SCIENCES TECHNOLOGIES SANTE Apparition et Evolution de la vie Aspects Biologiques. Cours Magistraux 13h 10/08-22/09. Travaux Dirigés 13h 10/08-05/10

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1 Licence Cours SCIENCES TECHNOLOGIES SANTE Apparition et Evolution de la vie Aspects Biologiques Cours Magistraux 13h 10/08-22/09 Travaux Dirigés 13h 10/08-05/10 Contrôle Continu coef. 1 Rapport Présentation Examen Final coef. 2 14/12-22/12 Bruno Hérault (bruno.herault@cirad.fr)

2 Licence Cours SCIENCES TECHNOLOGIES SANTE Apparition et Evolution de la vie Aspects Biologiques I- Apparition de la Vie II- Evolution du Vivant III- Espèces et Spéciation Bruno Hérault

3 CHAPITRE 1 Apparition de la Vie I II III IV V VI VII INTRODUCTION / HISTORIQUE DEFINITION DE LA VIE 1) Caractéristiques de la vie 2) Fonctions 3) Constituants 4) Caractéristiques d'une cellule vivante CHIMIE PREBIOTIQUE FORMATION DES MONOMERES: HYPOTHESES 1) La soupe primitive pré-biotique 2) Théorie métaboliste : les sources thermales 3) La panspermie POLYMERISATION FORMATION DES CELLULES: HYPOTHESES CONCLUSIONS

4 Apparition Vie I Introduction La Théorie de la «Génération Spontanée»

5 Apparition Vie I Introduction THALES DEMOCRITE EPICURE LUCRECE PLATON

6 Apparition Vie I Introduction ARISTOTE Van HELMONT 1751 REDI

7 Apparition Vie I Introduction

8 CHAPITRE 1 Apparition de la Vie I II III IV V VI VII INTRODUCTION / HISTORIQUE DEFINITION DE LA VIE 1) Caractéristiques de la vie 2) Fonctions 3) Constituants 4) Caractéristiques d'une cellule vivante CHIMIE PREBIOTIQUE FORMATION DES MONOMERES: HYPOTHESES 1) La soupe primitive pré-biotique 2) Théorie métaboliste : les sources thermales 3) La panspermie POLYMERISATION FORMATION DES CELLULES: HYPOTHESES CONCLUSIONS

9 Apparition Vie II Définition Vie 1 Caractéristiques Autoreproduction Autorégulation Système basé sur le carbone

10 Apparition Vie II Définition Vie 2 Fonctions Métabolisme Nutrition Reproduction Protection

11 Apparition Vie II Définition Vie 3 Constituants Eléments chimiques C, H, O, N, P, S, Mg, Fe Composés Organiques Hydrates de carbone, Lipides, Acides aminés Tissus durs, squelette SiO2 CaCO3 Ca5(PO4)3(F,OH)

12 Apparition Vie II Définition Vie 4 Cellule Vivante Entourée d une membrane Contient de l ADN Transforme les nutriments A besoin d une source d énergie S adapte à son environnement Se reproduit

13 CHAPITRE 1 Apparition de la Vie I II III IV V VI VII INTRODUCTION / HISTORIQUE DEFINITION DE LA VIE 1) Caractéristiques de la vie 2) Fonctions 3) Constituants 4) Caractéristiques d'une cellule vivante CHIMIE PREBIOTIQUE FORMATION DES MONOMERES: HYPOTHESES 1) La soupe primitive pré-biotique 2) Théorie métaboliste : les sources thermales 3) La panspermie POLYMERISATION FORMATION DES CELLULES: HYPOTHESES CONCLUSIONS

14 Apparition Vie III Chimie Prébiotique MOLECULES PRE-BIOTIQUES = INERTES VIVANT Atomes C H O N Fabriqués dans les étoiles Fabriqués dans les NUAGES INTERSTELLAIRES Petites molécules H20 CH4 CO2 CNH etc Moyennes mol. Acide aminé Nucléotide Glucide Acide gras POLYMERISATION Passage spontanée en présence de catalyseurs Polymères Protéine ADN ARN Cellule comme les argiles? 1? 2

15 CHAPITRE 1 Apparition de la Vie I II III IV V VI VII INTRODUCTION / HISTORIQUE DEFINITION DE LA VIE 1) Caractéristiques de la vie 2) Fonctions 3) Constituants 4) Caractéristiques d'une cellule vivante CHIMIE PREBIOTIQUE FORMATION DES MONOMERES: HYPOTHESES 1) La soupe primitive pré-biotique 2) Théorie métaboliste : les sources thermales 3) La panspermie POLYMERISATION FORMATION DES CELLULES: HYPOTHESES CONCLUSIONS

16 Apparition Vie IV Monomères 1. La Terre est chaude et effervescente. 2. Elle se refroidit graduellement. 3. La croûte terrestre commence à se former. 4. La vapeur d eau se condense et la pluie tombe sans arrêt. 5. Les mers apparaissent comme des flaques d eau chaude. 6. Le volcanisme et les bombardements météoritiques sont intenses. 7. L atmosphère est formée de gaz échappés des volcans : CH 4, NH 3, CO 2, CO, H 2 O, N 2, H 2, H 2 S.

17 Apparition Vie IV Monomères Des décharges électriques proviennent des orages électriques violents. De la chaleur provenant de l activité volcanique, des sources thermales et du rayonnement solaire. Un rayonnement UV intense dû à l'absence de la couche d'ozone.

18 Apparition Vie IV Monomères Pendant des millions d années, des molécules organiques se forment dans cette atmosphère très réductrice et sont entraînées dans les océans primitifs par le déluge primordial. Ces molécules simples sont des monomères. Monomères formés dans l atmosphère et accumulés dans les océans primitifs, des flaques d eau chaude.

19 Apparition Vie IV Monomères 1 Soupe Primitive Expérience de Miller & Urey (1953) 1. Manchon chauffant 2. Océan primitif (H2O) sortie entrée 3. Évaporation 4. Atmosphère primitive NH3, CH4, H20 5. Étincelles («éclairs») 6. Colonne de condensation «pluie» par refroidissement 7. Siphon de capture

20 Apparition Vie IV Monomères 1 Soupe Primitive Molécules organiques obtenues : Acide cyanhydrique Formaldéhyde Urée Quatre acides aminés : Glycine (le plus simple), Alanine, Acide glutamique, Acide aspartique

21 Apparition Vie IV Monomères 2 Th. Métaboliste

22 Apparition Vie IV Monomères 2 Th. Métaboliste H2S (volcanique) + 2 O 2 (dissout dans la mer) SO 3 + H 2 O + Q CO 2 + H 2 O + Q (q?) Glucide 2 FeO (volcanique) + H 2 O Fe 2 O 3 + H 2 + q

23 Apparition Vie IV Monomères 3 Panspermie Echantillon de roche lunaire Missions Apollo Constellation du Sagittaire Molécules Organiques

24 CHAPITRE 1 Apparition de la Vie I II III IV V VI VII INTRODUCTION / HISTORIQUE DEFINITION DE LA VIE 1) Caractéristiques de la vie 2) Fonctions 3) Constituants 4) Caractéristiques d'une cellule vivante CHIMIE PREBIOTIQUE FORMATION DES MONOMERES: HYPOTHESES 1) La soupe primitive pré-biotique 2) Théorie métaboliste : les sources thermales 3) La panspermie POLYMERISATION FORMATION DES CELLULES: HYPOTHESES CONCLUSIONS

25 Apparition Vie V Polymérisation Polymérisation par la chaleur Expérience de Sydney Fox Sydney Fox a placé une solution d acides aminés sur des billes de verre chauffées à 170 o C pendant quelques heures. De longues chaînes d'acides aminés se sont formées : les protéinoïdes de Fox. Polymérisation par l'argile L argile présente des sites électriques qui attirent les monomères et les concentrent. Plusieurs de ces sites présentent des atomes métalliques (fer ou zinc). Ces atomes se comportent comme des catalyseurs : ils libèrent des électrons qui favorisent les réactions de polymérisation des monomères. Polymérisation par la pyrite Expérience de Günter La pyrite est formée de soufre et de fer. Présente des sites chargés électriquement (comme l'argile). Sa formation libère des électrons. Un peu à la manière de l argile, la pyrite aurait pu permettre la synthèse de polymères organiques.

26 CHAPITRE 1 Apparition de la Vie I II III IV V VI VII INTRODUCTION / HISTORIQUE DEFINITION DE LA VIE 1) Caractéristiques de la vie 2) Fonctions 3) Constituants 4) Caractéristiques d'une cellule vivante CHIMIE PREBIOTIQUE FORMATION DES MONOMERES: HYPOTHESES 1) La soupe primitive pré-biotique 2) Théorie métaboliste : les sources thermales 3) La panspermie POLYMERISATION FORMATION DES CELLULES: HYPOTHESES CONCLUSIONS

27 Apparition Vie VI Formation Cellules: Hypothèses Microsphères Mélange de protéinoïdes et d eau. Coacervats colorés par le bleu de méthylène Mélange de polypeptides, d acides nucléiques, de polysaccharides et d eau. Liposomes Mélange de lipides dans l eau. Campbell : 564 (2 e éd.) Figure TROIS HYPOTHESES

28 Apparition Vie VII Conclusions Comment passer de l inerte au vivant? NON RESOLU D où proviennent les éléments à l origine de la vie? ORIGINE EXTRATERRESTRE PROBABLE et/ou SOURCE HYDROTHERMALE Quand et en combien de temps la vie s est-elle formée? Apparition à ~4 Ga à 3.85 Ga: PHOTOSYNTHESE en C3 Où la vie s est-elle formée? OCEAN (origine extra-terrestre très peu probable)

29 Apparition Vie VIII Littérature sur le Chapitre John Maynard SMITH & Eors SZATHMARY Les Origines de la Vie : De la Naissance de la Vie à l Origine du Langage Ed Dunod Masson Sciences Muriel GARGAUD, Didier DESPOIS & Jean-Paul PARISOT L Environnement de la Terre Primitive Ed Presses Universitaires de Bordeaux Guillaume LECOINTRE & Hervé LE GUYADER Classification Phylogénétique du Vivant Ed Belin