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    Miettes de vie Expérience de Miller  
    René Cuillierier - Ciel & Espace n.364 - 2000-09-01      
    Un zeste d'hydrogène, un brin de carbone, trois poils d'oxygène,
une pincée d'azote, quelques éclairs et hop !
La vie ? Oui, mais par petits bouts…
 
    En 1859, le naturaliste anglais Charles Darwin, quelque peu effrayé par la portée de son geste, publiait son Origine des espèces. Il faut reconnaître qu'il avait fait très fort : prétendre expliquer toute la diversité du vivant sans avoir recours à l'aide du Bon Dieu, en voilà une drôle d'idée ! Elle avait pourtant déjà pointé le bout son nez trente ans auparavant, lorsque le chimiste allemand Friedrich Wohler avait brisé le tabou selon lequel les substances sécrétées par les êtres vivants sont impossibles à reproduire en laboratoire. En synthétisant accidentellement l'urée, il avait démontré que la chimie du vivant n'était habitée d'aucune "force vitale" mais obéissait, bonne mère, aux lois de la chimie la plus minérale. Ces deux découvertes vont livrer le mystère de la vie et de son origine aux forces iconoclastes de la science.  
    Darwin n'a fait qu'appliquer une vieille recette des atomistes de l'Antiquité : introduire l'histoire dans la nature. Mais, en plus de cela, il s'est efforcé de traquer les vestiges de cette histoire dans le corps des espèces vivantes, démontrant leur origine commune. Selon lui, les individus se reproduisent à quelques erreurs de copie près. Le mécanisme de la "sélection naturelle" sanctionne les essais infructueux et permet aux plus aptes de transmettre à la postérité des copies d'eux-mêmes. Au travers de cette longue histoire, l'ingénierie fantastique qui conduit à la complexe mécanique du vivant est décomposée en étapes parfaitement élémentaires. Quant à la synthèse de l'urée par Wohler, suivie de celle de nombreux autres produits "naturels" d'intérêt industriel et pharmaceutique, elle finit par convaincre les chimistes que les substances qui constituent le vivant ne sont autres que celles produites par la chimie du carbone, laquelle contient la chimie organique.  
    L'atome de carbone est capable de se lier par une sorte d'effet Velcro quantique à d'autres atomes. Il peut établir quatre liaisons avec différents acolytes et le tout fonctionne comme un Lego, où les pièces principales seraient des boules à quatre trous. La synthèse organique consiste à les accrocher les unes aux autres pour former une "chaîne carbonée", sur laquelle peuvent se greffer des groupes d'atomes contenant de l'oxygène (O), de l'hydrogène (H), du carbone (C), parfois de l'azote (N), et qui confèrent des propriétés chimiques bien précises à l'ensemble.  
    Les sucres et les graisses par exemple sont tous des assemblages d'atomes C, O et H. Les protéines, bases constitutives de presque tous les tissus vivants, se forment à partir de molécules organiques plus simples, les acides aminés (qui contiennent aussi de l'azote). Certaines bases organiques, greffées sur une sorte de râtelier fabriqué dans un sucre particulier, constituent le support de nos gènes, l'ADN. Les propriétés de cet assemblage d'atomes lui permettent de réaliser un exploit unique et typique du vivant : utiliser la matière environnante pour se reproduire à l'identique. Au fond, les choses sont plutôt simples pour le chimiste : la vie, c'est CHON.  
    À partir de ces deux idées, la chimie organique et l'évolution, il devient possible d'envisager le passage de l'élément inerte au vivant sous ses formes les plus complexes comme un phénomène d'organisation spontané et naturel de la matière. Pour avoir une petite idée de la manière dont les choses auraient pu effectivement se passer, il a fallu attendre 1953 et l'expérience décisive menée par un jeune thésard américain, Stanley Miller. En cachette, d'ailleurs, car il ne faisait pas bon jouer ouvertement à Dieu dans l'Amérique des années 1950…  
    Miller a fait circuler de l'eau (H2O) dans un ballon empli de méthane (CH4), d'ammoniac (NH3) et d'hydrogène, et dans lequel des électrodes produisaient des éclairs. L'ensemble était censé correspondre à l'image que l'on se faisait alors de l'atmosphère primitive de la Terre. Le méthane et l'ammoniac fournissaient le carbone et l'azote nécessaires. L'hydrogène, très réactif, et les éclairs mettaient un peu de tonus dans le mélange.  
    Quant à l'eau, elle offrait l'oxygène tout en dissolvant les premiers composés formés afin de leur permettre de poursuivre leurs transformations chimiques dans un milieu plus douillet.  
    En quelques jours, l'océan miniature de Miller se remplit de molécules plus intéressantes les unes que les autres : des alcools, des composés azotés comme l'urée, mais aussi des acides aminés, des sucres et des bases semblables à ceux qui composent l'ADN. Bref, si Miller n'a pas à proprement parler fabriqué de vraies bestioles, presque toutes les briques chimiques qui les constituent ont répondu présent.  
    L'apparition de molécules de plus en plus complexes peut être décrite comme une guerre que se livreraient l'hydrogène et l'oxygène pour la conquête de l'atome de carbone. Prenez la combustion du gaz de ville : le méthane (CH4) s'acoquine avec l'oxygène pour donner du gaz carbonique (CO2) en restituant de l'énergie. Cette réaction montre que le CO2 est la forme la plus stable —il faudrait lui donner de l'énergie pour faire marcher la réaction en sens inverse— et que l'oxygène part donc largement gagnant dans la bataille qui s'annonce. Une fois qu'il a squatté l'un des emplacements du carbone, il est difficile de l'en déloger. Cependant, ce processus n'est pas toujours aussi brutal et il peut d'abord se traduire par l'apparition de molécules où le carbone n'est encore que par : partiellement oxydé. Par leur simple existence, ces nouvelles molécules créent un environnement dans lequel un atome de carbone a une petite chance de rencontrer quelqu'un de plus intéressant que le fatal oxygène. Plus la soupe contient de molécules nouvelles, plus les possibilités offertes sont varices. C'est la voie de la complexification.  
    Hélas ! ce n'est pas si facile, la vie. Nous savons maintenant que la soupe de Miller n'a de primitive que le nom : la vraie atmosphère terrestre originelle était — comme celle de ses soeurs Mars et Vénus — essentiellement constituée de CO2 — ce qui revient à prendre la chaîne par le mauvais bout ! À partir de là, nous pouvons tout imaginer, ou presque. Par exemple, que les premières molécules organiques sont tombées du ciel, directement dans le ballon terrestre. Les grands nuages de gaz interstellaire sont le siège d'une évolution chimique complexe, ils contiennent pas mal de molécules intéressantes, dont certains acides aminés. Nous pouvons aussi penser que la vie est apparue au fond des océans : les sources volcaniques très chaudes, sous haute pression, constituent de véritables installations de chimie industrielle et présentent l'avantage de protéger leurs produits du rayonnement ultraviolet qui stérilisait la surface du monde à ses débuts.  
    Peut-être n'y a-t-il tout simplement pas un unique lieu de naissance. Et il n'y a peut-être pas non plus d'ancêtre unique. Les biologistes qui pensent que le premier être vivant est une molécule d'ADN (ou d'ARN, son cousin germain) toute nue, sont battus en brèche par ceux qui lui préfèrent la première goutte de graisse et de protéines capable de métaboliser (c'est-à-dire digérer à son avantage) la matière organique environnante. La première bactérie pourrait bien être le fruit de la première symbiose de l'histoire entre ces deux précurseurs. Au-delà de son tronc commun, l'arbre de la vie pourrait donc développer un fouillis de racines qui vont encore donner du phylum à retordre !  
       
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