This analysis starts from the view that prebiotic chemical evolution, leading to the first forms of life on earth, was based on a series of sequential steps, each determined by its own contingent initial conditions. This view is opposed to the more established one, which sees the origin of life as a series of preordered series of events, where each one is deterministically caused by the previous one and causally determines the next one. Some of the main constraints of chemistry that affect such prebiotic chemical evolution are examined. The notion of contingency is seen as a very important organizing process subjected to chemistry, whereby contingency also responds to a certain degree of determinism. Kinetic control, as another determinant and constraint of the prebiotic evolutionary process, can be critically important and, at a certain point of the chemical evolutionary process, kinetic control in the form of catalysis will become essential. Simple peptides can be considered as the first catalysts, at least for the condensation of peptide bonds. The concentration threshold for prebiotic reactions is often not taken into account in the literature, particularly in the field of the prebiotic RNA world. In addition, this shortcoming can make the entire prebiotic RNA world construction shaky and unreliable, including the “myth” of the perennial self‐replication of an RNA macromolecule. The general question of self‐replication and the problem of homochirality are also briefly discussed. Although these chemical constraints may hinder the reconstruction of life as it is now in the laboratory, their understanding can be useful and even essential for devising a synthetic alternative route to functional macromolecules and to their metabolic interactions.
Titre de la review
Contraintes chimiques de l'origine de la vie
Contraintes chimiques de l'origine de la vie
Résumé de la review
Introduction
La chimie prébiotique a pour but de déterminer le déroulement des différentes étapes qui ont conduit à la vie à partir des molécules prébiotiques qui étaient présentes sur Terre a ce moment. Et cherche donc a expliquer l’apparition de l’ADN, de l’ARN, des protéines, enzymes, l’origine du code génétique ou encore la structure des protocellules.
2-Contingence de l'évolution prébiotique
Dans des conditions initiales données, il est possible de déterminer le résultat grâce aux processus chimique et thermodynamique. Toutefois, les différentes macromolécules que nous rencontrons sont issus de nombreuses étapes d’évolution qui dépendent toutes des conditions dans lesquelles s’est opéré cette évolution chimique. Ainsi, la notion de contingence intervient dû aux différentes conditions initiales possibles. Il est impossible de déterminer les conditions a chacune des étapes qu’a suivit une molécule, de ce fait il est inutile de chercher LA voie par la quelle la vie s’est développée, mais plutôt de déterminer si celle-ci peut résulter de l’organisation de matière organique.
3-La structure prime
La structure précède la fonction ( comme l’ a dit Monod). Les molécules sont formées suivant différents paramètres ( pour certains contingents) et ne sont préservés ( par sélection) que si le structure remplit une fonction « utile ».
4-L'origine de la vie, modèle déterministe obligatoire ?
Certains chercheurs (tel que De Duve) estiment que l’origine de la vie et l’apparition de l’Homme étaient inévitables car elle dépendent d’après eux de lois naturelles exclusivement déterministes. Cette hypothèse pourrait etre envisageable si à chaque étapes le résultat était celui le plus probable ( celui nécessitant le moins d’énergie), ce qui n’est, d’après l’auteur pas forcément le cas.
5-Contrôle thermodynamique et cinétique
Le contrôle cynétique et thermodynamiques thermodynamiques déterminent l’évolution chimique, il correspondent aux conditions initiales d’une étape et sont donc des facteurs contingents.
6-Le seuil de concentration
Les recherches sur les ARN prébiotiques oublient souvent l’importance de la concentration, ainsi, pour qu’une telle molécule puisse s’auto-répliquer, il serait nécessaire d’avoir un processus permettant d’en fabriquer de facon suffisament efficasse pour maintenir une concentration suffisante.
7-Critère de vie et critère d'évolution
La vie peut etre caractérisée par sa capacité de reproduction ou d’évolution. Toutefois, une définition ne dépendant pas d’une lignée d’hérédité a été proposée : un organisme vivans est « an open system capable of self-maintenance, which is due to an internal regeneration of the components within a boundary of its own making.». Mais l’ADN et l’ARN ne peuvent pas se placer dans cette définition.
8-Approche compartimentale
L’approche compartimentale propose que la vie ait commencé à l’interrieur d’une limite sphérique fermée qui permettrait à un un métabolisme protocellulaire primitif de commencer a partir de catalyseurs et des molécules piégées. Des études récentes ont montré que dans certaines conditions, des vésicules pouvaient se former, certaines ne contenant aucune macromolécule, et d’autres, une concentration bien plus importante que le milieu initial.
9-L'auto-Replication
Des mécanismes d’autoréplication sont nécessaire pour pallier aux processus de décomposition. Des études ont montré que l’autoréplication est un processus chimique qui ne nécessite pas forcement de cellules vivantes complexes ou d’enzymes.
10-Homochiralité
L’homochiralité des molécules biologiques ( acides aminés en conformation L et les sucres en conformation D) est nécessaire à la vie ( diminuant le nombre de possibilité). Toutefois, les deux formes énantiomères nécessitant la même quantité d’énergie, les chercheurs s’interrogent sur l’origine contingente ou déterministe d’une telle homochiralité.
Introduction
La chimie prébiotique a pour but de déterminer le déroulement des différentes étapes qui ont conduit à la vie à partir des molécules prébiotiques qui étaient présentes sur Terre a ce moment. Et cherche donc a expliquer l’apparition de l’ADN, de l’ARN, des protéines, enzymes, l’origine du code génétique ou encore la structure des protocellules.
2-Contingence de l'évolution prébiotique
Dans des conditions initiales données, il est possible de déterminer le résultat grâce aux processus chimique et thermodynamique. Toutefois, les différentes macromolécules que nous rencontrons sont issus de nombreuses étapes d’évolution qui dépendent toutes des conditions dans lesquelles s’est opéré cette évolution chimique. Ainsi, la notion de contingence intervient dû aux différentes conditions initiales possibles. Il est impossible de déterminer les conditions a chacune des étapes qu’a suivit une molécule, de ce fait il est inutile de chercher LA voie par la quelle la vie s’est développée, mais plutôt de déterminer si celle-ci peut résulter de l’organisation de matière organique.
3-La structure prime
La structure précède la fonction ( comme l’ a dit Monod). Les molécules sont formées suivant différents paramètres ( pour certains contingents) et ne sont préservés ( par sélection) que si le structure remplit une fonction « utile ».
4-L'origine de la vie, modèle déterministe obligatoire ?
Certains chercheurs (tel que De Duve) estiment que l’origine de la vie et l’apparition de l’Homme étaient inévitables car elle dépendent d’après eux de lois naturelles exclusivement déterministes. Cette hypothèse pourrait etre envisageable si à chaque étapes le résultat était celui le plus probable ( celui nécessitant le moins d’énergie), ce qui n’est, d’après l’auteur pas forcément le cas.
5-Contrôle thermodynamique et cinétique
Le contrôle cynétique et thermodynamiques thermodynamiques déterminent l’évolution chimique, il correspondent aux conditions initiales d’une étape et sont donc des facteurs contingents.
6-Le seuil de concentration
Les recherches sur les ARN prébiotiques oublient souvent l’importance de la concentration, ainsi, pour qu’une telle molécule puisse s’auto-répliquer, il serait nécessaire d’avoir un processus permettant d’en fabriquer de facon suffisament efficasse pour maintenir une concentration suffisante.
7-Critère de vie et critère d'évolution
La vie peut etre caractérisée par sa capacité de reproduction ou d’évolution. Toutefois, une définition ne dépendant pas d’une lignée d’hérédité a été proposée : un organisme vivans est « an open system capable of self-maintenance, which is due to an internal regeneration of the components within a boundary of its own making.». Mais l’ADN et l’ARN ne peuvent pas se placer dans cette définition.
8-Approche compartimentale
L’approche compartimentale propose que la vie ait commencé à l’interrieur d’une limite sphérique fermée qui permettrait à un un métabolisme protocellulaire primitif de commencer a partir de catalyseurs et des molécules piégées. Des études récentes ont montré que dans certaines conditions, des vésicules pouvaient se former, certaines ne contenant aucune macromolécule, et d’autres, une concentration bien plus importante que le milieu initial.
9-L'auto-Replication
Des mécanismes d’autoréplication sont nécessaire pour pallier aux processus de décomposition. Des études ont montré que l’autoréplication est un processus chimique qui ne nécessite pas forcement de cellules vivantes complexes ou d’enzymes.
10-Homochiralité
L’homochiralité des molécules biologiques ( acides aminés en conformation L et les sucres en conformation D) est nécessaire à la vie ( diminuant le nombre de possibilité). Toutefois, les deux formes énantiomères nécessitant la même quantité d’énergie, les chercheurs s’interrogent sur l’origine contingente ou déterministe d’une telle homochiralité.
Ce que cette review apporte au débat
Cette review se concentre sur l’origine de la vie et cherche à déterminer si celle-ci serait répétable. Toutefois l’ auteur met en avant la part contingente présente dans la biogénèse et l’évolution des macromolécules. En effet, il montre que différents paramètres tels que le contrôle cinétique, la concentration initiale, l’autoréplication et l’homochiralité constituent des contraintes ou des conditions initiales pouvant impacter de façon déterminante le résultat. Constituant ainsi des facteurs contingents et rendant impossible de déterminer comment les macromolécules actuelles ont été formées. Il est donc nécessaire de se focaliser plutôt sur l’émergence de la vie à partir de molécules sans chercher forcement un résultat similaire au notre.
Cette review se concentre sur l’origine de la vie et cherche à déterminer si celle-ci serait répétable. Toutefois l’ auteur met en avant la part contingente présente dans la biogénèse et l’évolution des macromolécules. En effet, il montre que différents paramètres tels que le contrôle cinétique, la concentration initiale, l’autoréplication et l’homochiralité constituent des contraintes ou des conditions initiales pouvant impacter de façon déterminante le résultat. Constituant ainsi des facteurs contingents et rendant impossible de déterminer comment les macromolécules actuelles ont été formées. Il est donc nécessaire de se focaliser plutôt sur l’émergence de la vie à partir de molécules sans chercher forcement un résultat similaire au notre.
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