ORIGINE DE LA VIE

L'eau et l'environnement de la Terre primitive

Pendant les neuf dixièmes de son histoire, la vie n'a pas quitté l'eau. Cet élément, indispensable à la vie, domine aujourd'hui encore les systèmes vivants. La majorité des constituants des cellules, et en particulier les protéines et les acides nucléiques, doivent leurs propriétés aux liaisons hydrogène qu'ils échangent entre eux, mais aussi avec l'eau. D'une manière générale, une liaison hydrogène, de nature essentiellement électrostatique, s'établit entre un groupement d'atomes A^— — H⁺, porteur d'un atome d'hydrogène chargé positivement (A étant un atome d'oxygène ou d'azote), et un atome B^—, accepteur de proton chargé négativement (oxygène, azote, soufre). Ainsi, les acides aminés qui constituent les protéines peuvent être classés en deux familles suivant la nature chimique des chaînes latérales : les acides aminés hydrophobes, dont les chaînes hydrocarbonées ne peuvent pas échanger des liaisons hydrogène avec l'eau, et les acides aminés hydrophiles, dont les fonctions ionisables échangent des liaisons hydrogène avec l'eau. Lorsque ces deux espèces coexistent dans une même molécule, leur comportement différent vis-à-vis de l'eau génère des géométries intéressantes. L'eau a vraisemblablement participé aux mécanismes fondateurs de la vie primitive grâce, notamment, aux liaisons hydrogène. Elle joue également un rôle passif en permettant la diffusion des molécules.

À l'état liquide, l'eau n'existe que dans des conditions restreintes de température et de pression (0 ⁰C < t < 374 ⁰C ; p > 6hPa). Son état liquide est dû à l'existence d'un réseau dense de liaisons hydrogène qui lient les molécules d'eau. La taille de la Terre et sa distance au Soleil sont telles que la planète n'a probablement jamais connu dans son histoire ni la glaciation divergente de Mars (l'eau liquide s'est transformée en glace dans le sol) ni l'effet de serre divergent de Vénus (la vapeur d'eau a été entièrement photodissociée dans l'atmosphère). Tout laisse à penser que l'eau sous sa forme liquide est apparue relativement tôt dans l'histoire de la Terre, comme en témoignent les sédiments du Groenland.

L'atmosphère terrestre primitive peut être considérée comme provenant en partie de composés volatils piégés dans les roches (réservoir interne) : le dioxyde de carbone (CO₂), l'azote (N₂) et l'eau (H₂O). L'atmosphère, provenant du dégazage du manteau terrestre, fut vraisemblablement partiellement soufflée lors de la gigantesque collision avec un embryon planétaire de la taille de Mars qui généra la Lune. Dès lors, il est tentant de penser que l'atmosphère initiale fut modifiée et en partie remplacée par une atmosphère composée d'éléments volatils apportés plus tardivement par les météorites et les comètes, très nombreuses à cette époque. Les abondances et les rapports isotopiques des gaz rares (néon, argon, krypton et xénon) suggèrent que les météorites, seules ou combinées aux roches planétaires, ne purent produire l'inventaire total des composés volatils terrestres et qu'il a fallu une contribution significative des corps cométaires.

La température à la surface de la Terre primitive devait dépendre très étroitement de la pression partielle du CO₂ dans l'atmosphère. Il est maintenant généralement admis que l'atmosphère primitive était constituée par un mélange faiblement réducteur de CO₂, N₂, H₂O combinés à de faibles quantités de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrogène (H₂). Un effet de serre efficace, généré par des quantités importantes de CO₂, est le phénomène atmosphérique le plus apte à compenser une activité solaire réduite de 30[...]

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Écrit par

André BRACK : directeur de recherche au C.N.R.S.

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