Les avancées scientifiques nous permettent-elles désormais de statuer sur l'origine de la vie sur Terre ?

Les travaux de Steele et son équipe portent sur la théorie de la panspermie comme source du vivant sur Terre. Leur position est que la vie sur Terre aurait été ensemencée depuis l'espace par des objets célestes (comètes, poussières interstellaires) qui auraient été des vecteurs, transportant des virus, des bactéries et des œufs sur notre planète il y a 4,1 milliards d'années. Ces formes de vie auraient alors été soumises aux processus d'évolution et de sélection naturelle, aboutissant aux êtres vivants complexe actuels. Les auteurs militent également dans ce papier pour un changement de paradigme, c'est-à-dire d'admettre que la vie sur Terre n'est pas d'origine terrienne, d'abandonné cette vision géocentrique pour embrassé l'idée d'une biosphère cosmique, où les différentes planètes seraient interconnectées par l'intermédiaire des comètes, météorites et poussières interstellaires. Pour soutenir cette théorie, les auteurs de cette revue avancent plusieurs arguments :

• La présence sur Terre d'organisme capable de survivre aux conditions du vide spatial comme le tardigrade ou certaines bactéries est d'après eux un signe évident de l'origine non-terrienne de ces êtres vivants et donc, de la véracité de la panspermie.

• L'abondance en comète dans notre système solaire (de l'ordre de la centaine de milliards) en fond une source majeure de molécule prébiotique, d'eau, et de vecteur potentiel pour des virus ou d'autres formes de vie, qui auraient pu ensemencer la Terre.

• Les comètes pourraient maintenir un cœur d'eau liquide en raison de matériaux radioactifs constitutifs générant de la chaleur (Thorium et Uranium) et donc, abrité de la vie sur le long terme. Les formes de vie étant protégées dans la glace ou la roche des rayonnements cosmiques.

• Du carbone d'origine biologique aurait été retrouvé dans des strates géologiques en Australie datant d'avant 4,1 milliards d'années, époque d'intense bombardement de météorites et comète. Ce qui constitue un argument en faveur d'une présence microbienne d'origine panspermique à cette époque.

• Des observations réalisées par les auteurs en spectroscopie à révélé la présence de molécule organique dans les traînées des comètes, interprétées comme étant un signe d'activité métabolique bactérien.

• Des fragments de météorites récupérés au Sri Lanka en 2012 contiendraient des fossiles microbiens.

• L'évolution complexe de certains Céphalopodes (Octopus vulgaris) aurait été causée par des virus extraterrestres. Une autre explication, serait que des œufs de Céphalopodes, conservés dans la glace des comètes, auraient pu apporter ces êtres vivants sur Terre.

• La propagation extrêmement rapide de la Grippe ou du VIH serait trop rapide pour être une simple transmission de personne à personne. Une explication de ces épidémies soudaines serait une origine panspermique de ces virus (les pics d'activités solaires auraient favorisé la chute sur Terre de matériaux transportant ces virus, de la stratosphère jusqu'à la surface).

Les auteurs répondent également à l'argument principal contre la panspermie, stipulant que cette théorie n'explique pas les origines de la vie sur Terre, mais ne fait qu'en déplacer la source. Leur réponse est qu'il faut considéré la biosphère à une plus grande échelle, c'est-à-dire de prendre le cosmos entier comme étant une seule et même biosphère.

Cette revue n'est pas rigoureuse pour plusieurs raisons. Tout d'abords, les auteurs ne se basent presque exclusivement que sur leurs propres travaux et observations antérieures pour avancer leurs idées. Cela va à l'encontre de la structure même de la revue, qui est un format supposé intégré les travaux d'un maximum de scientifique dans un domaine de recherche donné. Leurs affirmations sur les virus traduisent un manque de connaissances en virologie, en effet, les auteurs traite la question des virus et de leur transmission chez l'Homme sans parler à aucun moment de la notion de réservoir animal, d'où la majorité des pathogènes humains proviennent (c'est le cas de la grippe et du VIH). La rédaction de plusieurs passages (ex : le changement de paradigme) laisse entendre que les auteurs affirment leurs convictions sans laisser place à la critique. Cette revue est également actuellement débattue au sein de la communauté scientifique, plusieurs articles ont été publiés en réponse à ces travaux.

Cette revue présente la théorie de la panspermie comme origine possible du vivant sur Terre. Cette théorie bien qu'elle-même controversée, est un point clé de notre discussion car une des grandes hypothèses de l'apparition de la vie sur notre planète.

• Cette revue propose une nouvelle hypothèse sur les origines du vivant, alternative à celle de l'ARN comme précurseur de la vie. Les auteurs proposent que la vie soit apparue grâce aux peptides amyloïdes, des agrégats peptidiques structurés entre autre connus pour leur implication dans la maladie d’Alzheimer. Les chercheurs s'appuient sur plusieurs propriétés de ces peptides amyloïdes pour avancé cette hypothèse. Tout d'abord, leur structure à base de petit peptide leur donne une grande stabilité chimique, ensuite, ces peptides sont des polymères biologiques (répétitions de molécules organique) donc capable d'interagir avec d'autres biopolymères, tel que l'ADN, l'ARN, les polysaccharides, les membranes mais aussi les minéraux. Ils avancent également que ces peptides amyloïdes sont également dotés d'activité catalytique et sont capable de s'assembler spontanément dans un environnement riche en acide aminé. Dans un contexte prébiotique, les auteurs concluent que les peptides amyloïdes pourraient donc être de bons candidats pour expliquer l'apparition de la vie sur Terre. Les auteurs nuancent toutefois leur propos en avançant le fait que nos connaissances sur les conditions physico-chimique de la Terre d'il y a plus de 3.5 milliards d'années sont pauvres, et que leur théorie ne se base donc que sur des preuves indirectes et des critères subjectifs :
• Avant la vie, il y avait nécessairement réplication chimique, c'est-à-dire que les molécules précurseurs de la vie devaient êtres capable de s'autorépliquer.
• Les molécules prébiotiques devaient être présente en abondance et être stable chimiquement.
• Les réactions de synthèse de ces molécules précurseurs devaient être simples.
• Ces précurseurs devaient être capables de catalyser des réactions chimiques et de stocker l'information.
• Les molécules prébiotiques devaient être chirales, les réactions chimiques devaient avoir lieu qu'entre molécule ayant la même symétrie.

• Les précurseurs chimiques du vivant devaient être capables d'interaction avec d'autres biomolécules pour permettre une complexification des systèmes chimiques, afin de pouvoir aboutir à la vie.

• Les auteurs affirment que les peptides amyloïdes peuvent se former lorsque des acides aminés sont en présences de certains gaz volcaniques, scénario plausible en condition prébiotique.

• Structurellement, les peptides amyloïde sont décrits comme des feuillets bêta insoluble constitués de centaines de peptides, formant des fibres allant de 10 nm à plusieurs micromètres. Ils pensent que cette structure permettrait aux peptides amyloïdes d'interagir étroitement (meilleure affinité) avec des membranes lipidiques, des acides nucléiques et des polypeptides.

• Malgré l'absence de structure tridimensionnelle complexe, les peptides amyloïdes possèdent toutefois des activités catalytiques. La répétition des polypeptides constituants les peptides amyloïdes augmentent leur affinité vis-à-vis de leur substrat. Les réactions simples que peuvent catalyser les peptides amyloïdes sont décrites par les auteurs comme cohérentes avec la biologie des premières formes de vie, qui devaient être simple en terme de métabolisme et de biochimie. Les peptides amyloïdes sont également capable d'auto réplication et pourraient servir de modèle pour la formation d'autres polypeptides. Toutefois, ces propriétés n'ont pas été vérifiées en condition prébiotiques. Enfin, les peptides amyloïdes pourraient être des précurseurs de protéines plus complexe. En effet, des fluctuations des conditions environnementales (pH, salinité, pression...) auraient permis d'augmenter la solubilité des peptides amyloïdes, leur permettant d'évoluer en des protéines plus grandes et plus complexes.

• La conclusion générale de cette revue est que les peptides amyloïdes seraient un pont entre les acides nucléiques, les membranes lipidiques et les protéines, néanmoins, cette théorie n'explique pas la spécificité entre séquences d'acide nucléique (codon) et acide aminé.

Cette revue apporte une toute nouvelle théorie sur les origines du vivant, qui entre en compétition avec celle du monde à ARN (ARN qui serait à la base des premières formes de vie sur Terre).

Dans cet article, les auteurs mettent en évidence la présence de micro-organismes fossilisés dans des roches ferreuses sédimentaires provenant de la ceinture supracrustale de Nuvvuagittuq (NSB) au Québec. Ils seraient agés d'au moins 3.77 milliards d'années, à possiblement 4.28 milliards d'années. Les roches les contenant sont considérés comme des précipités issus de sources hydrothermales.

L'âge de la NSB est débattu, mais est considérée comme une des plus anciennes formations ferreuses sur Terre. L'analyse chimique de ces roches souligne l'origine sous-marine, par notamment la présence d'isotopes lourds de fer. Cette composition isotopique coïncide avec celle retrouvée par une précipitation de fer dérivée de fluides hydrothermaux et associée à du volcanisme.
Les sources hydrothermales modernes (Fer-Silice), abritent des communautés différentes de micro-organismes qui oxydent selon leurs capacités, une gamme variée d'éléments chimiques. Leur présence se détecte par l'incrémentation de tubes et filaments, de quelques micro-mètres, dans les précipités hydrothermaux. Par épiflurorescence, des études ont confirmé que ces filaments cylindriques se composaient d'oxyhydroxyde de fer, et se formaient par activité bactérienne.

Les filaments de NSB ont des morphologies (attachement à des boutons terminaux d'hématite) et des compositions similaires (hématites) à celles des filaments produits couramment chez les jaspes du Phanérozoïque d’origine hydrothermale, comme ceux de Løkken en Norvège et le complexe franciscain, en Californie. Ils sont également semblables aux filaments microbiens trouvés dans les systèmes hydrothermaux modernes à basse température, dont certaines présentent des morphologies tordues et ramifiées connu pour être formées par des bactéries oxydant le fer.
Des jaspes datant du Paléozoique, et ceux de NSB partagent une disposition similaire des filaments. Ceux-si sont en effet alignés dans la même direction, une disposition qui est connue pour être spécifique à l'activité des certaines bactéries modernes oxydant le fer.
Par ailleurs, les granules à bordure de magnétite sont courantes dans les formations de fer du Paléoprotérozoïque supérieur et se concentrent généralement entre les colonnes de stromatolites.
Le matériau carboné contenu dans les granules de tous ces jaspes (notamment ceux de NSB) est généralement associé à un carbonate diagénétique de la taille d'un micromètre.

Étant donné la morphologie, la minéralogie et la composition similaires, ainsi que la présence fréquente de rosettes, de granules et de microfossiles filamenteux chez les jaspes de Biwabik, Løkken et NSB, les auteurs avancent que les réactions diagénétiques se seraient déroulées de la même manière. Les auteurs proposent que les constituants minéralogiques des granules d'oxyde de fer de ces jaspers reflètent les réactions d'oxydoréduction. La matière carbonée et le fer ferrique seraient les réactifs d’origine, alors que les silicates ferriques et ferreux, l’apatite, la magnétite et le carbonate seraient considérés comme des produits de la réaction.
En conséquence, la préservation dans le NSB de matières carbonées et de minéraux dans des granules diagénétiques formés par l’oxydation de la biomasse, ainsi que la présence de tubes de minéralogie et de morphologie similaires à ceux de jaspes plus jeunes interprétés comme des microfossiles, révèlent que la vie a créé un habitat proche du sous-marin -vents hydrothermaux avant 3,77 milliards d'années et peut-être aussi tôt que 4.28 milliards d'années, soit la plus ancienne forme de vie reconnue sur Terre.

Cette review, par la comparaison de différentes roches sédimentaires ferreuses, met en avant des preuves matérielles (fossiles) de l'émergence du vivant dans les sources hydrothermales. Son axe géologique contribue à nous fournir une approche scientifique supplémentaire à la controverse et permet de relancer le débat sur les origines de la vie par les preuves qu'elle fournit.

Dans cette review, les auteurs tiennent à souligner l'importance des connaissances sur les contraintes biologiques et chimiques nécessaires à l'émergence de la vie. Quatre attributs récurrents dans la littérature portant sur les origines de la vie y sont brièvement exposés : la compartimentation cellulaire, l'information génétique, la réplication, et les sources d'énergies métaboliques.
L'étude du vivant, amène les auteurs à supposer que les premières formes de vie étaient cellulaires. Cette hypothèse implique la présence d'une barrière, d'une compartimentation des produits synthétisés, afin que ceux-ci ne se dispersent pas. D'un point de vue thermodynamique, elle y associe également le fait que l'ensemble des molécules doit se présenter sous une forme structurée afin qu'une activité catalytique ou une réplication effective puisse s'établir. L'émergence de la compartimentation reste un sujet débattu, l'évaporation, le gel, ou la formation naturelle de compartiments dans les fumeurs hydrothermaux font partie des théories proposées.

L'émergence du code génétique, commun à toutes formes de vies, reste également irrésolue. Les transformations d'acides aminés en différents types d'ARN sont complexes, et laissent à penser que les premières formes de vies se composaient de code génétique plus simple. Les théories actuelles essayent de relier l'origine du code à celui du métabolisme, notamment à travers l'hypothèse d'une synthèse d'un acide aminé de l'accepteur ARN-t, par les activités catalytiques des bases de l'anticodon ARN-t.

Durant l'Hadéen, les conditions chimiques, solaires, volcaniques sur Terre étaient extrêmes. Ces dernières ont rendu le processus de réplication d'un organisme, et de sa machinerie génétique, d'autant plus complexe. Spiegelman (1965) et Eigen (1971) ont démontré les capacités réplicatrices de l'ARN et son rôle éventuel de précurseur grâce à son rôle dans la synthèse de protéines. L'hypothèse de l'importance de l'ARN avant et au début de l'évolution cellulaire est ainsi discutée et controversée.

Pour se maintenir, les formes de vies ont besoin d'une ou plusieurs sources d'énergies dans leur environnement. La seconde loi de la thermodynamique qui énonce qu'un dégagement d'énergie accompagne toute consommation d'énergie, implique la présence de réactions chimiques prébiotiques avant l’avènement des formes cellulaires. Celles-ci auraient permis aux synthèses de composés organiques de former des polymères complexes (de type peptidiques ou nucléiques). Plusieurs sources d'énergie auraient pu contribuer à ces transformations, telles que la lumière ultraviolette, l'énergie solaire, la chaleur et l'énergie chimique. Les premiers composants chimiques cellulaires (aussi appelés 'blocs de construction de la vie' résulteraient ainsi de réactions exergoniques.

Selon l'origine du carbone dans le métabolisme, soit provenant du CO2 (autotrophique), soit par réduction organique (hétérotrophique), une structure binaire des théories de l'origine de la vie émerge.
Les théories autotrophiques trouvent des arguments valables dans les rôles centraux que jouent les métaux ferreux et sulfurés dans les catalyses métaboliques des organismes anaérobies actuels. Encore aujourd'hui, ainsi qu'à la période d'émergence de la vie, ces minéraux sont-étaient abondants dans des structures géologiques. Cette concordance chimique est un des piliers supportant la possibilité d'une utilisation carbonée du CO2 par les cellules.
L'hydrogène (H₂) est une source d’énergie nécessaire à de nombreux micro-organismes actuels vivant dans des conditions anaérobies. La serpentinisation (arrivée d'eau dans des fissures de la croute terrestre), entraine la formation d'H₂. Ces fortes concentrations rendent possible l'intégration de CO₂ dans le métabolisme cellulaire. Les différents secteurs scientifiques débattent toujours aujourd'hui de la similarité ou différence des processus métaboliques présents dans les organismes actuels et ancestraux.

Cette review souligne les processus clés nécessaires à l'émergence de la vie. Le contenu y est synthétique, pour une compréhension plus complète des problématiques, une lecture des sources citées est nécessaire.
Les références scientifiques reprennent des articles sortis récemment, permettant ainsi une prise en compte des avancées dans le domaine d'étude.
Les auteurs essayent d'y exposer plusieurs angles d'approches scientifiques (chimistes, géologues, géochimistes), ce qui apporte une vision pertinente de la controverse.

Ce papier permet de structurer les théories d'origine du vivant. En exposant les contraintes biologiques, chimiques et géochimiques de l'émergence de la vie, le lecteur a davantage de matériel scientifique pour décortiquer les points forts et faibles des théories de cette controverse.

L'auteur débute la revue par poser le contexte historique des théories sur l'origine du vivant. Il décrit dans un premier temps les premières théories contemporaines existantes au XIXe siècle, durant l'époque de Lamarck et Darwin, avec notamment la théorie de la génération spontanée (apparition spontanée d'une forme de vie à partir de molécules présentes dans l'environnement et auto assemblées pour former un être vivant). Des théories datant du XXe siècles sont également citées, avec notamment l'origine génétique du vivant par Muller en 1926 (des gènes qui se seraient formés aléatoirement dans les océans primitifs de la Terre et doté de la capacité de réplication, de catalyse chimique et de mutabilité) ou encore la théorie de la soupe primitive par Haldane en 1929 (théorie stipulant que des molécules prébiotiques dissoutes dans les océans primitifs de la Terre, auraient permis l'émergence des virus, qui seraient le lien entre la chimie et la vie).

L'auteur dégage plusieurs scénarios pour les origines de la vie :

• L'origine extraterrestre (panspermie)
• L'origine biotique
• L'origine abiotique

Toutefois, pour chacun de ces scénarios, la complexité chimique reste le cœur du problème, donnant
naissance à des modèles parfois en contradiction.
Le manque de connaissance sur les conditions physico-chimique de la Terre d'il y a 4.1 milliards d'années (époque supposée où les premiers océans étaient en place) est largement mis en avant dans cette revue comme un biais important sur la compréhension de l'apparition de la vie sur notre planète.

Une réserve quant à cette revue est le fait que l'auteur avance des idées mais ne cite pas les articles desquelles elles proviennent. Bien que les articles soient cités dans la bibliographie en fin de manuscrit, les citations bibliographiques manquent cruellement dans le texte lui-même.

Cette revue apporte deux choses importantes à notre controverse :
1) Il présente l'ensemble des théories historiques sur les origines du vivant existantes ou ayant existé, ce qui fourni une idée de l'évolution de ces théories au fil des avancements scientifiques.
2) Il dresse un portrait synthétique de l'ensemble des grandes théories actuelles sur les origines du vivant à savoir la Panspermie (la vie serait d'origine extraterrestre), la théorie biotique (le vivant se serait formé sur Terre à partir de molécules organiques prébiotiques) et la théorie abiotique (le vivant se serait formé d'abords par une étape de chimie pure).

Les auteurs dans cette review, proposent un modèle dans lequel des systèmes moléculaires entraînés par des cycles d'hydratation et de déshydratation dans des sites hydrothermaux, subissent une évolution chimique et forment des vésicules lipidiques.
Dans leur modèle, le site géologique étudié est celui d'une masse volcanique émergeant dans un océan global, il y a 4 milliards d'années. Les précipitations y produisent de petites piscines hydrothermales qui subissent des cycles d'évaporation et de remplissage (champ hydrothermal et geyser).
Dans de tels environnements fluctuants, les cycles d'hydratation-déshydratation (HD) développent des dépôts de solutés organiques sur les surfaces minérales autour de la piscine et favorisent les réactions de polymérisation.
Il est fort probable qu'une variété de composés organiques étaient présents dans l'environnement prébiotique, synthétisés par des processus géochimiques associés au volcanisme ou livrés sous forme extraterrestre. La plupart des matières organiques tomberaient dans un océan global pour former une solution extrêmement diluée.

Trois caractéristiques principales du modèle sont résumées ci-dessous :

• phase de déshydratation -> les cycles de déshydratation entraînent les systèmes moléculaires loin de l'équilibre. Au cours de la déshydratation, les amphiphiles s'auto-assemblent en structures multilamellaires qui capturent les monomères concentrés entre les couches. Dans ces conditions, des réactions de condensation relient des monomères, tels que des mononucléotides, à des polymères.

• phase d'hydratation -> Dans le cycle d'hydratation, les vésicules sont produites lorsque l'eau interagit avec la matrice multilamellaire sèche. Les amphipliles forment des vésicules de 0,5 à 5,0 micromètres de diamètre, mélangés à dix espèces différentes des monomères tels que des acides aminés et des nucléotides qui se combinent pour former des polymères à séquence aléatoire dont la longueur varie de dix à 100 sous-unités.
  Les lipides encapsulent des systèmes de polymères sur plusieurs cycles, augmentant ainsi les chances que des systèmes comportant une ou plusieurs fonctions requises pour l’origine de la vie puissent émerger.

• La sélection commence au cours de la phase hydratée lorsque certaines vésicules sont perdues ou perturbées pendant que d'autres survivent.
  La survie est favorisée par le contenu encapsulé des vésicules. Par exemple, si une vésicule contient un polymère stabilisant la membrane, elle résistera aux forces perturbatrices telles que le cisaillement mécanique causé par la turbulence. La stabilité de la membrane est donc le premier facteur sélectif. La sélection de vésicules encapsulant ces polymères conduit à des étapes successives telles que l'émergence de systèmes fonctionnels capables de croissance, de reproduction et d'évolution.

La review suivante apporte des questions intéressantes sur la transition éventuelle de monomères à des vésicules lipidiques dans des sites hydrothermaux. Néanmoins, aucune information n'est donnée sur le type de modèle utilisé, et les hypothèses de réflexion ne sont que légèrement abordées. Des doutes sont à avoir sur la pertinence scientifique de cet article.

Elle amène un outil de modélisation dans la controverse, et intègre par une nouvelle approche (cycle de déshydratation-hydratation) des cycles géochimiques dans l'émergence du vivant.

Cette revue présente une nouvelle théorie sur les origines du vivant : le monde à Lipide. Cette théorie stipule que les lipides seraient la biomolécule à l'origine du vivant sur Terre. Les lipides sont des molécules carbonées amphiphiles, c'est-à-dire avec une partie hydrophile et une partie hydrophobe. La théorie du monde à lipide propose que les lipides (molécules amphiphiles) se soient assemblé spontanément en structure complexe (vésicule simple ou pluricompartimentée), des protocellules (ou entité pré-cellulaire). Ces protocellules auraient ensuite subi une pression de sélection, les protocellules les moins stables chimiquement étant éliminées. L'auteur de cette revue met en avant des résultats montrant qu'il est possible pour des nucléotides de se polymériser spontanément dans un compartiment lipidique (Ex : vésicule), ce phénomène est nommé polycondensation non-enzymatique. Des cycles d'hydratation-déshydratation permettent aux vésicules lipidiques de fusionner entres elles (en matrice pluristratifiée) et d'incorporer des mononucléotides grâce à un placement spécifique des monomères de lipide, qui rend l'assemblage des mononucléotides favorable sur le plan énergétique (réaction spontanée). Ces cycles d'hydratation-déshydratation se seraient produits naturellement sur la Terre primitive via le volcanisme, aboutissant naturellement à des réactions d'estérifications, et à l'apparition de molécule lipidique. Cet article confronte la théorie du monde à lipide contre celle du monde à ARN. Malgré les découvertes sur les ribozymes qui donnent aux ARN des propriétés de catalyse jusqu'alors uniquement attribuées aux enzymes, l'auteur insiste sur le fait que les conditions prébiotiques ne permettraient pas d'aboutir à la synthèse de brin d'ARN suffisament long pour pouvoir se replier et former des ribozymes. De plus, les conditions de la Terre primitive auraient été défavorables à la stabilité de ces ARN, en raison de la vulnérabilité de ces ARN à l'hydrolyse, ainsi que l'absence de couche d'ozone atmosphérique, qui expose ces ARN à des irradiations par rayonnement UV, qui les auraient dégradés. L'auteur ne rejette toutefois pas la théorie du monde à ARN, mais suggère plutôt que le monde à lipide a précédé celui à ARN.

Cette revue apporte une nouvelle hypothèse sur les origines du vivant sur Terre : le monde à lipide. Elle critique la théorie du monde à ARN sans pour autant la rejeter, et propose que les lipides aient été la première biomolécule à l'origine du vivant. Cette théorie s'emboîte bien avec celle du monde à ARN et constitue une théorie importante dans notre controverse.

Les hypothèses liées aux origines de la vie, telles que celles de la soupe prébiotique, ne prennent pas en compte les contraintes thermodynamiques inhérentes à la création de processus. De nombreuses questions sur la manière dont les formes cellulaires les plus précoces se sont développées ou comment la chimiosynthèse a débuté, restent aujourd'hui irrésolues. Cette review a pour volonté de mettre en lumière, les conditions nécessaires à la création d'un système dissipatif telle que la vie, ainsi que les déséquilibres thermodynamiques à l'oeuvre, amenant à la stabilisation du système ou à sa destruction.

Les auteurs présentent un déséquilibre thermodynamique comme étant un processus irréversible qui, soit, détruit l'ordre proche de l'équilibre, soit en crée loin de l'équilibre.
En résulte les points suivants :
1) Pour qu'un processus irréversible se maintienne dans un système, il doit s'intégrer ou échanger des flux, avec un système plus large, lui même en déséquilibre. Autrement dit, un ordre externe, est nécessaire pour amener un système assez loin de l'équilibre pour qu'une création d'ordre puisse s'y établir = dissipation de l'ordre crée de l'ordre.
2) L'ordre crée est un moteur, qui accélère la dissipation du déséquilibre qui l'a fait émerger, et sur lequel il se nourrit. Ces moteurs sont auto-catalytiques, et par leur production augmente leur stabilisation, et leur permet une auto-organisation.

L'émergence de la vie serait obligatoirement passée, selon les auteurs, par une dissipation hiérarchisée (de la dissipation géologique à la vie). Pour cela des moteurs dissipatifs physiques (accrétion gravitationnelle, convection thermique) et chimiques, de grandes ampleurs, seraient un des maillons de base de la chaîne de création d'ordre.
Un effet de la convection dans le manteau est de solliciter la nouvelle croûte océanique, relativement homogène, au-delà de sa limite élastique, c'est-à-dire de sa résistance à la rupture. Ce phénomène entraine des fractures dans les croutes océaniques, permettant une infiltration d'eau dans les roches. L'hydratation de celles ci entraine par la suite des fractures secondaires et tertiaires.
Cette énergie chimique accumulée peut être utilisée pour réduire les eaux percolées et le co2 en hydrogène, pour former du méthane. Dans un système aussi stressé, plus longues sont les fractures, moins de l'énergie est requise pour leur extension et reproduction (sont autocatalytiques)
Le processus de serpentinisation convertit principalement les déséquilibres physiques, sous la forme de contraintes mécaniques et de gradients thermiques, en production de déséquilibres structurels, minéralogiques et notamment chimiques, qui servent alors à établir directement le tableau de l’émergence de la vie.

Cette review semble assez rigoureuse, de par notamment la prise en compte des lois thermodynamiques liées à l'émergence du vivant.

Cette revue se penche sur une hypothèse sur les origines du vivant basée sur l'ARN, la théorie du "monde à ARN". Les origines du vivant sur Terre sont souvent associées à la question suivante : qui des ARN ou des protéines étaient là en premier ? Le rôle central de l'ARN dans le vivant est de plus en plus présent dans la littérature scientifique (Joyce, 1989 ; Flannery, 2003 ; Ma et Yu, 2006 ; Sharp, 2009). En effet, l'auteur indique que la communauté scientifique a longtemps été partagée avec d'un côté, des scientifiques pensant que la base du vivant est l'ADN (molécule porteuse de l'information), de l'autre, pensant plutôt qu'il s'agit des protéines (responsable des fonctions biologiques, notamment de catalyse de réactions chimiques). La découverte des ribozymes, des ARN ayant à la fois des propriétés de stockage de l'information et de catalyse (donc de fonction biologique) était totalement inattendu. Ces ARN sont capables de repliement tridimensionnel (comme les protéines), sont moins rigides que l'ADN et peuvent catalyser des réactions (l'excision des introns par exemple). L'auteur cite les travaux de Kruger et.al (1982), où il a été proposé que les premiers organismes (très simples génétiquement) de la Terre aient pu développer une grande diversité de séquence génétique grâce aux ribozymes et donc, initier le processus d'évolution conduisant aux formes de vie plus complexes.
Ces découvertes ont permis de mettre au point la théorie du monde à ARN, selon laquelle l'ARN serait la molécule à l'origine du vivant sur Terre, et le précurseur de l'ADN et des protéines.
Un argument supplémentaire allant dans ce sens, est que la structure en double hélice de l'ADN serait une adaptation, une complexification d'un système primitif par rapport à l'ARN ayant une structure linéaire. Cette simplicité structurale va dans le sens où l'ARN serait donc à la base du vivant. Une autre hypothèse proposée est que la première forme de vie terrestre aurait été basée ni sur l'ADN, ni sur l'ARN, mais sur une forme plus primitive encore d'acide nucléique, aujourd'hui disparue par les aléas de la sélection naturelle. L'ARN est comparé à un "fossile moléculaire", remplacé par un système plus performant, celui basé sur l'ADN. Toutefois, la présence des ribozymes dans les espèces actuelles tend à montrer que malgré la simplicité de ces ARN, ils ont conservé leur rôle dans le vivant et sont toujours de bon candidats quant à l'origine des premières formes de vie sur Terre. La théorie du monde à ARN est donc sensiblement renforcée depuis la découverte des ribozymes, plaçant l'ARN comme élément central des origines du vivant.

Cette revue présente et défend la théorie du monde à ARN, théorie existante depuis environ 30 ans et toujours d'actualité, renforcée d'autant plus par la découverte des ribozymes. Cette théorie est donc incontournable dans le cadre de notre controverse et solidement argumentée.

Cette review présente une ré-évaluation des problématiques entourant les origines de la vie sur Terre il y a de cela 3.5 à 3.8 Ga : comment la transition entre matière inanimée et premières formes de vies a-t-elle pu se faire, et est-il possible de reproduire ex novo une transition similaire en laboratoire ? La théorie de la panspermie est ici sérieusement envisagée, mais soulève une autre question : si l’origine de la vie est extraterrestre, comment la vie sur Terre a-t-elle pu émerger à partir de mécanismes d’organisation et d’évolution probablement très différents ? L’auteur présente ici ce qu’il appelle la “vie avant la biologie”, c’est-à-dire avant l’ancêtre LUCA, et avant les mécanismes de la réplication de l’ADN et de l’ARN, la présence de cellules membraneuses, des métabolismes basés sur la régulation des protéines, et bien entendu l’évolution darwinienne - ce qui sous-entend que pour lui, les prémices de la vie sont nécessairement apparus avant les mécanismes de l’évolution tels qu’on les connaît actuellement.
Dans cette quête des conditions d’apparition de la vie, l’auteur oppose les expériences basées sur des conditions physico-chimiques terrestres largement hypothétiques à de nouvelles méthodes chimiques. Ainsi, par exemple, au lieu de suivre la rétrosynthèse de déconstruction d’un ribonucléotide en nucléobase, phosphate et sucre, ces nouvelles approches prennent le problème en sens inverse en ré-assemblant ces molécules primaires en intermédiaires qui demanderont encore quelques réactions chimiques pour pouvoir produire un nucléotide pyrimidique actif.
La question centrale pour l’auteur est donc d’étudier d’un point de vue chimique les mécanismes de synthèse et de réplication des oligoribonucléotides. L’auteur remet aussi en question l’hypothèse souvent proposée de réplication spontanée par le biais des ribozymes et d’ARN catalysé (reproductible en laboratoire) du fait d’une faible efficacité des ribozymes. Il propose (en citant un article) un scénario chimique basé sur des réplications d’ARN non-enzymatiques en activant des monoribonucléotides. Dans tous les cas, la réplication auto-catalysée doit se voir en termes d’avantage sélectif d’un point de vue évolution chimique.
De plus, en laboratoire, les réactions d’autoréplication et de biosythèse des réactions encapsulées (phospholipides, acides gras) de cellules et protocellules sont liées aux propriétés des membranes, qui elles-mêmes influencent la compartimentation chimique : localisation des protéines, bourgeonnement et division des vésicules par exemple. L’auteur montre donc, sur l’appui de ces études, que le proto-métabolisme cellulaire peut être construit par des compartimentations de ces polymérisations synthétiques, bien que la faible perméabilité de la membrane et l’échelle nanométrique des polymersomes (vésicules) peut restreindre le développement de ces cellules contenant.
Ainsi, les nouvelles approches chimiques à l’interface avec la biologie doivent se concentrer sur les capacités d’auto-organisation et d’auto-identité des cellules synthétiques afin d’avoir une vision potentielle des mécanismes la construction de la vie avec peu de capacités d’évolution, ce qui permettrait de se concentrer sur comment ces cellules interagissent chimiquement entre elles et quelles sont leurs réponses aux pressions de sélection.

Les fumeurs hydrothermaux sous marins sont aujourd'hui solidement considérés comme des systèmes potentiels d'apparition du vivant. Différents types de fumeurs existent et génèrent des conditions environnementales différentes. Ceux de Lost City (températures de 40-90°, pH alcalin..) sont plus à même d'avoir conduits à l'apparition du vivant.
Un modèle de Martin et Russel (2007) corrobore cette idée. Des synthèses abiotiques et des accumulations de polynucléotides dans des gradients thermiques alcalins, étudiées en chimie prébiotique, semblent confirmer cette hypothèse.
L'auteur se concentre pour fournir de nouveaux angles d'approches cette question, sur deux molécules bactériennes clés : l'ADN sulfuré et le peptidoglycane (PG) des membranes cellulaires.

Dans des niches dites primitives, un des risques pour l'ADN est la dégradation des nucléases. Or, une modification de l'ADN par un ajout de sulfure, a été identifié dans une bactérie, et aurait pu jouer un rôle prépondérant dans l'évolution du vivant. Cet ADN sulfuré est contrôlé par un gène cluster dndA-E. Elle rend l'ADN résistant aux activités des nucléases, agissant comme un mécanisme de défense et ressemblant à celui présent chez certains bactéries actuelles.

Le peptidogycane (PG) est un des éléments prépondérants de la paroi cellulaire bactérienne. Des transglycosylases (LTs) clivent la liaison glycosidique du PG, entre beta-1,4-N-acetylglucosamine (GlcNAc) et N-acetylmuramic acid (MurNAc), résultant en une liaison 1,6-anhydro. Cette liaison est un produit de processus thermochimique in vitro.
Le levoglucosane, est lui obtenu dans des conditions alcalines à des températures élevées, et comporte également une liaison 1,6-anhydro. L'hypothèse que ce composé soit une forme ancestrale de PG reste encore à valider, mais la liaison 1,6-anhydro semble avoir participer à l'émergence du vivant dans les sources hydrothermales.

Les gènes _dnd _ ont été détectés dans les métagénomes océaniques. La modification de l'ADN en ADN sulfuré a été également retrouvée, associée à certaines zones océaniques et profondeurs.
Tous les clusters des gènes _dnd _ identifiés se tiennent sur des éléments mobiles. De
26 groupes de gènes identifiés, l’un est situé dans le plasmide et tandis que les autres se situent dans des îles génomiques. Les îles génomiques peuvent avoir dérivées de plasmides ou de phages (qui sont des opérons égoistes). Ces derniers sont la plus simple forme du vivant. Il est communément admis qu'ils existaient au début de l'émergence de la vie, amenant le réarrangement du génome et l'évolution par des transferts de gènes horizontaux.** Les gènes _dnd _ peuvent être donc considérés comme des reliques ancestrales datant du début de l'émergence du vivant.**

Par ailleurs, dans les milieux oxydés des sources hydrothermales, les dommages sur le matériel génétique ainsi que les mutations sont fréquentes. Ces phénomènes éliminent aisément l'ADN sulfuré. Selon l'auteur, les phénotypes _dnd _ ont pu permettre une stabilisation génétique des populations des micro-organismes. Ces phénotypes comprennent des enzymes _dnd _ spécifiques, jouant le rôle de protéines chaperons des éléments mobiles dnd. En réponse au stress oxydatif trop élevé, les éléments mobiles déclencheraient une mort programmée.
Jusqu'à un certain degré, les phénotypes _dnd _ peuvent être considérés comme une réponse au soupe prébiotique dans les fumeurs alcalins. Ces éléments mobiles pouvant lui conférer des avantages dans ces niches écologiques.

Dans cette revue, sur la base de la théorie de la soupe primitive, les auteurs décrivent un modèle cinétique non linéaire de réplication d’ARN, discutent de l’origine de l’homochiralité et des polymérisations homochirales, ainsi que des techniques de modélisation moléculaire utilisées pour investiguer sur les origines de la vie.
En premier lieu, l’autoréplication par l’ARN n’est pas linéaire, puisque la vie elle-même n’est pas dirigée par des processus chimiques à l’équilibre thermodynamique. Les auteurs rappellent les principales hypothèses pour former des produits biochimiques, notamment avec ajout d’énergie dans le système par la synthèse de Strecker, qui produit des acides aminés. Mais cependant la Terre primitive n’avait pas d’atmosphère suffisamment réductive à ce moment pour que ce soit réellement pertinent. Les sources hydrothermales pourraient cependant constituer une alternative de choix, puisqu’ils ne sont pas à l’équilibre, mais les auteurs soulignent que les fumeurs noirs sont moins probables en termes d’origine de la vie que les sources hydrothermales alcalines (par serpentinisation), du fait de leurs très hautes températures, faible pH et manque de compartimentation 3D (milieu non homogène), ce qui ne ferait que diluer les proto-biomolécules dans l’océan primitif. Une autre théorie importante est celle du “monde ARN” qui permettrait la catalysation et la réplication, avant l’apparition de l’ADN.
L’homochiralité des acides aminés est aussi une étape importante dans l’origine de la vie, et devrait avoir lieu durant la polymérisation ou la cristallisation (certains minéraux ont la capacité de fixer préférentiellement un des énantiomères). Il s’agit donc là encore d’un système non linéaire. Puisque la polymérisation de molécules homochirales non catalysées est presque impossible, la réplication enzymatique devrait probablement se faire avant le passage à la chiralité.

Cette review très complète permet de statuer sur les hypothèses actuelles des origines de la vie avec une vision tant globale d'une part que précise d'un autre.

Cette revue présente dans un premier temps les grandes idées de la théorie de la panspermie ainsi que ses variantes :

• La vie sur Terre aurait été apporté par des fragments de météorites, qui auraient transporté des micro-organismes sur notre planète (lithopanspermie).
• La vie sur Terre aurait été délibérément apportée sur notre planète par une autre civilisation (panspermie dirigée).
• La vie microscopique aurait atteint notre planète par un effet de pression de radiation stellaire, c'est-à-dire "projeté" par les vents solaires (radiopanspermie).

Des éléments vont dans le sens de la lithopanspermie, c'est-à-dire que des micro-organismes protégés dans des roches (météorite...) pourraient survivre dans l'espace et être capable d'apporter la vie sur d'autres planètes. L'auteur insiste sur le fait qu'une part importante de la communauté scientifique considèrent cette théorie comme plausible, incluant Freeman Dyson, Richard Dawkins ou encore Stephen Hawking.

• Un premier argument avancé par l'auteur est celui de la simplicité des premières formes de vie, les progénotes, qui sont les organismes hypothétiques desquels découlent les trois grands domaines du vivant (Bactérie, Archée et Eucaryote). De nombreux élément de preuve montrent que les premiers organismes de la Terre étaient des formes de vie primitives, c'est-à-dire avec des voies métaboliques et un génome simple. Il considère cet état de fait comme incompatible avec la panspermie, car un micro-organisme capable de survivre à un voyage dans l'espace doit être adapté, et donc, ne pas être un progénote.
• Un second argument développé est qu'un micro-organisme d'origine extraterrestre ne pourrait pas se développer sur notre planète, dans la mesure où le contexte environnemental est trop différent de celui duquel le micro-organisme est originaire, et ne pourrait pas s'adapter suffisamment vite pour survivre.
• Un troisième argument est que même si un micro-organisme panspermique aurait pu survivre sur Terre, il n'aurait pu coloniser qu'une niche très spécifique, et n'aurait pas pu coloniser le reste de la planète.
• Le quatrième argument, est que si un progénote panspermique aurait pu arriver sur Terre, il n'aurait jamais eu le fitness suffisant pour survivre dans ce nouvel environnement.

Les preuves évolutives existantes notamment chez Nanoarchaeum equitans montrent d'après l'auteur que la vie sur Terre est bien basée sur des progénotes ayant subie une évolution darwinienne (pression de sélection et sélection naturelle) et qu'il est donc à exclure qu'un progénote extraterrestre ou un micro-organisme déjà évolué ait pu coloniser la Terre.

Il n'y a qu'un seul auteur à cette revue, il n'y a pas de déclaration d'absence de conflit d'intérêt. Le fait qu'il n'y ait qu'un seul auteur et certains passages écrit à la première personne introduise un doute quant à l'objectivité de cet article.

Cette revue apporte un avis opposé à celle de la théorie de la panspermie avec des arguments construits. Cela permet d'apporter une discussion supplémentaire à notre controverse.

Cette review se positionne d'un point de vue géochimique et thermodynamique. Elle retrace les différentes expériences de simulation des conditions hydrothermales dans le but de pouvoir en faire des inférences sur la possibilité d'une origine de la vie et de la synthèse organique dans ces milieux sous-marins. Les auteurs découpent leur review en plusieurs points cruciaux à prendre en compte dans les modèles hydrothermaux. Au travers de cette review, les auteurs cherchent à montrer l'importance de contraindre les paramètres des modèles abiotiques de synthèse organique d'un système hydrothermal : chimique, minéralogique et physique (pression, température, pH).
- En quoi les couples rédox provenant d'assemblages de minéraux ont un rôle tampon non-négligeable dans l'équilibre des phases aqueuses (principes de thermodynamique). Pour ce faire, ils décrivent les équations d'équilibre des différents minéraux suivant les assemblages choisis – en fonction donc des roches de substrat et de leur solubilité – et en quoi les conditions du milieu sont importantes dans ces réactions, puisque les phases et leur équilibre varient en fonction de la pression et de la température donnée.
- Importance de ces réactions rédox notamment pour le passage de conditions abiotiques théoriques à la formation de composés organiques métastables. Le problème majeur qu'ils soulèvent est qu'il s'agit là de réactions d'équilibration à cinétique lente, et il y a de fortes chances que si une matière organique se forme, elle ait le temps de se faire dégrader par les conditions physiques et chimiques du milieu avant que l'équilibre ne soit atteint.
- Assemblages de minéraux tampons qui régulent le pH, notamment les silicates. Ils peuvent être utilisés en lien avec les minéraux rédox, afin de mieux contrôler et déterminer les paramètres du milieu. Mais les solutions hydrothermales contiennent du NaCl et du KCl, ce qui peut ajouter des difficultés pour évaluer le pH, qui risque de varier. De plus, la distribution des espèces chimiques dans la solution hydrothermale varie en fonction des conditions de pression et de température.
Les auteurs notent aussi que la majorité des études qui s'intéressent à la synthèse organique et leur stabilité, n'a pas de conditions contraintes ou tamponnées, et se placent seulement dans un cadre de haute température et pression, en présence de solutions aqueuses (système hydrothermal simple). Des études précédentes montrent que la formation d'hydrocabure durant réduction de CO2 (procédé de Fischer-Tropsch) durant l'interaction roche-eau, serait plus limitée que ce que l'on pensait. Dans d'autres études, on remarque en contexte aqueux une limitation de la réduction du CO2 ou de la polymérisation d'hydrocarbure, et nécessiterait une phase gazeuse pour cette synthèse.
Enfin, les auteurs présentent aussi une description d'expériences de stabilité des acides aminés dans les conditions de haute température des sources hydrothermales. Il serait possible d'obtenir des données sur la formation de composés organiques métastables, mais dans les conditions hydrothermales actuelles. Cependant les incertitudes quant aux concentrations des espèces chimiques en présence dans la solution hydrothermale, il n'est pas possible d'après les auteurs de faire des inférences sur les voies de décomposition des réactions organiques, puisque aucun des produits de ces réactions n'a été retrouvé ou identifié à l'heure actuelle.
Dans les expérimentations, les acides aminés sont formés par la synthèse de Strecker, à partir d'un aldéhyde, qui représenterait un stade d'oxydation intermédiaire entre les hydrocarbures et les acides carboxyliques. Dans un contexte hydrothermal, cette synthèse serait favorisée. Des acides nucléiques peuvent être adsorbés en se solidifiant par un des minéraux d'un assemblage tampon en fonction de la température, et créer un proto-acide aminé seulement composé de purines, qui ont tendance à avoir un équilibre des phases solide.

L'importance de ne pas négliger les minéraux tampons dans les modèles hydrothermaux pour les décompositions des équilibres des phases en plus des conditions de pression-température, et pour déterminer et contrôler les valeurs de pH.
Au final, après la compilation de ces modèles, il en ressort que, s'il n'y a pas de possibilité de décrypter les mécanismes de synthèse abiotique pour l'instant, il est possible de synthétiser et décomposer des acides gras et des hydrocarbures en contexte hydrothermal.