Notre héritage évolutif

Une visite guidée des trois infinis : petit, grand et complexe

LE PASSAGE DU NON-VIVANT AU VIVANT

La synthèse des protéines s’effectue à partir de l’information contenue dans l'ADN. Mais L'ADN lui même doit être fabriqué lorsqu’une cellule se reproduit. Or sa synthèse nécessite des ... protéines, en particulier des enzymes comme l’ADN-polymérase.

Pour qui s’intéresse aux origines de la vie, cela pose un sérieux problème. En effet, l’ADN ne peut pas être venue en premier puisqu’il faut des protéines pour le fabriquer. Et les protéines ne le peuvent pas non plus puisque leur construction nécessitent l’information de l'ADN. Pour résoudre ce paradoxe il nous fallait donc trouver comment réaliser des synthèses sans protéines enzymatiques à partir des briques élémentaires de la vie.

Au début des années 1980,Thomas Cech et Sydney Altman découvrent que certains ARN peuvent avoir une fonction catalytique, exactement comme les protéines. Ces ARN particuliers reçurent l’appellation de ribozymes. L'ARN peut donc jouer à la fois le rôle de l'ADN et celui des protéines, brisant ainsi le cercle vicieux de la poule et de l'oeuf. S’appuyant sur différentes indices moléculaires, plusieurs chercheurs en sont venu à la conclusion que l'ARN est probablement apparu sur Terre avant l'ADN. Le problème des origines de la vie est donc devenu en partie celui de l'origine de l'ARN, une question qui est loin d'être résolue à l'heure actuelle. En fait, la notion même de première molécule n'a peut être pas de sens. Des mécanismes de synthèse protéiques plus simples que ceux que nous connaissons ont pu exister et ont peut-être permis l’apparition de forme primitives mais néanmoins effectives de molécules au pouvoir catalytique ou auto-catalytique.

La structure de la sous-unité d’ARN ribosomale 5S de Haloarcula marismortui. Source: 5S ribosomal RNA Database

De même, il se pourrait bien que toute recherche d’une définition précise du vivant soit utopique, la vie apparaissant en fait graduellement dans des systèmes de plus en plus complexes. Le cailloux est inerte, le cristal croît, les argiles pourraient servir de matrice facilitant des réactions biochimiques, les protéines assurent le travail de la cellule, les virus ont des capacités de reproduction, les protozoaires sont autonomes et les cellules des métazoaires sont spécialisées et organisées.

En considérant uniquement ses extrêmes ou en arrêtant arbitrairement les propriétés du vivant, on se retrouve souvent face à des confusions et à des paradoxes du langage. La meilleure compréhension de la vie que l’on puisse avoir se limite peut-être à observer le comportement de la matière et la façon dont elle a progressivement gravit les différents échelons de la complexité.

Vers la fin des années 1970, on a découvert un troisième groupe d'êtres vivants sur terre, celui des archaebactéries. Bien que procaryotes, les archaebactéries ne sont pas plus proches des bactéries classiques que des eucaryotes dans l'arbre généalogique universel. Le groupe des archaebactéries comprend un très grand nombre d'organismes qui vivent dans des conditions extrêmes de température, certaines étant présentes dans des sources chaudes dont les températures sont voisines du point d'ébullition de l'eau. De nombreux chercheurs ont rapproché cette observation du fait que la température de la terre primitive était probablement beaucoup plus élevée que celle de la terre actuelle. Pour Carl Woese, le microbiologiste qui a découvert les archaebactéries, il semblerait même qu’il faille remettre en question la fameuse doctrine de l’ancêtre commun chère à Darwin. Pour lui, il y aurait au moins trois formes de cellules primitives qui seraient à l’origine de toutes les formes de vie actuelles : les procaryotes primitifs, les eucaryotes primitifs et les archaebactéries primitives, qui tous trois pouvaient s’échanger des gènes.

LES BRIQUES ÉLÉMENTAIRES DE LA VIE

La matière vivante est constituée de quelques grandes familles de molécules complexes construites à partir de molécules plus simples. Les molécules les plus complexes, les protéines, sont ainsi fabriquées à partir de molécules plus petites, les acides aminés. La succession des acides aminés dans les protéines est rigoureusement déterminée par des plans de construction contenus dans une molécule d’ARN (acides ribonucléiques), qui elle-même n’est qu’une copie provisoire des plans d’un gène contenus dans le noyau cellulaire sous forme d'ADN (acide désoxyribonucléique).

Structure d’un ARN catalytique (rybozyme) Source : Thomas Cech Laboratory

Jusqu’au début des années 1980, tous les enzymes connus étaient des protéines. Puis, Thomas Cech et Sydney Altman (prix Nobel de chimie en 1989) font une découverte qui allait propulser la molécule d’ARN au centre de tous les débats sur les origines de la vie. Les ARN messagers contiennent souvent une portion, appelée intron, qui n'est pas utilisée lors de la traduction et est éliminée peu de temps après la synthèse de l'ARN. Ce que Cech et Altman ont constaté avec surprise, c’est que cette élimination ne nécessite aucune enzyme puisque c'est l'intron lui même qui réalise la catalyse. Ce type d’ARN appelé rybozyme peut donc agir comme un enzyme en catalysant des changements de liens chimiques covalents dans la structure d’un substrat (qui est souvent également de l’ARN). D’ailleurs, il semble même possible que ce soit un tel ARN (celui contenu dans les ribosomes) qui fabrique les protéines de nos cellules en catalysant la réaction chimique qui associe entre eux leur constituants de base, les acides aminés.