L’origine de la vie

On ne sait pas encore comment la vie est née. On sait en revanche quand elle est apparue, à quelques centaines de millions d’années près, et l’on connaît plusieurs scénarios plausibles, testés en laboratoire. La question n’a plus rien de spéculatif : elle mobilise chimistes, géologues, biologistes et astronomes, et elle s’étend aujourd’hui à la recherche de vie ailleurs dans l’Univers.

Qu’est-ce que la vie ?

Il n’existe pas de définition unique, mais les biologistes s’accordent sur quelques propriétés. Un être vivant :

• est délimité par une membrane qui le sépare du milieu ;
• entretient un métabolisme, c’est-à-dire qu’il puise de l’énergie et de la matière pour se maintenir ;
• se reproduit en transmettant une information héréditaire ;
• évolue, car cette transmission comporte des variations soumises à la sélection naturelle.

Une définition de travail souvent citée, adoptée par la NASA, résume : la vie est « un système chimique autoentretenu capable d’évolution darwinienne ». Les virus, qui ne se reproduisent qu’à l’intérieur d’une cellule, se situent à la frontière.

Le calendrier

Pendant près de 3 milliards d’années, la vie a donc été uniquement microscopique et unicellulaire. Les étapes suivantes sont décrites dans l'échelle des temps géologiques.

Les ingrédients de la vie

Toute la vie connue repose sur la chimie du carbone et de l’eau liquide. Six éléments forment l’essentiel de la matière vivante : carbone, hydrogène, oxygène, azote, phosphore et soufre. Les briques de base sont des molécules organiques : acides aminés (pour les protéines), nucléotides (pour l'ARN et l’ADN), sucres et lipides (pour les membranes).

L’expérience de Miller-Urey (1953)

Dans les années 1920, le Russe Alexandre Oparine et le Britannique J. B. S. Haldane proposent l’idée d’une « soupe primitive » : dans les océans de la Terre jeune, l’énergie des éclairs et des ultraviolets aurait fabriqué des molécules organiques. En 1953, l’étudiant américain Stanley Miller, dans le laboratoire de Harold Urey, teste l’idée : il fait circuler de la vapeur d’eau, du méthane, de l’ammoniac et de l’hydrogène dans un circuit fermé traversé de décharges électriques. En une semaine, le liquide brunit et contient plusieurs acides aminés. L’expérience montre que les briques du vivant peuvent se former spontanément. On pense aujourd’hui que l’atmosphère primitive était différente, mais des variantes de l’expérience donnent des résultats comparables.

Des molécules venues de l’espace

Les briques du vivant existent aussi dans l’espace. La météorite de Murchison, tombée en Australie en 1969, contient des dizaines d’acides aminés et des bases azotées. Les échantillons rapportés des astéroïdes Ryugu (mission japonaise Hayabusa2) et Bennu (mission américaine OSIRIS-REx) contiennent eux aussi des molécules organiques, dont des acides aminés. Les météorites et les comètes ont pu enrichir la Terre primitive en matière organique.

Les grandes hypothèses

Le monde à ARN

Problème de la poule et de l’œuf : dans les cellules actuelles, l’ADN porte l’information mais a besoin de protéines pour se copier, et les protéines ont besoin de l’ADN pour être fabriquées. L'ARN résout ce paradoxe, car il peut à la fois stocker une information et catalyser des réactions (ribozymes). L’hypothèse du monde à ARN, ainsi nommée par Walter Gilbert en 1986, propose que des ARN capables de se copier eux-mêmes ont précédé l’ADN et les protéines. Le fait que le cœur du ribosome soit encore aujourd’hui fait d’ARN en est un indice fort.

Les sources hydrothermales

Au fond des océans, des sources chaudes rejettent une eau riche en minéraux. Certaines, dites alcalines, comme le champ de Lost City découvert en 2000 dans l’Atlantique, offrent des gradients chimiques et des pores minéraux qui ont pu servir de premiers compartiments et fournir l’énergie d’un métabolisme primitif. Dans ce scénario, le métabolisme précède la réplication.

Les mares et les surfaces émergées

D’autres chercheurs privilégient des mares volcaniques soumises à des cycles d’assèchement et d’humidification, qui favorisent l’assemblage des briques en longues chaînes. Ces hypothèses ne s’excluent pas.

La panspermie

Selon cette idée, la vie elle-même, et non ses seules briques, serait arrivée d’ailleurs, par exemple de Mars, à bord de roches éjectées. Elle ne résout pas la question de l’origine, elle la déplace.

Des molécules à la première cellule

Plusieurs étapes doivent être franchies :

1. la formation des briques (acides aminés, nucléotides, lipides) ;
2. leur assemblage en polymères (chaînes d’ARN, peptides) ;
3. l’apparition d’une molécule capable de se répliquer ;
4. l’enfermement dans une membrane : les acides gras forment spontanément des vésicules dans l’eau ;
5. le couplage d’un métabolisme et d’une hérédité, soumis à la sélection naturelle.

Tous les êtres vivants actuels partagent le même code génétique, les mêmes acides aminés et l’ATP comme source d’énergie. Ils descendent donc d’un dernier ancêtre commun universel, appelé LUCA (Last Universal Common Ancestor), une population de micro-organismes déjà complexes. LUCA n’était pas la première forme de vie, mais le point de départ de toutes les lignées qui ont survécu, qui se répartissent aujourd’hui en bactéries, archées et eucaryotes (voir classification du vivant).

La vie existe-t-elle ailleurs ?

Si la vie est apparue rapidement sur Terre, elle a peut-être émergé ailleurs. Les scientifiques la cherchent sur Mars (traces d’une vie ancienne), sur les lunes glacées Europe et Encelade (océans souterrains) et dans l’atmosphère des exoplanètes, grâce à des télescopes comme le James Webb. Aucune vie extraterrestre n’a été détectée à ce jour.

Questions fréquentes

A-t-on déjà créé la vie en laboratoire ?

Non. On sait synthétiser les briques du vivant, fabriquer des ARN capables de copier partiellement d’autres ARN et des vésicules qui se divisent, mais aucune expérience n’a encore produit un système vivant complet à partir de matière inerte.

Pourquoi la vie n’apparaît-elle plus aujourd’hui ?

Les conditions ont changé : l’atmosphère contient de l’oxygène, qui détruit de nombreuses molécules fragiles, et toute molécule organique libre serait rapidement consommée par les micro-organismes existants.

Pasteur a-t-il prouvé que la vie ne peut pas naître de la matière ?

Il a prouvé que des microbes ne naissent pas en quelques jours dans un bouillon stérile. Cela n’exclut pas l’apparition de la vie sur des millions d’années, dans les conditions très différentes de la Terre primitive.