Bio - 1. évolution et origine du vivant - 1.2. Le vivant : son origine, son évolution (pt. 1 : Chronologie et origine de la vie (PPT1, II et III))

Quelles sont les trois grandes dates de l'origine de la vie ?

-15 milliards d'années : Big Bang, naissance de l'univers. -4,6 Ga : formation du soleil, de la Terre et des planètes du système solaire. -3,8 à -3,5 Ga : apparition de la vie sur Terre. (Le syllabus donne 4,0 Ga pour l'apparition de la vie.)

Que signifie « Hadéen » et quelles en sont les bornes ?

Du dieu des enfers : la Terre était un enfer, une boule de feu. -4,6 à -4,0 Ga. Masse chaude de roches en fusion, bombardement intense de météorites, croûte refondue plusieurs fois, environnement non propice à la vie.

Que signifie « Archéen » et quelles en sont les bornes ?

« Les temps anciens » en grec. -4,0 à -2,5 Ga. L'eau liquide existe, les océans se forment, la Terre s'est refroidie (40 à 80 °C). Le début de l'Archéen marque l'apparition de la vie.

Qu'est-ce que Théia ?

Une proto-planète qui n'entrait pas en orbite et est entrée en collision avec la Terre, donnant le système Terre-Lune il y a 4,5 milliards d'années.

Décrivez l'enchaînement qui mène à la formation des océans primitifs.

Refroidissement de la croûte, puis dégazage de la vapeur d'eau, puis condensation, puis pluies massives pendant des dizaines de millions d'années, puis formation des océans primitifs, puis début de l'Archéen où la vie apparaît.

Que trouve-t-on comme plus anciens fossiles à l'Archéen ?

Des stromatolites : colonies de cyanobactéries, capables de faire la photosynthèse. Vie exclusivement unicellulaire et sous les océans ; la terre ferme ne sera colonisée que bien plus tard.

Que signifie « Phanérozoïque » ?

« Animaux visibles » : éon actuel, marqué par l'explosion cambrienne et la formation de tous les grands branchements de la vie qu'on connaît actuellement.

Quel est le rôle de la couche d'ozone et comment se forme-t-elle ?

Oxygène + atmosphère donne une couche d'ozone (O3) qui capte une grande quantité des UV. L'ozone se forme en haute atmosphère quand les UV cassent des molécules d'O2 et que les fragments se recombinent à trois : il faut donc d'abord de l'oxygène dans l'air.

Pourquoi la couche d'ozone était-elle indispensable à la conquête de la terre ferme ?

Elle absorbe les UV, qui détruisent l'ADN. Avant elle, la vie ne pouvait survivre que sous l'eau, qui filtrait les rayonnements. Conquête ensuite par les végétaux, puis les invertébrés, puis les vertébrés.

Qui a proposé le concept de « soupe primitive » et quand ?

A. I. Oparin (1922), chimiste russe, et J. B. S. Haldane (1929), généticien anglais, indépendamment l'un de l'autre.

Qu'est-ce que la soupe primitive ?

L'ensemble des molécules organiques accumulées dans les océans primitifs. Les molécules se forment dans l'atmosphère grâce aux UV et aux éclairs, puis les pluies les entraînent vers les océans où elles s'accumulent.

Quelle était la composition de l'atmosphère primitive (version PPT) ?

80 % de vapeur d'eau, 10 à 15 % de CO2, 5 % de N2, 0 % d'oxygène (O2). Également CO2, N2, H2O, H2, et de petites molécules d'hydrogène liées à des éléments légers : H2S, NH3, CH4.

Qu'est-ce qu'une atmosphère réductrice et pourquoi était-ce indispensable ?

Réductrice = donneuse d'électrons : grande quantité d'atomes d'hydrogène et de leurs électrons, très peu ou pas d'oxygène. Indispensable car l'oxygène est un oxydant puissant qui aurait détruit les molécules organiques en formation.

Qui a mené l'expérience de Miller-Urey, quand et où ?

Stanley Miller et Harold Urey, en 1953, à l'Université de Chicago.

En quoi consistait l'expérience de Miller-Urey ?

Reproduire en laboratoire une forme simplifiée des conditions primitives en bombardant de décharges électriques un mélange de vapeur d'eau, gaz carbonique, monoxyde de carbone, hydrogène, azote, méthane et ammoniaque.

Quels furent les résultats de l'expérience de Miller-Urey ?

15% du carbone (contenu dans le méthane) est incorporé dans de petites molécules organiques : formaldéhyde, cyanure d'hydrogène, acide formique, urée, acides aminés (glycine, alanine).

Où et quand les résultats de Miller-Urey ont-ils été publiés ?

Dans la revue Science en 1953, sous le titre « A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions ».

Quelles critiques ont été adressées à l'expérience de Miller-Urey, et quelles réponses ?

1) « Les molécules observées sont une contamination bactérienne » : non, l'expérience marche en conditions parfaitement stériles. 2) « L'atmosphère n'était pas si réductrice » : si, on a la certitude aujourd'hui qu'il n'y avait pas d'oxygène. 3) « La composition contenait peut-être moins de H2, CH4 ou NH3 ».

Qu'ont donné les expériences ultérieures de type Miller-Urey ?

Plus de 30 molécules organiques carbonées différentes, dont divers acides aminés (18 des 20 actuels), des chaînes hydrocarbonées plus ou moins longues, des sucres simples et les différentes bases azotées.

Qu'est-ce qu'une cheminée hydrothermale ?

Structure géologique sous-marine émergeant des fonds océaniques, souvent le long des dorsales océaniques, zones où les plaques tectoniques s'écartent, permettant au magma de remonter et à l'eau de s'infiltrer dans les anfractuosités.

Que trouve-t-on en abondance autour des cheminées hydrothermales ?

Du méthane (CH4), de l'ammoniac (NH3), du H2, du H2S et du FeS.

Quelle réaction G. Wächtershäuser propose-t-il ?

FeS + H2S donne FeS2 (pyrite) + H2. L'H2 formé pourrait réagir avec le CO2 pour former du méthane (CH4) et d'autres molécules. En présence d'azote, des acides aminés pourraient se former.

Qu'est-ce que la panspermie moléculaire ?

Hypothèse d'une source extraterrestre : des milliers de météorites, comètes et astéroïdes ont atteint la Terre primitive et certains auraient pu transporter des molécules organiques, ensemençant les océans. Dispersion de molécules (et non d'organismes).

Qu'est-ce qu'une chondrite carbonée ?

Type de météorite riche en carbone et en eau, contenant environ 3 % de matière organique : composés carbonés, acides carboxyliques, acides sulfoniques, traces d'acides aminés dont la glycine.

Que contient la météorite de Murchison ?

Chondrite carbonée, Australie, 1969. 12 % d'H2O, diverses molécules organiques (hydrocarbures aliphatiques et aromatiques, acides carboxyliques, acides aminés, bases azotées, alcools) et plus de 92 acides aminés différents, dont 19 présents sur Terre.

Quels arguments écartent l'hypothèse d'une contamination terrestre de Murchison ?

1) Présence d'acides aminés qui ne se trouvent pas sur Terre. 2) En faisant une coupe propre, pas de contamination. 3) Acides aminés sous formes D et L (le vivant n'utilise que la forme L). 4) Isotope 13 du carbone en grande quantité par rapport à la Terre.

Expliquez le test L/D appliqué aux météorites.

Une synthèse chimique non vivante produit un mélange à parts égales 50 % L / 50 % D ; le vivant n'utilise que la forme L. Donc : mélange 50/50 = origine extraterrestre validée ; majorité de L = contamination terrestre.

Que mesure-t-on exactement avec le carbone 13 ?

Le rapport entre le carbone 13 et le carbone 12, comparé aux valeurs terrestres (le 13C est stable, il ne s'agit pas de désintégration). Un enrichissement nettement différent indique que le carbone ne vient pas de la Terre.

Décris-moi les divisions des temps géologiques et leurs événements clés (Hadéen - protérozoïque)

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Décris-moi les divisions des temps géologiques et leurs événements clés (Phanérozoïque - éons)

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Décrire le montage de l’expérience de Miller

Un ballon inférieur contient l'« océan primitif » : de l'eau chauffée qui s'évapore. La vapeur monte vers un ballon supérieur représentant l'« atmosphère primitive », contenant le mélange de gaz. Deux électrodes y produisent des décharges électriques simulant les éclairs. Les produits formés passent ensuite dans un condenseur qui les refroidit, et l'eau condensée retombe dans le ballon inférieur, où les molécules organiques s'accumulent. Le cycle se répète en boucle pendant une semaine.

Dans l'expérience de Miller-Urey, quelle proportion de carbone est transformée, et d'où vient ce carbone ?

15 % du carbone (contenu dans le méthane) est incorporé dans de petites molécules organiques. (Le syllabus donne 10-15 % du carbone engagé.) Ces molécules s'accumuleraient ensuite dans les océans : c'est la théorie de la soupe primitive.

Parmi les produits de Miller-Urey, lesquels sont des acides aminés ?

La glycine et l'alanine. Les autres (formaldéhyde, cyanure d'hydrogène, acide formique, urée) sont de petites molécules organiques plus simples, précurseurs possibles.

Décrivez le trajet de l'eau dans une cheminée hydrothermale.

Craquelure dans la croûte océanique : l'eau s'infiltre dans les anfractuosités créées, rencontre le magma et entre en contact avec de nombreux minéraux. Elle est ensuite réémise (renvoyée) dans l'océan.

Pourquoi les cheminées hydrothermales semblent-elles incompatibles avec la vie, et pourquoi ne le sont-elles pas ?

Les eaux réémises atteignent des températures très élevées. Pourtant, des communautés biologiques riches et diverses s'y sont adaptées : microorganismes extrêmophiles, vers tubicoles, crevettes.

En quoi les fluides des cheminées hydrothermales sont-ils riches ?

En minéraux, notamment des composés soufrés et ferreux, et en hydrogène, élément essentiel à la formation de molécules organiques.

Pourquoi les cheminées hydrothermales favoriseraient-elles la chimie prébiotique ?

1) Des réactions d'hydrogénation (ajout d'hydrogène à une molécule) pourraient permettre la formation de composés organiques.

2) Les conditions chimiques pourraient avoir favorisé la formation d'acides aminés, monomères des protéines.

3) Les conditions de haute température et pression auraient facilité la polymérisation de petits composés organiques en molécules plus complexes.

Qu'est-ce qu'une hydrogénation ?

Réaction qui ajoute de l'hydrogène à une molécule. C'est une forme de réduction (ajouter des hydrogènes revient à apporter des électrons).

Sous quelle forme la vie est-elle apparue ?

Sous la forme d'organismes unicellulaires procaryotes, avec la formation des océans primitifs.

Quel est le lien entre l'oxygénation de l'atmosphère et les eucaryotes ?

Avant, le seuil d'oxygène était très faible. C'est la grande oxygénation qui a permis l'apparition de l'eucaryote (cellule avec un vrai noyau qui possède le génome).

Connaît-on exactement la composition de l'atmosphère primitive ?

Non, il n'y a pas vraiment de consensus. Les études récentes donnent : essentiellement CO2, H2O et N2 ; en moindre quantité H2S, CH4, H2, CO et NH3 ; dépourvue de O2.

Quelles sont les quatre étapes successives de l'apparition de la vie ?

1) La formation des premières molécules organiques.

2) La polymérisation de ces petites molécules en macromolécules.

3) La formation des protocellules, avec une membrane isolant la cellule du milieu extérieur.

4) La mise en place de systèmes catalytiques ainsi que d'un métabolisme.

Quel était le but de l'expérience de Miller ?

Simuler les conditions de la Terre primitive afin de déterminer si des molécules organiques essentielles à la vie pouvaient se former spontanément à partir de composés chimiques simples, constituants probables de l'atmosphère primitive.