L' Énigme de la vie

Une enquête scientifique

A. G. Cairns-Smith

• Éditeur: Odile Jacob
• Année: 1990
• ISBN:
  9782738163813
• Sujet: Sciences biologiques
• Sous-sujet: Génétique et génomique

Sherlock Holmes eût sans doute goûté de voir sa méthode appliquée à la résolution d'une énigme scientifique majeure: quelle est l'origine de la vie? Chimiste, auteur d'un important ouvrage technique sur le sujet (Genetic Take over), A. G. Cairns-Smith se livre ici à une enquête directement inspirée du célèbre détective...

CHAPITRE 1

Enquête

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« – Voyez-vous un moyen quelconque de résoudre cette énigme, Monsieur Holmes ? demanda-t-elle avec un soupçon d’âpreté dans le ton.

– Oh ! l’énigme ? répéta-t-il en revenant brusquement aux réalités de la terre. Hé bien ! il serait absurde de nier qu’il s’agit d’une affaire très compliquée, mais je vous promets que je vais m’en occuper. Je vous tiendrai au courant.

– Voyez-vous un indice ?

– Vous m’en avez fourni sept. Mais naturellement je dois les vérifier avant de pouvoir me prononcer sur leur valeur.

– Vous soupçonnez quelqu’un ?

– Je soupçonne...

– Qui ?

– ... Que j’ai tiré trop rapidement mes conclusions. »

Quoi qu’en disent certains journaux, les biologistes sont loin de mettre en doute l’idée fondamentale de la biologie qu’est l’évolution. La façon dont opèrent ses changements, leur rythme, ont certes fait l’objet de discussions. Mais le fait même que l’évolution ait eu lieu n’est plus remis en question. L’idée que les formes variées de la vie sur Terre ont évolué à partir d’ancêtres communs n’est pas le fruit d’une démonstration donnée, mais de l’expérience quotidienne des biologistes – elle correspond à d’innombrables observations tant générales que de détail. La cohérence de la biologie réside en ce qu’elle procure une vision globale de tout ce qui a trait à la vie. Et la biologie est tout simplement devenue l’étude des causes et des effets de l’évolution ; la question de l’origine de la vie se ramène donc avant tout à celle de l’origine de l’évolution.

En présentant le sujet de cette manière péremptoire, on ne niera pas pour autant la complexité et le caractère abscons de la question de l’origine de la vie sur Terre. S’il existe des indices, plus nombreux que les sept de Holmes, ils ne sont pas tous également importants et, d’ailleurs, ceux qui paraissent les plus évidents ne sont pas toujours les plus significatifs. Nous ferons appel à de nombreuses expériences par la pensée, qui nous permettront de repérer les fausses pistes et de nous garder des conclusions hâtives. Nous dégagerons ainsi sept indices fort utiles qui nous fourniront une vision globale de l’origine de la vie.

Mais, tout d’abord, nous devons éclaircir le sens de certains termes et, surtout, celui du mot « vie ».

Mon dictionnaire usuel m’indique que la vie est la période comprise entre la naissance et la mort, mais ce n’est pas ce qui m’intéresse ici. Ce livre traite de la vie en tant que phénomène – comme le phénomène de la « vie sur Terre ». La vie est une propriété commune aux êtres humains, aux moules et aux marguerites. Et si le plus souvent cette notion semble aller de soi, elle est malheureusement floue et difficile à cerner.

Je préfère les usages du mot « vie » qui tiennent compte de son caractère vague, qui n’essaient pas de le préciser, tout en exprimant son essence fondamentale. Coleridge écrit : « Je définis la vie comme un tout qui est présupposé par toutes ses parties. » Ce qu’un être vivant a en effet de plus remarquable, c’est l’ingéniosité qui a présidé à sa constitution, c’est-à-dire le fait qu’il semble avoir été conçu, pensé, assemblé avec une visée précise. On peut dire de la vie qu’elle est un type de mécanisme qui existe dans la nature. Le but d’un être vivant peut être décrit par ces trois exigences : survivre, entrer en concurrence avec d’autres êtres vivants, reproduire l’espèce envers et contre tout.

Force est de reconnaître que Coleridge cherchait quelque chose de plus poétique qu’un mécanisme – une puissance unificatrice profondément mystérieuse, un principe de vie, quelque pouvoir magique qui s’exercerait sur les êtres vivants et qui les distinguerait de tout le reste. Cette doctrine, que nous appelons vitalisme, est officiellement passée de mode ; mais il existe encore des hommes de science – surtout des physiciens – qui semblent vouloir considérer la vie comme autre chose qu’un simple mécanisme, qui recherchent une ligne de profonde démarcation. Il est tentant de se dire que, si l’origine de la vie n’est pas vraiment surnaturelle, elle a été pour le moins un événement extraordinaire, de faible probabilité, un saut statistique accompli par franchissement d’une ligne de partage, d’où la magie n’est pas absente.

Je penche plutôt pour le point de vue opposé – aujourd’hui majoritaire – qui affirme que l’exorcisme dont Darwin fut l’initiateur remontera jusqu’à l’origine même de la vie.

Darwin a démontré que, lorsque des êtres vivants semblent avoir été conçus en vue d’un but, on peut très souvent – sinon toujours – attribuer cela à l’effet de la sélection naturelle. Si les êtres dont il s’agit se reproduisent en tant qu’espèce, si des variations aléatoires affectent leurs descendants, si ces variations sont transmissibles héréditairement, si certaines d’entre elles confèrent un avantage à ceux qui les possèdent, si les entités qui se reproduisent sont en compétition, s’il y a surpopulation empêchant certains de se reproduire et d’engendrer eux-mêmes une descendance – alors ces entités n’ont rien de mieux à faire que de reproduire l’espèce. La nature agit comme un éleveur sélectif : ses productions ne peuvent aller qu’en s’améliorant.

Toutes ces conditions montrent que la sélection naturelle n’est pas une simple « survie des mieux adaptés ». La sélection naturelle n’est que l’une des composantes du mécanisme de l’évolution. Toute théorie qui prétend expliquer la variété et la complexité des êtres vivants doit aussi prendre en compte les défis variés et changeants posés par un environnement varié et changeant. La nature, en tant qu’éleveur et jury de concours, change continuellement d’avis sur les espèces qui méritent le premier prix : les pressions exercées par la sélection changeante ont joué un rôle clé dans sa capacité créatrice.

Il n’en reste pas moins que la sélection naturelle a été l’élément clé de l’évolution, sa condition sine qua non. Sans elle, les êtres vivants n’auraient pu rester adaptés à un certain ensemble de conditions, sans même parler d’adaptation à des conditions nouvelles. Sans la sélection naturelle, toute l’aventure n’aurait jamais pu démarrer. Cette ingéniosité que nous appelons « vie » se replace sans aucun mal dans le contexte de l’évolution : la vie est un produit de l’évolution.

La vie n’est pas une qualité absolue qui serait apparue soudainement, elle a émergé progressivement au début de l’évolution. Entre les premiers êtres soumis à l’évolution qui ont commencé à se conformer à ces « si » et les formes ultérieures qui l’ont fait de manière plus intelligente, il n’existe pas de ligne de démarcation claire. Mais quelle importance ? Lorsque l’on considère ce qui se passe au cours d’un tel processus, on perd intérêt à ériger des barrières. Comme je l’ai dit, la « vie » est une idée floue – et il vaut mieux qu’il en soit ainsi.

Holà ! direz-vous, pas si vite ! N’avez-vous pas besoin, au départ, d’être vivants pour engendrer la vie de cette façon ?

Absolument pas. Ce qui est nécessaire à l’évolution est la sélection naturelle et la sélection naturelle a seulement besoin de choses qui se conforment à nos « si ». Rien dans ces règles ne nous oblige à considérer qu’il s’agit de choses « vivantes ». Notre vision est biaisée par le fait que toutes les choses dont nous savons qu’elles peuvent évoluer sont le résultat de l’évolution. Ainsi, notre point de départ semble clair : puisque nous tentons de comprendre l’origine de la vie – qui serait apparue progressivement – il nous faut d’abord comprendre l’origine de l’évolution. Nous devons en premier lieu trouver des choses susceptibles d’évoluer mais qui ne l’ont pas encore fait. S’il en existe et si elles ont été présentes depuis le début de l’évolution, on devrait encore pouvoir les trouver ou les fabriquer.

Organisme est un mot qui a également sa place dans le contexte de l’évolution : les organismes sont ce qui participe à l’évolution. Plus précisément, en ce qui nous concerne, les organismes sont ce qui est requis pour qu’il y ait évolution. Ces choses sujettes à l’évolution dont nous venons de parler – qui n’étaient donc pas « vivantes » – n’en auraient pas moins été des organismes.

Il peut sembler que les aspects de loin les plus difficiles du problème de l’origine de la vie se trouvent déjà résolus, dans leur principe, à partir du moment où l’on comprend dans ses grandes lignes la façon dont les organismes se reproduisent et transmettent leurs caractéristiques à leurs descendants. Dès le milieu de notre siècle, des biochimistes et d’autres chercheurs estimaient qu’il n’existait sans doute guère de différences entre une petite bactérie, goutte sans structure que l’on observe au microscope, et un conglomérat encore plus petit de molécules qui avait dû être l’organisme de départ de l’évolution.

L’optimisme était de mise au début des années 1950. On venait de découvrir les fondements moléculaires de l’hérédité et les idées qui dominaient sur les conditions ambiantes de la Terre primitive laissaient penser que l’on était sur le point d’identifier les constituants de cette machinerie moléculaire. On pensait que l’atmosphère de la Terre primitive ressemblait à l’atmosphère actuelle de Jupiter, qu’elle était composée essentiellement de gaz comme l’hydrogène, le méthane et l’ammoniac. On montra qu’à partir de ces gaz on pouvait fabriquer facilement certains des acides aminés que l’on trouve aujourd’hui dans tous les organismes. Avec ces éléments, le hasard avait fait le reste et, qui sait, on pourrait peut-être découvrir des effets spéciaux qui auraient réduit l’intervention du hasard.

Cet optimisme persiste dans nombre de manuels élémentaires. La question y est même parfois abordée avec un certain ennui ; comme si sa difficulté n’était qu’un simple obscurcissement de la vision, dû à la distance qui nous sépare des événements historiques d’une époque éloignée.

Il eût été bien triste que le problème se réduise à cela ! Il n’en fut heureusement rien. Le problème reste un cas d’espèce (ceux dont raffole Sherlock Holmes) ; il semble bien que l’évolution, loin d’avoir un million de possibilités pour faire son chemin, n’ait connu aucune voie royale. Ce que cette histoire a de singulier, c’est le fossé qui sépare le plus simple des organismes tels que nous les connaissons et les constituants que la Terre a pu raisonnablement engendrer. Ce fossé apparaît encore plus clairement aujourd’hui. Il est gigantesque.

Trois faits primordiaux

Le fait caractéristique de loin le plus remarquable de notre enquête est déjà connu des lecteurs :

Fait n^o 1 : Il y a de la vie sur Terre

Qu’il y ait une profusion de formes de vie est assez évident ; en revanche, le caractère plutôt superficiel, biochimiquement parlant, de cette profusion l’est beaucoup moins. Si on pouvait utiliser un verre grossissant assez puissant, on s’apercevrait qu’il n’y a en réalité qu’une forme de vie sur Terre : la machinerie centrale de tous les organismes est toujours composée de la même série de microcomposants, de la même série de petites molécules. C’est ainsi que :

Fait n^o 2 : Au fond, tous les êtres vivants sont identiques

Mais le fait qui complique tout est le suivant :

Fait n^o 3 : Tous les êtres vivants sont très complexes

Voici donc la situation telle qu’elle se présente : nombre de composants microscopiques sont des molécules assez simples, mais qui se combinent d’une façon à la fois très organisée et très complexe. On pourrait écarter cela d’un revers de main en disant qu’il s’agit de l’aboutissement de l’évolution (« Bien sûr, les choses auraient commencé de façon bien plus simple »). Mais là où les choses se gâtent véritablement, c’est quand on s’aperçoit qu’une partie trop grande de cette complexité semble indispensable pour assurer le fonctionnement des organismes. La vie que nous connaissons relève de la « haute technologie ». Certains des microcomposants les plus essentiels ne se fabriquent pas du tout facilement. Nous reviendrons sur le sentiment de perplexité que nous inspire ce fait n^o 3.

Question de temps et de circonstances

La Terre est vieille de 4,5 milliards (mille millions) d’années. Ce nombre est tout à fait fiable, comme le sont les datations de nombreuses roches anciennes, malgré leur grand âge : certaines roches du Groenland datent de 3,8 milliards d’années. Les premiers signes de vie sur les roches anciennes ne peuvent être aussi facilement datés (c’est-à-dire identifiés), mais on dispose aujourd’hui de nombreuses données indiquant que certains microbes vivaient sur Terre il y a 3,5 milliards d’années. Selon certains, leur existence remonterait à 3,8 milliards d’années.

Les données les plus directes se présentent sous un double aspect : on trouve d’abord d’étranges structures sur de nombreuses roches anciennes, en particulier sur des roches australiennes âgées de 3,5 milliards d’années, et qui ressemblent aux structures (stromatolites) que produisent aujourd’hui de grandes colonies de microbes. Ensuite, on trouve dans des roches anciennes des objets qui semblent être les fossiles des microbes eux-mêmes.

Si l’on considère maintenant l’autre extrémité de la fourchette de temps pour l’origine de la vie sur Terre, la limite supérieure est l’âge de la Terre elle-même, mais on a des preuves – qui nous viennent de la Lune et d’autres planètes – que la Terre a été bombardée par de très grands météorites jusqu’à 4,0 milliards d’années. Le butoir est donc plus proche ...

Table des matières

• Couverture
• Titre
• Copyright
• Préface
• Chapitre 1 - Enquête
• Chapitre 2 - Messages, messages
• Chapitre 3 - Construisez votre propre E. coli
• Chapitre 4 - La machinerie intérieure
• Chapitre 5 - Un cul-de-sac ?
• Chapitre 6 - Regardons de plus près les signes de piste
• Chapitre 7 - Un indice dans une poupée russe
• Chapitre 8 - Pièces manquantes
• Chapitre 9 - Le problème des molécules
• Chapitre 10 - Cristaux
• Chapitre 11 - La machine à fabriquer de l’argile
• Chapitre 12 - Gène-1
• Chapitre 13 - L’évolution par action directe
• Chapitre 14 - La relève
• Chapitre 15 - En bref : les sept indices pour l’origine de la vie
• Appendice 1
• Appendice 2
• Sources des citations
• Glossaire
• Index
• Table