Origine de la Vie

Origine de la Vie

• Le système solaire s'est formé il y a 4,5 milliards d'années (GA) à partir du Big Bang.
• La Terre s'est formée il y a 4,4 GA.
• Le Big Bang, entre 15 et 17 GA, a libéré de l'énergie et des molécules qui, en se refroidissant, ont permis la formation des planètes, des amas cellulaires, des galaxies, etc.
• Les premières structures limitées par une membrane, probablement des êtres unicellulaires, sont apparues il y a 3,8 GA.
• Des traces de membranes ont été retrouvées parmi des fossiles. La membrane délimite un environnement intérieur et extérieur, accélérant les réactions chimiques.
• La cellule est l'unité de base de toute forme de vie connue.
• Les connaissances en biochimie suggèrent que la cellule, considérée comme un compartiment, est un prérequis à l'apparition de la vie.
• Les procaryotes sont apparus il y a 3,5 GA.
• Les eucaryotes (avec noyau et reproduction sexuée) sont apparus il y a 1,5 GA, comme le prouvent les fossiles. Les eucaryotes ont une structure plus complexe que les procaryotes.
• Les premières traces de vie sont apparues dans l'eau.
• La respiration et l'écran d'ozone sont apparus entre 700 et 400 millions d'années (MA).
• L'apparition des hominidés date d'environ 6 millions d'années.

Passage de l'inerte au vivant

• Les molécules organiques de l'atmosphère étaient initialement très simples.
• Comment passer de structures/cellules simples à des structures plus complexes ?
• L'hypothèse de la soupe primitive (Alexander Oparin et John Haldane), postule un univers riche en molécules avec des conditions propices à la formation de structures complexes.
• L'expérience de Stanley Miller et Harold Urey (1953), a démontré l'hypothèse de la soupe primitive en démontrant la possibilité de créer des molécules organiques complexes à partir de molécules simples dans un milieu réducteur riche en hydrogène.
• Les éléments chimiques initiaux étaient le carbone, l'hydrogène, l'azote, l'oxygène, le fer, le magnésium, le soufre et le phosphore.
• Le bombardement d'ultraviolets, de rayonnements cosmiques et potentiellement les décharges électriques ont permis la formation de molécules plus complexes, conduisant à la création d'acides aminés, de bases azotées et de sucres.
• Ces molécules, plus grosses mais plus fragiles, ont été protégées par des minéraux tels que l'argile, préservant leur intégrité et catalysant la formation de molécules plus complexes.
• Les expériences de Miller ont permis de reconstituer ces molécules organiques primitives en laboratoire dans une atmosphère réductrice.
• La reproduction est une fonction biologique essentielle à tout être vivant.
• La théorie de l'ARN (1989, Thomas Cech), propose que la reproduction était initialement basée sur l'ARN plutôt que l'ADN, bien qu'encore aujourd'hui, l'ARN puisse jouer un rôle d'enzyme et de support d'information génétique.
• L'ARN possédait une capacité d'autoréplication et d'activité enzymatique, ce qui était primordial pour l'origine de la vie.

Vers la cellule ancestrale

• L'apparition de la membrane cellulaire et donc de LUCA (Last Universal Common Ancestor), la cellule ancestrale.
• Cette cellule avait la faculté de s'auto-répliquer.
• L’apparition de LUCA date de 3,5 GA.

La théorie cellulaire

• Hooke (1665) découvrit des cellules mortes dans du liège, les comparant aux cellules d'un monastère.
• Schwann (1839) découvrit que les plantes et les animaux sont constitués de cellules, confirmant la cellule comme unité structurelle et développementale. Il a nommé les cellules de Schwann.
• Virchow (1858) affirma que les cellules naissent de cellules existantes ("Omnis cellula ex cellula").
• La persistance du vivant repose sur la reproduction, soit par multiplication (mitose), soit par fécondation (gamètes).
• L'universalité des cellules est observée dans les organismes animaux et végétaux.
• La théorie cellulaire de Schleiden, Schwann et Virchow postule :
  • Tous les êtres vivants sont composés de cellules (au moins une).
  • La cellule est l'unité de base de la vie.
  • Toute cellule provient d'une autre cellule vivante.
  • L'activité d'un organisme dépend de l'activité de ses cellules.

De la cellule procaryote à la cellule eucaryote

• Les procaryotes sont des cellules sans noyau, ni compartiments, ni membrane nucléaire.
• Les eucaryotes possèdent un noyau délimité par une membrane, des compartiments et des organites.
• La transition de procaryotes à eucaryotes se fait par symbiose.
• La cellule procaryote ancestrale comportait la membrane plasmique, le cytoplasme et l'ADN.
• Les mécanismes d'évolutions incluent :
  • L'invagination de la membrane plasmique pour former l'enveloppe nucléaire et le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi.
  • La phagocytose (capture) de cellules procaryotes plus petites, menant à des eucaryotes hétérotrophes et eucaryotes photosynthétiques ancestraux.
  • Les mitochondries et les chloroplastes, résultats de phagocytose, ont conservé des signatures procaryotes dans leur ADN, prouvant leur origine symbiotique.
  • L'ordre d'apparition est : procaryotes, eucaryotes unicellulaires, cellules avec organites, amas cellulaires, tissus.

Qu'est-ce qu'un procaryote ?

• Organismes cellulaires les plus simples (bactéries, cyanobactéries).
• Délimités par une membrane plasmique contenant le cytoplasme et l'information génétique.
• Pas de noyau, mais un nucléotide.
• Possèdent une paroi cellulaire pouvant inclure une capsule pour protection.
• Certains possèdent des flagelles pour la locomotion.
• Mésosome : repliement de la membrane plasmique dans le cytoplasme.

Qu'est-ce qu'un eucaryote ?

• Organismes cellulaires animaux ou végétaux.
• Délimités par une membrane plasmique et un noyau.
• Le noyau contient l'ADN délimité par une enveloppe nucléaire (membrane interne et externe).
• Présence de pores nucléaires pour la communication avec le cytoplasme.
• Nombreux compartiments/organites dans le cytoplasme (mitochondries, lysosomes, peroxysomes, réticulum endoplasmique, microtubules, appareil de Golgi...).
• Cellules végétales : présence de vacuole, chloroplastes et paroi cellulaire.
• Les cellules eucaryotes ont un ancêtre commun avec les cellules procaryotes, partageant les mêmes mécanismes moléculaires et le langage génétique.

Ce quiz explore les étapes clés de l'origine de la vie, depuis la formation du système solaire jusqu'à l'apparition des premières cellules. Découvrez les évolutions de la biochimie et des structures cellulaires qui ont conduit à la diversité de la vie sur Terre. Testez vos connaissances sur les procaryotes et eucaryotes ainsi que sur la chronologie des événements majeurs.