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Le mystère du vivant

Mystère du néant

   Catégorie : évolution
Mise à jour 01 juin 2013

La petite histoire de l'évolution vers le vivant, démarre du néant, il y a 13,8 milliards d'années, avant, l'espace et le temps n'existent pas. Le monde microscopique et le monde macroscopique sont réunis dans l'évolution de l'univers, car l'infiniment petit, a généré l'infiniment grand, l'univers observable, a jailli de presque rien. L'univers en gestation était si petit qu'il tenait dans la paume de la main, c'est à partir de là que se sont formées d'abord les étoiles, puis les galaxies et les planètes... Au début, une énergie mystérieusement floue, crée des milliards de milliards de milliards de particules et d'antiparticules virtuelles, qui vont quitter le monde opaque des ombres, pour émerger dans un monde réel transparent.

 

Les quarks, les électrons, les neutrinos et leurs antiparticules à l'état libre, vont surgir d'un vide mystérieux. Les particules et leurs antiparticules vont produire la lumière, beaucoup de lumière, c’est la naissance de l'ère radiative, de l'univers observable.
L'énergie de la force nucléaire forte crée la matière, en associant les quarks trois par trois, c’est l'époque des hadrons qui font apparaitre les protons et les neutrons.
A ce moment là, les quarks perdent leur liberté.

Image : 10 am (1 attomètre = 10-18 mètre), c’est la distance à laquelle on peut "voir" les quarks.

 les particules élémentaires

Frontière entre l'inerte et le vivant

    

La vie est un processus chimique, dont les organismes vivants sont issus. La matière du vivant est présente sur Terre et certainement ailleurs dans l'univers, depuis des milliards d'années.
Dans les météorites organiques les plus anciennes, les scientifiques y trouvent les bases de la vie qui ont alimenté la matière primitive de la Terre, il y a un peu plus de 4 milliards d'années.
La vie a commencé en se protégeant à l'intérieur de membranes cellulaires, la vie sur Terre est cellulaire. Un mélange de composés organiques aussi simple que ceux contenus dans une météorite carbonée, peut former des membranes cellulaires et cela a contribué à la formation des premières cellules sur la Terre primitive. Les scientifiques imaginent les premières étapes de la création des premières cellules vivantes, mais les très vieilles molécules organiques et membranes cellulaires ne dévoilent  presque rien, du mystérieux passage de la matière, à la vie.
Ce qui est certain, c'est que nous sommes fait de matière mais en même temps, nous nous en distinguons. Ce qui nous distingue de la matière c'est que nous sommes « vivants » et non «  inertes ».

 

On dit qu'un organisme est vivant s'il peut se nourrir, évoluer et se reproduire afin de traverser le temps.
Puisque la vie est chimique et trouve son origine dans la matière inerte, pourquoi ne trouve-t-on pas la frontière précise entre le vivant et l'inanimé ?
Un virus par exemple, n'est qu'un assemblage d'atomes inertes, il est inanimé et pourtant il agit comme un organisme vivant se reproduisant et mutant, lorsqu'il infecte une cellule.
L'inanimé et le vivant se ressemble étrangement dans le cristal, qui croît et se multiplie tout en étant inerte.
Les archéobactéries ou archées ou archaea, sont des cellules 10 fois plus petites que les bactéries et la séquence de leur ADN, montre qu'elles sont plus proches du premier organisme vivant que les bactéries. On en trouve sur Terre qui vivent dans les conditions les plus extrêmes, ce qui démontre leurs capacités phénoménales à s'adapter.
C'est pourquoi les chercheurs essaient de supprimer le maximum d'informations enregistrées, en modifiant leur ADN, pour ne garder qu'un organisme vivant « minimal » et ainsi atteindre la frontière, entre l'inanimé et le vivant.

 microorganisme méthanogène

Image : Les microorganismes méthanogènes sont dans la branche des Archéobactéries et productrices de méthane, gaz qui a joué un grand rôle dans l'évolution.

Vie sur la Terre

    

La vie est une tendance mystérieuse et universelle de la matière à s'associer, à s'organiser, à se complexifier.
Le vivant se caractérise par le fait qu'il puise de l'énergie dans le milieu extérieur, il utilise cette énergie, rejette les déchets et enrichit son organisation.
A l'échelle des espèces, le vivant sur la Terre, ne cesse de se complexifier de plus en plus rapidement, depuis 4,5 milliards d'années.
Il semble que la vie, tant elle est tenace, n'est rien d'autre, qu'un processus banal, qu'une forme particulière de la matière, dont on va certainement percer le secret. Cependant nous constatons que la vie évolue dans le temps en prenant un chemin défini par une infinité de paramètres, ce qui la rend indéfinissable et imprévisible.
Il existe pourtant une définition biologique de la vie :
« un organisme est dit vivant lorsqu'il échange de la matière et de l'énergie avec son environnement en conservant son autonomie, lorsqu'il se reproduit et évolue par sélection naturelle. »
Tous les organismes vivants assurent leur stabilité en réagissant aux changements de leur environnement.
La vie a donc une faculté d'adaptation et d'apprentissage. C'est cela la vie ?

 

Mais nous constatons aussi en observant les galaxies, les étoiles et les planètes, que la matière est capable de s'auto-organiser sans être pour autant vivante.
Cependant, une bonne définition de la vie doit prendre en compte ce concept, c’est à dire, la faculté qu’a la matière à progressivement gravir les échelons de la complexité.
La ténacité de la vie n'est-elle pas la preuve qu'elle est présente partout dans l'Univers, attendant patiemment un contexte favorable, pour poursuivre son chemin vers la complexité ?
Il est difficile de croire que la vie n'existe que sur Terre, partout où il y a de l'eau liquide, il y a une possibilité de vie, même sous la croute glacée de certaines planètes ou satellites de planètes.
La vie se développe dans des endroits où même l'énergie du soleil ne pénètre pas, nous le constatons dans les abysses de notre planète.

nota: Selon la NASA, est vivant tout système délimité sur le plan spatial par une membrane semi-perméable de sa propre fabrication et capable de s'auto-entretenir, ainsi que de se reproduire en fabriquant ses propres constituants, à partir d'énergie et/ou à partir d'éléments extérieurs.

 Atmosphère, membrane de la cellule terrestre

Image : On remarque sur la photo agrandie, la frêle membrane de l'atmosphère terrestre qui protège la vie. Il semble que la Terre, comme la cellule, a protégé la vie à l'intérieur d'une membrane cellulaire.

Vivant et information

    

La définition du vivant est extrêmement difficile à concevoir et l'ampleur de la question ne permet pas d'y répondre simplement, car la question concerne autant l'aspect philosophique que l'aspect chimique de la vie.
De plus nous constatons que la vie évolue dans le temps en prenant un chemin défini par une infinité de paramètres, ce qui la rend indéfinissable et imprévisible. Mais les composants présents dans la soupe originale, de temps en temps, établissent des liaisons électromagnétiques. Et lorsque certains composants se combinent, ils canalisent l'information pour faire une copie d'eux-mêmes, c'est là que le miracle se produit, car, dans un système de composés chimiques qui n'est pas vivant, il ne se passe rien.
Les fonctions chimiques de ces composants particuliers, assemblés par le hasard, font parties d'un plan de fabrication qui permet de refaire le système.

 

Ce système possède des informations opérationnelles stockées, et c'est à partir de ce moment là, qu'on peut le considérer comme vivant.
Ce système vivant a la particularité de se recréer à l'infini, à partir des constituants du milieu, on dit qu'il possède la propriété d'autopoïèse. Le terme vient du grec, auto (soi-même), et poièsis (création). Ce terme définit la propriété d'un système à se produire lui-même.
En 1944 Avery, Mac Leod et Mac Carthy définissent l'ADN comme support de l'information génétique.
La vie est d'abord un processus chimique qui tend vers la complexité, mais plus elle évolue vers la complexité, et moins on la trouvera à l'identique, dans l'univers.
En d'autres termes, la vie tend vers la raréfaction !

 

?
consciences
organismes
cellules
bio molécules ou protéines
molécules simples
atomes
nucléons
quarks, électrons
chaos
?

Image : La pyramide de la complexité va vers la raréfaction, plus on va vers la complexité et moins on la trouve dans l'univers.

Cellule

    

La cellule est l'unité fondamentale des systèmes vivants, c'est l'unité de vie.
En 1838, Matthias Schleiden émet l'hypothèse que toutes les plantes sont composées de cellules et en 1839, Theodor Schwann étend l'hypothèse à tous les tissus animaux.
Schwann et Schleinden posent ainsi l'argument que les cellules sont les particules élémentaires de la vie.
La cellule, cette petite chambre, procure une protection et crée un milieu de composition physicochimique qui permet à cet espace clos d'échanger avec l'extérieur.
Les cellules, pas forcément identiques mais de même origine, se réunissent pour former un tissu, niveau d'organisation fonctionnel et les tissus se regroupent pour former les organes.
En résumé, la vie s'organise à travers les cellules, les tissus, les organes puis les systèmes pour fabriquer des organisations aussi sophistiquées que la conscience. L'ADN, support de l'information génétique et de l'hérédité, produit de temps en temps des erreurs, la plupart de ses erreurs sont néfastes mais parfois ces mutations, en fonction de l'environnement, produisent des effets bénéfiques, qui permettent au système de continuer son évolution...
L’acide désoxyribonucléique, ou ADN, est une molécule, présente dans toutes les cellules vivantes.
Cette merveilleuse molécule renferme l'ensemble des informations nécessaires au fonctionnement d'un système. Elle va permettre la transmission de l'information, intégralement ou presque, lors de la reproduction. Cette information génétique constitue le génome des êtres vivants.

 

L'ADN renferme  le plan de fabrication, il est simplement constitué de 4 composants qui permettent la réplication : A G C et T (Adenine, Guanine, Cytosine et Thymine.
La molécule d'ADN est un double brin qui permet la duplication en deux molécules d'ADN filles identiques. Cela assure la transmission de l'information génétique lors de la reproduction, c'est l'hérédité. Chaque molécule fille hérite d'un brin de la molécule d'ADN initiale. L'autre brin est synthétisé, les composants se placent par complémentarité A-T et C-G, de manière à reconstituer à l'identique le brin manquant. Les 2 nouvelles molécules d'ADN sont identiques à la molécule initiale. Les deux brins aux séquences complémentaires, sont reliés par des liaisons faibles, ce qui permet la séparation et le réassemblage des brins.
C'est en 1958 que l'expérience de Meselson et Stahl a validé ce modèle. Les organismes vivants contiennent des molécules telles que : des hydrates de carbone, des lipides, des acides nucléiques et des protéines, mais toutes à base de carbone. Des formes de vie pourraient en théorie être fondées sur le silicium, mais celui-ci ne présente pas l’étonnante variété de formes et de propriétés du carbone.

Image : Dans le brin, la stabilité de l'information génétique est assurée par des liaisons fortes, mais l'ADN peut se modifier. Ces mutations spontanées, sont surement dues à des erreurs d'appariement au cours de la réplication ou favorisées par l'environnement, (radioactivité, ultraviolet, ...).

 L'ADN, support de l'information génétique et de l'hérédité
Les quarks sont des particules élémentaires chargées réagissant à la force nucléaire forte. Les protons et les neutrons sont composés chacun de trois quarks découverts par un physicien américain Murray Gell-Mann. Dans le modèle standard de la physique des particules, 4 particules élémentaires suffisent en principe pour construire le monde qui nous entoure : les quarks up et down, l'électron et le neutrino électronique. Les neutrinos sont des particules subatomiques appartenant aux leptons, composants de la matière dite ordinaire avec les quarks et les électrons. Le neutrino n'est pas sensible à l'interaction forte (force nucléaire), par contre, il est sensible à l'interaction faible, responsable de la désintégration de l'atome. Dans le modèle standard de la physique des particules, 4 particules élémentaires suffisent en principe pour construire le monde qui nous entoure : les quarks up et down, l'électron et le neutrino électronique. Un électron est un constituant fondamental de la matière.
Autour d’un noyau, certaines régions sont dépeuplées d’électrons alors que d’autres régions en fourmillent. Les lois de la mécanique quantique permettent de faire la distinction entre ces régions. L'électron possède une charge électrique de signe négatif considérée comme indivisible, e = 1,59 x 10-19 coulomb et une masse m = 9 x 10-28 gramme.
Un électronvolt, eV = 1,602 x 10−19 Joule.
L'électron est la première particule élémentaire mise en évidence dans de nombreuses expériences entre la fin du XIXe siècle et le début du XXe.

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