Overblog Suivre ce blog
Editer l'article Administration Créer mon blog

Texte libre


Pourquoi ce blog ?

Cet ensemble de textes a été conçu à la demande de lecteurs de la revue en ligne Automates-Intelligents souhaitant disposer de quelques repères pour mieux appréhender le domaine de ce que l’on nomme de plus en plus souvent les "sciences de la complexité"... lire la suite

Recherche

14 mai 2015 4 14 /05 /mai /2015 20:24

The Vital Question: Why is Life the Way it Is?

Profile books Avril 2015

Commentaires

Jean-Paul Baquiast
04/05/2015


Notre préliminaire Cette recension reprend et développe nos précédents articles concernant les recherches de Nick Lane:

* L'invention des mitochondries

* Aux origines des eucaryotes... et de la vie multicellulaire

* Life ascending

Sur l'auteur

Nick Lane est "Reader in Evolutionary Biochemistry, Department of Genetics, Evolution and Environment, University College London"

* Présentation du livre

* About Nick Lane

* University College London


Nous avons précédemment présenté et commenté les travaux selon nous extrêmement éclairants du biochimiste britannique Nick Lane (Cf notamment notre article sur son ouvrage séminal Life Ascending, 2010 ) .Depuis la parution de cet ouvrage, Nick Lane a poursuivi ses recherches sur les origines de la vie. Il vient de les présenter dans un nouvel ouvrage The Vital Question: Why is Life the Way it Is? . Il y propose une réponse à la question toujours en suspens aujourd'hui, concernant les origines de la vie sur Terre, sous la forme que nous lui connaissons.

Disons d'emblée que cet ouvrage nous paraît absolument remarquable. D'une part l'auteur y présente une synthèse des très nombreux travaux, pourtant ignorés du grand public, qui ont traité cette question et qui continuent aujourd'hui de la discuter. D'autre part, il y ajoute les nombreuses contributions personnelles que ses travaux de chercheur, en relation avec des équipes très performantes, lui permettent de faire connaitre. Il faut saluer à cette occasion le rôle considérable joué en ce domaine comme dans de beaucoup d'autres, par l'University College de Londres

A ces contributions scientifiques, Nick L'ane n'hésite pas chaque fois que possible à mentionner les réflexions philosophiques suscitées en permanence par des sujets aussi vastes. Mais il évite ce faisant de faire appel à des considérations d'ordre spiritualiste du type de celles qui abondent ailleurs mais qui n'ont aucun caractère scientifiques. Enfin, le livre est présenté dans un langage véritablement très agréable à lire le rendant différent des articles généralement arides publiés par les revues spécialisées.

Précisions cependant que Nick Lane ne fait aucune concession à la facilité. Il n'hésite pas donner les explications techniques qui s'imposent en appui de ses propos. Par ailleurs, il joint à l'ouvrage proprement dit, outre des notes de bas de page et schémas nombreux, un glossaire et une bibliographie très riches, indispensables à une meilleure compréhension du sujet. Bien évidemment tout ceci n'empêche pas que le livre soit assez difficile. Les non-spécialistes devront s'ils veulent en saisir toute la portée, le lire avec un crayon (ou ce qui en tient lieu aujourd'hui) à la main. Enfin, comme à notre connaissance n'existent pas de traductions, une bonne maîtrise de l'anglais est nécessaire. Mais il en est ainsi aujourd'hui de tout travail scientifique.

La vie, un problème en voie d'être résolu

Le point essentiel, s'imposant à la lecture du livre, est que Nick Lane, comme les scientifiques ayant contribué à construire ou soutenant ses hypothèses, ne se posent plus guère de questions sur la vie. Certes, en science, il n'existe pas de certitudes absolues, mais de très nombreuses réponses sont considérées comme suffisamment solides, tant au plan théorique qu'expérimental, pour ne plus mériter d'être discutées. Il est possible au contraire de s'appuyer sur elles pour étendre le champ des recherches.

Or, aussi surprenant que cela puisse paraître aux personnes non informées, il en est ainsi désormais de la question que pose le livre - pour quelles raisons la vie est-elle devenue ce qu'elle nous paraît être ? Répondre à cette question permet évidemment d'avancer dans la réponse à la grande question sous-jacente, qui tourmente les penseurs depuis l'origine de la pensée – qu'est ce que la vie? En quoi la matière vivante et pensante se distingue-t-elle de la matière inerte?

Sur ces deux points le livre de Nick Lane formule des réponses impressionnantes par leur cohérence, réponses cependant qui sont encore très ignorées, tant par d'autres chercheurs que par les philosophes et le public, fut-il « éclairé ». On peut regrouper ces réponses en deux grandes catégories. Les premières démontrent comment la vie sous ses formes relativement simples, dites procaryotes (cellules sans noyaux), est apparue et continue à se développer. Il s'agit aujourd'hui des bactéries et des archéa, auxquelles selon nous on pourrait ajouter les virus, bien que ceux-ci ne puissent exister en dehors des précédentes.

Les procaryotes

Leur apparition serait liée à un phénomène très présent, aujourd'hui encore, dans les fonds océaniques. Il s'agit des évents sous-marins alcalins hydrothermiques, très nombreux près de la dorsale sous-marine mid-atlantique. Le terme désigne des remontées d'eau de mer infiltrée par des failles à grande profondeur, eau venue à proximité de magmas et revenant chargées de composant minéraux. Ces eaux devenues alcalines donnent naissance au contact de l'eau de mer acide (acidité résultant notamment de la présence de CO2) à des concrétions très cloisonnées pouvant permettre aux précurseurs de la vie de se développer, riches en fer et en soufre.Le livre expose en détail les processus à base d'énergie électrique impliqués. L'énergie électrique, dite aussi gradient de protons, résulte des échanges entre l'eau basique et l'eau acide,se faisant à travers les membranes des concrétions.

Pour l'auteur les formes procaryotes relativement simples, existant sur Terre dans de nombreux milieux très différents, pourraient être présentes sous des formes relativement voisines, dans les milliards de planètes, astéroïdes ou comètes dites habitables aujourd'hui supposées exister dans la galaxie et le reste de l'univers. Le propre de ces planètes habitables, aujourd'hui confirmé par de nombreuses observations, est de disposer d'eau liquide et de gaz carbonique (CO2) indispensables à l'apparition de la vie procaryote, tout en bénéficiant de l'énergie lumineuse dispensée par leur étoile.

Les eucaryotes

Mais la seconde catégorie de réponses proposées par le livre concerne des questions bien plus difficiles à résoudre. Il s'agit des raisons pour lesquelles les premières cellules simples, sans noyaux, dites procaryotes, se sont transformées d'abord en cellules à noyau et membranes, dites eucaryotes, et comment celles-ci ont ensuite donné naissance aux organismes multicellulaires dont nous sommes nous mêmes des descendants.

Les premiers ouvrages de l'auteur, notamment l'impressionnant Life ascending, abordaient très largement la question des procaryotes, mais restaient bien plus évasifs concernant la question des eucaryotes, ou cellules à noyau, s'étant dès leur apparition massivement regroupées en organismes multicellulaires. Life ascending se bornait à mentionner différentes réponses possibles, sans cependant choisir entre elles.

Or dans son dernier ouvrage, The Vital Question, Nick Lane développe une hypothèse qui vient en contradiction avec celles très généralement reçues concernant les origines des eucaryotes. D'après ces dernières les premières cellules vivantes, bactéries ou archéa, seraient restées pendant presque 4 milliards d'années sans évoluer sensiblement, jusqu'à ce que l'augmentation du taux d'oxygène dans l'atmosphère, résultant notamment de l'activité des bactéries photosynthétiques, ait permis à certaines de ces cellules de disposer de davantage d'énergie. Elles seraient alors devenues, selon des voies différentes, plus grandes et plus complexes, donnant naissance aux espèces végétales et animales que nous connaissons.

Dans cette hypothèse, ce changement vers la complexité, résultant de la compétition darwinienne, se serait produit plusieurs fois, sans nécessairement de liens entre les processus adoptés par chacune des espèces en ayant résulté. Il pourrait éventuellement se reproduire sur d'autres planètes, dotées de conditions analogues.

Or Nick Lane refuse cette hypothèse. Il en propose une autre, bien plus surprenante. Pendant des milliards d'années, selon lui, les cellules simples le seraient restées sans changements particuliers et demeurent encore aujourd'hui très voisines de leurs formes originales. Par contre, une fois et une seule, il se trouva une cellule simple pour s'implanter à l'intérieur d'une autre, lui apportant son énergie, mais renonçant de ce fait à vivre de façon indépendante. D'une façon différente, mais ne modifiant pas la solution proposée, on pourrait dire qu'une cellule simple s'est incorporée sous forme d'endosymbion, une autre cellule simple qui s'est ensuite spécialisée au service de la cellule hôte, laquelle en a été profondément transformée.

On reconnaît dans cette description les organites intracellulaires bio-énergétiques existant à l'intérieur des cellules complexes et leur apportant l'énergie nécessaire à leur complexification. Il s'agit des mitochondries, que l'on considère généralement comme d'anciennes cellules autonomes ayant fait le choix de vivre en symbiose avec d'autres qui leur procureront l'abri de leurs membranes. Les chloroplastes jouent le même rôle dans les cellules végétales chlorophylliennes.

La cellule hôte, ainsi équipée, a pu en se dotant d'un plus grand nombre de mitochondries (ou de chloroplastes), obtenir l'énergie nécessaire à une plus grande mobilité et à une plus grande complexification – y compris l'énergie nécessaire pour se diversifier et se spécialiser à l'intérieur d'un organisme multicellulaire. Mais vivre ensemble n'était pas facile, pas plus pour les mitochondries que pour les cellules hôtes. Celles ci pour survivre durent adopter des comportements complexes tels que la production de gènes spécifiques àchacune d'elles au sein de molécules d'ADN, puis pour certaines la reproduction sexuelle permettant une plus grande diversification dans la production des gènes.

Ces hypothèses ne sont évidemment pas dues au seul Dick Lane. Mais celui-ci a pu, par un travail considérable, que résume le livre, en approfondir tous les aspects, ainsi que leurs conséquences. Aujourd'hui, selon lui, cette symbiose se poursuit, continuant à nous aider à survivre. Nous sommes ce que font de nous nos mitochondries.

Mais concernant les hypothèses relatives à la vie extra terrestre, selon l'auteur, la probabilité que se produisent de telles endosymbioses sur d'autres planètes reste très faible, comme elle l'est d'ailleurs restée sur Terre. Certes, elle n'est pas à exclure, mais les chances que nous aurions de rencontrer lors de nos explorations à la recherche de la vie extraterrestre des espèces complexes multicellulaires semblables à nous seraient extrêmement rares. Ceci ne veut évidemment pas dire que, dans l'immensité du cosmos, elles ne puissent exister. Mais nous n'en saurons jamais rien.

Le rôle de l'énergie mitochondriale

Les preuves de l'hypothèse de l'endosymbiont ont été tirées depuis une vingtaine d'années des travaus de la géologie, de la biochimie, de la biologie moléculaire et de la génomiques. L'auteur les mentionnent toutes, avec de nombreux détails. Mais pour quelles raisons les premières cellules se sont-elles répliquées et ont évolué? On mettait en cause précédemment l'ADN cellulaire présent au sein du noyau, les mutations et le phénomène dit du transfert latéral de gènes (d'une espèce à l'autre). Pour Nick Lane, ces explications passent à côté de ce phénomène essentiel qu'est la production d'énergie au sein des cellules, entrainant la consommation de nutriments et l'expulsion de déchets. Sans un apport constant d'énergie, l'ADN est impuissant. Or ce sont les mitochondries, disposant de leurs propres ADN, et présentes en grand nombre dans le milieu cellulaire, qui produisent les processus alimentant en énergie la cellule toute entière. L'auteur détaille avec beaucoup de précision (pouvant lasser un lecteur pressé), les mécanismes en cause.

Les ADN mitochondriaaux expliqueraient de la même façon la mort des cellules et leur remplacements par des cellules plus jeunes et plus adaptées (apoptose) et finalementg le vieillissement et la mort des organismes multicellulaires. L'ADN mitochondial provenant des mères est seul transmis lors de la reproduction. Il est produit une fois et une seule, au contraire du sperme masculin. Les nombreuse smutations affectant ce dernier peuvent comporter un risque pour la survie de l'espèce.

Conclusion

Nous n'entreprendrons pas ici de résumer les divers mécanismes impliquant, à travers les mitochondries et les chloroplastes, la production d'énergie nécessaire à la vie et au développement des cellules eucaryotes. Certaines questions plus générales doivent être évoquées!

Limitons nous le moment à la plus importante, quitte à retrouver les autres dans un article ultérieur. Cette question est la suivante: pourquoi l'endosymbiose décrite par le livre ne s'est elle produite qu'une seule fois sur Terre, comme en témoignent les similitudes entre organismes eucaryotes, ayant persisté sans modifications depuis leur apparition et leur généralisation il y a quelques 600 millions d'années? Parce qu'il s'agit d'un phénomène si exceptionnel qu'il n'a pas pu se reproduire depuis. De plus, à supposer qu'il se soit produit, les nouveaux spécimens ainsi apparus auraient été impitoyablement éliminés par la concurrence. Le livre cite cependant une observation japonaise très récente et non confirmée concernant la présence d'une cellule vivant en milieu sous marin et semblant conjuguer des traits de procaryotes et des traits d'eucaryotes.

Comme quoi la question n'est pas totalement close. Soyons assurés que Nick Lane y reviendra dans la suite de ses recherches.

Partager cet article

Repost 0

commentaires

Articles Récents

Liens