Re: Abiogenèse
Post du mois : avril 1998
par Ian Musgrave

Bonjour à tous

<...>

Le 1 avril 1998 00:12:13 -0500, "RD Heilman" <rdhsr@bellsouth.net> a écrit :

>colinpeters@geocities.com a écrit dans le message
><6ffdl6$25r$1@nnrp1.dejanews.com>...
>>Dans l'article <aTnS.2389$563.2496766@news4.atl.bellsouth.net>,
>> "RD Heilman" <rdhsr@bellsouth.net> a écrit:

<snip intro re: "ligne de parti" pour se concentrer sur les questions suivantes>

>>S'il existe une ligne directrice concernant
l'abiogenèse, c'est que celle-ci s'est probablement produite de manière spontanée. En ce qui concerne
>>la manière exacte dont cela aurait pu se produire, il n'y a aucun accord (bien que
>>l'hypothèse du monde à l'ARN semble gagner).
>
>Oui, mais cela reste loin d'un organisme vivant. À moins d'appeler
>le monde à l'ARN où les molécules d'ARN sont capables de se répliquer elles-mêmes, servant
>de leur propre enzyme, « vivant ». Ce n'est pas que je suggère que quelqu'un le fasse. Mais
>où cela nous laisse-t-il ?

À la première étape du développement des organismes que nous reconnaîtrions comme vivants. À partir de ribozymes auto-réplicants, vous pourriez progresser vers, disons, des ribozymes dans des liposomes, vers des ribozymes liés à la membrane avec des co-catalyseurs d'acides aminés, vers des ribozymes codant pour des protéines [1]. Pas à pas, vous progressez vers quelque chose que nous reconnaîtrions comme un organisme (mais bien sûr, pas un organisme moderne).

>D'après ce que j'ai lu, la réplication des molécules est plutôt
>facile à réaliser dans un laboratoire moderne. Par exemple:
>
>Sol Spiegelman, dans les années 60, a expérimenté avec un approvisionnement en virus qu'il
>a placé dans un tube à essai, enrichi un approvisionnement en l'enzyme réplicase qui
>était nécessaire au virus afin de répliquer son ARN et un approvisionnement abondant en
>nucléotides libres. Après avoir mélangé ces éléments et organisé un flux de matériaux
>dans le système, il a attendu de voir ce qui se produisait. Au début, l'ARN se
>copiait lui-même plutôt fidèlement. Cependant, des mutations ont rapidement commencé
>à couper les brins d'ARN en deux. Ces brins sont devenus de plus en plus
>courts jusqu'à ce qu'après environ 70 générations, les longueurs d'ARN se soient stabilisées
>à la longueur minimale possible capable de se répliquer. Ce brin
>contenait environ 220 nucléotides, à peine plus que le site de reconnaissance
>pour l'enzyme réplicase. Cette molécule, étiquetée le Monstre de Spiegelman
>était capable de se reproduire à un rythme fantastique dans cet environnement de tube
>à essai protégé. Mais elle ne pouvait pas survivre dans le monde non protégé,
>pour ne pas parler de sa survie dans l'océan primitif.

Pourquoi ne survivrait-il pas dans un monde prébiotique, où il n'y a pas de concurrents ? [2]

>Manfred Eigen a poussé l'expérience un cran plus loin et a commencé son
>expérience sans le virus séance et avec des résultats essentiellement les mêmes.
>Cela a apporté un soutien à l'hypothèse du gène nu, qui proposait
>que le premier ARN composé d'une centaine de nucléotides ayant
>un seul but - se répliquer. Mais quelles sont les chances
>d'une telle molécule auto-assemblée se produisant dans les mers primitives
>et, encore moins, survivant.

En réalité, c'est assez bon. Il existe 1,6 x 10^60 séquences possibles de 100 nucléotides. Dans un océan primordial de 10^24 litres avec une concentration en nucléotides de 10^-6M (relativement diluée), assembler des séquences de 100 nucléotides sur de l'argile à la manière de Ferris [3] et en supposant qu'il faut une semaine pour créer une séquence complète, alors vous pouvez avoir produit environ 1 x 10^50 séquences en une année ! Comme il a été estimé qu'une sur 1 x 10^17 séquences d'ARN aléatoires est une ligase à haute efficacité [4], les chances d'obtenir au moins une polymérase auto-répliquante (ou petit assemblage auto-répliquant) sont assez élevées.

La survie devrait être assez bonne, les polynucléotides sont assez stables (de l'ordre de milliers d'années), et il n'y a pas de compétition pour les engloutir, donc un ribozyme se répliquant devrait dominer n'importe quel lac ou océan où il se trouve. Avec la compétition pour les ressources, des variantes du ribozyme original finiront par dominer dans certains environnements.

>Un deuxième problème est le problème du lien gène-protéine.
>
>Le chimiste lauréat du prix Nobel, Walter Gilbert, a développé à partir
>des travaux ci-dessus ainsi que des contributions d'Orgel et d'autres. Orgel
>a réussi à faire former à l'ARN de nouvelles molécules dans des unités de
>nucléotides riches en énergie, puis à former de nouvelles chaînes d'ARN
>correspondant aux existantes. Elles formeraient ensuite automatiquement
>la configuration en double hélice. Gilbert a proposé un scénario pour
>l'émergence de la vie. En commençant par la capacité d'auto-catalyse
>nécessaire pour s'assembler à partir de la soupe. Suivi par
>la recombinaison et la mutation afin d'explorer de nouvelles fonctions. Ensuite
>les molécules d'ARN ont formé des protéines. Les enzymes protéiques sont
>encodées par l'ARN. Finalement, l'ADN apparaît, offrant un stockage stable
>et auto-correcteur d'informations. Les principales fonctions de l'ARN ont
>alors été reprises par ses créations, les protéines et l'ADN.
>
>Le problème avec ce scénario est le même que pour les autres : obtenir
>la première étape : obtenir l'ARN auto-répliquant qui, expérimentalement,
>ne provient que de l'ARN moderne d'aujourd'hui. Ainsi, la question est,
>à quel point sommes-nous allés depuis la nécessité pour la première vie ?

l'ARN (ou des imitations de l'ARN [5]) peut être généré de manière abiotique, et l'ARN (ou des imitations de l'ARN) peut polymériser sur des substrats d'argile. Dans des conditions abiotiques plausibles, presque toutes les séquences possibles de 100 nucléotides pourraient être produites en moins d'un milliard d'années. Nous avons fait un long chemin.

<grand extrait sur les définitions de l'abiogenèse>

>>Le problème est que lorsque vous avez dit
>>"alors l'évolution biologique n'aurait aucun fondement,
>>puisque l'évolution biologique ne procède que par des processus
>>naturels. Et donc, il semble une extension logique que la vie
>>doit également avoir originaire de la même manière." vous semblez
>>dire que si l'abiogenèse ne peut pas être démontrée comme possible alors
>>l'évolution biologique doit également être impossible
>>
>Je peux accepter votre affirmation que l'abiogenèse est distincte de
>l'évolution biologique, néanmoins c'est une chaîne continue et ininterrompue
>commençant avec ou avant l'apparition de l'ARN autoréplicatif qui a muté,
>recombiné et progressé jusqu'à l'étape où il a commencé à synthétiser
>des protéines, des enzymes et de l'ADN. Ce processus a continué à muter,
>le précurseur le plus efficace de la vie se répliquant et laissant le plus
>d'offspring, ainsi la sélection naturelle est née (?). Ce processus
>continue à se répliquer et à muter jusqu'à ce que le premier être vivant
>biologique apparaisse. Ces premiers êtres vivants continuent à se répliquer,
>à muter et à devenir de plus en plus complexes. Les premières bactéries,
>algues bleu-vert, etc. apparaissent et ces cellules procaryotes ou un
>parent apparent entrent dans une relation symbiotique, ainsi les
>premières cellules eucaryotes primitives sont nées. Longtemps avant ce
>jointure, c'est-à-dire l'apparition de cellules eucaryotes, *l'évolution*
>était déjà bien en marche. Mais appeler le processus depuis la première
>molécule d'ARN jusqu'au premier être vivant n'est pas l'évolution. Juste
>à quel point est arbitraire la rupture dans ce processus continu où
>la non-évolution prend fin et l'évolution commence ?

L'évolution commence lorsque vous avez une réplication, une hérédité (puisque vous pouvez avoir une réplication sans hérédité dans certains systèmes d'hypercycle) et une sélection de copies variant. Vous pourriez donc être justifié à appliquer cela au premier ribozyme d'ARN à auto-réplication. Cependant, les événements menant au premier ribozyme d'ARN à auto-réplication (synthèse prébiotique de nucléotides, polymères d'ARN assemblés sur de l'argile, hypercycles non auto-réplicants) ne sont pas une évolution.

Oui, il est difficile de décider où se situe la ligne de démarcation, même aujourd'hui, il est difficile de tracer la frontière entre le vivant et le non-vivant (un virus est-il vivant ? il peut se répliquer et évoluer, un prion ?). Cela suggère en soi que la vie est un processus naturel plutôt qu'un décret divin ou une construction délibérée.

>>lorsqu'elles ne fonctionnent pas, en fait, de la même manière du tout, sauf dans la mesure où
>>les deux sont considérées comme des processus naturels. L'évolution biologique
>>a été démontrée fonctionner, à la satisfaction de la vaste
>>majorité des scientifiques. L'abiogenèse ne l'a pas fait, mais comme il s'agit
>>d'questions séparées, cela ne fait douter personne de la véracité de
>>l'évolution biologique.
>>
>Est-ce une question équitable : l'abiogenèse et l'évolution sont-elles distinctes parce que
>l'abiogenèse est mal étayée, par conséquent, elle ne peut apporter aucun soutien
>à l'évolution ? Mais alors, elle ne peut pas non plus remettre en question la véracité
>de l'évolution. Alors comment pouvons-nous savoir si c'est ou non une stratégie de protection ?

L'abiogenèse et l'évolution sont distinctes car elles impliquent des processus naturels différents.

<snip more stuff>

>>L'expérience de Pasteur a démontré que l'eau dans un tube à essai
>>stérile ne donnera pas naissance à l'abiogenèse en un siècle ou deux (je
>>crois que le tube à essai est toujours exposé à Paris). Cela ne démontre
>>guère que la vie ne puisse pas naître de matière non vivante sur une
>planète entière remplie de réactions chimiques complexes au cours de
>milliers ou de millions d'années.
>
>Ici encore, la preuve est dans le pudding. Et il y a peu de preuves
>à l'encontre. Pasteur a également expérimenté avec du bouillon qui avait
>été stérilisé (bouilli). Puis, en utilisant un ballon à col tortueux, afin
>de garder les microbes hors, a-t-il pu démontrer ses hypothèses. Puisque
>les microbes n'ont pas atteint le bouillon stérile, les organismes vivants
>n'ont pu ou n'ont pas
>apparu. Ainsi, prouvant son hypothèse que la vie ne vient que de la vie
>préexistante.

Encore une fois, personne n'attend de transition du type « acides aminés à cyanobactéries » que cela impliquerait. De plus, un litre ou deux de bouillon reposant tranquillement dans un récipient en verre depuis un siècle et demi n'a rien à voir avec la Terre primitive, où des milliards de litres de produits chimiques réactifs dans les anciens océans sont brassés par les vagues et mélangés sur des plages de clay catalytique et de sable, et même dans cette situation, nous pourrions attendre des millénaires avant de voir quelque chose qui pourrait être défini comme de la vie (voir les références de Lacano à [5]).

>Une chose est certaine : en repoussant l'origine de la vie à un temps
>et un lieu inaccessibles, les chercheurs ne pourront jamais infirmer la théorie
>de l'origine de la vie, quelle que soit la théorie que les scientifiques puissent
>proposer. Par conséquent, ils peuvent expérimenter jusqu'à ce que leurs cœurs
>soient satisfaits des résultats, grands ou petits, qu'ils obtiennent. Aucun
>cynisme n'est visé, simplement une affirmation de fait (à mon avis).

Ce n'est pas vrai. L'origine de la vie est placée là où elle l'est par les preuves. À mesure que de nouvelles preuves s'accumulent, divers scénarios peuvent être éliminés (comme certains l'ont fait), et de nouveaux types de tests peuvent être conçus. Il n'y a pas longtemps, nous n'avions aucun moyen de détecter des bactéries fossiles, maintenant nous pouvons le faire. Avec plus de recherches, nous serons incontestablement capables de concevoir de nouvelles façons d'accéder à ces époques passées.

Salutations ! Ian

[1] Ici, je ne donne qu'un seul scénario possible ; d'autres incluent « hypercycles de protéines d'abord, puis ARN/ADN » et « développement conjoint des protéines/ARN ».

[2] Je suis conscient que cet exemple nécessitait une polymérase préexistante et que, outre l'ARN, une polymérase devait être présente. Cependant, dans le monde prébiotique, cette polymérase n'aurait pas besoin d'être aussi proche des polymérases modernes, même l'argile pourrait suffire, et donc la disponibilité de la polymérase n'est pas aussi limitante que dans un exemple moderne.

[3] Ferris JP, Hill AR Jr, Liu R, et Orgel LE. (2 mai 1996). Synthèse d'oligomères prébiotiques longs sur des surfaces minérales [voir commentaires] Nature, 381, 59-61.

[4] Ekland EH, Szostak JW, et Bartel DP. (21 juillet 1995). Ligases d'ARN structuralement complexes et hautement actives dérivées de séquences d'ARN aléatoires. Science, 269, 364-70.

[5] Voir :

Miller SL. (mars 1997). Acides nucléiques peptidiques et chimie prébiotique Nat Struct Biol, 4, 167-9.

Hager AJ, et Szostak JW. (août 1997). Isolement de ribozymes novateurs qui liguent des substrats d'ARN activés par l'AMP Chem Biol, 4, 607-17.

James KD, et Ellington AD. (août 1997). Fidélité surprenante de la ligation chimique dirigée par matrice d'oligonucléotides [Citation en cours de traitement] Chem Biol, 4, 595-605.

Schwartz AW. (août 1997). Spéculation sur le problème du précurseur de l'ARN J Theor Biol, 187, 523-7.

Bolli M, Micura R, et Eschenmoser A. (avril 1997). Pyranosyl-ARN : auto-assemblage chiroselectif de séquences de bases par oligomérisation ligative de tétranucléotides-2',3'-cyclophosphates (avec un commentaire concernant l'origine de l'homochiralité biomoléculaire). Chem Biol, 4, 309-20.

Bohler C, Nielsen PE, et Orgel LE. (17 août 1995). Changement de matrice entre les oligonucléotides de PNA et d'ARN Nature, 376, 578-81.

Lazcano A, et Miller SL. (14 juin 1996). L'origine et l'évolution précoce de la vie : chimie prébiotique, le monde pré-ARN, et le temps. Cell, 85, 793-8.

Ertem G, et Ferris JP. (18 janvier 1996). Synthèse d'oligomères d'ARN sur des matrices hétérogènes. Nature, 379, 238-40.

Ishizaka M, Ohshima Y, et Tani T. (14 septembre 1995). Isolement de ribozymes actifs à partir d'un pool d'ARN de séquences aléatoires en utilisant un substrat d'ARN ancré. Biochem Biophys Res Commun, 214, 403-9.

Peta, Ian et Jack Francis

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Fans de Terry Pratchett, planteurs d'arbres et scientifiques de passage (De Chelonian Mobile !)

Publié pour la première fois le 2 avril 1998