Des premières bactéries à l'homme

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Une chaîne ininterrompue d'espèces vivantes relie les premières bactéries apparues il y a près de 4 milliards d'années à l'émergence de l'homme il y a quelques millions d'années à peine. Cette histoire est ici patiemment reconstituée. L'auteur raconte notre généalogie à la lumière des transformations advenues au fil des durées géologiques.

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Date de parution 01 juillet 2009
Nombre de lectures 69
EAN13 9782336282916
Langue Français

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Avant-propos
Une éternité en héritage

Quand l’enfant paraît, parents et grands-parents, penchés
sur son berceau, se livrent aujeudes devinettes afin de
retrouver chezle nouveau-né des traits hérités d’un ascendant
oud’un lointain ancêtre. Mais, les photographies aidant, ces
rapprochements se limitent généralement à quelques
générations. Au-delà, les souvenirs se brouillent.Cependant,
en s’éloignant dans le passé, les portraits légués par les
peintres de la Renaissance et duMoyen-Âge révèlent des
hommes et des femmes dont la physionomie ne différait guère
de la nôtre. En remontant encore le temps, nous croisons les
contemporains duChrist et des empereurs romains dont la
statuaire a fixé les traits. A peine 80à 100générations nous en
séparent. Les momies de l’Egypte pharaonique révèlent de
même des femmes et des hommes proches de nous par leur
apparence, leurs préoccupations, leurs comportements. Plus
loin encore, s’ébauche la silhouette des hommes de la
préhistoire reconstituée à travers leurs squelettes. Force est de
constater que tous ces hommes nous ressemblaient. Une
évidence s’impose :un déroulement ininterrompude
générations traverse les siècles et les millénaires, nous reliant
par des liens de filiation à des ancêtres ayantvécuaucours de
passés lointains.
Mais, qu’en est-il auA-delà ?urécit de l’historien se
substitue alorsune chronique nourrie par les données de la
paléontologie. La préhistoire prend le relais de l’histoire.

Les fossiles, archives de lavie, nous apprennent ainsi que
l’homme moderne,Homo sapiens, fut précédé par d’autres
hominidés. Il en fut ainsi des Pithécanthropes qui ontvécuily
aun million d’années et des Australopithèques qui sont encore
plus anciens. Leur physionomie différait notablement de la
nôtre. En effet, aufur et à mesure qu’on recule dans le temps,
des caractères simiesques s’affirment : la face s’allonge et la
taille ducerveause réduit. Les différences anatomiques,voire
comportementales, entre les hominidés fossiles et les singes
proches de l’homme, les singes anthropoïdes tels les
chimpanzés oules gorilles, s’amenuisent. Tout laisse à penser
que les hominidés et les grands singes sont issus d’une souche
ancestrale commune de primates. En remontant les temps
géologiques, l'histoire des primates s’enracine dans celle des
mammifères dont les premiers représentants sont apparus au
début de l’ère secondaire, ilya près de200millions d’années.
Ceux-ci, à leur tour, tirent leur origine d’ancêtres reptiliens
ayantvécudurant la deuxième moitié de l’ère primaire. En
s’éloignant encore dans le passé, on rejoint l’époque, encore
mal documentée, de l’émergence desvertébrés, animaux
pourvus d’une colonnevertébrale, qui s’est produite à l’orée de
l’ère primaire. On pénètre ensuite dans les âges obscurs du
Précambrien,un intervalle de temps de plus de 3 milliards
d’années, aucours duquel la planète était essentiellement
peuplée parun monde microbien. Chemin faisant, on remonte
à l’apparition des premiers organismesvivants sur la Terre,un
événement majeur qui s'est produit ilya 3,5 ou3,8 milliards
d’années. En reculant toujours dans le temps, on quitte la
planète pour s’aventurer dans ce gigantesque laboratoire des
espaces cosmiques oùse sont élaborées, à partir d’éléments
chimiques simples, des molécules de plus en plus complexes
d’oùprocède la matière organique des êtresvivants.
Ainsi, enun raccourci saisissant, la Science nous relate
aujourd’hui le récit de la fabuleuse histoire de l’univers, de la
vie et de l’homme. Une histoire qui n'apparaît entachée par
aucune rupture. A l’instar dudéroulement d’un film de cinéma,
oùchaque image est déterminée par celle qui la précède et
annonce celle quiva suivre, l’histoire de la matière et l’histoire
de lavie s‘enchaînent selonune progression continue dont

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l'homme est le terme provisoire. Un récit qui raconte nos
origines. Une histoire toujours inachevée.
Sans la connaissance de ce passé, le mondevivant qui nous
entoure, la complexité et la diversité de ses faunes et de ses
flores, nous demeureraient à jamais inintelligibles.

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Les commencements dumonde
De la matière à lavie

L’émerveillement toujours renouvelé qui nous saisit
devant le spectacle féerique d’un ciel étoilé, s’accompagne
d’une sensation devertige face à l’immensité de l’univers
qu’elle révèle. Il nous invite en permanence à prendre
conscience de notre petitesse d’humains perdus dansun
monde dont les dimensions sont sans commune mesure avec
celles qui bornent notre existence. Mais, en même temps, il
nous fait découvrir notre singularité d’êtres pensants, car nous
sommes peut-être seuls dans l’univers à nous interroger sur
notre place dans le temps et dans l’espace.
On s’accorde aujourd’hui sur le fait que l’univers a eu un
commencement. Il s’agit d’un événement capital qui avu
naître simultanément le temps, l’espace et la matière. Aussi la
quqestion «u’yavait-il avn’a-t-elle gant ? »uère de sens.
Immergés en permanence dans la durée et dans l’espace, nous
sommes incapables d’imaginerun monde dépourvude telles
propriétés.
Puisque l’univers a connu un début, il aune histoire. Les
grands événements qui jalonnent son évolution ont été
patiemment reconstitués par des générations de scientifiques.
Ils constituent autant de chapitres dulivre de l’univers.

1.1 Le laboratoire cosmique, un préambule à la vie

Aucours des dernières décennies, les observations des
astrophysiciens ont progressivement substitué aumodèle d’un
ciel statique oùla place des astres serait fixée de toute éternité,
lavision d’ununivers en perpétuel devenir. Les étoiles
naissent puis disparaissent dans de gigantesques feux
d’artifice, éjectant dans l’espace des gazet des poussières.
Une étape considérable fut franchie en 1929 par
l’astronome américain Edwin Hubble qui démontra que les
galaxies avec leurs milliards d’étoiles s’éloignaient lesunes
des autres à desvitessesvertigineuses et que, par conséquent,
l’univers était en expansion. De cette découverte découla
logiquement la conclusion qu’à l’origine toute la matière de
l’univers devait se trouver concentrée enun point. Ce moment
primordial a été qualifié, quelque peupar dérision, de «big
bang», la grande déflagration. Il s’agit en réalité d’une
extrapolation scientifique, d’un état initial qui relève de la pure
abstraction, car aucune observation n'a pul'approcher. Des
calculs font remonter cet événement à environ 13,7 milliards
d’années. On estime que la densité de la matière et la
température devaientyêtre inouïes. Le big bang se serait
traduit parune formidable explosion, libérantune quantité
inimaginable d’énergie, créant et dispersant des particules de
matière. L’espace prend corps et se dilate. Le temps s’égrène
aucalendrier de l’histoire. Désormais, les événements
cosmiques sont repérables ausein d’une succession
chronologique. Ilyauraun avant etun après. L’univers sort du
chaos et s’organise.
L’expansion de l’univers s’accompagne d’une baisse
progressive de la température. Parmi les particules émises lors
dubig bang, apparaissent les photons, supports de l’énergie
lumineuse. Les ténèbres se dissipent et la lumière fut. D’autres
particules élémentaires, les électrons et les quarks, s’agrègent
pour engendrer des protons et des neutrons qui, à leur tour, se
combinent en éléments chimiques simples gazeux, des atomes
d’hydrogène et d’hélium.
Cependant, la distribution spatiale des éléments n’est pas
homogène. Localement, des disques de gazse contractent,
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donnant naissance auxgalaxies. Il en fut ainsi de la Voie
lactée. En leur sein se différencient les étoiles dont les noyaux,
portés à des températures de l’ordre dumillion de degrés,
deviennent le siège de réactions nucléaires. Celles-ci initient
l’élaboration d’éléments plus lourds tels le carbone, le calcium,
le magnésium, l’aluminium oul’oxygène. Lorsque les
températures augmentent encore, apparaissent le silicium, le
soufre, le fer, le mercure, le plomb oul’uranium. Toutes les
espèces chimiques rencontrées sur notre planète et répertoriées
dans le tableaupériodique des éléments de Mendeleïev, sont
nées dans les étoiles.
Les étoiles naissent et meurent. Leur extinction est
précédée parune gigantesque explosion qui disperse dans les
espaces interstellaires les éléments de matière élaborés en leur
sein.
A la périphérie de la Voie lactée, ilya environ 4,56
milliards d’années, naîtune étoile qui se trouve à l’origine de
notre soleil. Des températures extrêmement élevées sont
entretenues par des réactions chimiques qui transforment
l’hydrogène en hélium.
Aufur et à mesure qu’on s’écarte dusoleil, les
températures baissent. Elles permettent alors à des corpuscules
de matière de s’assembler, de grossir, puis d’accroître encore
leur taille sous l’effet de multiples collisions. Ainsi, prend
progressivement naissance le cortège des planètes. En
s’éloignant dusoleil, se rencontrent d’abord des planètes
rocheuses outelluriques dont font partie Mars et notre Terre,
puis des planètes gazeuses comme Jupiter et Saturne. Aux
confins dusystème solaire, de très basses températures
induisent la formation de glaces, glaces d’eau, mais également
glaces d’ammoniac, de méthane oude dioxyde de carbone.
A l'origine, ilya 4,56 milliards d'années, la Terre estune
boule incandescente. En son sein, s’opère progressivementune
différenciation des éléments chimiques. Les plus lourds, le fer
et le nickel, migrentvers le centre pour constituer le noyaudu
globe terrestre, tandis que les plus légers, le silicium et
l’aluminium, forment la croûte. Ilya 4,4 milliards d’années,
un astéroïde de grande dimension percute la jeune planète
Terre. Les matériauxéjectés dans l'espace lors de la collision

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se rassemblent et gravitent autour duglobe pour constituerun
satellite. Telle est l’origine de la Lune.
Aucours d’une très longue histoire jalonnée par la
naissance et la mort de myriades d’étoiles, les espaces
interstellaires s’enrichissent d’une grande diversité d’éléments
chimiques. A leur tour, ceux-ci réagissent entre euxpour
s’associer en chaînes moléculaires plus complexes qui
alimentent les grandes nébuleuses de poussières. Parmi ces
molécules interstellaires, les astrophysiciens ont détectéune
centaine de composés dont l’organisation est basée sur la
chimie ducarbone. Il en est ainsi dumonoxyde de carbone, du
méthane, de l’alcool éthylique, ducyanure d’hydrogène oudu
formaldéhyde. L’eauet l’ammoniac furent également
reconnus. Certaines de ces molécules sont capables de donner
naissance à des composés plus complexes. Des molécules de
cyanure d’hydrogène, par exemple, peuvent s’associer pour
former de l’adénine,une base azotée des acides nucléiques. Le
formaldéhyde constitueune étape sur lavoie conduisant à la
formation de sucres. Enoutre, les météorites carbonées qui
parviennent régulièrement à la surface de la planète,
renferment des bases azotées et des acides aminés.
En définitive, le cortège des molécules interstellaires
annonce les constituants élémentaires de la matière organique à
partir desquels se sont édifiés les êtresvivants qui peuplent la
planète Terre. Ce sont des molécules prébiotiques. Dansun tel
contexte, l’apparition de lavie devenaitun événement
inéluctable.
Cependant, face auxrouages de la mécanique céleste dont
l’ampleur des énergies à l’œuvre défie l’imagination, les êtres
vivants apparaissent éminemment fragiles. Leur apparition et
leur pérennité aufil des temps géologiques relèvent de
l’improbable. Et pourtant, tout aulong de l’histoire
mouvementée de la planète Terre, ils n’ont cessé d’engendrer
des espèces nouvelles. Bien plus, en se diversifiant, ils sont
parvenus à coloniser touens lesvironnements possibles : l’eau,
la surface des continents, l’air.
Dans l’état actuel de nos connaissances, seule la planète
Terre bénéficia duprivilège devoir naître et d'héberger des
êtresvivants diversifiés. Les modalités de cet événement

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capital dans l’histoire de l’univers mais, à l’évidence, non
reproductible, donnèrent lieuà de multiples théories et
hypothèses. Mais force est de reconnaître que tous les
scénarios proposés pour expliquer l’origine de lavie sur la
Terre comportent d’énormeszones d’ombre et exigent encore
bien des investigations.

1.2 Le bouillon primordial

Une expérience célèbre d’une grande simplicité, mais
géniale dans sa conception, fut réalisée en 1953 par Stanley
Miller dans le laboratoire de Harold Ureyà l’Université de
Chicago. Dansun ballon enverre, il réunitun mélange gazeux
de méthane, d’ammoniac, d’hydrogène et devapeur d’eau.
D’après les connaissances de l’époque, cette composition était
censée reproduire celle de l’atmosphère primitive qui entourait
la jeune planète Terre. Il soumit ensuite le mélange gazeuxà
des décharges électriques et à des rayonsultraviolets, simulant
ainsi l’ambiance physique qui devait animer le globe terrestre à
ses débuts, à savoir, d’une part, le déclenchement d’orages
violents et, d’autre part, l'exposition àun intense rayonnement
ultraviolet en raison de l’absence d’une couche protectrice
d’ozone dans la haute atmosphère. Le résultat fut surprenant.
Aubout de quelques semaines,un produit brun apparut sur les
parois duballon. Il se révéla constitué par des composés
organiques, en particulier par des acides aminés, c’est-à-dire
par les constituants chimiques élémentaires des êtresvivants.
La portée de ce résultat était considérable. Il établissait que
la synthèse des substances simples dumonde minéral et celle
des molécules complexes à base de carbone des organismes
vivants, pouvaient s’effectuer dans des conditions similaires.
L’expérience de Miller fut depuis lors maintes fois reproduite,
soit en modifiant la composition dumélange gazeux, par
exemple en intégrant des oxydes de carbone, soit enutilisant
des supports catalytiques comme les minérauxargileuxoula
pyrite,un sulfure de fer. Certaines surfaces minérales
possèdent, en effet, la propriété de piéger des molécules
organiques et de faciliter leur organisation en composés plus
complexes.
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Aujourd’hui, la plupart des molécules caractéristiques de
lavie ont été synthétisées en laboratoire de cette manière. On a
obtenu, en particulier, 17 des20acides aminés présents chez
les êtresvivants, mais également des sucres, de l’urée, des
bases azotées, des peptides c’est-à-dire des chaînes d’acides
aminés, ainsi que des acides nucléiques. Aufil des
expériences, on réussit à produire des molécules prébiotiques
de plus en plus complexes.
L’extrapolation hardie de ces résultats amena des
scientifiques à envisager l’hypothèse qu’aucours de l’histoire
de l’univers,une suite de réactions chimiques conduisit, par
des processus similaires, à l’élaboration de molécules
prébiotiques, puis à des molécules capables de se dupliquer et
de transmettre leurs caractères à leurs descendants, et
finalement à l’apparition d’êtresvivants. Ils imaginèrent que
cette évolution s’est déroulée à la surface duglobe terrestre, au
sein des océans primitifs dont les eauxse sont progressivement
enrichies en composés organiques.
Telle est la théorie de lasoupe primitiveoudubouillon
primordial. Ce scénario se heurta bientôt à de nombreuses
critiques. Ainsi, les chances pour que des molécules dispersées
dans lesvastes étendues océaniques puissent se rencontrer et,
par conséquent, réagir entre elles, s’avéraient quasiment nulles.
En outre, l’intense rayonnementultraviolet qu'aucune couche
d’ozone n’atténuait encore dans la haute atmosphère devait
fatalement dissocier les composés organiques nouvellement
formés.

1.3 Les sources hydrothermales des abysses

L’une des découvertes scientifiques majeures du 20ème
siècle est la mise en évidence de la dynamique des rifts
médioocéaniques et de l’activitévolcanique qui leur est associée. A
l’aplomb des grandes fractures qui séparent les plaques
tectoniques, à2000ou3000m sous la surface des océans, des
remontées de magmas à partir de l’intérieur duglobe
entretiennent de hautes températures pouvant dépasser 300
degrés, ainsi que des émissions de fluides riches en hydrogène
sulfuré et en sulfures minéraux. Ces sources hydrothermales
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ont été appeléesfumeurs noirs. Elles créentun contexte
hostile à lavie qui n'est pas sans évoquer celui qui prévalait
lors des origines de la planète, c'est-à-dire des températures
élevées et l'absence d’oxygène libre. Grande fut la surprise des
scientifiques lorsqu’ils découvrirent, à proximité de ces
émissions hydrothermales,unevie diversifiée comportant des
bactéries, desvers, des mollusques, des crustacés… Le premier
maillon de la chaîne alimentaireyest représenté par des
communautés bactériennes adaptées auxhautes pressions et
auxtempératures élevées, qui synthétisent leurs constituants
organiques grâce à l’oxydation des composés soufrés.
L’abondance des dépôts de sulfures associés auxsources
hydrothermales, n’est pas sans rappeler le rôle de catalyseur
qui leur a été reconnudans la synthèse de molécules
organiques lors d'expériences faites en laboratoire. Aussi
émiton l’hypothèse que les émissions hydrothermales des abysses
réunissaientun ensemble de conditions propices à l’élaboration
des molécules prébiotiques, et par conséquent d’êtresvivants.
Elles constituent des environnements géographiquement bien
circonscrits où une tranche d’eauconséquente assureune
protection efficace contre le rayonnementultraviolet.
Auxpremiers temps de la Terre, les sites des fumeurs noirs
pouvaient constituer autant de berceauxpour l’émergence de la
vie.

1.4 La panspermie: l’ensemencement par les milieux
interstellaires

Parmi la centaine de molécules organiques que les
astrophysiciens ont mis en évidence dans les espaces
interstellaires, figurent, en sus de l’eau, l’hydrogène sulfuré,
l’ammoniac, le méthane, le formaldéhyde, l’alcool éthylique,
l’acide cyanhydrique… S’yajoutent des acides aminés, des
bases azotées, des acides gras et des hydrocarbures révélés par
l’analyse des météorites. Les espacescosmiques apparaissent
ainsi comme de gigantesques laboratoires oùs’élaborent en
permanence des molécules qui ont participé à la genèse des
organismesvivants. On imagine aisément que des grains de
ces poussières organiques, protégés parune enveloppe de
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glace, aient puêtre importés à la surface duglobe terrestre par
le truchement de comètes. Certains scientifiques ont même
avancé l’idée que desvirus,voire des bactéries, ont punaître
dans les milieuxinterstellaires avant d’entreprendreun long
voyage interplanétaire aucoeur de météorites, à l'abri des
effets létauxdes rayonnementsultraviolets et cosmiques, pour
finalementvenir ensemencer la planète Terre.
A l’appui duscénario d’une origine extraterrestre de lavie,
on a invoqué l’intervalle de temps relativement court (quelques
centaines de millions d’années) qui sépare la formation des
premiers océans de celle des premières manifestations de lavie
sur la Terre. En effet, que lavie soit apparue ausein du
bouillon primordial ouqu’elle soit née aucontact des sources
hydrothermales des abysses,une telle durée permet
difficilement d’imaginer qu’elle ait puêtre suffisante pour
répondre à l’ampleur des transformations conduisant
d’éléments chimiques simples à des organismesvivants. En
revanche, les milliards d’années de l’univers laissentune
marge confortable pour le déroulement d’une telle évolution.

1.5 La première vie

Quels que soient le lieuet les processus qui ont engendré
les molécules prébiotiques et lavie, il s’agit d’un événement
qui ne s’est probablement produit qu’une seule fois aucours de
l’histoire de la Terre. En témoigne l’universalité de l’identité
biochimique des êtresvivants qui reflète, à l’évidence, leurs
liens de filiation. Ils partagent, en effet, le même code
génétique et leurs protéines sont édifiées à partir des mêmes
acides aminés. Leurs acides nucléiques comportent les mêmes
bases azotées.
Les premières traces indubitables d’organismesvivants
proviennent de roches terrestresvieilles de 3,5,voire de 3,8
milliards d’années. Il s’agit de corpuscules carbonés de
contour sphérique oude filaments dont les dimensions
n’excèdent guère quelques millièmes de mm. Ils sont rapportés
à des bactéries. Durant près de 3 milliards d’années, ce monde
microbien fut seul à habiller la surface duglobe. En dépit de la
petite dimension de ses représentants, la diversité de ses
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manifestations s’avère considérable. Les microorganismes ont,
en effet, modifié la composition de l’atmosphère terrestre,
entretenula genèse d’espèces minérales, construit des reliefs
rocheux… Leur activité, discrète mais efficace, est toujours et
partout à l’œuvre. Elle demeure néanmoins dissimulée à notre
regard par le superbe des derniersvenus sur la scène de la
planète, les organismes macroscopiques, animauxetvégétaux.

Le calendrier des temps géologiques.
Comment est-il établi ?

La planète Terre s’est formée ilya 4.560millions d’années, des
durées qui défient l’imagination. A l’instar des historiens qui
distinguent l’Antiquité, le Moyen Age oula Renaissance d’après les
faits marquants de l’histoire de l’humanité, les géologues découpent
le temps de la Terre en grandes périodes en fonction d’événements
majeurs ayant affecté l’ensemble duglobe, tels l’édification d’une
chaîne de montagnes, le relais des faunes et des flores, le
déplacement des mers, les changements climatiques… La
chronologie de ces événements est enregistrée dans la succession des
terrains oùles couches les plus récentes surmontent les plus
anciennes, et dans les fossiles qu’elles renferment, car à chaque
époque correspondun degré d’évolution dumondevivant.
La prise en considération des grands bouleversements qui ont
structuré la planète a conduit, dansun premier temps, à distinguer
cinq subdivisions auxdurées inégales, les ères géologiques.
Le Précambrien (- 4.560à - 542millions d’années) précède l’ère
primaire (- 542à -251 millions d’années). Il concerneun intervalle
de temps considérable durant lequel lavie est essentiellement
représentée parun monde microbien. La configuration de la planète à
cette époque lointaine, la succession des chaînes de montagnes et les
climats demeurent encore mal connus.
L’ère primaire ouPaléozoïque, débute, par convention, avec
l’apparition des premières faunes à tissus minéralisés (- 542millions
d'années). Ellevoit surgir deuxchaînes de montagnes successives, la
chaîne calédonienne et la chaîne hercynienne, et se termine parune
extinction massive des faunes et des flores, la plus grande crise de
l’histoire de la biosphère.
L’ère secondaire ouMésozoïque (-251 à - 65 millions d’années)
aucours de laquelle s’opèreun renouvellement dumondevivant, est
encadrée par deuxcrises biologiques, celle de la fin de l’ère primaire
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