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Des particules à la vie biochimique

L'ère radiative...

   Catégorie : évolution
Mise à jour 01 juin 2013

La petite histoire de l'évolution vers le vivant, démarre du néant. 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 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, les galaxies, les planètes...
Au début, une énergie floue fait naitre 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, matériel et transparent.

 

Les quarks Particule élémentaire chargée réagissant à l'énergie nucléaire forte. Les protons et les neutrons sont composés chacun de trois quarks découverts par un physicien américain Murray Gell-Mann., les électrons Cette particule élémentaire constituant universel de la matière, a une charge 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., les neutrinos Particule neutre sujette uniquement à la force nucléaire faible. Produit en grand nombre dans les premiers instants de l'univers et en moindre nombre au cœur des étoiles et dans les supernovae. et leurs antiparticules à l'état libre, vont surgir de ce vide mystérieux. Les particules et leurs antiparticules vont produire la lumière, beaucoup de lumière, c’est l'ère radiative. L'énergie de la force nucléaire forte, crée la matière, en associant les quarks trois par trois, c’est l'époque des hadrons qui engendre les protons et les neutrons. A ce moment là, les quarks perdent leur liberté.

Image : 100 attomètres (10-16 mètre), c’est la distance à laquelle on peut voir les quark. Ce n'est qu'en 1975 que les quarks furent détectés expérimentalement.

 particules

L'ère matérielle...

    

Dès que la force gravitationnelle a pu reprendre le dessus, 380 000 ans après l'ère radiative, on assiste à la naissance des galaxies, des millions de galaxies. Dans le désert cosmique, ces oasis vont échapper au refroidissement continuel.
L'ère radiative vient d'engendrer l'ère matérielle.
C’est dans ces irrégularités de densité que sont les galaxies, que la marche vers la complexité va reprendre. La radiation a créé la matière en commençant par les atomes les plus simples.
La création des noyaux d'hydrogène et d'hélium va se faire dans une soupe originelle de hadrons Parce qu'ils doivent leur existence à la force nucléaire forte, le proton, le neutron et leurs antiparticules sont désignés collectivement sous le nom d'hadrons, qui en grec signifie [fort]., de leptons Particule élémentaire sur laquelle la force nucléaire forte n'a pas d'influence. L'électron, le positon, le neutrino sont désignés sous le nom de lepton, qui en grec signifie [faible]. et de photons Particule élémentaire du rayonnement, sans masse, qui se déplace à la vitesse la plus grande possible, à 300000 km/s. Selon l'énergie qu'elle porte, la particule peut être, par ordre d'énergie décroissante, un photon gamma, X, ultraviolet, visible, infrarouge ou radio.. Les galaxies ne sont pas assez denses pour combiner les noyaux d'hydrogène et d'hélium en d'autres noyaux plus lourds. C'est dans les étoiles que ces noyaux vont s'assembler, grâce à la gravité. Dans les galaxies, de nombreux petits nuages d'hydrogène et d'hélium vont se contracter, s'effondrer et atteindre de grandes températures.

 

La température et la pression gigantesque au cœur de ces nuages vont déclencher les réactions nucléaires nécessaires à la naissance des étoiles. Lorsque le cœur de l'étoile va s'allumer, elle va consommer son hydrogène et le convertir en hélium.
Un peu plus tard, elle va à nouveau s'effondrer et atteindre des températures et des pressions encore plus grandes. C'est à partir de centaines de millions de degrés que les noyaux d'hélium vont pouvoir fusionner pour donner des noyaux de carbone.

Image : Cette image est une représentation du gigantisme de notre univers observable, vieux de 13 milliards d'années. A 13 milliards d'années lumière de distance, chaque petit point de l'image est un superamas de galaxies.

 superamas de galaxies

Les éléments de la cuisson stellaire...

    

Dans des cycles de plus en plus courts, les étoiles vont ainsi fabriquer des éléments de plus en plus lourds et dans de gigantesques explosions, elles projetteront dans l'espace interstellaire, les germes des futurs atomes. Tous les produits de la cuisson stellaire, électrons, noyaux des éléments chimiques, sont construits lors des explosions des étoiles massives.
Il reste à unir les noyaux aux électrons pour accéder à l'étape suivante vers la complexité, la construction des atomes. Cela ne peut se réaliser que par l'intermédiaire de la force électromagnétique et certainement pas à l'intérieure des étoiles où la température est trop élevée pour que les atomes puissent y survivre. Les poussières d'un millième de millimètre, faites de silicium, d'oxygène, de magnésium et de fer, remplissent l'espace interstellaire. C’est dans ces terres fertiles que les noyaux des éléments lourds vont s'associer et s'unir selon des combinaisons toujours plus complexes, les atomes et les molécules vont s'assembler.

 

L'univers matériel est constitué de 74% d'hydrogène, de 24% d'hélium, de 1% d'oxygène et tous les autres éléments réunis ne représentent que 1% de la matière.
Bien sûr, il y a beaucoup de molécules d'hydrogène, mais on trouve aussi du monoxyde de carbone (CO), de l'eau (H2O), du méthane (CH4), de l'ammoniac (NH3). D'ailleurs ce quartette d'atomes (CHON) qui fait déjà son apparition: le carbone (C), l'hydrogène (H), l'oxygène (O), l'azote (N), compose 99% de notre corps.

Image : 10-14 mètre ou 10 fermi, c’est la distance à laquelle on peut voir le noyau d'un atome. Vers la fin du XIXe siècle, on découvre que l'atome n'est pas un élément de matière indivisible. Le proton est un nucléon, comme le neutron, qui entre dans la composition de la matière.
Ci-contre, l'image de nucléons d'un noyau atomique, mais ce n'est là, qu'une fausse représentation qui nous permet de matérialiser les particules subatomiques.

 nucléon

En route vers la complexité...

    

La nature poursuit sa progression vers la complexité, des molécules de quelques dizaines d'atomes ne lui suffisent pas. Dans un petit coin perdu de la voie lactée, 10 milliards d'années après le Big Bang, un nuage de poussière se contracte, les réactions nucléaires se déclenchent, le nuage gazeux s'allume, une étoile apparait: le Soleil.
Au moment de la contraction, les grains de poussières, tournent autour du centre, beaucoup vont être aspirés, peu s'en échappent et commencent à orbiter autour du jeune soleil en formation. Les poussières s'agglutinent en anneaux autour de l'astre central. Les plus grosses particules de poussières attirent les plus petites et leurs masses vont croitre, de 1 gramme à 1 kilogramme puis à 1 tonne puis à des milliards de tonnes. Elles se regrouperont autant qu'elles le pourront au cours des rotations successives autour du Soleil.

 

La matière des anneaux solaires se concentre dans des planètes et des lunes qui au hasard des rencontres vont, soit s'écraser sur la planète soit se trouver prisonnière sur une orbite. Cette période d'intense bombardement va durer quelques centaines de millions d'années.
Les planètes se refroidissent, la surface de la Terre n'est qu'un océan de lave incandescente qui peu à peu va se solidifier en éjectant dans son atmosphère de grandes quantités de gaz, contenues dans la roche liquide. Cette atmosphère est un mélange d'hydrogène (H), d'ammoniac (NH3), de méthane (CH4), d'eau (H2O) et de gaz carbonique (CO2).

Image : Représentation de la naissance des proto planètes.

 naissance des planètes

Et l'eau inonde la Terre...

    

Le refroidissement se poursuit, l'eau de l'atmosphère primitive se condense, des pluies diluviennes s'abattent et inondent la Terre. Les rayons énergétiques du jeune Soleil vont frapper les molécules de l'atmosphère, qui vont s'associer en de multiples combinaisons. Des acides aminés d'une trentaine d'atomes apparaissent et vont se dissoudre dans l'océan. Beaucoup plus dense que l'atmosphère terrestre, l'eau est le lieu des rencontres et des combinaisons par excellence, car elle protège ses hôtes des orages nocifs du Soleil. Les atomes qui s'associent entre eux vont créer les molécules qui engendrent la vie. Les acides aminés vont continuer à s'assembler en de longues chaines et des centaines de millions d'années plus tard, les protéines apparaissent. Une étape de plus vers la complexité est franchie. D'assemblage en assemblage, les protéines vont former des hélices enchevêtrées, pour créer la molécule d'ADN, cette merveilleuse molécule qui va transmettre l'information du passé vers le futur.

 

Avec l'arrivée de l'ADN, c'est une véritable banque génétique qui va enregistrer de l'information à l'attention de la vie.
Les cellules contenant des millions de molécules d'ADN voient le jour et les microorganismes monocellulaires pullulent dans l'océan. Ces cellules attendront patiemment l'occasion de franchir encore une étape vers la complexité.

Image : Pluies diluviennes qui inondent la Terre.

 Pluies diluviennes qui inondent la Terre

Et beaucoup plus tard...

    

3 milliards d'années plus tard, l'occasion attendue est là et les organismes pluricellulaires apparaissent. La complexité va alors accélérer sa marche en avant, encore 100 millions d'années pour voir les coquillages, et les crustacés.
Encore 100 millions d'années et les poissons apparaissent. C’est l'époque où la Terre devient le paradis des plantes et des forêts.
L'atmosphère va s'en trouver considérablement modifiée, car la photosynthèse va générer l'oxygène et l'ozone, protecteurs des rayons nocifs du soleil.
Les organismes vivants n'ont plus besoin de rester à l'abri dans l'océan, la vie va tenter et réussir à sortir de l'eau pour envahir les terres. Il y a 200 millions d'années, les oiseaux et les reptiles font leur apparition, 50 millions d'années plus tard c’est au tour des dinosaures.

 

Il y a 100 millions d'années, les mammifères envahissent la terre.
Il y a 20 à 30 millions d'années ce sont les primates qui montrent leurs dents et il y a environ 6 millions d'années, la lignée des homo sapiens fait son entrée sur la scène terrestre.
Il aura fallu à l'univers, inventer galaxies, étoiles, planètes, océans et atmosphères, sous des cieux toujours plus propices pour atteindre la complexité observable aujourd'hui.
A partir du vide, en passant par l'homme civilisé, où se trouve le sommet de cette complexité frénétique, sachant qu'il reste aux germes de la vie, l'éternité ?

 


?
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.

Voir aussi

     
      
      
 
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