Biologie · Chapitre 6 · Fiche 1/7

Aux origines de la vie : Terre primitive, atmosphère et premières cellules

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Comment la vie est-elle apparue sur une planète en fusion, sans une trace d'oxygène ? En quatre milliards d'années, la Terre est passée d'une boule de lave à un monde habitable. Cette histoire est une réaction en chaîne : chaque étape en déclenche une autre, et c'est justement cet enchaînement que le concours aime piéger. On le déroule ici pas à pas.

1L'évolution : définition, cadre et hypothèses fondatrices

Définition1.1Évolution

En biologie, l'évolution désigne l'ensemble des processus qui ont transformé la vie sur Terre, depuis ses formes primitives (les premières cellules) jusqu'à l'immense diversité du vivant actuel. Ce n'est pas un événement, mais un fil continu de $4$ milliards d'années.

Avant de raconter comment la vie est née, il faut planter deux clous dans la frise du temps — et surtout ne pas les confondre.

Formule1.1Deux dates à ne jamais mélanger

\underbrace{-4600~\text{Ma}}_{\textbf{Formation de la Terre}} \qquad\longrightarrow\qquad \underbrace{-3800~\text{Ma}}_{\textbf{Apparition de la vie}}

où :

Ma = méga-année = million d'années. Ga = milliard d'années. Donc $-4600$ Ma $=-4{,}6$ Ga.
Formation de la Terre : $-4600$ Ma. La planète existe, mais c'est une fournaise stérile.
Apparition de la vie : $-3800$ Ma (premières traces), avec des cellules fossilisées dans les stromatolites dès $-3500$ Ma.
$\approx$ $800$ millions d'années séparent les deux : la vie n'a pas surgi avec la planète, elle a dû attendre qu'elle refroidisse.

Attention

Confondre $-4600$ Ma (naissance de la Terre) et $-3800$ Ma (naissance de la vie) est une faute classique. La Terre est bien plus vieille que la vie.

Les trois hypothèses historiques

Comment fabriquer du vivant à partir de matière inerte ? Trois chercheurs ont posé les jalons de la réponse.

Auteur	Date	Idée-clé
Oparine	1924	La vie naît d'une longue évolution chimique : des molécules organiques se forment dans l'atmosphère, puis s'accumulent dans la « soupe primitive » des océans.
Miller	1953	Teste Oparine en laboratoire : un mélange de gaz soumis à des décharges électriques produit des composés organiques (dont des acides aminés). La preuve expérimentale.
Cairns-Smith	1982	Les argiles auraient été les premiers systèmes réplicatifs : un support minéral capable de copier de l'information avant l'ADN et l'ARN.

ExempleL'expérience de Miller (1953)

Miller enferme dans un ballon un mélange de gaz censé imiter l'atmosphère primitive ( $\ce{CH4}$ , $\ce{NH3}$ , $\ce{H2}$ , vapeur d' $\ce{H2O}$ ) et le soumet à des étincelles électriques (les « éclairs » de la Terre jeune). Au bout de quelques jours, l'eau se charge de molécules organiques, notamment des acides aminés — les briques des protéines. Conclusion : à partir de gaz simples + une source d'énergie, la chimie du vivant peut se construire spontanément.

2La Terre primitive : une fournaise sans oxygène

Définition2.1Accrétion et dégazage

L'accrétion est la formation de la Terre par collision et agglomération de poussières, de blocs et de corps célestes (météorites), il y a $-4600$ Ma. Le dégazage est la libération, par le volcanisme d'une planète en fusion, des gaz piégés dans son manteau vers la surface : ces gaz forment la première atmosphère.

Au départ, la Terre est une sphère de matériaux en fusion : la surface atteint $2000\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ et les météorites pleuvent sans discontinuer. Entre $-4600$ et $-4500$ Ma, le dégazage volcanique construit l'atmosphère primitive. Sa composition est un point d'examen incontournable.

Formule2.1Composition de l'atmosphère primitive

où :

Eau ( $\ce{H2O}$ ) : 80 à 90 % — de la vapeur, car il fait bien trop chaud pour de l'eau liquide.
Dioxyde de carbone ( $\ce{CO2}$ ) : 10 à 20 % — issu du volcanisme intense.
Diazote ( $\ce{N2}$ ) : 1 à 4 % — gaz inerte, il s'accumulera plus tard.
Dioxygène ( $\ce{O2}$ ) : 0 % — il n'y en a pas du tout. L'atmosphère est réductrice, pas oxydante.

Attention

L' $\ce{O2}$ est absent de la Terre primitive — ni dans l'atmosphère, ni dans les océans. C'est le piège de concours le plus fréquent de ce chapitre. L'oxygène que nous respirons est un produit tardif de la vie, pas un ingrédient de départ.

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3. Refroidissement, océans et premières cellules
4. La grande bascule climatique : du méthane à l'oxygène
5. Les deux cadeaux de l'oxygène : respiration et bouclier d'ozone
… et 1 de plus

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