Génération spontanée

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La génération spontanée serait l'apparition d'un être vivant sans ascendant, sans parent. Au XIX^e siècle cela prend aussi le nom de spontéparité, ou encore hétérogénie.

La croyance en la génération spontanée fit longtemps partie du sens commun, parce que l’apparition d’êtres vivants là où on n’en voyait pas est un phénomène d’observation courante. Au cours des millénaires, les hommes s'étaient aperçus que leurs animaux d'élevage avaient besoin d'un accouplement pour produire des petits. Les vaches ne pouvaient avoir de veaux sans taureau, les brebis pas d'agneaux sans bélier, etc. Néanmoins, pour les petits animaux, on continuait à croire que des petites souris pouvaient naître spontanément d'un tas de chiffons et des asticots sortir d'un morceau de viande. Les micro-organismes, microbes et levures, semblaient le produit évident d'une génération spontanée.

Au début du XIX^e siècle elle était soutenue par Geoffroy Saint-Hilaire et Jean-Baptiste de Lamarck. En 1859 quand éclate la controverse entre Louis Pasteur et Félix-Archimède Pouchet auteur de «Hétérogénie ou Traité de la génération spontanée», elle est déjà une théorie hétérodoxe, rejetée par l'Académie des sciences ^[1].

Les expériences soigneuses de Pasteur au XIX^e siècle ont clairement établi que dans tous les cas supposés de génération spontanée, il y avait en fait des germes, des œufs, à l’origine des êtres vivants apparus. Dans un milieu isolé et convenablement stérilisé, la vie n’apparaît pas spontanément, du moins pas aux échelles de temps et d’espace typiques d’un laboratoire. La remise en cause de la génération spontanée a joué un grand rôle dans les mesures d'hygiène et d'asepsie contre le développement des maladies. Félix-Archimède Pouchet inventeur de l'hétérogénie, avec qui Pasteur s'est opposé à l'Académie des sciences est resté jusqu'à sa mort convaincu de la génération spontanée.

L'hypothèse de la génération spontanée a aujourd'hui perdu tout crédit scientifique, excepté dans le cadre des recherches sur l'origine de la vie sur terre. Une génération spontanée originelle est la solution la plus plausible au problème de la régression à l'infini. Les conditions de l’océan primitif, la matière et le temps disponibles, font qu’il n’est pas possible d’étendre les résultats négatifs de Pasteur à la question de l’origine de la vie.

Sommaire

1 Le problème de la régression à l’infini
2 Le hasard et la complexité
3 Les expériences numériques de Kauffman
4 Les réseaux autocatalytiques
5 La formation spontanée des vésicules
6 Les premières cellules
7 L’origine de l’ADN et du code génétique
8 Comment savoir si cette théorie est vraie ?
9 Biologie et cosmologie
10 Sources
11 Références
12 Voir aussi

[modifier] Le problème de la régression à l’infini

Le problème de la régression à l’infini est celui du paradoxe de l'œuf et de la poule. L’origine d’une poule, ou de tout être vivant pluricellulaire, est un œuf. L’origine d’un œuf de poule est une poule. Qui était là le premier ? On peut supposer qu’il n’y a pas de premier, que les poules et les œufs se sont succédé sans qu’il n’y ait jamais eu de commencement.

Sous cette forme, cette hypothèse est incompatible avec ce que l’on sait de l’histoire de la vie sur la Terre. Il n’est pas contestable que les êtres vivants d’aujourd’hui aient évolué à partir de formes primitives unicellulaires. Mais on pourrait encore croire à une régression à l’infini des unicellulaires. C’est peu plausible, d’abord parce que la Terre n’existe que depuis 4,5 milliards d’années. Elle pourrait avoir été ensemencée de l’extérieur mais un voyage interstellaire serait tout de même assez incroyable. Quoi qu’il en soit, l'hypothèse de la régression à l’infini se heurte à la finitude temporelle de l’Univers. Elle impose que le temps n’ait pas de commencement, ce qui est logiquement possible, mais incompatible avec les données d’observation, au sens où il est impossible que notre univers soit demeuré tel qu’il est depuis une éternité (un temps infiniment long). Peut-être y a-t-il un sens à demander ce qu’il y avait avant la grande explosion initiale (le Big Bang), mais à moins de mettre en doute tout ce que l’on sait, il n’est pas possible de croire qu’un unicellulaire ait existé lors des premiers instants de l’univers connu.

Pour échapper aux difficultés de la régression à l’infini sans renoncer aux théories, il faut supposer que la vie peut apparaître spontanément sans transgresser les lois connues. Cela conduit à supposer que dans un océan sans vie, des molécules prébiotiques puis des unicellulaires primitifs ont pu apparaître.

[modifier] Le hasard et la complexité

La théorie de la génération spontanée semble se heurter à la complexité des êtres vivants. Même les plus élémentaires, comme les bactéries, sont des prodiges de technique moléculaire. Les molécules sont nombreuses, complexes et remarquablement bien adaptées à leur fonction. De très légères différences dans l’agencement des milliers d’atomes dont ces molécules sont constituées et toute la bactérie peut cesser de fonctionner. Il ne paraît pas concevable, sans recourir aux miracles, que des molécules aussi compliquées, et a fortiori les bactéries dont elles sont les constituants, puissent être apparues simplement en essayant toutes les combinaisons possibles dans un océan de molécules simples; l’âge de l’Univers serait une durée très insuffisante. Si on mélange au hasard des molécules, on obtient une masse informe et non un être vivant.

Cependant, il est important de bien se rendre compte que nous, les hommes, qui nous interrogeons sur le soi-disant « miracle » de l'apparition de la vie, nous sommes des descendants de ces improbables mais pourtant possibles organismes primitifs. Et c'est là qu'il faut bien faire la différence entre un événement impossible et un événement improbable. Un événement impossible n'arrive jamais, même avec des milliards d'« essais ». Un événement improbable, par contre, se produira mais statistiquement d'autant plus rarement qu'il est improbable. Ainsi, un événement qui a une chance sur un milliard de se produire, aura relativement beaucoup de chances de se produire avec plusieurs milliards d'« essais ».

Si l'on considère maintenant le nombre astronomique de planètes dans l'univers, est-ce que, sur la grande majorité de ces planètes, où la vie n'est pas apparue, ou alors où la vie est apparue mais n'a pas évolué autant que sur Terre, il y a des êtres se questionnant sur le « miracle » de l'organisation hasardeuse des molécules, organisation qui a mené, avec les millions et les millions d'années, à eux ?

C'est probable dans une mesure que nous ne connaissons pas si l'on considère la quantité gigantesque d'étoiles pouvant réunir des planètes autour d'elles rien qu'au niveau de la galaxie dans laquelle nous habitons.

Il y a donc eu un nombre très élevé d'« essais ratés », de planètes sans vie, et la Terre, comme probablement beaucoup d'autres planètes, où elle est apparue, par hasard. L'événement très improbable de la vie avait énormément d'« essais accordés »; cet événement est donc arrivé. Ce mécanisme ne nécessite ni n'exclut une intervention divine.

Nos capacités de nous émerveiller devant la beauté de la vie venant de son émergence, puisque nous en sommes un des très, très lointains descendants, il n'y a tout compte fait pas de quoi s'étonner que nous soyons là.

[modifier] Les expériences numériques de Kauffman

Que des formes complexes ne puissent pas avoir une origine aléatoire était un principe très généralement accepté. Stuart Kauffman est le premier à l’avoir mis en doute à la suite d’expériences numériques. Il étudiait la dynamique de réseaux d’automates cellulaires engendrés d’une façon aléatoire. Il a alors observé que des formes stables animées d’un mouvement périodique apparaissaient spontanément, quelles que soient les conditions initiales. Il voyait ainsi des formes complexes et durables engendrées d’une façon purement aléatoire. Il a vite compris que son observation renouvelle d’une façon très originale nos façons d’expliquer les phénomènes et qu’il pouvait l’appliquer à la question de l’origine de la vie. Il a mis quelques années avant de le faire accepter par d’autres scientifiques.

[modifier] Les réseaux autocatalytiques

Lorsque de nombreuses molécules différentes sont mises en présence, on peut décrire la dynamique chimique par un réseau. Chaque espèce de molécules est reliée aux autres espèces avec lesquelles elle réagit. Un tel réseau peut avoir des boucles autocatalytiques, c’est-à-dire qu’une espèce moléculaire, appelons-la A, favorise, ou catalyse, des réactions chimiques qui vont conduire à la production de molécules du type A. Une telle boucle est potentiellement explosive, parce qu’il y a un effet boule de neige, mais si les espèces à partir desquelles A est produite sont en quantité limitée, l’autoproduction de A est elle-même limitée.

Les êtres vivants sont toujours des réseaux autocatalytiques. Toutes leurs molécules (ADN, protéines et autres) réagissent avec les molécules ingérées (les aliments) pour produire des molécules semblables à elles-mêmes. Les plantes sont même capables d’utiliser la lumière du soleil dans ce but.

En étudiant des modèles, Kauffman a établi que sous des conditions assez générales un réseau de réactions chimiques contient nécessairement des réseaux autocatalytiques. Il suffit que le réseau soit suffisamment touffu, que les espèces moléculaires soient suffisamment nombreuses et réactives les unes vis à vis des autres.

L’océan primitif était un mélange d’eau et de molécules organiques. Celles-ci peuvent être très complexes et très réactives. Il semble donc que l’océan primitif satisfait aux conditions de la théorie kauffmanienne de la génération spontanée.

Les réseaux autocatalytiques expliquent la reproduction des molécules mais à eux seuls ils ne suffisent pas pour expliquer la reproduction des unicellulaires.

[modifier] La formation spontanée des vésicules

Il suffit d’agiter une eau savonneuse pour obtenir de la mousse. L’écume de la mer se forme de la même façon, d’autant plus facilement que l’eau est plus sale. On l’explique à partir du caractère amphiphile de certaines molécules. Une molécule est hydrophile si elle « préfère » être dans l’eau que dans l’huile, c’est-à-dire si spontanément, du fait des lois de la physique statistique, elles se concentrent davantage dans l’eau que dans l’huile. Elle est hydrophobe, ou lipophile, dans le cas inverse. Certaines molécules, telles que celles du savon, sont allongées avec une extrémité hydrophile et l’autre hydrophobe, c’est pourquoi elles sont dites amphiphiles. Lorsqu’elles sont mises en solution dans l’eau, elles forment alors spontanément de nombreuses structures qui peuvent être très complexes et notamment des bicouches qui se replient en vésicules. Une bicouche est une paroi, plongée dans l'eau, dont les deux faces sont composées de têtes hydrophiles, les extrémités hydrophobes étant rassemblées à l’intérieur de la bicouche. Une vésicule est un petit sac plein d’eau, qui flotte dans l’eau, et dont la paroi est une bicouche.

Les cellules des êtres vivants sont des vésicules très élaborées. Leur paroi est essentiellement une bicouche mais elle est beaucoup plus complexe que les parois des vésicules dans l’eau savonneuse. L’intérieur de la cellule surtout est très différent de son extérieur, ce qui n’est pas le cas des vésicules que l’on forme en agitant une eau sale.

[modifier] Les premières cellules

De très nombreuses vésicules ont pu se former dans l’océan primitif, aussi facilement qu’aujourd’hui l’écume de la mer. Qu’une telle vésicule soit le lieu de réactions autocatalytiques est tout à fait plausible. Si ses parois sont telles qu’elles laissent pénétrer les petites molécules nécessaires à la reproduction des grosses, alors on obtient, par le simple jeu des lois physiques et chimiques, un organisme capable de s’alimenter et de grandir. Bien sûr les vésicules ne sont pas toujours dotées d’une telle capacité, mais si elles sont assez nombreuses et assez diversifiées un tel événement n’est peut-être pas complètement improbable.

Pour qu’une cellule soit vivante, il ne suffit pas qu’elle soit capable de grandir, il faut encore qu’elle puisse se reproduire. La destinée la plus probable d’une vésicule en croissance est d’exploser et donc de disperser tout son contenu, ce qui revient à mourir. Mais on peut supposer que certaines vésicules aient incorporé à leur paroi des molécules qui la rendent susceptible de former de nouvelles vésicules, par l'intermédiaire de protubérances qui se détachent par exemple. Cette partie du scénario ici proposé de l’origine de la vie n’est peut-être pas très plausible mais elle n’est pas non plus complètement exclue, surtout si l’on songe à la diversité des structures bidimensionnelles qui peuvent se former spontanément sur des bicouches.

Si une vésicule est capable de croître en s’alimentant et de se reproduire, en formant des protubérances, alors elle est un être vivant primitif. Elle a la propriété essentielle des êtres vivants, la capacité de se reproduire quand elle est placée dans un environnement approprié. On peut alors supposer qu’une telle vésicule est l’ancêtre de tous les êtres vivants qui existent aujourd’hui.

[modifier] L’origine de l’ADN et du code génétique

Les premiers réseaux autocatalytiques n’étaient pas aussi élaborés que ceux d’aujourd’hui, fondés sur la machinerie très complexe de l’ADN, des ribosomes, du code génétique et des protéines. Mais les êtres vivants primitifs étaient capables d’évoluer. Leurs réseaux autocatalytiques pouvaient être modifiés par l’incorporation de nouvelles molécules, absorbées de façon exceptionnelle. De telles modifications sont héritables, parce qu’une fois qu’une molécule est incorporée à un réseau autocatalytique, elle devient capable de se reproduire. Les conditions de l’évolution par la sélection naturelle, telles qu’elles ont été énoncées par Darwin (L'origine des espèces), sont donc réunies : variations aléatoires héritables et compétition au sein d’une population pour l’accès aux ressources. Les cellules primitives les plus performantes sont celles qui se reproduisaient le mieux et elles tendaient à dominer la population. On peut alors supposer que les êtres vivants primitifs ont évolué. Leurs techniques autocatalytiques rudimentaires se sont perfectionnées jusqu’à atteindre un point de quasi-perfection, à savoir les techniques de réplication de l’ADN et de fabrication des protéines qui sont possédées depuis des milliards d’années par tous les êtres vivants.

[modifier] Comment savoir si cette théorie est vraie ?

On ne peut pas remonter le temps pour aller voir comment était l’océan primitif et comment il a évolué. Mais on peut trouver des témoignages indirects. Le passé laisse des traces dans le présent. Si on a les bons outils, théoriques et observationnels, on peut déduire le passé à partir du présent. Par exemple, les techniques autocatalytiques d’aujourd’hui se sont en quelque sorte fossilisées depuis des milliards d’années, puisqu’elles n’ont pas ou peu évolué. Elles nous renseignent donc sur un passé très lointain. En combinant ces informations avec d’autres, on peut espérer remonter encore plus loin dans le temps. Des expériences en laboratoire de chimie prébiotique peuvent apporter des renseignements précieux.

[modifier] Biologie et cosmologie

La théorie de la génération spontanée conduit à une vision unifiée de la matière et de la vie. L’apparition et l’évolution de la vie y sont conçues comme des conséquences nécessaires de la dynamique de l’univers. Dès que des conditions adéquates sont réunies (de l’eau liquide, ce qui suppose une température adéquate, et des molécules organiques en abondance, autrement dit, de l’eau sale), la matière manifeste sa capacité d'engendrer la vie. D’une façon métaphorique, on peut dire avec Kauffman que les êtres vivants peuvent se sentir chez eux dans l’univers, parce que la matière est comme la terre nourricière qui nous a donné la vie. Aux premier temps de son existence la Terre était une sphère de matière encore fluide et brûlante, bombardée en permanence par des météorites de toutes tailles. Les éléments qui la constituaient (comme les métaux et les substances minérales qui entrent dans la composition des roches) formaient un mélange assez homogène.