés), les "cellules" les plus simples qu'on puisse imaginer, uniquement constituées de membranes et dénuées de "noyau" qu'on désigne sous le nom de "cellules procaryotes".

Mais d'où viennent ces premières cellules vivantes ? Les chercheurs ont remarqué que certains astéroïdes contiennent ces particules qui ne peuvent se reproduire, mais existent bien, à l'état chimique, minuscules, mais vivantes malgré tout. Certains scientifiques imaginent donc que ces éléments sont arrivés ainsi dans l'eau, transportés sur des météorites. D'autres cherchent cette origine dans des formations "volcaniques" sous-marines, aux abords de "cheminées" (les fumeurs noirs) qu'on trouve dans les océans et qui recrachent les gaz profonds de la Terre.

L'expérience de Miller

L'expérience de Miller sur l'origine de la vie

Pour comprendre mécanisme de la vie, un chercheur du nom de Stanley Miller réalisera en 1953 une expérience qui va mettre en évidence ces phénomènes. Avec ses petites éprouvettes, il va essayer de recréer les conditions que l'on vient de décrire : de l'eau chaude, de la vapeur, de la chaleur, une atmosphère primitive (d'azote et d'ammoniaque) et quelques étincelles électriques. Et là, ô miracle, des particules vont se déposer après quelques jours : ce sont des composés organiques, pas très évolués, mais vivants. Il démontre ainsi que la vie n'est pas si rare dans notre univers, ce qui la rend exceptionnelle, c'est de pouvoir se développer, vivre et se reproduire.

La Soupe Primitive

Comment la Terre est-elle parvenue à transformer ces composés organiques en cellules vivantes? Là c'est une autre affaire qui va occuper les scientifiques pendant un certain temps, avant qu'ils ne découvrent la recette de la "soupe primitive". Ces particules biologiques présentes dans les océans vont être capables de réaliser des réactions chimiques : elles vont transformer le glucose (le même que celui du sucre) contenu dans la "soupe primitive" en énergie. Cette soupe, c'est un peu la recette de Miller en grandeur nature : les gaz, les particules, la chaleur, et les étincelles. Cette toute petite activité chimique va absorber le glucose et libérer de minuscules quantités d'oxygène, fabriquées par autant de particules microscopiques, qui vont ainsi enrichir l'atmosphère.

La soupe primitive et la formation de l'oxygène sur terre

Ce mécanisme de transformation du glucose en oxygène va se transmettre par la suite à de nombreuses espèces pendant la longue évolution de la vie. Il ne nous est d'ailleurs pas inconnu puisque selon le même principe, les sportifs pendant leurs efforts musculaires dépensent une grande quantité d'oxygène. Ils vont utiliser le glucose sous forme de barres énergétiques pour que leur corps fasse exactement comme nos petites particules : de l'oxygène en plus pour alimenter leur muscles et fournir plus d'effort.

Les Stromatolites et les Algues Bleues

Jusqu'à présent, notre planète s'est pas mal débrouillée. A partir de pas grand chose - des roches, du gaz, des métaux - elle a réussi à former un océan, des particules organiques et un peu d'oxygène. A partir de ça, elle va pouvoir accueillir la plus ancienne trace de vie connue : les Stromatolites. Ces curieuses formations combinent à la fois le minéral et la vie organique. Elles se présentent sous formes de petits dômes ressemblant à des rochers situés à la bordure des océans et du rivage. Ces structures vont témoigner d'une extraordinaire résistance, digne de figurer dans le livre des records puisqu'ils vont réussir à être les premiers représentants de la vie, et à survivre à travers touts les âges pendant plus de 3.5 Milliards d'années. On les trouve encore dans certaines parties du monde. Voyons comment se forment ces Stromatolites :

Les algues bleues et leur transformations chimiques

A la manière de nos plantes actuelles, ces petits filaments de bactéries vont s'assembler en couches qu'on appelle aussi les "Algues Bleues' (Les Cyanobactéries). Nos premières particules organiques ont fait un bout de chemin ensembles et on réussi à former des colonies, baignées par les eaux, transportées par les courants, pour devenir inséparables. Ces petites chaînes de bactéries forment des filaments baignés par l'eau de mer. Petites mais actives, elles vont se transformer en minuscules usines chimiques : le soleil va leur servir de source d'énergie et leur envoyer de la lumière. Nos petits filaments vont ensuite extraire le gaz carbonique de l'eau, le transformer et le stocker sous forme de particules calcaires, et en réalisant cette opération, elle vont à chaque fois rejeter un peu d'oxygène. Les Stromatolites vont grandir, car à force d'empiler du calcaire, elles se développent, augmentent leur colonie en combinant leur vie organique avec la production de minéral. (voir illustrations ci-dessous : Fig 2 : a, b, c))

Les différentes étapes de l'évolution des Stromatolites

Croissance des Algues Bleues Ramifications et coupes Couches des Stromatolites

Les différentes étapes de l'évolution des Stromatolites

L'évolution de la vie primitive (Fig.1): les Algues bleues s'assemblent (a) construisent peu à peu la couche de calcaire qui va former le stromatolite (en jaune) (b), se développent puis forment de nouvelles couches (c). Les ramifications des Stromatolites (Fig.3): coupe d'une cyanobactérie, le plus petit élément de l'algue bleue, constituée de membranes formant une "cellule primitive" dénuée de noyau (1). Les ramifications diverses que prennent ces assemblages (2, 3, 4, 5), droites, en branches, en ramifications complexes. Les troncs des Cyanobactéries en formes de bosses (6), d'étages (7) de ramures (8), de tubercule (9) ou assemblées entre elles par des "ponts" (10). La croissance par couches successives (Fig 3) pouvant prendre différentes formes.

La formation de la couche d'Ozone

A mesure que les stromatolites vont se développer et s'étendre, la proportion de Gaz Carbonique dans l'atmosphère va décliner, en partie "pompée" par ces gigantesques étendues de cyanobactéries qui vont rejeter de très grandes quantités d'oxygène. L'oxygène va s'élever dans l'atmosphère et être frappé par les rayons du soleil qui contiennent des Ultra-violets et entraîner la formation d'un nouveau gaz : l'Ozone. L'Ozone à son tour va former une nouvelle couche dans l'atmosphère, une barrière protectrice qui va stopper ces rayons Ultra-violets, si puissants, qu'ils brûlent et détruisent la vie primitive.

En arrêtant ces rayons, la couche d'Ozone va protéger la Terre et les minuscules organismes vivants. Ce cycle sera le point de départ d'un développement possible de la Vie, protégée des bombardements ultra-violets, baignée dans les eaux chaudes du globe, et nourris d'une atmosphère en oxygène de plus en plus riche.

Les Stromatolites et la couche d'Ozone

L'Aube de la Vie

Cette transformation de la lumière en matière organique va être le mode de développement de nos plantes : c'est la photosynthèse. Une fois en place, le cycle va permettre à d'autres organismes de se développer à leur tour, augmentant encore plus la proportion d'oxygène contenue dans l'atmosphère jusqu'à atteindre celle que dont nous profitons aujourd'hui. Le mouvement de la vie est amorcé, la vie océanique va pourvoir s'amorcer, elle restera marine pendant encore très longtemps. Ces filaments de plus en plus évolués vont devenir des algues microscopique, des planctons "végétaux" (les phytoplanctons), des planctons "animaux" (des zooplanctons). Cette vie d'organismes simples constitués de petites cellules microscopiques va stagner dans les océans pendant presque de 3 milliards d'années en attendant des circonstances favorables pour faire un nouveau saut dans l'évolution.

Quand les eaux du globe vont se refroidir, quand l'air sera suffisamment riche en oxygène, quand les mouvements de la terre, volcans, séismes, chutes de météorites vont enfin se calmer,

les espèces pourront enfin s'épanouir et se diversifier. Ce sera "l'aube de la vie" : le début de l'ère primaire.

L'aventure absolument passionnante de toutes ces bestioles se poursuit dans ce chapitre :