BOLIVIA 2013 : A la découverte de la soupe prébiotique.

BOLIVIA 2013 : A la découverte de la soupe prébiotique.

Photos prises lors de l’expédition Auñamendi 
dans les massifs montagneux du  Condoriri (Cordillera Reale), Tunupa (salar de Uyuni), Llicancahur, Uturuncu (Sur Lipez) et du "parque nacional del Sajama" en mai 2013.

Dans une atmosphère de commencement ou de fin du monde, au plus près de l’écorce terrestre, s’étend  le désert du Sur Lipez, la « Cordillera de los volcanos » ou EL CORDON VOLCANICO point de rencontre des trois pays Chile ,Argentina ,Bolivia.

Des centaines de volcans, super-volcans, calderas,  se sont levés ici  et ont évolué sous l’effet de la poussée de la  plaque de Nazca qui s’enfonce sous le bouclier brésilien.
Ceux sont des dimensions à l'échelle des continents .

Ils sont plantés  sur une dorsale de 3000 km qui traversent ces 3 pays et le Peru, autrement dit,  la partie sud de l’ancien Empire de l’Inca, ancrés sur l’altiplano andin.

A leurs pieds, remontant du plus profond de leurs entrailles, sourdent des eaux chaudes (50-70°C),chargés de solutions de borax, de cuivre, d’antimoine, d’arsenic ,de bore (Ulexite), des chlorures, des carbonates et des sulfates de sodium, potassium, magnésium, de natron, de soufre, de gypse, de lithium.

Le Sur Lipez est un univers minéral doté d’une polychromie à l’intensité extraordinaire, due à l’altitude, balafrée de fresques minérales qui éclaboussent tout le panorama. 

C’est un monde en genèse , marqué par le feu de la terre, où l’on sent bouillir les magmas sous ses pas ,à faible profondeur, avec des laves à fleur du sol, des fumerolles, des geysers puissants  et des lacs d’altitude entre 4000 et 5000m , des gours d’eau bouillonnante ,des  lagunes vertes, laiteuses, bleues, jaunes, ocres, corail, aux couleurs variables selon l’orientation du soleil et de l’action des phytoplanctons chargés des minéraux volcaniques.

Les lagunes les plus connues ont pour noms ; Cañapa, Hedionda, Ramabita, Chiarkhota, Honda, Colorada, Verde.

C’est le région la plus élevée du monde avec le Tibet.

Quelques animaux hantent ses recoins inhabités : Vicuñas, viscachas, guanacos, zorros, gatos ou pumas andins.

L’avifaune est essentiellement composée de pirahuanas (flamants) de trois espèces : Flamants de James (Phoenicoparrus jamesi) et des Andes (Phoenicoparrus andinus) qui  coexistent avec les Flamants du Chili (Phoenicopterus chilensis), plus répandus.

L’homme se sent, ici, intrus tant les conditions de survie y sont dures. 
Les variations de température  sont extrêmes (-20° à +20°) tous les jours.
Le vent glacial ,omniprésent.

Il n'y pleut que 150 mm par an. 

Pas de végétation sur des centaines de kilomètres.

Le souffle s’y fait court ,par manque d’oxygène,  pas moyen d’y échapper.

La nuit, la Croix du Sud nous guide, au firmament céleste, au milieu des millions d’étoiles que l’on peut observer tant l’air est limpide et cristallin.

Peu de nuages, hors ceux remontés, en contrebande, du Pacifique  voisin. 

C’est à Atacama, au Chile, à quelques encablures ,que se trouvent les plus puissants télescopes du monde.

Notre imagination, dans un tel décor, raviva les souvenirs enfouis des cours de biochimie de propédeutique.

Shapiro, Oparine, Haldane, Miller, Sutherland avaient raison : 
la vie sur Terre est bien partie de la soupe prébiotique, des hasards  et des nécessités  dus aux rayonnements solaires et célestes, aux minéraux atomisés en sulfates, carbonates, chlorates, des températures élevées , aux acidités et basicités ,qui ont créés , ici ,à la source des volcans les premiers polymères et composés plus complexes qui  ont conduit à la VIE . 

Témoins, les algues, végétaux les plus primitifs, au milieu des sources d’eau chaude, qui donnent avec leurs multi colorations fantasmagoriques, ces ersatz de soupe prébiotique. 

Ainsi était, certainement ,la Terre, il y a deux milliards d’années, infiniment colorée au commencement de la VIE.

geyser à 4800m d'altitude

 

au milieu des fumées soufrées et puissantes

coucher de soleil dans un monde sans commencement et sans fin qui crache le feu sous la fine croute terrestre .

les six dernières photos by Txominesku -reproduction interdite.

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Explications sommaires sur la soupe prébiotique.

Le modèle le plus couramment accepté est fondé sur l'enchaînement supposé des événements suivants :

1.             Formation de la « soupe primitive ». Des conditions prébiotiques plausibles entraînent la création de molécules organiques simples, qui sont les briques de base du vivant. Les réactions de synthèses organiques conduisant à la formation de catalyseurs favorables à ces mêmes synthèses bénéficient d'un avantage sélectif. Suivant les auteurs, des mécanismes différents expliquent la formation des monomères initiaux, et leur polymérisation ultérieure.

2.             Cloisonnement et compartimentation des milieux réactifs. Des phospholipides forment spontanément des doubles couches qui sont la structure de base des membranes cellulaires. L'organisation spatiale permet des différences de compositions entre milieux, et la mise en place d'échanges trans-membranaires. Apparition de cycles réactifs à la base d'un métabolisme élémentaire, capable d'alimenter un processus de production et reproduction du milieu chimique en puisant sur des ressources extérieures ; avantage sélectif aux collections de cycles capables de produire leur propres catalyseurs.

3.             Réplication de molécules à la fois fonctionnelles et codantes. Les mécanismes qui produisent aléatoirement des molécules d'ARN (acide ribonucléique), en mesure d'agir comme des ARN-enzymes capables, dans certaines conditions très particulières, de se dupliquer. C'est une première forme de génome, et nous sommes alors en présence de protocellules. Grâce à une transcription codée des éléments participant au métabolisme d'ensemble, les compartiments élémentaires sont capables de maintenir une composition chimique et un métabolisme stable, de dupliquer les molécules codantes qui régulent ce milieu, autorisant la séparation d'une cellule initiale en deux cellules fonctionnellement équivalentes.

4.             Spécialisation de la fonction enzymatique et de la réplication.

o              Les ARN-enzymes sont progressivement remplacées par des protéines-enzymes, grâce à l'apparition des ribozymes, ceux-ci étant capables de réaliser la synthèse des protéines.

o              L'ADN apparaît et remplace l'ARN dans le rôle de support du génome, dans le même temps les ribozymes sont complétés par des protéines, formant les ribosomes. C'est l'apparition de l'organisation actuelle des organismes vivants.

Conditions chimiques initiales

L’atmosphère de l’Archéen ne contient apparemment pas ou très peu d’oxygène libre.

Selon Alexandre Oparine et John Haldane, l'atmosphère terrestre primitive, lors de sa formation, était composée de méthane (CH4), d'ammoniac (NH3), de vapeur d'eau (H2O), de gaz carbonique (CO2) et d'hydrogène sulfuré (H2S).

Par l'action du rayonnement ultraviolet provoquant la photodissociation de ces molécules, l'atmosphère a évolué progressivement, perdant son méthane pour évoluer vers une atmosphère de gaz carbonique et d'azote.

Lors de l'apparition de la vie, l'atmosphère est moyennement réductrice : (CO2 ; N2). Des modèles plus anciens considéraient une atmosphère fortement réductrice comme probable : (CH4 ; NH3).

Sa température est supérieure à celle d’aujourd’hui, bien que le Soleil soit de 25 à 30 % moins lumineux que de nos jours, la différence est compensée par la présence de gaz à effet de serre, ou, alternativement, par l'absence de nuages réfléchissants et un albédo de surface plus bas. La pression est de quelques atmosphères.

La température dans la majorité des modèles est de 40 °C à 85 °C, bien qu’une atmosphère plus tempérée soit possible. L’eau sous forme liquide est présente, les océans ont probablement fini de se former durant l’Hadéen.

L'expérience Urey-Miller et l'origine des molécules organiques

Le biochimiste Robert Shapiro a résumé les théories d’Oparin et Haldane sur la « soupe primordiale » de la manière suivante :

1.             La Terre avait primitivement une atmosphère réductrice.

2.             Cette atmosphère a produit des composés organiques simples (monomères) sous l'action de diverses sources d'énergie.

3.             Ces composés se sont accumulés au fil du temps dans une sorte de soupe chimique, qui a pu se trouver concentrée en divers endroits (côte et lagune, mont hydrothermal, etc.).

4.             Par la suite, des polymères et composés plus complexes se sont développés dans le mélange, conduisant finalement à la Vie.

Les trois premières étapes ont fait l'objet de reconstitutions et d'études en laboratoire ; mais la quatrième « étape » de cette théorie a été qualifiée de très simpliste - rappelant le coup de baguette magique des contes de fées.

En 1953, le chimiste américain Stanley Miller réalisa une série d'expériences dans le cadre de sa thèse de doctorat.

Les expériences de Miller-Urey furent décisives dans la compréhension de la chimie prébiotique. En effet, à partir d'eau (H2O), de méthane (CH4), d'ammoniac (NH3) et d'hydrogène (H2), on a recueilli des acides aminés (dont 13 des 22 qui sont utilisés pour fabriquer des protéines dans les cellules des organismes), des sucres, des lipides, et quelques composants des acides nucléiques mais pas d'acides nucléiques entiers (ADN ou ARN). Des racémiques des énantiomères gauche lévogyre et droite dextrogyre se sont formés.

Les travaux révolutionnaires de Miller ont donné lieu à de très nombreuses publications, la composition de l'atmosphère terrestre primitive faisant débat.

En 2009, Sutherland et son équipe sont parvenus à établir une voie de synthèse des nucléotides à base pyrimidique, l'acide uridylique et l'acide cytidylique. Les chercheurs butaient sur cette voie de synthèse prébiotique depuis 40 ans en raison de la difficulté à trouver la bonne façon de lier le ribose à la base azotée.

La clé de cette voie est de passer par un précurseur commun au ribose et la base azotée.

 Ce précurseur, le 2-aminooxazol, est obtenu à partir de molécules organiques élémentaires : le glycéraldéhyde, la cyanamide, le cyanoacétaldéhyde, le cyanoacétylène et le phosphate inorganique. Le mélange réactionnel alimenté par de l'azote gazeux est soumis à un cycle de chauffage-refroidissement afin de simuler le cycle d'évaporation d'une mare par le rayonnement solaire et l'alimentation par la pluie.

Après une semaine le 2-aminooxazol s'accumule dans le réacteur. Le précurseur se transforme ensuite en ribose et cytosine liés ensemble.

Le phosphate est ensuite ajouté au milieu réactionnel en présence d'UV durant trois jours (l'absence d'ozone dans les conditions pré-biotiques engendrait un bombardement intense d'UV).

L'acide cytidylique se synthétise sous l'effet du rayonnement UV et quelques nucléotides portant une cytosine se transforment en acide uridylique.

Pour les deux autres nucléotides, l'équipe de Sutherland travaillait sur un précurseur commun aux acides nucléiques à base purique.

La formation de molécules organiques se rencontre également dans l'Atmosphère de Titan. 

Source : WKPDIA