Les origines cosmiques de la vie
Les origines cosmiques de la vie est
une question à la confluence des grands thèmes de la
science.
D'une certaine façon elle nécessite presque toute la
science
car elle nécessite de répondre à trois questions
fondamentales:
d'où vient le Monde, comment l'Univers a t-il pu s'organiser
pour
créer une Terre d'accueil et qu'est ce que la Vie.
Accessoirement
il est possible de répondre à des questions telle que
comment
la vie peut -elle se maintenir sur Terre, évoluer, aboutir
à
l'Homme et comment celui-ci risque de tout gâcher.
Dans ce périple, nous
décrirons
l'origine des éléments, la formation du système
solaire,
de la Terre et de la vie, quelles sont ses formes principales et
quelles
sont les pistes dans la recherche de la transition de l'inanimé
à l'animé. Dans un court résumé nous
décrirons
l'évolution jusqu'à l'Homme.
S'ouvre alors le thème de la
fragilité des conditions d'équilibre sur Terre, de
l'importance
du hasard dans l'élaboration du vivant et de l'influence du
système
solaire sur cette évolution.
Est alors abordée la question
du principe anthropique, c'est-à-dire de cet univers souvent
hostile
mais qui, étonnamment, semble créer pour assurer
l'apparition
de la vie: sur quoi repose ce principe et que peut-il apporter à
la connaissance ?
Il semblait alors naturel de conclure
par la reconstitution synthétique et globale, mais bien sur
partielle,
des conditions particulières qui ont permis, au fil du temps et
à toutes les échelles, la construction majestueuse
et hiérarchique de ce vivant, si magnifiquement complexe,
sensible
et précieux.
1 L’origine du système solaire ou comment former une Terre, source de vie? *
1.1 La synthèse des éléments *
1.3 La seconde génération d’étoiles *
1.4 Formation du Système Solaire *
1.4.3 Formation des planétisimales *
2.2 Caractéristiques de la vie *
2.3 A la recherche de notre ancêtre *
3 Un écosystème en interaction: impact sur l’évolution *
3.1 L’équilibre Soleil-Océan-Atmosphère *
3.3 Les nouveaux départs de la vie: Soleil - Astéroïdes - Jupiter *
5 Le Grand Comment: la question de l’anthropocentrisme *
5.2 Pourquoi le Monde est tel qu’il est ? *
5.3 De la Lune au Cosmos , du Tout et du (presque) rien *
5.4 L'enchaînement qui a permis la vie *
Il nous faut comprendre comment l’évolution stellaire et interstellaire en effectuant la synthèse de tous les éléments chimiques allait ouvrir la possibilité de la chimie organique et conduire à l’éclosion de la vie.
Une étoile équilibre sa pression de radiation avec le poids des couches de gaz extérieurs. Lorsque le rayonnement diminue faute de combustible, le cœur de l’étoile se comprime, la température s’élève jusqu’à l’ignition par fusion d’un autre combustible.
L’équilibre caractérise la plus grande partie de la vie de l’étoile ce qui assure un rayonnement stationnaire.
La masse de l’étoile est le facteur qui détermine très largement sa vitesse d’évolution, ainsi que la profondeur dans la table de Mendeleïev de sa genèse nucléaire.
Une étoile 10 fois plus massive que le Soleil est 1000 fois plus lumineuse et évolue 100 fois plus vite: elle disparaîtra en 100 millions d’années.
Le diagramme constitué par les astronomes danois et américain, Hertzsprung et Russel indique les luminosités des étoiles en fonction de leur température superficielle.
Tant qu’elles transforment l’hydrogène en hélium, les étoiles se situent sur la séquence principale. Elles bifurquent ensuite dans la synthèse successive de nouveaux éléments par contraction/ échauffement du cœur, ce qui dilate les couches périphériques et les transforme l’étoile en géante rouge.
La principale contribution à la synthèse des éléments chimiques est celle des étoiles les plus massives (30 masses solaires et au-delà).
Au départ un nuage de 10 à 100 000 masses solaires se fragmente identiquement à toutes les échelles, formant des nodules nébulaires. La naissance des étoiles commence par l’effondrement de ces nodules.
Au centre de chaque fragment, une petite protoétoile se forme autour de laquelle gravite un large tourbillon de gaz, entraînant avec lui une large fraction du moment angulaire.
Considérons la situation de l’une de ces étoiles massives.
Le tourbillon aboutit à un disque d’accrétion qui tombe sur la protoétoile et lui fournit 30 masses solaires en une dizaine de millions d’années.
Cette étoile de première génération est essentiellement constitue d’hydrogène et d’hélium, la synthèse des métaux n’étant pas entamée.
L’étoile centrale se comprime et un plasma séparant les noyaux d’hydrogène et d’hélium de leurs électrons se forme à 50 000 K. Lorsque le centre atteint 40 millions de K, les noyaux d’hydrogène ( les protons) ont acquis une vitesse suffisamment élevée pour vaincre la barrière de répulsion électrostatique. En se rapprochant à une distance équivalent à leur diamètre apparent, ils sont soumis à la force nucléaire attractive. Cette force est à très faible portée car elle est vectorisée par des porteurs de charge à brève existence. Cette force soude la paire de protons qui se transforme en un couple proton-neutron, en expulsant un anti-électron, qui demeure dans le plasma jusqu’à annihilation avec un électron, et un neutrino qui traverse toute la masse stellaire car il n’interagit que trop faiblement avec les autres particules.
Le deutérium ainsi forme va rencontre un autre proton formant d'hélium 3. La rencontre de 2 noyaux d’hélium aboutit à l’hélium 4 stable.
Au terme de 60 millions d’années, le cœur a consommé tout son combustible. L’étoile s’effondre à la recherche d’un nouvel équilibre. La température d’ignition de l’hélium est atteinte afin de permettre la fusion simultanée de 3 noyaux d’hélium pour former du carbone. La contraction lente du noyau lui fait atteindre 400 millions de K et l’échauffement des couches intermédiaires à 40 millions de K provoque le démarrage de la fusion de l’hydrogène autour du noyau: la structure en couche d’oignons se met en place.
Les couches extérieures gonflent par pression de radiation et le diamètre de l’étoile est multiplie par 100.
La fusion du carbone et de l’hélium vers 400 à 500 millions de K engendre l’oxygène. Le néon et le magnésium apparaissent vers 600 millions de K.
Mais le principe d’exclusion de Pauli entre les électrons, qui les empêchent de prendre le même état quantique qu’un état déjà occupé bloque leur compression: la température ne peut plus s’ajuster et la fusion du carbone devient explosive; les éléments principaux jusqu’au fer sont produit rapidement. L’étoile a produit les 7 éléments constituants 99,9% de la matière dans l’univers.
Mais la dernière synthèse est destructive. En effet l’énergie des photons leur permet de détruire les noyaux de fer qui viennent d’être synthétises et les scindent en noyaux d’hélium. La réaction consomme de l’énergie et l’étoile s’effondre mais l’impossibilité de la compression du cœur provoque le rebond des couches externes sur le noyau: l’étoile explose en supernovae. La fusion des électrons du plasma avec les protons produit une vague de neutron qui accompagnent l’onde de choc. Les protons et neutrons propulsés vont par fusion avec les éléments déjà formés génère tous les autres éléments du tableau de Mendeleïev. Dans le cas d’une capture rapide de neutrons, les noyaux en capturent plusieurs simultanément ce qui leur permet de sauter directement vers un autre noyau stable. Dans le cas d’une capture lente, les noyaux ont le temps par désintégration bêta de retomber vers un élément stable plus simple.
Quant aux captures de protons, elles comblent les lacunes des éléments qui n’ont pas été formes par ailleurs.
Mais la seule énergie de l’onde de choc est insuffisante pour
expliquer l’expulsion dans l’espace de la majeure partie de
l’étoile.
Les neutrinos émis lors de la formation des neutrons lors de
l’absorption
des électrons par les protons vont, par leur densité et
par
un effet de second souffle, entraîner la vague explosive dans
l’espace.
Plus la masse de l’étoile est élevée plus le rapport oxygène/ carbone s’accroît.. Lors de l’éjection de ces éléments par le vent interstellaire ou par un phénomène de novae ou supernovae, le gaz se refroidit formant l’oxyde de carbone (CO) très stable. La bulle de gaz gardera en excès du carbone ou d’oxygène; elle sera réductrice ou oxydante.
Composition des nuages: 70% H, 28% He, 0,3 % de CO, 0,7 de O, 0,2 N, 0,1 Fe, 0,05% Mg et 0,5 Si.
0,2% d’oxygène oxyde les métaux et les 0,5% restant forment de la vapeur d’eau.
La température chutant, les oxydes forment des silicates surtout de fer et de magnésium. Puis les silicates se condensent en grain ultramicroscopique de 0,1 micron.
Dans les nuages de gaz moléculaire la température est excessivement basse et les atomes gèlent sur la surface des grains qui se recouvrent d’une pellicule de givre et atteignent une taille de 0,3 microns.
La concentration des poussières au sein des nuages bloquant la diffusion des radiations stellaires, la température de ces nuages s'abaissa plus encore et la masse requise pour vaincre la pression de radiation s'abaissa; les nuages s'effondrèrent et formèrent des étoiles de masse intermédiaires ou faibles, comme notre Soleil. Les poussières furent en partie absorbée par les étoiles naissantes, une autre partie forma leur cortège de comètes et de systèmes planétaires. L'immense majorité des poussières néanmoins s'échappent pour former des nuages moins denses et donc plus soumis au rayonnement ultraviolet des étoiles massives. La couche de givre fut dissoute laissant une couche de matière organique sur le coeur de silicates. Les molécules d'eau, de méthane et d'ammoniac libèrent des radicaux libres qui se recombinent en molécules organiques. Le manteau de molécules organiques protègent les grains de silicates de l'effet des ondes de choc des supernovae jusqu'à ce que les grains se retrouvent à nouveau dans des nuages denses afin de poursuivre le cycle. Mais assez rapidement le contenu en poussières se réduit du fait de la diminution du nombre d'étoiles massives ce qui réduit en retour leur formation. La phase de flambée d'étoiles galactiques semble remonter de 5 à 10 milliards d'années en arrière avec un pic voici 7 milliards d'années. Typiquement la Voie Lactée ne forment plus aujourd'hui que quelques étoiles par an.
Les étoiles de masses inférieures à 20 Mo dégagent plus de carbone que d'oxygène dans les bulles gazeuses résultant de leur explosion en supernovae. En conséquence, la bulle réductrice en expansion contiendra surtout du CO suivi de CN et CH. Et la principale molécule triatomique ne sera plus H2O mais HCN (acide cyanhydrique) Des grains de fer métallique se condenseront au côté de grains de graphite et de diamant. Les grains sont recouverts d’un givre d’hydrocarbure incluant des composes organiques.
L'absorption de la lumière aux différentes longueurs d'onde (surtout du visible à l'ultraviolet) permet de retrouver la proportion et le type des 3 types de poussières: les poussières givrées à coeur de silicates de 0,3 microns, les grains de carbone amorphe de 0,1 micron et les chaînes d'hydrocarbures aromatiques de 0,02 microns.
Les énormes bulles vont continuer à se former tout au long des 10 milliards d’années précédant la création de notre Système. La multiplicité des étoiles de masses réduite contribue au processus de formation des nébuleuses planétaires (couches externes s’échappant par les turbulences du vent stellaire d’une géante rouge à l’atmosphère distendue). Les millions de bulles couvrent toute la gamme du fortement réducteur au fortement oxydant. Elles vont s’interpénétrer dans les nuages interstellaires s’accumulant le long des bras galactiques où les ondes de densité provoquent la condensation des étoiles de grandes masses. Les nuages forment 10% de la masse galactique et possèdent des dimensions de 10 à 100 A.-L., leur densité passant de quelques particules à des millions par cm3.
Dans les nuages denses on a identifie quelques 80 espèces de molécules différentes par leur spectre d’émission. Parmi elles, 60 sont organiques.
La densité restant très faibles, les collisions sont rares et les molécules doivent se former à la surface des grains solides qui ont une double fonction de substrat et d’apport de catalyseur.
La source énergie est le rayonnement ultraviolet des étoiles qui ionise l’hélium. Cet hélium rendre en collision avec les molécules et provoque une cascade d’ionisation.
Il reste à noter que toutes les molécules pré
biotiques
et notamment H20, H2CO ( formaldéhyde) et
HCN sont présentes abondamment partout dans la Galaxie.
1.3 La seconde génération d’étoiles
L’ensemencement du milieu interstellaire par le carbone permet aux générations suivantes d’étoiles d’accélérer les processus de fusion de l’hydrogène par un phénomène de catalyse.
Les étoiles massives consomment leurs combustibles dès 10 à 15 millions de K et n’ont pas besoin d’atteindre les 40 millions de K de la première génération..
Le cycle de catalyse est constitué par un carbone qui
absorbe
un proton formant l’azote 13 qui se désintègre en carbone
13. Celui-ci passe à l’azote 14 par une nouvelle absorption.
L’azote
14 absorbe encore un autre proton pour former l’oxygène qui se
désintègre
en azote 15. Par une dernière absorption celui-ci se
désintègre
en un noyau de carbone et ... en un noyau d’hélium.
1.4
Formation du Système Solaire
1.4.1 Origine des matières organiques
Les météorites primitives dites chondrites possèdent les mêmes rapports d’abondance entre les éléments non volatils (dits " métaux ") que le Soleil. Les éléments volatils ne sont absents que des météorites formées dans des régions trop chaudes pour les retenir.
Ces chondrites sont composes de grains agglomérés, sédimentés à froid et qui ne sont pas en équilibre chimique: le totalement oxydé côtoie le totalement réduit, le réfractaire côtoie le volatil et l’altère par l’eau côtoie l’anhydride.
L’origine des grains est multiple car plusieurs étoiles ont contribue à leur synthèse mais leurs sédimentations résultent de la séparation des gaz et des poussières lors de l’arrêt de l’effondrement du nuage interstellaire sur le disque protosolaire. Cette séparation arrête les turbulences et bloque finalement la sédimentation.
411 composes organiques ont été identifies par exemple dans la chondrite carbonée de 1969 trouvée à Murchison, Australie.
Parmi les 74 acides amines trouves, 8 sont utilises dans les protéines. Toutes les purines trouvées sont utilises comme lettres codeuses dans l’ADN transcripteur et l’ARN messager du vivant.
De même l’analyse par spectroscopie en temps réel des poussières recueillies lors du passage dans la queue de la comète de Halley a permis d’identifier des anomalies isotopiques et a conduit à supposer 4 origines stellaires distinctes pour ces poussières cométaires.
Dans le Soleil le rapport C/O est de 1 pour 3, ce rapport est recoupe par l’analyse des météorites carbonées et en général oxydées mais contenant une forte proportion de grains de fer métallique et donc réduit. Cette abondance est la même dans la comète de Halley.
En résume le Système Solaire a été forme voici 4,5 milliards d’années à partir d’un nuage moléculaire situe dans un bras spiral enrichi de multiples composes organiques (contenant C,N,O,S) produites par les nombreuses étoiles des premières générations. Ces poussières étaient essentiellement constituées de silicates recouverts d’une pellicule de givre d’eau mais aussi du givre de composes organiques volatils.
Au sein de ce nuage moléculaire géant, les grumeaux
présents
ont toutes les tailles révélant un processus invariant
d’échelle.
Peu à peu les grumeaux les plus massifs s’effondrent et forment
des étoiles de 50 à 60 Masses solaires. Au bout de
quelques
millions d’années, elles explosent en supernovae. Les bulles
chaudes
et oxydantes se propagent sous forme d’une onde de choc et provoquent
l’effondrement
de centaines de grumeaux moins massifs dont un nodule d’environ 1 masse
solaire: notre Soleil et son futur Système.
Le module s’effondre mais la conservation du moment angulaire entretient et renforce les turbulences en son sein et seule 5 à 10% de la masse prend une forme sphérique, le reste s’aplatit en un large disque. Par friction, la matière des zones internes est freinée et tombe vers le cœur ce qui alimente le Soleil et lui apporte toute sa masse
La matière des zones extérieures est accélérée et en élargit les anneaux en emportant le moment angulaire.
100 000 ans se sont écoules depuis le début de l’effondrement.
Le nodule nébulaire termine son effondrement, la turbulence
diminue
et les poussières sédimentent. Les chondrites non
différenciées
venant de petits astéroïdes témoignent de cet
amalgame.
La séparation entre le gaz et les poussières ne prend que
quelques milliers d’années. Ceci peut être pris par
convention
comme l’instant zéro du Système Solaire, instant que
l’âge
radioactif des chondrites fait remonter à 4,56 milliards
d’années.
1.4.3 Formation des planétisimales
Les poussières tournent en orbite autour du nodule central mais sont attirées par le disque et tombent perpendiculairement. Leur oscillation est rapidement amortie par la turbulence.
La turbulence résiduelle ralentit l’agrégation des poussières mais moins de 100 000 ans sont nécessaires pour l’apparition d’objet de 1 à 10 kilomètres qui vont tourner en de gigantesques anneaux autour du Soleil La substance des planétisimales changent avec l’éloignement au Soleil mais dans la zone des planètes terrestres la température est de l’ordre de 1000 K; les particules de silicates sont totalement déshydratées et les volatils sont dégazés.
Mais à partir d’une distance de 5,2 U.A. (distance Soleil- Jupiter) le givre superficiel ne se vaporise plus en dépit de la rareté du gaz qui entoure les grains. Les planétisimales contiennent de grandes quantités de neige d’eau: ce sont les noyaux des comètes primitives.
Pendant ce temps le protosoleil est 5 fois plus brillant qu’aujourd’hui car malgré une température superficielle plus faible (4000 K au lieu de 5800K ) sa surface est 20 fois plus grande.
Sa vitesse de rotation trop élevée lui fait éjecte un anneau gazeux équatorial qui percute le disque d’accrétion, mécanisme par lequel la croissance du Soleil est stoppée. Le gaz est infléchi par le champ magnétique de l’étoile et s’échappe par les pôles (objets de Herbig-Haro). L’onde de choc avec le disque d’accrétion souffle complètement les résidus gazeux et les fines poussières du disque en 2 à 3 millions d’années.
Seules sont épargnées les planétisimales de plus de 1016 kg ayant déjà subi une accrétion avant ce vent dit de " T-Tauri " ( selon la première étoile de ce type identifiée).
D’innombrables collisions de planétisimales qui tournent dans le même sens sur des orbites proches aboutissent à une distribution de masse qui est à nouveau invariant à toutes les échelles.
Dans l’étape finale, l’attraction des objets n’étant plus négligeable, la croissance des objets massifs s’emballe tandis que les plus petits objets subissent des collisions plus violentes et se fragmentent.
Au-delà de la zone du disque à 450 K (zone des planètes terrestres), les silicates et les grains de fer qui forment 0,3 % de la masse du gaz.
Par contre à 5,2 U.A. (Jupiter) la glace d’eau alourdit les grains et la phase solide constitue 1,8% de la masse du gaz. En outre les éléments volatils évaporés des grains diffusent de la zone interne vers l’extérieur et se condensent sur la paroi froide à 5,2 U.A.
Au lieu d’un cœur de 1 masse terrestre, le cœur de Jupiter est au départ d’environ 10 masses terrestres. En outre les planétisimales de la zone ( ce sont des comètes) sont absorbées tout comme l’a été en 1994 celle de Schoemaker-Levy et le noyau de Jupiter est en fait de 29 masses terrestres. Cela lui permet d’accumuler rapidement les quelques 300 masses équivalent terrestres de gaz qui l’environne.
Jupiter par son attraction va éjecter une large part des planétisimales glacées en dehors du Système Solaire.
Une fraction substituera dans la sphère de Oort d’un diamètre supérieur à 1 A.-L.
Quelques millions ( ce qui est une fraction très réduite) se stabilisent dans la ceinture de Kuiper par résonance avec Neptune.
Un grand nombre de ces comètes perturbent la ceinture astéroïdes pendant leur éjection: les collisions entre astéroïdes se feront à plus grande vitesse empêchant la formation d’une planète et perturbant fortement la croissance de Mars (celui-ci ne fait que 10% de la Terre).
Elles vont aussi bombarder la Terre, détruire son atmosphère primitive et retarder la stabilisation de son climat.
Les 4 planètes telluriques résultent de la collision d’une vingtaine d’objets de la taille de Mars. L’excentricité de l’orbite de ces objets étant modifie par Jupiter qui favorise leur collision.
Apres 40 millions d’années, la Terre est formée, ses composes volatils s’évaporent en raison des collisions.
Seuls subsistent 2 ou 3 objets de la Taille de Mars sur des orbites instables. L’un allait des percuter avec Mercure pour lui faire perdre sa croûte silicate.
L’autre allait percuter la Terre pour former la Lune. Le temps
relevé
par la radioactivité des roches lunaires est 130 millions
d’années
après la sédimentation des poussières.
1.4.4 Agglomération de la Terre
L’énergie cinétique dégagée lors d’un impact croit avec le carré de la vitesse, la vitesse étant proportionnelle au rayon de l’objet attracteur. L’énergie et la température croissent donc avec le carré du rayon: la surface réchauffe l’intérieur. Peu à peu, le centre de la Terre se liquéfie: le fer, déjà réduit sous forme métallique dans l’espace, forme un noyau central sur lequel flottent les silicates. La radioactivité de l’uranium, produit par les supernovae, va entretenir cette chaleur.
La masse terrestre a trois effets essentiels:
Le taux d'enrichissement du deutérium est le rapport du taux de deutérium entre les molécules d'eau et d'hydrogène moléculaire où dans les deux cas l'hydrogène est remplacé par son isotope deutérium. On estime ainsi le rapport HDO/HD.
Or les océans et dans les radicaux O-H des roches regroupent chacun environ 50% de l'hydrogène et le taux moyen d'enrichissement du deutérium de ces 2 ensembles correspond à l'enrichissement moyen des météorites de type chondrites carbonées. Rappelons que celles-ci sont formées de chondres, c'est à dire d'assemblage de silicates hydroxylés réunis en apesanteur à plus de 1600 K et refroidis en quelques minutes sous forme de gouttelettes. Leurs composants non volatils sont représentatifs de la composition de la nébuleuse proto solaire.
En fait le taux d'enrichissement pour ces météorites varie de 3 à 30 avec une moyenne de 6.
Le taux d'enrichissement entre le deutérium et l'hydrogène s'élève avec l'éloignement au Soleil et ce taux est de 12 donc 2 fois plus important dans les comètes que dans la moyenne sur Terre (et dans la Mer…).
Mais il n'y a pas unité de vue sur ce point car si l'on considère seulement le taux de deutérium des océans, il se rapproche du taux de formation dans la zone d’accrétion des comètes dans la région de Jupiter. Il correspond au taux obtenu par condensation de l’eau à 200 K. La molécule d’eau sous ses 2 isotopes H2O et HDO se condense sous forme de neige qui peut alors se refroidir à plus basse température. Ceci indique comment la neige des comètes s’est condensée et aboutit à une origine cométaire pour les océans.
Il est parfois avancé que les océans seraient formés à ¾ d’eau provenant des chondrites, le quart restant ayant été apporté par les comètes. Or le bombardement par les astéroïdes devient négligeable statistiquement après 200 millions d’années au contraire du bombardement cométaire qui se poursuit et évacue dans l’espace l’atmosphère des origines surchauffée et saturée de vapeur d’eau, avant que les premiers océans ne se soient condensés.
Sous cette hypothèse, les bombardements qui auraient permis la constitution des océans actuels auraient été essentiellement le fait de comètes de 5 à 500 km venant de la zone des planètes géantes et dont l’orbite avait été perturbée par leurs croissances. Elles nous auraient apporté 10 fois plus d’eau qu’il n’en demeure et 1000 fois plus de gaz qu’il n’en demeure aujourd’hui. Ce phénomène semble fournir la quantité de carbone constatée aujourd’hui.
En fait le bombardement cométaire se poursuit sous la forme des poussières de 1 micron venant de la lumière zodiacale. On estime à 1018 tonnes la quantité de matière organique déposée par les comètes et leurs poussières depuis le début de la Terre.
En outre, la répartition des isotopes des gaz inertes (nobles) dans l’atmosphère tels que le xénon ou le krypton est incompatible avec leur appartenance avec une atmosphère primitive; ils ont été apportés par une source qui les ont séparés avant leur arrivée sur Terre. Les clathrates (les hydrates d’eau présents dans les comètes) ont pu jouer le rôle de chambre de stockage et de séparateur à froid des différents isotopes. Le bombardement aurait eu pour effet de provoquer la disparition des matériaux volatils et expliquerait la quantité des matériaux proches du fer présents dans la croûte terrestre.
Mais le problème n'est pas si simple, même si la théorie semble attractive, car les géologues soutiennent la thèse de l'origine interne des océans du fait du dégazage considérable du manteau porté à haute température lors de la formation de la Terre.
Une troisième hypothèse très sérieuse,
celle
de l'origine micrométéoritiques, a pris de l'importance
au
travers des relevées dans les glaces antarctiques.
On estime de cinquante à cent tonnes la quantité de
grains
interplanétaires accrétés tous les jours par la
Terre.
Environ 99 % de cette masse est apporté par des
micrométéorites
dont le diamètre est compris entre 50 et 500 µm. Ces
micrométéorites
sont apparentées aux météorites les plus
primitives,
celles du groupe des chondrites carbonées. Une analyse
détaillée
des teneurs en carbone de différents groupes de
micrométéorites
permet d'estimer à cent tonnes par an le flux total de carbone
apporté
à la Terre. La quantité livrée à la Terre
pendant
la phase active du bombardement terrestre entre -4,1 et -3,8 milliards
d'années, quand le flux micro météoritique
était
vraisemblablement mille fois plus intense qu'aujourd'hui, est
estimée
à 30 000 milliards de tonnes. À titre de comparaison,
cette
valeur représente trente fois la valeur actuelle du carbone
biologique
recyclable à la surface de la Terre.
Des acides aminés ont été détectés dans les micrométéorites. Ces grains renferment une forte proportion de sulfures métalliques, d'oxydes, d'argiles qui sont autant de catalyseurs. Au contact de l'eau liquide, les grains ont donc pu fonctionner comme des micro-réacteurs chimiques transformant la matière organique des grains à l'aide des catalyseurs présents.
Les micrométéorites de taille inférieure à 5 µm ne devraient plus assurer une protection efficace contre le rayonnement UV solaire.
D'après les concentrations en carbone et les compositions isotopiques de l'oxygène et de l'hydrogène dans les micrométéorites, la composition isotopique (rapport D/H) de l'eau de constitution des silicates hydratés des micrométéorites présente une similarité étonnante avec la valeur moyenne mesurée pour les océans terrestres. Concernant le néon, il est considéré comme un très bon traceur de l'origine de l'atmosphère. Les micrométéorites sont parmi les objets les plus enrichies en néon. Cette composition est donc semblable à celle postulée pour l'atmosphère primitive de la Terre, dont on trouve des traces dans les roches du manteau supérieur.
Ces similitudes isotopiques, observées pour l'eau et le néon, des micrométéorites suggèrent qu'elles ont contribuées à la formation de l'eau terrestre, indispensable à l'apparition de la vie, et de l'atmosphère primitive de notre planète.
Un modèle d'accrétion de micrométéorites
primitives permettrait de rendre compte du mélange
hétéroclite
de néon, d'azote, de carbonates et d'eau observé sur
Terre
de nos jours, dont les quantités diffèrent pourtant d'un
facteur de 100 millions dans le cas de l'eau et du néon.
Le processus très simple et très général
d'accrétion de micrométéorites
"carbonées-hydratées"
apporterait à lui seul tous les ingrédients
nécessaires
à l'apparition de la vie : de l'eau, des molécules
organiques
complexes et une grande variété de catalyseurs. Comme
cette
accrétion est un sous produit "ordinaire" de la formation des
planètes,
elle rendrait la vie encore plus probable dans l'univers.
Ci-joint le tableau des compositions:
| Atmosphère | Nébuleuse solaire | Volcans Haïwien | Fumerolles | Glaces | Poussières | |
| Ne/N2 | 10-5 | ~1 | - | - | - | 10 |
| H2O/N2 | 350 | ~1 | 10 | 2000 | 30 | 50 |
| CO2/N2 | 90 | 0,1 à 1 | 4 | 6,6 | 5 | 30 |
| Micrométéorites | Microm | Atmosp | |
| A% | A/N2 | A/N2 | |
| Ne | 10-6 | 3 10-5 | 10-5 |
| N2 | 10-1 | 1 | 1 |
| H20 | 10 à 28 | 270 | 350 |
| CO2 | 4,6 à 12,5 | 120 | 90 |
En quantité (unité grammes)
| Observations | Modèle | |
| Ne | 6 1016 | 1017 |
| N2 | 4 1021 | 5 1021 |
| H2O | 1,4 1024 | 1024 |
| CO2 | 7,5 1023 | 1024 |
Aujourd'hui la seule conclusion définitive que l'on établit par les modèles de la nébuleuse proto solaire est que l'eau ne peut provenir directement de l'oxydation de l'hydrogène primordial. En effet la molécule d'eau y est formée par oxydation de l'hydrogène à 1200 K et les molécules HD (hydrogène - deutérium) y sont progressivement transférées en molécules triatomiques HDO. En modélisant le refroidissement de la nébuleuse, le taux d'enrichissement du deutérium dans l'eau par rapport à l'hydrogène diatomique demeure dans tous les cas insuffisant car il n'est que d'un facteur 2.
Un modèle réaliste supposerait un enrichissement initial en deutérium de la nébuleuse proto solaire proche de la valeur maximale trouvée dans les chondrites et, après vaporisation des glaces interstellaires, puis rééquilibrage des isotopes avec l'hydrogène et re condensation au bout d'un million d'années de refroidissement avec un taux voisin de 3. Il y aurait bien combinaison de l'apport des météorites et des comètes, pour une part minoritaire, pour retrouver le taux terrestre.
Les radioastronomes ont pu identifier 83 molécules organiques différentes construites à partir de carbone et d’hydrogène.
Les météorites et comètes ont pu en apporter une grande quantité sur Terre.
Environ 80% des grains d’origine cométaire contiennent de la matière organique et n’ont pas fondu dans l’atmosphère. Ce qui correspond à 100 fois la quantité de carbone actuellement recyclé par la biomasse.
En outre tous les acides amines sont homochiraux ; ils sont orientes vers la gauche.
Cette particularité n’a pratiquement été observée que sur Terre.
Or l’explication actuellement avancée est liée à la polarité des rayonnements stellaires qui aurait détruit les formes droites.
Voici 4 milliards d’années, la Lune était au moins 6 fois plus proche qu’aujourd’hui et les marrées 30 fois plus fortes. La durée du jour était d’une dizaine d’heures.
L’atmosphère était près de 60 fois plus dense et le soleil 30% moins brillant.
Notre atmosphère a 3 sources dont les parts respectives varient suivant les auteurs:
-le dégazage du manteau terrestre
-les comètes
- les astéroïdes
Il semble se dégager qu’une large fraction de l’atmosphère provient du dégazage du manteau terrestre, dégazage qui se poursuit de façon réduite par les cheminées volcaniques trouvées aux Galápagos et dans le Pacifique Est.
Ce dégazage à partir des volcans aurait, si le manteau terrestre était très réducteur, éjecté une proportion importante de méthane qui, dispersé dans la haute atmosphère sous forme d’aérosols organiques, aurait protégé une faible fraction d’ammoniac (1/100 000 dans une atmosphère de 1 bar). Cet ammoniac aurait contribué à l’élaboration de la chimie pré biotique et la formation des acides amines. Les ingrédients auraient été fournis probablement par les comètes ou par les évents hydrothermaux des fonds océaniques.
Le problème est que les modèles actuels n’envisagent pas un manteau primitif assez réducteur pour produire la bonne quantité de méthane.
Dans un second temps une atmosphère beaucoup plus oxydante à base de CO2 de 1 à 10 bars aurait suffit à maintenir la Terre sous effet de serre. Cet effet de serre était indispensable car le Soleil était alors 30% moins lumineux qu’aujourd’hui et sans lui la Terre n’aurait connu que des froids sibériens.
Le CO2 aurait lentement régressé parallèlement au glissement du Soleil sur la séquence principale et à l’augmentation de sa température superficielle.
Le volcanisme est indispensable au recyclage continuel du carbone car sans lui le gaz carbonique aurait précipité en seulement 400 000 ans et l’effet de serre aurait disparu.
L’autre fraction de l’atmosphère vient donc des comètes
80% de la masse des comètes est constituée d’une partie volatile qui a donc enrichi notre atmosphère. La vapeur d’eau s’est condensée en océans dès que la Terre est passée sous son point d’ébullition (230°C sous 30 atmosphères).
Dans la fraction restante des comètes, on trouve du formaldéhyde qui aurait polymérisé grâce aux ultraviolets solaire et formé une brume de particules solide dans la stratosphère. L’ammoniac est dissocié en azote et en hydrogène, celui-ci s’échappe car à ces températures, sa vitesse d’agitation est très supérieure à la vitesse de libération terrestre.
La température tombe à 100 Celsius.
La composition de l’atmosphère: 80% de CO2, 10% de méthane, 5% d’oxyde de carbone et 5% d’azote N2.
Les pluies acidifiées par le CO2 attaquent les silicates. Les carbonates formés constituent des sédiments solides qui enterrent le CO2. La pression chute à 5 bars.
L’atmosphère terrestre est d’abord restée dans un état intermédiaire d’oxydoréduction pendant les premières 500 millions d’années, grâce à l’apport continuel du gaz des comètes.
Le CO2, présent initialement en grande quantité, et N2, dont la contribution est plus réduite, se sont imposées comme les constituants majeurs. Le CO2 a disparu dans les roches calcaires (qui à elles seules contiennent l’équivalent de 20 atmosphères) et l’azote, inerte géochimique, s’est accumulé au cours du temps et constitue aujourd’hui la majeure partie d’une atmosphère à la pression réduite.
Les gaz réducteurs se sont photo dissociés sous les ultraviolets solaires ou oxydés par la petite quantité d’oxygène libérée par la photodissociation de l’eau. Peu à peu l’atmosphère va s’enrichir en oxygène grâce à la photosynthèse des cyanobactéries (les premiers 5%), puis par les algues (environ 12%), et enfin par les plantes(4%) pour atteindre 21% de la pression partielle atmosphérique.
Les principaux impacts cométaires s’accompagnent du bouillonnement des océans et conduisent à de fantastiques éjections d’eau et de gaz vers l’espace. De terribles ouragans se déchaînent et perturbent violemment toute la surface terrestre. Ces phénomènes se réduisent fortement voici 3,5 milliards d’années.
Mais la vie dans de si terribles conditions fourmillent
déjà
sous une forme cellulaire dans l’eau chaude des premiers océans.
Toutes les formes de vie terrestre ont une origine commune. Elles possèdent toutes les mêmes proportions d’atomes: 62% d’hydrogène, 27 % d’oxygène, 8% de carbone, 2% d’azote, 1 pour mille de phosphore, 1 pour mille de souffre, des traces de fer pour le sang des animaux, de calcium pour les os des vertébrés et des traces de magnésium pour la chlorophylle.
Les atomes sont rassemblés en molécules.
Toutes les formes de vie sont composées de 80% d’eau, rappel de l’origine aquatique.
Les autres molécules sont les 20 acides aminés rattachés en de longues chaînes: les protéines.
Seul l’ordonnancement des acides aminés dans les protéines les différencient.
Les protéines se distinguent en 2 groupes: les structurelles qui constituent les organismes et les enzymes qui choisissent et orientent les réactions chimiques.
L’assemblage des acides aminés pour constituer les protéines suit la codification imposée par les maillons de l’acide nucléique (ADN et ARN). Cet acide nucléique est formé de molécules différentes des acides aminés: il s’agit de 4 molécules: 2 purines et de 2 pyrimidines. Toutes deux ne sont que des combinaisons particulières d’hydrogène, oxygène, carbone et azote.
Entre l’ADN source du codage des protéines et l’ARN support pour leur constitution il n’existe qu’une seule variation dans ces 4 molécules
La vie est donc basée sur 30 molécules: 20 acides aminés, plus les purines et pyrimidines servant au codage nucléique, et des molécules moins fondamentales pour l’apparition du vivant (phosphate, sucre et lipides).
Or toutes ces molécules nécessaires à la vie peuvent être produites à partir d’eau, d’ammoniac NH3 ou d’acide cyanhydrique HCN pour l’azote, de méthane CH4 ou de formaldéhyde H2CO pour le carbone.
La synthèse de ces briques élémentaires dans les molécules de la vie semblent impossible sur Terre car l’atmosphère n’était pas réductrice au contraire de ce que supposaient initialement Urey et Miller.
Mais toutes ces molécules de base sont présentes dans les nuages moléculaires où une lente synthèse à basse température se produit. Quels en ont donc été les vecteurs vers la Terre?
Ces éléments sont présents dans les chondrites carbonées protégées de la fusion par leurs couches superficielles.
Ils ont aussi été détectés dans les chevelures cométaires. L’apport des briques de la vie datent de l’accrétion hétérogène aux premiers âges de la Terre.
Il apparaît que les bombardements météoritiques voici 4 milliards d’années ont porté la croûte terrestre à la température de fusion en détruisant périodiquement toute tentative de développement de la vie. Celle-ci n’a pu enfin se stabiliser qu’après la fin du bombardement massif voici 3,8 milliards d’années.
Le dépôt des poussières retombant des impacts cométaires dans des bulles d’écume à la surface des océans forme le premier support envisageable pour la formation des premières parois cellulaires.
Une autre possibilité est le dépôt de
poussières
dans des fonds argileux contenant des grains de montmorillonite
favorables
comme premier site. Ces dépôts se seraient formés
dans
des lagons ou dans de grands lacs subissant le phénomène
des marrées.
Composition
| Bactéries | Mammifères | Givre interstellaire | Fraction volatile des comètes | |
| Hydrogène | 63,1 % | 61 | 55 | 56 |
| Oxygène | 29,0 % | 26 | 30 | 31 |
| Carbone | 6,4 % | 10,5 | 13 | 10 |
| Azote | 1,4 % | 2,4 | 1 | 2,7 |
| Soufre | 0,06 | 0,13 | 0,8 | 0,3 |
| Phosphore | 0,12 | 0,13 | 0 | 0 |
| Calcium | 0 | 0,23 | 0 | 0 |
La vie ressemble moins à la Terre (silicate des rochers) qu’à la matière interstellaire.
Le calcium est uniquement nécessaire aux animaux (coquilles, squelettes).
Le phosphore a été concentre dans les premières
cellules probablement parce que les phosphates ont apporte de
l’énergie
avant l’invention de la photosynthèse par les algues bleues.
2.2
Caractéristiques de la vie
Un organisme est vivant s’il peut se reproduire et évoluer.
La structure qui permet de stabiliser la série de réaction nécessaire est la cellule; la base du vivant.
Son confinement par rapport au milieu extérieur est assuré par une membrane semi-perméable qui filtre les molécules en entrée et en sortie et maintien le milieu interne dans un état stationnaire mais loin de l’équilibre thermochimique.
Sa stabilité est assurée par des rétroactions négatives qui lui apportent une autonomie partielle de l’environnement.
Les substances sont apportées de l’extérieur
(nourriture),
l’énergie est apportée par le métabolisme et
transformée
en chaleur et en action, les produits non utiles des réactions
sont
évacués.
2.3 A la recherche de notre ancêtre
L'unité du vivant contemporain et son mode de fonctionnement cellulaire suggèrent que la vie est apparue sous les traits d'une cellule simplifiée. Pendant des décennies, les chimistes se sont évertués à reconstituer en laboratoire les molécules indispensables au fonctionnement d'une cellule contemporaine: les molécules de compartimentation, les molécules de l'information (plan de montage) et les molécules catalytiques.
Les membranes assurent la cohésion de la cellule. Elles sont formées de molécules amphiphiles qui possèdent à la fois une tête polaire hydrophile et des chaînes carbonées hydrophobes. Les acides gras forment des vésicules à condition que la chaîne hydrocarbonée renferme au moins dix atomes de carbone. Toutefois, les membranes produites à l'aide de ces composés amphiphiles simples ne sont stables que dans une gamme étroite de conditions expérimentales, de sorte que des composés chimiques plus complexes ont vraisemblablement été nécessaires pour conférer une bonne stabilité aux membranes primitives.
Les acides nucléiques actuels portent l'information génétique qui permet la formation d'une cellule-fille identique à la cellule-mère. Ce sont des chaînes très longues constituées par la répétition de nucléotides. Chaque nucléotide se compose d'un sucre (ribose doté d'un groupe OH pour l'ARN, désoxyribose pour l'ADN), d'une base (purineA, G ou pyrimidine T, U, C) et d'un groupe phosphate.
L'établissement de liaisons hydrogène permet
l'appariement
préférentiel des bases. Grâce à
l'appariement
des bases, I'ADN adopte une conformation stable en double hélice
constituée par l'association tête-bêche de deux
brins
polynucléotidiques complémentaires. L'appariement des
bases
fournit également à l'ADN le moyen de transférer
l'information
qu'il porte imprimée dans sa séquence par un
mécanisme
d'auto réplication:
les deux brins complémentaires se séparent et chacun
d'eux sert de matrice pour la synthèse d'une nouvelle
chaîne.
La copie se fait avec une excellente précision puisque le taux
d'erreur
de traduction est de l'ordre d'un acide aminé sur dix mille.
Nous sommes constitues d’eucaryotes c’est à dire de cellule à noyau.
Les corps de Golgi (qui emmagasinent les produits du métabolisme), les mitochondries (qui fournissent l’énergie
à partir de l’adénosynetriphosphate ou ATP) et les chloroplastes (producteurs de chlorophylle pour les algues et les plantes) sont d’anciennes bactéries qui ont fusionné avec l’eucaryote primitif.
Le patrimoine génétique à base d’ADN est lui-même protégé par un noyau.
Au contraire, les procaryotes (archéobactéries et bactéries) ne sont que de petites cellules ou l’ADN flotte librement
La découverte des archéobactéries thermophiles a pu les faire apparaître un moment comme nos ancêtres. Or cela ne cadre pas avec l’hypothèse plus probable d’organismes primordiaux base sur l’ARN et non sur l’ADN.
Apparemment les bactéries et les archéobactéries forment deux familles distinctes et non pas originelles de notre propre famille les Eucaryotes. Notre ancêtre, le LUCA (Last Commun Ancester), serait commun aux trois familles.
Les eucaryotes ne peuvent survivre au-delà de 60°C, les bactéries de 95°C mais certaines archéobactéries peuvent résister à 110°C.
Or les bactéries dont les mécanismes cellulaires semblent particulièrement efficaces, ne semblent pas avoir pu donner naissance à des mécanismes beaucoup plus complexes présents chez les eucaryotes, tels l’épissage (mécanisme utilisé pour la transcription des gènes, assemblage des régions codantes ou exons et élimination des régions non codantes ou introns).
Les mécanismes moléculaires eucaryotes font penser au résultat d’un bricolage artisanal qui aurait précédé les procédés efficaces mais raffinés des procaryotes (bactéries et archéobactéries).
Or les briques de l’ADN (les désoxyribonucléotides) sont produites à partir des précurseurs de l’ARN ( les ribonucléotides).
L’ARN a dû inventer les protéines car la formation qui associe les acides amines entre eux dans les protéines est encore réalisée dans les cellules actuelles par une enzyme constitue d’ARN, un ribozyme (catalyseur ressemblant aux enzymes à base d’ADN). En fait l’ARN, comme l’ADN, peut transmettre de l’information et catalyser les réactions chimiques comme les protéines.
Or les organismes à base d’ADN sont aisément thermophiles si les éventuelles cassures sont évitées par un milieu à forte concentration de sel ce qui n’est pas le cas des organismes à base d’ARN, cette concentration de sel y accélérant les cassures. Les premiers organismes à base d’ARN seraient donc plutôt thermophobes et donc différents des archéobactéries.
.
En fait la vie n’a pas dû au départ se développer dans des bouilloires à haute température en présence de la bonne concentration de magnésium pour éviter la destruction de l’ARN.
La vie a du attendre l’invention de l’ADN pour se développer dans des milieux à haute température.
Le LUCA devait s’être développé dans un environnement modéré de 20 à 50°C.
Il devait être plus proche des eucaryotes que des procaryotes et possédait comme eux des mécanismes séparés pour la transcription et la traduction. L’adaptation aux températures élevées a entraîné le couplage entre les 2 mécanismes, une réduction de la taille du génome et une augmentation de la rapidité des réactions cellulaires: la thermoréduction.
En outre une enzyme connue, la reverse gyrase, nécessaire pour renforcer les liens entre les 2 brins de l’ADN dans toutes les bactéries et archéobactéries thermophiles aujourd’hui connu, n’a été constituée que tardivement dans l’évolution car elle est le produit de la fusion de deux enzymes plus primitives.
Et il n’existe aucun eucaryote thermophile connu!
Les thermophiles ne sont donc pas des organismes archaïques mais modernes.
Il apparaîtrait également que la thermophilie des bactéries est une adaptation récente qui se serait produite plusieurs fois et indépendamment dans cette famille.
En outre, il existe des archéobactéries psychrophiles c’est à dire aimant le froid!
Il faut abandonner la vision primitive et darwinienne de l’évolution comme un processus visant à l’adaptation dans la complexification. La vie est opportuniste; elle utilise des ressources utilisables mais non prévues à cet effet et elle peut adopter la simplification plutôt que la complexification pour sa survie.
La présence fortuite chez les archéobactéries vivant dans le froid de lipides permettant la résistance à haute température pourrait être vue comme une illustration de cet opportunisme. A l’heure actuelle il n’est pas possible de trancher entre une origine chaude ou froide des archéobactéries.
On peut imaginer que les procaryotes soient issus des eucaryotes par thermoréduction produisant d’abord la création des archéobactéries thermophiles, que les bactéries soient une dérivée d’une lignée particulière des archéobactéries, celles vivant dans le froid et que l’adaptation à la thermophilie des bactéries se soient faites dans un second temps.
D’autres scenarii de création des eucaryotes reposent sur la fusion d’une bactérie et d’une archeobactérie.
Et, même si la vie est apparue à haute température, elle a dû se développer à basse température seule compatible du développement du monde base sur l’ARN.
Les bactéries posséderaient une masse totale proche de la masse de l’ensemble des plantes terrestres qui ne sont responsable que de la photosynthèse, les procaryotes étant responsables de tous les autres processus chimiques tels la constitution de l’azote moléculaire de tous les organismes vivants.
Ces organismes en général asexués acquièrent leurs diversités par des processus de mutations extrêmement rapides. On peut s’attendre à ce qu’un gène partage par toutes les bactéries acquiert 4 mutations simultanées toutes les 10 minutes. Plus de 90% des bactéries viendraient des sous-sols marins et terrestres participant à la transformation géochimique de la Terre.
En fait le monde vivant est séparé en virus et organismes cellulaires (eucaryotes et procaryotes).
Les virus actuels ont besoin d’infecter des cellules spécifiques pour prospérer.
Or le génome des virus est une mosaïque de génomes de virus antérieurs formes par recombinaison ce qui complique la reconstitution phylogénétique.
Les organismes cellulaires ont tous les caractéristiques semblables: génomes sous forme ADN-ARN, ADN (enzyme synthétisant un nouvel ADN à partir d’un brin d’ADN matrice), machinerie de transcription (synthèse d’un ARN messager à partir d’une matrice d’ADN) et de traduction (synthèse des protéines à partir du message de l’ARN), systèmes énergétiques. Toutes ces caractéristiques n’ont pu apparaître simultanément chez le premier organisme vivant.
Lors de la phase pré biotique ont dû être mis en place les mécanismes de réplication des acides nucléiques et du code génétique permettant le passage de l’acide nucléique aux protéines.
Or des virus non adaptes aux températures élevées ( avec une tête et une queue pour le déplacement) semblent plus ancien dans la généalogie que les virus à tige raide et filamenteuse pouvant résister à de hautes températures.
En outre, on observe des similarités entre les ARN polymérases des mitochondries qui sont d’origine bactérienne et les ARN polymérases produit par des virus consommateur de bactéries. Il semble probable que l’organisme cellulaire ait acquis une ARN polymérase d’origine virale; les virus auraient été une étape nécessaire et antérieure à l’épanouissement des organismes cellulaires.
Mais ce champ de recherche virale en est à son début
du
fait de la diversité virale étonnamment plus grande que
la
diversité cellulaire.
2.3.3 Tableau
des
caractéristiques
| Type | Origine | Milieu de vie | Caractéristiques | Impact |
| Virus | organique
potentiel de vivant |
thermophile (chaud+80) et mésophile (20 à 80) | Dépend eucaryotes pour expression et prolifération | |
| Organismes cellulaires: procaryotes (bactéries) | archéobactéries | thermophile | généralement asexués | responsable des processus chimiques |
| Organismes cellulaires: procaryotes (archéobactéries) | eucaryotes | thermophile et psychrophile (froid -5 à 20) | asexués | responsable des processus chimiques |
| Organismes cellulaires: eucaryotes | symbiose de bactéries (corps de Golgi et pour les plantes seulement de chloroplaste ), de virus (mitochondries) et de procaryotes à noyau d’ADN | médium | généralement sexués | responsable de la photosynthèse et des processus biologiques |
Sources La recherche n317 février 99 Les
frontières
du vivant
2.4 Evolution du message génétique
La duplication des 2 rubans entrecroisés d’ADN engendre des erreurs de copie. Celui-ci remarquablement constant est de 1 par milliard de paires, c’est-à-dire 10 erreurs à chaque duplication de cellules humaines. Cette précision est due à des mécanismes autoréparateurs qui repère et rectifient les erreurs de copie.
Une conséquence des erreurs est que le ruban d’ADN s’allonge continûment et relativement linéairement, à raison d’un facteur 10 à 20 par milliard d’années.
Des parties des plus en plus longues du message sont donc incohérentes et inutilisées (les introns).
Ces mutations sont en général sans impact mais peuvent révéler une caractéristique utile pour la survie et la reproduction de l’individu.
La comparaison de séquences d’ADN permet de reconstituer les arbres phylogénétiques en déterminant le taux d’écart entre les organismes pris deux à deux.
Ainsi du ribosome utilisé par l’ADN pour constituer des protéines au moyen d’acides amines.
La recopie de la séquence codante de l’ADN dans un ARN messager qui sort du noyau et rencontre les ribosomes. Celui-ci, formé d’ARN et de protéines, glisse le long de l’ARN messager et le recopie à l’aide d’ARN de transfert. Ceux ci sont des bouts d’ARN qui porte à une extrémité 3 bases non appariées et de l’autre côté un acide aminé. Si les 3 bases qui se collent à l’ARN messager s’apparient aux 3 bases sur l’ARN messager, l’acide aminé associé s’ajoutent à la chaîne formant la protéine. Des ARN de transfert vont suivre en se succédant le chemin de l’ARN messager jusqu’à l’achèvement de la protéine.
L’arbre qui en résulte est potentiellement constitué de 2 millions de branches et indique sans ambiguïté que une ramification et donc un nombre de branches qui se réduit en remontant la complexité.
Cette ramification situe donc sa source dans une origine commune, même si le type d’organisme n’a pu être clairement identifié.
Un système vivant est une structure dissipatrice ouverte sur l’extérieur qui augmente son organisation interne en rejetant vers l’extérieur des molécules d’organisation moindre.
La croissance vers des organisations de plus en plus complexes est liée à des phénomènes non linéaires qui apparaissent lors des rétroactions (auto catalyses, inhibitions, activations).
En outre les organismes vivants se sont constitues progressivement.
Ainsi on évoque les hyper cycles constitue d’une association de rétroactions chimiques qui agissent l’une sur l’autre. Si l’une des réactions est moins adaptée, elle tend à faire disparaître l’hyper cycle, sinon elle le renforce.
Il s’agit d’un mécanisme darwinien de sélection au
niveau
chimique.
Depuis les premières expériences en 1953 de Stanley Miller produisant la moitié des acides amines nécessaires à la vie dans une atmosphère réductrice, les progrès expérimentaux sont faibles. La prolifération de molécules semblables dans la soupe produite semble en effet bloquer le développement de substances plus évoluées.
En outre, les géophysiciens penchent plutôt pour une atmosphère oxydante à base de gaz carbonique et non pas de méthane. Certains ont vu dans l’espace, les germes de la vie. Si la production de nombreux acides amines dans les nuages moléculaires semblent indiquer la prolifération des ingrédients nécessaire à la vie, le support de son développement n’est toujours pas connu.
Certains ont imagine les comètes, pour d’autres les sources thermales profondes. Dans les deux cas, il semble peu probable que la vie se soit développée dans des conditions si extrêmes, bien qu’un scénario crédible repose sur l’assimilation de carbone du gaz carbonique par réactions avec l’hydrogène sulfureux par une molécule " primordiale " à la surface de pyrites d’origine volcanique. Mais la température de 300°C du fluide semblent compromettre le développement d’une chimie pré biotique.
Une voie intéressante semblent de toute façon être l’utilisation de certains minéraux comme matrice. Les cristaux d’argile ont été considérés comme de bons candidats par Desmond Bernal dès les années 50.
L’argile dont les cristaux peuvent croître est aussi un bon candidat, la matière organique constituée en brin d’acides nucléique gagnant finalement son autonomie par rapport à sa matrice.
Ces brins auraient constitués des " ARN " primitifs, simplifiés. L’ARN est capable de synthèse chimique et les voies de recherche se tourne vers la sélection d’ARN in vitro, afin de sélectionner des formes qui auraient pu exister dans le passé.
L’étude des cellules actuelles et leur mode de fonctionnement apparemment inutilement complexe pourraient également être la trace des chemins de traverses qu’a empruntés la vie. En quelque sorte, des résidus fossiles.
Reste l’intérêt des recherches de la chimie pré
biotique sur Mars, Titan ou Europe qui peut guider fortement les axes
d’études
en évolution pré biotique...
Pendant plus de 2 milliards d’années, la Terre ne connaîtra que les bactéries.
Il y a 3,4 milliards d’années (voire 3,8 milliards), des organismes monocellulaires sont apparus qui telle la bactérie de l’acide lactique fermentait des molécules organiques fournies par les météorites ou les comètes.
Puis vinrent les algues bleues monocellulaires qui, par l’intermédiaire de la photosynthèse, ont extrait le carbone du gaz carbonique et en rejetèrent l’oxygène. La teneur en oxygène de l’atmosphère atteignit 1 %.
3 groupes se forment les urcaryotes (notre lignée), les bactéries (qui gouvernent notamment une grande part des processus géochimiques de la planète) et les archéobactéries qui ne résistent pas à l’oxygène et se sont aujourd’hui réfugiés dans des niches (les sources sulfureuses pour les thermo-acidophiles, les tubes digestifs ou les marais pour les méthanogènes qui utilisaient l’hydrogène aujourd’hui disparu de l’atmosphère).
Grâce à l’augmentation de la teneur en oxygène et à la formation consécutive de la couche d’ozone protectrice des ultraviolets, les bactéries ne restent plus confiner en eau profonde.
La sexualité, croisement de patrimoine différencié pour multiplier les expériences apparut voici 1 milliard d’années.
Voici 600 millions d’années les océans virent l’explosion de formes de vies multicellulaires très diversifiées dont une infime fraction survécue. A l'origine de cette explosion peut-être la fin d'une ère de glaciation massive. Du fait que le Soleil jeune avait une température de surface moins élevée qu'aujourd'hui, la température à la surface de la Terre était peut-être basse avec la réduction massive du gaz carbonique par fixation en carbonates, assez basse pour expliquer l'apparente érosion massive comme sous l'effet de glaciers de certaines zones de roches anciennes On reconstitue ainsi 3 phases de glaciation majeures datant de -2,4 milliards d'années, de -900 à -800 millions d'années et enfin de -700 à -650 millions d'années. L'accès à la lumière solaire de portion d'océans pris par la banquise explique peut-être cette "explosion du Cambrien".
A cette époque les continents étaient encore totalement stériles.
Voici 350 millions d’années les premières plantes apparurent, ainsi que les insectes qui colonisèrent les continents.
L’apparition des plantes à fleurs et les phénomènes de symbioses avec les insectes étendit rapidement la couverture végétale. L’organisation des insectes devint encore plus efficace dans une dernière période avec l’apparition des insectes sociaux, il y a un peu plus de 100 millions d’années.
Les plantes en consommant le CO2 ont fait diminuer très fortement l’effet de serre, en augmentant parallèlement l’oxygène jusqu’à sa teneur actuelle. La diminution de CO2 a réduit la masse végétale.
Mais l’oxygène demeuraient un poison.
Une nouvelle branche est donc apparue peu après les insectes pour profiter cette ressource inexploitée en le respirant: nous -mêmes, les animaux.
Tout d’abord vinrent les amphibies, stade intermédiaire entre les animaux terrestres et aquatiques, puis rapidement des animaux purement terrestres reptiles puis mammifères. Les premiers de cet ordre animal apparurent voici 250 millions d’années.
La réaction fortement exothermique basée sur la
respiration
de l’oxygène permirent aux animaux un déplacement continu
sur la Terre pour profiter de la couverture végétale, un
déplacement également véloce ce qui permit
d’intégrer
les insectes dans la nourriture ainsi que les animaux dans la poursuite
du combat aquatique.
Les plantes détournent 25% du CO2 à leur propre usage depuis 350 millions d’années. Lorsqu’elles meurent une partie du carbone produit de la décomposition de la matière organique s’oxyde et retourne au CO2. L’autre partie passe dans le sol.
Les hydrocarbures sont le résultat de cet enfouissement du carbone dans le sol, essentiellement par les plantes luxuriantes du Carbonifère.
Aujourd’hui l’Homme expulse les hydrocarbures dans l’atmosphère ainsi que des composants soufrés.
Ces deux éléments tendent à augmenter rapidement l’effet de serre.
Des produits dérivés tels les fluorocarbures ont également un effet destructeur sur la couche d’ozone.
Le taux de gaz carbonique a ainsi augmenté de 25% depuis le début du siècle.
Du fait de l’importance de l’océan et des dizaines de facteurs entrant en jeu, il est difficile d’estimer l’évolution de la température. Seule une variation d’un degré a jusqu’alors été constatée.
Mais la poursuite de ce mouvement peut conduire à deux situations.
Si la rétroaction naturelle permet la limitation de l’effet de serre et, malgré la diversité des rejets notamment soufrés, la température resterait dans la gamme déjà atteinte avant le Carbonifère (élévation de 10 à 15 degrés)
Si la rétroaction ne compense pas l’effet de serre une rétroaction positive peut apparaître et la divergence engendrée peut à terme provoquer une augmentation incontrôlable de la température et la disparition des océans.
Ce qui est essentiel est que les modèles ne permettent pas en l’état de conclure formellement sur l’impossibilité de cette divergence thermique.
Résumons l’histoire terrestre
-4,55 milliards d’années Formation de la Terre
-4,45 début du bombardement terrestre par astéroïdes et comètes. Formation de la Lune par collision de la Terre avec une mini planète.
-4,3 fin du bombardement météoritique intensif
-4 apparition de socles continentaux par accumulation des carbonates
-3,8 apparition de la vie à partir des acides aminés du cœur des chondrites carbonées (météorites)
-3,6 fin du bombardement cométaire intensif
-2,7 apparition des premières algues bleues et des eucaryotes
- 2 profusion des algues bleues (montée de l’oxygène atmosphérique à 1%)
-1 apparition de la sexualité
-0,6 explosion des branches multicellulaires
-0,4 apparition des premières plantes terrestres
-0,3 condensation du gaz carbonique par les plantes (l’oxygène monte à 21% et le gaz carbonique disparaît)
-0,2 apparition des grands ordres animaliers: reptiles, mammifères et oiseaux
-0,1 stabilisation des insectes sociaux
-0,04 apparition des primates
Que fera l’Homme ?
3.1
L’équilibre Soleil-Océan-Atmosphère
L’atmosphère terrestre est une fine pellicule de gaz dont l’épaisseur est le centième du rayon terrestre. Ce fluide transporte la chaleur engendre par le moteur thermique; la majeure partie de l’énergie est dissipée par les vents, plus que par les marées, les courants océaniques, la dérive des continents et la convection du manteau terrestre réunis.
La composition de l’air sec est remarquablement constante sur l’étendue du Globe (78% N2 produit par dégazage des roches et qui s’accumule car géochimique inerte, 21% O2 produit par la vie et qui se recycle constamment entre l’atmosphère, les océans, la biosphère et les roches sédimentaires, 1% Ar produit par décomposition radioactive dans le manteau et la croûte terrestre et dégazée par les volcans).
A l’opposé, la quantité de vapeur d’eau varie de quelques millièmes à 4% du volume.
L’eau est surtout sous forme liquide, l’océan condensant l’équivalent de 300 atmosphères exclusivement d’eau
La quantité en gaz carbonique comme la quantité de vapeur d’eau est fixée par les vitesses de réaction d’équilibre liant le réservoir atmosphérique aux réservoirs de surface.
Si le CO2 forme 340 parties par million de l’air sec, le réservoir atmosphérique est moins important que le réservoir océanique et que le réservoir de carbone des roches calcaires, qui contiennent à elles seules l’équivalent de 20 atmosphères exclusivement de dioxyde de carbone.
Le seul autre gaz essentiel est l’ozone (O3) dont la densité atteint son maximum vers 30 km d’altitude: 12 parties par million
La photodissociation de l’oxygène moléculaire par les ultraviolets permet de libérer des atomes d’oxygène qui se combinant à l’O2 forment l’ozone qui à l’inverse filtre les radiations ultraviolettes.
Des réactions détruisent parallèlement l’ozone notamment des réactions à base de chlore.
Le flux solaire est de 1367 Watts effectifs par mètre carre à la limite de l’atmosphère.
L’atmosphère et la surface en réfléchissent 30% (l’albédo) notamment par les nuages, les poussières, les molécules atmosphériques et la neige. Le déboisement augmente le réfléchissement.
La température équivalent des 240 Watts réfléchit par la Terre est celui d’un rayonnement thermique de corps noir de -18°C; l’atmosphère en réabsorbant le rayonnement thermique infrarouge et en le ré émettant vers la terre et les océans permet de faire passer la température moyenne du globe à 14 ou 15°C.
Les déséquilibres locaux d’énergie absorbée ou ré émise en surface créent des gradients thermiques horizontaux ou verticaux dans l’atmosphère.
La Terre absorbe plus d’énergie aux basses latitudes qu’aux hautes latitudes.
Plus de la moitié de l’énergie est absorbée par la Terre, le reste par l’atmosphère. La conjonction de ces deux faits conduit à une température qui décroît de l’équateur aux pôles et des basses altitudes vers le haut de l’atmosphère.
Il existe ainsi une couche froide stratosphérique qui empêchent une forte évaporation des océans. Sur Venus l’absence d’une telle couche aurait contribué à la divergence des températures.
Les grandes cellules de convections relient l’air chaud et humide de l’équateur à l’air chaud et sec des latitudes tropicales. L’air qui s’élève se refroidit entraînant d’intenses précipitations entre les latitudes +/-10 (zone de convergence intertropicale).
L’air rendu sec se dirige vers les pôles et passe sur les régions subtropicales particulièrement sèches; les grands déserts se situent entre 10 et 35 de latitude.
Au-delà les courants Est - Ouest entraînés par l’effet Coriolis déterminent l’écoulement d’air; les masses d’air emprisonnées entre les crêtes et les creux des longues ondes atmosphériques caractérisent les mouvements des zones de hautes et de basses pressions et donc le temps sur les latitudes moyennes.
La disposition particulière des chaînes montagneuses de part et d’autre de l’Atlantique Nord font que l’air s’humidifie lorsqu’il traverse l’Atlantique; les eaux océaniques de surface se concentrent en sel et se densifient; elles plongent et amorcent une circulation globale qui redistribue le sel.
La circulation atlantique engendre le Gulf Stream et amène des eaux de 8 degrés au-dessus du courant descendant vers le sud; le doux climat européen en découle.
On explique les glaciations récentes par un soudain apport d’iceberg venant du Canada qui, diluant la quantité de sel, interrompent la circulation du Gulf Stream.
Tout arrêt affecterait à Dublin le climat du Spitzberg et ceci en moins de dix ans.
Il faudrait des centaines de milliers d’années pour que la diffusion du sel du fond vers la surface diminue suffisamment la densité abyssale pour réamorcer une circulation océanique.
La modification climatique est globale car
l’arrêt
des courants de circulation dans l’Atlantique modifierait les vents de
l’atmosphère tropicale. Une modification des cellules de
convections
tropicales réduit à terme la quantité d’eau froide
remontant à la surface du Pacifique; un phénomène
de type El Nino s’enclenche pour au moins un millier d’années
avec
des précipitations considérables sur les zones tropicales
américaines et une sécheresse sur l’Océanie et
l’Asie
de l’Est.
L’équilibre des climats: le couple extraordinaire Terre Lune
L’équateur terrestre est incliné de 23 degrés par rapport au plan de son orbite.
Or l’effet conjugué de la Lune et du Soleil sur le renflement équatorial terrestre induit un mouvement de précession sur l’axe de rotation de terrestre qui lui fait décrire une rotation d’une période de 26000 ans autour d’un axe fictif.
Ce mouvement du type subit par une toupie en rotation lorsqu’elle subit une poussée latérale conduit à la précision des équinoxes, découvert par Hipparque voici 23 siècles.
L’influence à long terme des autres planètes fait aussi subir à l’axe terrestre des variations de l’ordre de 1,3 degrés responsable des périodes de glaciations et de réchauffement.
Mais l’absence de la Lune qui compte pour 2/3 dans l’effet de précession des équinoxes induirait une précession d’une période de 75000 ans et non plus de 26000 ans, entrant en phase et donc en résonance cumulative avec les perturbations des autres planètes.
Le résultat en serait des variations typiques de l’orientation de l’axe terrestre de 50 degrés en 2 millions d’années ce qui est incompatible du rythme d’adaptation possible de formes de vie supérieure.
En fait pour des durées de rotation terrestre de 12 à 48 heures l’inclinaison de l’axe, sans la Lune, pourrait varier d'une manière chaotique de 0 à 85 degrés.
La Lune dont l’origine serait l’accrétion de débris résultat de la collision entre la Terre et une planète de la taille de Mars au tout début de son histoire serait donc une présence nécessaire pour l’épanouissement de la vie évoluée, un phénomène probablement rare...
Il ne suffit donc plus de trouver une planète à bonne distance de son Soleil pour que la vie évoluée y soit possible.
Là où la connaissance du chaos rejoint
celui
de la vie dans l’univers.
3.3 Les nouveaux départs de la vie: Soleil - Astéroïdes - Jupiter
Le terme chaos signifie être l’objet de variations soudaines dues à une cause si minime qu’elle apparaît imprévisible.
Dans le cas de la ceinture d’astéroïdes, il a été déterminé par Jacques Wisdom que les perturbations de Jupiter sur les astéroïdes de période tierce par rapport à la période orbitale de Jupiter modifient progressivement leurs trajectoires au point que l’excentricité de leur pseudo ellipse s’accroît et qu’elles finissent par percuter la Terre ou Mars, d’où leur progressive raréfaction.
Au contraire de la résonance 3/1, les résonances 3/2 ne correspondent pas à une zone chaotique car les astéroïdes ont tendance à y être regroupés: il s’agit d’un puits de stabilité.
Dans le cas de la résonance 2/1, il s’agit d’une zone où la densité se réduit progressivement mais l’hypothèse du chaos est insuffisante pour expliquer ce déficit car ces astéroïdes loin de la Terre et de Mars ont une très faible probabilité de les percuter et de disparaître. En outre des astéroïdes sur des orbites chaotiques peuvent être confinés dans des régions précises. On parle de chaos stable grâce notamment à une périodicité qui les empêche de frôler Jupiter (remember Schoemaker-Levy comet...). Si les rapports de périodicité ne sont pas entiers, l’influence du corps massif n’est pas périodique et ne permet pas aux trajectoires de diverger.
Concernant les quelques centaines d'astéroïdes actuellement recensés dont les trajectoires coupent l’orbite terrestre, aucun ne devrait heurter la Terre durant les deux prochains siècles.
Mais les collisions passées avec des
astéroïdes
ont eu des effets dévastateurs provoquant l’équivalent
d’hivers
nucléaires et détruisant toute la chaîne
écologique.
Ceci a probablement engendré des phénomènes
d’extinctions
massives et des ré initialisations du processus de
l’évolution.
Création des galaxies et matière invisible
La formation en moins d’un milliard d’années après le Big-Bang des premières galaxies nécessite de faire intervenir des germes de concentrations avant même la formation des premiers atomes et l’émission du Fonds Diffus Cosmologique. L’origine de ces fluctuations nécessaires n’est pas connue.
Une simple amplification de variation primordiale reliée aux incertitudes quantiques apparaît insuffisante.
D’autre part, la densité de l’univers déduite des mesures des éléments primordiaux (Deutérium, Hélium, Lithium) et l’hypothèse de relativité qui suppose une densité homogène dans l’univers aboutit à une densité moyenne en accord avec la densité déduite de la stabilité des amas.
Mais cette stabilité des amas est incompatible avec les vitesses moyennes mesurées des galaxies formant les amas Elle peut être assurée que si la densité de matière attractive est environ dix fois celle de la matière détectée par rayonnement. Cette densité déduite de l’hypothèse de stabilité des masses (théorème du Viriel) est donc proche de celle déduite des modèles de nucléosynthèse pour les proportions observées.
Mais de quoi est constituée cette matière invisible ?
Peut -être d’une matière classique mais dont les valeurs de masses doivent être révisées: neutrino massif ?
Peut-être d’une matière exotique déduite des modèles d’unification des forces de la Nature mais nos laboratoires ne nous permettent pas pour le moment de détecter ces classes nouvelles de particules.
La rencontre des infinis
Le découplage lumière - matière: Fiat Lux et premiers atomes
Les fluctuations fractales (ou une forme particulière de matière insensible au lissage par expansion) : les germes de concentration à l'origine des amas galactiques <700 000 ans
La durée de vie du neutron libre: un quart d'heure pour créer la matière primordiale
Dissymétrie de la désintégration faible: la matière comme le milliardième du monde
L'interaction photon - photon producteur de matière antimatière 10 -34 s
La grande transition: la naissance des interactions 10-35 s
Le vide plutôt que rien: Heisenberg 10-43 s
Quelques idées sur la création
5 Le Grand Comment: la question de l’anthropocentrisme
La science dans les dernières années du siècle a été marquée par la découverte de liens profonds entre toutes les échelles du cosmos. L’origine de cet univers infiniment grand ne peut être comprise sans un modèle décrivant la genèse des particules élémentaires et leurs interactions. L’origine du vivant ne peut lui aussi être déterminée sans la compréhension des phénomènes chimiques décrivant la genèse du métabolisme et du support de l’information génétique. L’apparition de l’homme, et c’est la grande nouveauté, ne peut être séparée de la chaîne à toutes les échelles et à toutes les époques des interactions nucléaires, gravitationnelles et électromagnétiques et surtout aux valeurs remarquables des paramètres associés à ces forces. Nous ne savons pas aujourd’hui si ces paramètres sont libres ou contraints. Nous ne savons pas si l’univers est unique ou multiple. Et s’il est unique, aurait-il pu être autre.
Le fait majeur est que l’improbabilité apparente du phénomène du vivant impose une vision de ce que l’univers tout entier constitue. C’est l’approche anthropomorphique de l’origine voire de la signification de l’univers.
Il existe deux versions de cette approche.
La première est dite faible. Elle détermine quelles sont les contraintes imposées à l’univers pour le rendre compatible avec la présence d’observateurs. Elle vise à estimer des intervalles acceptables pour les paramètres des lois fondamentales.
Au vu de l’improbabilité d’un hasard chanceux ayant conduit aléatoirement à l’Homme dans un univers unique, cette approche conduit à deux conclusions possibles.
L’univers pourrait être multiple, et nous serions dans un de ceux bénéficiant d’observateurs.
Nous pourrions aussi nous trouver dans une zone de l’univers propice à la vie où l’univers pourrait avoir évolué pour qu’à notre époque la vie soit possible.
La seconde approche anthropomorphique de l’existence de l’univers est dite forte.
Elle justifie à rebours l’univers comme prenant sa source dans la nécessité de l’Homme; l’Univers prend sa source dans la conscience de lui-même. Cette approche affirme le lien profond entre l’origine de l’Univers et celle de l’Homme.
Cette seconde approche se penche sur l’aspect extraordinaire du phénomène de conscience qui nous permet de comprendre nos racines et d’exprimer toute notre liberté dans le cadre rigide des lois fondamentales. Elle mène à une recherche de la similarité entre l’univers et l’homme. Elle pose la conscience de l’univers par l’homme comme le fait essentiel par lequel l’univers prend source.
Elle aboutit à deux idées opposables:
la
notion de volonté initiale immanente à l’univers visant
à
créer l’homme (Dieu fait l’homme) ou l’idée l’inverse de
l’Univers comme une construction humaine (l’Esprit de l’Homme est Dieu).
La question fondamentale qui nous est posée est l’intelligibilité du Monde. L’application de modèles par le filtre de la quantification mathématique nous a permis une description du Monde. Cette application est-elle une construction de l’Homme par lequel nous donnons un sens et une cohérence?
Pourquoi les Mathématiques ?
Le Monde peut être décrit par les mathématiques qui reflètent ses ordonnancements et les relations que la Nature a établit dans chacune de ses parties.
L’Homme dispose de la capacité d’élaborer un modèle mathématique de ces propriétés.
Les mathématiques reposent sur nos capacités de dénombreurs et de géomètres.
La capacité de quantification a été donné à l’Homme car il est un animal non seulement grégaire mais social; il doit procéder à une répartition des biens entre les membres de son groupe. Il lui faut donc compter ses biens et ses troupes.
La capacité de géométrisation est nécessaire pour tout animal qui se déplace dans un environnement variable. A l’air libre, la vue est l’outil le plus adapté car l’information qu’il procure est immédiate et disponible tout du long du temps de veille. La vision binoculaire de l’outil lui a permis de développer ses capacités de chasseur. L’acquisition du sens de la vision a donc été la pierre angulaire de la géométrisation.
Fort de ces deux nécessités de survie et de développement social, l’Homme a acquis des outils mentaux qui lui permettent de modéliser son environnement et d’appréhender la Nature.
Il y a donc correspondance entre un besoin de survie et un besoin culturel; l’outil a pu être détourné.
Néanmoins, même si l’outil s’est révélé formidablement prédictif et productif, l’étonnement devant notre propre compréhension, doit toujours être tempéré par l’idée que nous ne comprenons que ce qui existe à notre échelle.
La physique quantique remet en cause la notion de séparation et de commutation; la quantification paradoxale ne marche plus si bien.
De même au niveau macroscopique, des notions d’infinitude se font jour et l’intégration dans le cadre mathématique trouve ses limites. La recherche des ordres de cardinalité (les transfinis) se développe autour de cet axe.
Même à notre échelle, l’imprécision de la mesure enlève progressivement à nos outils la capacité de prédiction. Cette impossibilité à prédire un résultat même si le processus est entièrement quantifiable en équation a été nommé chaos.
La notion même de mathématique,
construction
axiomatique du monde, trouve aussi ses limites car il existe des
ensembles
de propositions auto cohérentes distinctes les unes des autres
(plusieurs
modèles mathématiques) et, dans le cadre d’un ensemble
axiomatique,
il existe des propositions indécidables.
Pourquoi dit-on que la vie est improbable?
Un processus informatique est le passage entre 2 états. Les supports peuvent être de types très différents (mécanique, électronique, optique, biologique).
La vie est la modification progressive du programme par l’interaction avec l’environnement par pression sélective ou opportunité nouvelle afin d’utiliser cet environnement d’une façon optimale, dans le sens de la croissance physique et de la pérennité, dont une forme est la duplication.
La conscience est l’aptitude à utiliser sa mémoire afin de modifier sa réaction vis-à-vis de l’environnement.
Sous ces définitions un grand nombre de processus semblent conduire à la conscience. Ceci tend à indiquer que des lois naturelles différentes des nôtres peuvent également aboutir à l’état de conscience selon des temps plus ou moins long. La perception de la durée de l’univers par l’être conscient sera toujours à l’échelle de son rythme de conscience; une conscience à transition lente dans un monde évoluant très lentement aura la même perception de la durée de l’Evolution que nous-mêmes.
Le fait de nous focaliser sur l’impossibilité de la vie sans des conditions particulières nous fait oublier l’opportunisme des processus naturels qui conduit par les phénomènes aléatoires aboutit à des formes d’auto organisation étonnantes. La structuration d’une étoile massive est à peine moins étonnante que la vie elle-même.
Les théories physiques tendent à indiquer que la structure du Monde en lois naturelles, décrit par le couplage des éléments de matière par les processus d'interaction, est un processus naturel. Mais on peut imaginer des lois modifiées dans leurs intensités voire dans leurs formes.
Des constantes naturelles différentes
aboutiraient
à d’autres formes d’organisation. Le problème qui se pose
alors est la lutte entre les processus d’expansion cosmique (et de
dilution
des ressources) et de l’auto-organisation; en fait la marge des
paramètres
cosmiques est limitée pour aboutir à des formes
d’auto-organisation
consciente avant l’épuisement des ressources.
Une constatation: la séparation de l’univers en domaines indépendants et l’hypothèse d’un univers connecté sans rupture d’un domaine à l’autre nous a permis une description susceptible de conduire à évaluation, à confrontation avec la mesure.
Et si une non séparabilité ou une imprécision s’introduit dans les modèles la prédiction absolue est remplacée par une prédiction relative, décrite uniquement en terme de probabilité.
Nous sommes confrontés à un dilemme. Si les paramètres du Monde sont libres, alors notre venue est surprenante, improbable et nous nous posons alors la question si l’univers observé n’est qu’une petite partie d’un grand tout (univers multiples ou univers dans les lois évolueraient dans le temps).
Si les paramètres du Monde sont contraints, alors nous nous demandons pourquoi le sont-ils de cette manière précise? N’y a t-il pas volonté initiale ou la question n’est-elle pas faussée par notre anthropomorphisme?
Il n’existe plus à vrai dire d’école qui séparerait fondamentalement le processus de vie du processus conduisant à la conscience. Tout au plus l’apparition de la conscience ajoute une improbabilité supplémentaire mais la notion d’exister semble juste un effet de la confrontation entre la perception du présent et la mémoire du passé immédiat. Cette mémoire est une référence nécessaire à cette capacité de prévision qui s’est développée dans la lutte pour la survie. La création de la mémoire immédiate et de la mémoire à long terme notamment chez les mammifères supérieurs introduit donc naturellement la notion de temps qui s’écoule et donc la notion de conscience. Le temps, au contraire des mesures de variables physiques (position, énergie, impulsion …) est une sorte de méta variable, non mesurable directement et, puisqu'il s'agit d'une notion relative, elle ne s'exprime que par la comparaison de série de mesure prises par des observateurs distincts.
Les espèces animales ont donc accédé progressivement à la conscience par l’intégration d’un modèle de l’environnement qui leur a permis de photographier, d’intérioriser le Monde, entité externe par définition.
La vraie question n’est donc pas l’étonnement devant l’apparition de la conscience mais bien de savoir si la vie en soi est remarquable par rapport aux autres processus évolutifs de l’univers.
La vie est la réunion du métabolisme (qui permet de maintenir une structure dissipatrice, ouverte sur l’extérieure) et d’une double capacité de capitalisation transmissible de l’acquis adjointe d’une diversité pour assurer la flexibilité et la résistance face au changement d’environnement.
Elle assure des îlots temporaires d’ordre face à une marée de désordre croissant (l’entropie)
L’existence d’un tel processus est-il remarquable?
N’y a t-il pas dans ce même univers d’autres phénomènes tout aussi remarquables de complexité même s’ils n’ont pas un statut d'observateurs et donc de phénomènes conscients, dans un acte de séparation d’avec le Monde.
Et s’il était possible de changer les paramètres, n’y aurait-il pas plus remarquable encore que la vie dans notre univers, cette vie étant caractérisée par une conscience limitée dans le temps et dans l’espace.
On pourrait par exemple imaginer, un univers qui intrinsèquement par sa structure et ses lois formerait une conscience globale et insécable tout en gardant une capacité d’évolution. Une sorte d’hypothèse Gaïa à l’échelle d’un univers.
Dans l’horizon de la connaissance, on introduit les
valeurs
des constantes de la nature mais on oublie la
non-linéarité
c’est à dire la sensibilité aux conditions initiales.
N’existe
t-il pas des processus qui, sans l’indétermination quantique,
nécessitent
un temps plus élevé pour la mesure que le temps
nécessaire
au processus pour évoluer d’une grandeur supérieure
à
la précision ?
5.2 Pourquoi le Monde est tel qu’il est ?
Parce que nous pouvons l’observer
Il n’a que 3 dimensions d’espace
- réduction d’un espace à plus grande dimension
Dans les théories de grande unification les interactions fondamentales nucléaire et électromagnétique ne sont que le produit dans notre espace-temps de l’existence de dimensions différentes.
Seules les 3 dimensions de l’espace et le temps seraient en expansion, les autres dimensions se seraient repliées au tout début de l’univers.
- seule un espace à 3 dimensions permettrait:
- la stabilité de l’atome (fréquences harmoniques de la fonction d’onde)
- la stabilité des orbites (gravitation)
- une complexité suffisante (un espace plan ne générerait aucune complexité)
Une seule dimension du temps: sinon pas de conservation ; toute la matière se transformerait spontanément en rayonnement et inversement.
Conjonction des grandeurs:
le rapport des constantes de couplage caractéristiques des interactions gravitationnelle et électromagnétique
= rapport entre la dimension de l’univers observable et la taille du proton
Or si on pose comme unité de temps, le temps mis par la lumière pour traverser un proton, alors le temps nécessaire pour l’apparition d’observateurs (genèse stellaire et maintien d’un soleil de taille moyenne sur la séquence principale) est sensiblement égal au rapport des constantes.
La taille de l’univers observable; elle est liée directement au moment où des observateurs sont en mesure d’étudier l’univers. Sa valeur n’apporte aucune information car il s’agit d’une tautologie.
Courbure spatiale: univers quasiment plat
L’univers est presque plat. Mais l’écart de courbure diverge rapidement avec le temps; l’univers initial était plat (à 10-60 près): ceci s’explique par le nivellement causé par le processus d’inflation au tout début de l’univers.
Univers isotrope: les univers homogènes à courbure faible deviennent isotropes: l’isotropie n’est donc pas remarquable en soi.
Une constante cosmologique quasiment nulle
Si elle était positive et importante l’univers serait dilué
Si elle était négative et importante, l’univers s’effondrerait rapidement
Un rapport entre le flux de photons du fond diffus cosmologique et le nombre de particules matérielles de 109.
Si le rapport avait été beaucoup plus élevé, le fonds cosmologique aurait été trop chaud et les étoiles auraient disparu avant que la vie ne puisse se former (absence d’eau liquide à la surface des planètes).
Si le rapport avait été supérieur à 1010, les galaxies se seraient formées difficilement
D’autre part, les germes des galaxies devaient être suffisamment importants pour ne pas être nivelé par l’expansion avant le découplage lumière matière avant la formation du fond diffus cosmologique.
D’où un rapport supérieur à 106.
L’entropie de l’univers est faible; très peu de trous noirs de faible taille se sont formés au début de l’univers car leur dissipation et leur disparition aurait émis des flux de rayonnement très important dans l’univers, d’où une contrainte extrêmement forte sur les caractéristiques de la singularité primordiale.
La valeur des constantes de couplages
Ces constantes déterminent l’intensité des interactions fondamentales. Elles apparaissent constante au cours du temps par les observations du rayonnement des galaxies lointaines.
La constante gravitationnelle doit être élevée afin que l’univers se fractionne en une multitudes d’étoiles: autant de sites potentiels pour la vie dont l’éclosion selon les biologistes et sur l’évolution vers une forme consciente repose sur une multitude de chemins dont la probabilité est très faible.
Si la constante avait été sensiblement plus faible, les étoiles n’auraient pas subi de phénomènes de convection de surface qui semble liée à la propension de formation de système solaire. Les étoiles naines fortement convectives semblent celles possédant le moment de rotation le plus faible d’où l’hypothèse que ce moment ait été acquis par un système planétaire.
Si la constante était plus haute, les étoiles seraient homogénéisées par la convection et on n’aurait pas de structure en pelure d’oignon dans les supernovae et presque pas d’enrichissement métallique des galaxies.
Constante d’interaction faible
Une constante plus élevée aurait engendré une transformation massive d’hydrogène en hélium lors de la nucléosynthèse primordiale: les étoiles n’auraient pas durées suffisamment longtemps et seules les plus massives auraient eu la température suffisante pour amorcer les réactions de fusions.
En outre l’impulsion des neutrinos (produit par l’interaction faible lors de la production du cœur de neutrons dans la supernovae) sur les couches externes permettant l’expulsion du noyau métallique nécessite un taux d’interaction des neutrinos avec la matière du même ordre que l’interaction de la matière avec elle-même lors de la chute des couches internes: les constantes gravitationnelle et nucléaire faible sont fortement couplées
Constante électromagnétique
Si sa valeur était 3 fois plus forte, il n’y aurait pas d’autres atomes que l’hydrogène mais si elle était 3 fois plus petite, il n'y aurait pas d’atomes neutres.
En fait, si la constante était différente, le champ serait rapidement divergeant et donc instable (des infinis seraient engendrés lors des calculs dit de re normalisation estimant le champ à une distance quantique de l’électron, source du champ).
Constante nucléaire forte
Si la constante était plus faible, il n’y aurait pas de noyaux et donc que de l’hydrogène
Si elle était plus forte, les noyaux les plus massifs se formeraient trop vite car ils seraient les plus stables.
En outre la formation du carbone (cycle CNO) dépend très fortement de cette valeur: le niveau d’énergie du carbone permet au béryllium d’avoir juste le temps et l’abondance pour produire du carbone par fusion avec l’hélium. A l’opposé l’absence d’un niveau d’énergie favorisant trop l production d’oxygène empêche le carbone d’être trop retransformé en oxygène.
Une altération de 5 % des constantes de couplage suffirait à stabiliser la forme 2He ce qui aurait fait disparaître l’hydrogène lors de la nucléosynthèse et écourté toute formation stellaire.
Les caractéristiques fondamentales des particules
La vie nécessite un ratio masse proton/masse électron bien particulier. Une masse électronique beaucoup plus élevé augmenterait fortement l’incertitude quantique sur les positions des ions et rendrait la structure géométrique des molécules beaucoup plus instable.
Les déséquilibre matière antimatière nécessite de faire intervenir une loi d’unification des interactions qui prévoit notamment un taux de désintégration plus lent de la matière assurant sa prééminence sur l’antimatière.
Dans ce cadre théorique, l’abondance de l’hélium nécessite l’existence de 3 doublons quarks leptons. A leur tour ces 3 doublons assurent la violation partielle de la symétrie charge parité permettant une grande stabilité du premier doublon quark électron constitutif de la matière courante.
En outre le processus du vivant nécessite un univers en déséquilibre thermodynamique et donc en expansion.
Résumons: un univers où le vivant est possible est en expansion, et ses interactions unifiées à l’origine n’admettent que 3 doublets quark lepton.
Remarque de Carr et Rees: si une loi fondamentale expliquait la valeur des constantes de la nature, il n’en resterait pas moins remarquable que cette loi permette la vie.
Principe faible: les caractéristiques de l’univers mesurables par un observateur sont telles que la vie a pu s’y développer
Principe fort: L’univers est tel que la vie doit s’y développer
Principe ultime: l’univers est tel que son état final est d’être pleinement occupé par la conscience. C'est une explication possible de son origine si l’univers peut temporellement se refermer.
Mais cette problématique et notre
étonnement
devant cet univers orienté par ou vers la vie doit être
tempéré
du fait que l’homme est lui-même un filtre dans les mesures et
que
notre univers réel n’est peut être qu’apparent.
5.3 De la Lune au Cosmos , du Tout et du (presque) rien
L’existence de la vie est le fait d’un enchaînement surprenant des forces fondamentales qui gouvernent la physique ce qui se concrétise par une organisation de l’univers à toutes les échelles qui tend à rendre la vue possible.
Examinons les faits à caractères astronomiques ou astrophysiques qui ont un large impact sur notre existence.
Nous partirons des objets les plus proches et les plus évidents pour remonter progressivement vers des aspects plus abstraits.
Un premier fait surprenant; la nécessité de la Lune.
La Lune permet une stabilisation de l’axe de rotation terrestre qui lui semble nécessaire pour une vie évoluée. Une lune trois ou quatre fois plus petite et c’est tout le climat terrestre qui varie chaotiquement (un monde seulement peuplé d’insectes?).
Le rapport des masses de la Terre et de la Lune rapporté à leur distance et l’importance des marées engendrées a permis le brasage de matière pré biotique sur les premières berges continentales.
Si aujourd’hui la part du Soleil par rapport à la Lune dans le phénomène des marées est de 1 pour 2, la Terre a sa création tournait sur elle-même en une dizaine d’heure; la Lune était donc 2,4 fois plus proche, leur attraction mutuelle 6 fois plus grande et le Soleil ne comptait que pour un douzième dans les marées océaniques.
Le modèle le plus couramment admis pour la formation d’une Lune à la composition sensiblement différente de celle de la Terre est qu’elle serait le résultat d’une collision entre la Terre et un astre d’une dimension comparable à celle de Mars. Une Lune sensiblement plus grosse aurait effectivement pu être captée par la Terre mais la probabilité d’une stabilisation naturelle est faible et une collision de la Terre avec un astre sensiblement plus gros aurait pu la détruire.
En outre il existe des limites de résistances de la flore fragile du littoral aux effets de marée engendrées par une Lune imposante; là encore la vie évoluée aurait été en danger.
Le Soleil par sa stabilité (4,5 milliards d’années derrière nous et 1 à 2 milliards d’une température supportable devant nous) par sa distance, permet une coexistence de l’eau sous ses trois formes (eau, vapeur et glace) sur une Terre dont l’atmosphère nous fait passer d’un -23°C théorique à 15°C en moyenne grâce à elle. L’eau sous forme de vapeur ou d’eau est une évidente nécessité pour la vie telle que nous la connaissons (et un autre type n’est que spéculation chimiquement bien moins probable). Mais la glace?
Un des principaux intérêts de la glace est sa régulation de la quantité de sel dans les océans: les océans sont plus productifs en phase de glaciation. Ces glaciations sont dues à la disparition progressive du CO2 absorbé par les carbonates et la diminution consécutive de l’effet de serre.
Mais à quoi est dû ce que les paléontologues appellent l’explosion du Cambrien c’est à dire l’explosion de formes de vie multicellulaire il y a seulement 1 milliard d’années après environ 4 milliards d’années de stagnation; peut-être à une plus grande variabilité climatique et à des variations d’enrichissement en calcium de la mer ...
Et Jupiter ? Même si son influence gravitationnelle directe semble faible, l’astre majeur du système solaire semble avoir été essentiel à l’apparition d’une vie intelligente sur Terre! Ayant empêché par effet de marée, la formation d’une planète à environ 300 millions de kilomètre de la Terre, entre Mars et Jupiter, une ceinture d’astéroïde a pris la place de cette petite planète manquée. Les phénomènes de résonances entre Mars et Jupiter permettent ainsi le décrochement des astéroïdes de leurs orbites
Il est évident que les plus gros astéroïdes sont les plus rares mais à l’échelle de millions ou dizaines de millions d’années, leurs collisions avec la Terre provoquent des cataclysmes parfois refondateurs pour l’évolution de la vie en réinitialisant le développement des espèces et en multipliant les essais de complexité.
On recherche aussi dans le ciel une grosse étoile qui aurait pu croiser notre route, ayant bouleversée la ceinture d’astéroïdes pour en projeter un ou plusieurs sur Terre voici 65 millions d’années, achevant l’extinction des dinosaures par ailleurs déjà fortement entamée (les dinosaures étaient en diversité bien moins nombreux qu’au temps du maintenant fameux Jurassique). Cette étoile pourrait maintenant se trouver à plusieurs milliers d’années lumière, si l’on considère la vitesse relative des étoiles (statistiquement une étoile de magnitude 12 à 5000 A-L).
Les étoiles sont nos grands-mères voraces et furieuses. Si tous les éléments légers jusqu’au carbone peuvent être expulsés des couches extérieures des étoiles de taille moyenne lors de leur transformation finale en novæ, la synthèse des éléments plus lourds aussi nécessaires à la vie ne peuvent être produit que par une supernovae qui aurait enrichi la nébuleuse protosolaire en provoquant sa formation par l’onde de choc de la supernovae.
On a aussi essayé de retrouver dans notre bras galactique la région où se trouvait la ou les supernovae qui ont présidé à notre naissance.
Il a donc fallu plusieurs générations d’étoiles pour nous engendrer. Au moins plusieurs générations courtes de supernovae d’étoiles massives dans les premières phases de la Galaxie, ces générations d’étoiles massives ne durant que quelques millions à quelques centaines de millions d’années, suivi d’au moins une génération lente d’étoiles plus nombreuses qui a formé les éléments chimiques intermédiaires en assez grande quantité (au moins 5 milliards d’années de durée). Mais la nébuleuse solaire a du s’effondrer suite à l’onde de choc résultante d’une explosion d’étoiles proches.
N’aboutit-on pas au modèle d’une toupie d'étoiles fécondantes, une toupie dotée bras qui sont des lieux de densité accrue pour provoquer l’enrichissement progressif en matériaux de plus en plus complexe, de proche en proche, sur près de 10 milliards d’années? La Voie Lactée semble donc elle aussi nécessaire à notre apparition.
Mais pourquoi le Cosmos a t-il cette densité, pourquoi tant de galaxies, est ce nécessaire?
Dans un cosmos de 13 Milliards d’années la densité est d’environ 1 galaxie semblable à la nôtre tous les 20 millions d’années - lumière. Mais l’univers à grande échelle (300 millions d’années-lumière) apparaissant uniforme, comme le démontre également le fond diffus cosmologique, isotrope, le lissage des fluctuations lors du Big-Bang nécessiterait un univers 10 fois plus massif que ce que les calculs de stabilité des amas de galaxies permettent d’estimer.
Dans cette logique, une part allant de 90 à 99% de la masse de l’univers semble constituée de matière émettant excessivement peu ou pas du tout de rayonnement électromagnétique.
A partir de cette masse initiale nous pouvons déduire la proportion des éléments légers générés par fusion nucléaire lors des premiers instants de l’univers en expansion.
La proportion mesurée des éléments légers de l’hydrogène au lithium implique une masse de l’univers proche de celle nécessaire pour expliquer la stabilité des amas galactiques et la forme des galaxies en interaction. 10% de la masse totale serait donc visible.
Cette masse non visible est déduite de 3 facteurs principaux : un calcul équilibrant l’énergie cinétique d’un amas et son énergie de gravitation en considérant un amas en équilibre dynamique.
Il est déduit de l’observation de galaxies en interaction.
Il est également le résultat de la valeur de la masse d’une matière non exotique, faite de particules déjà connues et qui redonne les densités des éléments fondamentaux produits lors de l’explosion initiale si l’on retient l’hypothèse probable du Big-Bang.
Moins d’hydrogène aurait conduit à un appauvrissement du combustible initial des étoiles et à des étoiles de durée de vie plus courte.
Plus d’hydrogène supposerait dès le départ moins éléments lourds pour catalyser, faciliter la réaction de fusion et donc des générations d’étoiles plus longues.
Mais le débat reste ouvert sur le taux nécessaire pour constituer des nébuleuses solaires aux proportions en éléments semblables au nôtre.
Il apparaît que les dimensions d’un Univers permettant la vie ne pouvaient guère être différentes de ceux que nous constatons.
Examinons à présent les forces fondamentales qui impactent l’équilibre du Cosmos
L’existence des réactions chimiques dépend très fortement de la " constante de couplage " électromagnétique, qui correspond à la charge de l’électron. Si cette valeur était légèrement modifiée, par exemple en l’augmentant, la distance entre les électrons et les noyaux seraient réduites et les réactions demanderont plus d’énergie ce qui réduira la probabilité que se forment des structures complexes. Toute variation importante devient catastrophique.
Toute réduction aura aussi pour effet de rendre très sensible les composes chimiques aux ruptures de liaison empêchant la formation de forme complexe.
Un impact essentiel est par exemple la disparition de l’efficacité de l’eau comme solvant ; sa formation triatomique avec un angle de 105 degrés entre les liaisons O-H étant fondamentale pour qu’elle conserve ses propriétés (formation de l’eau liquide et viscosité notamment). Sans une eau avec ces propriétés, pas de vie possible.
La vie ne serait pas possible sans l’existence et le maintien d’étoiles sur une longue durée.
Les étoiles sont des champs de bataille où s’affrontent les 4 forces.
Les étoiles perdurent car elles sont le produit d’un équilibre entre la gravitation et la pression interne engendrée par les forces électromagnétiques du plasma.
Cette pression est due à l’agitation thermique des nucléons et des électrons, agitation alimentée par la fusion nucléaire.
Celle-ci résulte d’un effet subtil de la force faible qui transforme les neutrons en protons et de la force forte qui agglutine les protons et les neutrons pour former les noyaux. La différence de niveau d’énergie entre ces nucléons séparés et réunis est transformée en photons et en neutrinos.
Or une petite différence entre les paramètres qui contrôlent l’intensité de ces forces et la notion même d’étoiles disparaîtrait ou au mieux l’intensité et la durée de leur rayonnement deviendraient incompatible de la durée d’évolution du vivant et de son besoin en énergie.
Un effet subtil est par exemple la génération du carbone indispensable au vivant à partir de l’hélium dans les étoiles. Or le carbone résulte de la rencontre simultanée et donc improbable de trois noyaux d’hélium. Afin de permettre une production de carbone significative il faut que les noyaux soient à certains niveaux d’énergie bien précis qui correspondent à des résonances entre nombres quantiques. Certaines résonances amplifient considérablement les vitesses de réactions et assurent la fusion des 3 noyaux avant que leur agitation ne les sépare. Fred Hoyle qui a étudie le phénomène a suppute une certaine résonance parfaitement adapte à l’énergie de l’hélium dans les étoiles massives.
Cette résonance a seulement ensuite été confirmée expérimentalement.
Fred Hoyle a qualifié l’Univers " de coup monté ".
Le mystère du neutrino.
Le neutrino est produit lors des réactions de fusion et la transformation d’un proton en neutron.
Ce neutrino est quasiment indétectable.
Les corps lourds: 1057 neutrinos pour un 2ème souffle de Supernovae
L’origine de la matière: la force forte
Le rapport entre les forces de gravitation et les forces électriques semble indiquer que la gravitation est le produit de l’ensemble de l’univers observé et que la force électrique est seulement le produit du porteur de charge d’où un rapport exactement inverse entre les 2 forces (2x10 39) et le rapport de la taille de l’univers sur la taille du porteur élémentaire (le proton). Le proton ayant une taille de l’ordre de 10-13 on retrouve une taille de l’univers de 20 milliards d’années-lumière.
Au vu de tout cet enchaînement, une évidence s’impose.
L’Homme, un hasard pas si fortuit ...
5.4 L'enchaînement qui a permis la vie
5.4.1 L'Enchaînement cosmique
Tableau des processus conduisant à
l’apparition
de la Vie et au développement de la conscience
| Conditions initiales | Processus | Effets |
| Univers symétrique et perpétuel | Fluctuations quantiques | Orientation du
temps
Expansion spatiale et localisation |
| Univers inhomogène | Rupture dimensionnelle: gravitation et forces atomiques T=1032K | Inflation et lissage des fluctuations |
| Univers sans particules matérielles | Rupture
interactions nucléaire
forte et électrofaible
(T=1013 K) |
Créations
matière -antimatière à partir des particules d’interactions |
| Soupe
indifférenciée:
Matière et antimatière grégaire/ Matière et antimatière exclusive/ Particules transportant l'interaction |
Condensation
quarks en neutrons
et protons
(T=1012 K) |
Particules fondamentales des noyaux |
| Mélange matière- antimatière | Refroidissement
(T=1011K) |
Arrêt
création
particules: destruction prend le pas.
Matière 10-9 Antimat= 0 |
| Particules libres | Nucléosynthèse (T=1010K) | Plasma ionisé (hydrogène, hélium) |
| Univers en expansion | Fluctuation | Croissance des
germes
de taille critique |
| Plasma | Refroidissem.
(T=4000 K) |
Création atomes |
| Univers opaque | Découplage matière/ rayonnement | Fonds Diff.Cosmo.
Univers transparent |
| Masse d’atomes en expansion | Agrégation par gravite | Masses gazeuses |
| Expansion | Refroidissement | Pression rayonnement sur nuages : ionisation |
| Découplage matière/ rayonnement incomplet :reliquat électrons libres | Catalyse H2 par électron | Refroidissement
nuages:
formation 1ère étoiles d’où ionisation massive gaz et arrêt formation stellaire |
| Etoiles dispersées | Agrégation par gravité | Amas stellaires |
| Amas dispersés | Agrégation par gravité et matière noire | Galaxies |
| Univers= H et He | Fusion dans cœur d’étoiles | He, C, O + métaux pour catalyse fusion dans étoiles 2ème génération |
| Uniformité des distributions des éléments atomiques | Dispersion masses | Bifurcation des évolutions stellaires |
| Nuages interstellaires H et He | Vents solaires | Nuages enrichis en éléments légers |
| Diversité atomique réduite | Allumage progressif étoiles en strates | Diversité
de
nucléosynthèse |
| Effondrement étoiles massives | Cœur de matière dégénérée incompressible | Onde de choc
supernovae : génération
éléments
lourds |
| Nuages interstellaires H et He | Confinement neutrinos dans cœur avant expulsion | Seconde onde de
choc et enrichissement
milieu interstellaire avec
éléments lourds |
| Binaires massives | Explosion supernovae par chute gaz sur compagnon étoile à neutrons | Génération
éléments
lourds et enrichissement milieu interstellaire |
| Grains silicates dans nuages interstellaires | Réactions chimiques ion molécule | apparition molécules organiques |
| Acides aminés droits et gauches | Vents solaires et dévoilement cœur | Polarisation acides aminés par rayonnement ultraviolet: acides aminés droits détruits |
| Nuages stables | Onde de choc Supernovae | Génération de multiples nodules solaires |
| Disque d’accrétion | Onde de choc solaire par expulsion anneau équatorial | Anneaux concentriques astéroïdes |
| Zones froides des disques d’accrétions | Condensation des neiges d’eau | Formation des comètes |
| Noyaux d’hélium | Résonance noyaux atomiques dans intervalle très réduit facilitant effet tunnel | Formation carbone par réunion de 3 noyaux d’hélium |
| Temps de production solaire insuffisant pour production vie consciente | Consommation réduite par fusion pour pression de rayonnement équilibrant couches périphériques | Soleil stable sur périodes géologiques |
| Association Hydrogène -Oxygène | Polarisation électron sur oxygène de la molécule d'eau | Création du lien hydrogène: propriétés de l’eau: eau liquide, solvabilité, hydratation matière |
| Planètes telluriques sans matériaux volatils | Chute comètes par effet de fronde sur planètes massives à la lisière de la paroi froide | Formation océans |
| Planètes telluriques non différenciées | Fusion noyau par diffusion choc thermique du aux chocs cométaires | Différenciation Noyau manteau |
| Cœur planétaire en refroidissement | Décomposition radioactive uranium | Entretien cœur chaud et volcanisme |
| Cœur planétaire en refroidissement | Masse planétaire suffisante pour limiter dissipation | Maintien volcanisme et tectonique des plaques |
| Risque d’emballement de l’effet de serre | Couche froide stratosphérique pour dissipation surplus chaleur (machine thermique) | Maintien des
océans
(opposition à Vénus) |
| Planètes sans champ magnétique | Génération champ par interaction manteau noyau | Protection contre vents solaires pour vie de surface |
| Chimie organique primitive | Dégazage
réducteur
(NH4, NH3)
Apport acides aminés par météorites |
Chimie pré biotique océanique |
| Planètes sans croûte différenciée | Chute comètes | Apport carbone et métaux pour formation croûtes continentales |
| Planètes en risque glaciation | Apport carbone comètes | Atmosphère effet de serre |
| Disparition effet de serre par pluies acides et formation carbonates | Volcanisme et reconversion carbone enfoui par subduction due mouvement plaques (interaction croûte et manteau) | Maintien effet de serre et température compatible océans liquides |
| Planètes avec axe de rotation instable | Choc astre massif et Terre | Formation de la Lune |
| Planètes avec interaction faible entre océans et lisière côtières | Lune | Marrées et apport matières organique océanique sur côtes et lacs limitrophes |
| Planètes avec chimie pré biotique | Roches calcaires avec cavités pour substrat | Formation chaîne ARN |
| Chaîne ARN sans protection | Intégration dans bulles du milieu liquide (lacs) | Cellule primitive |
| Cellule ARN | Différenciation codage et mécanisme de transcription | Cellule ADN |
| Formation virale | Création mitochondries et fusion avec cellule ADN | LUCA: cellule ADN avec métabolisme actif |
| Cellule n’utilisant que des processus chimiques comme source d’énergie | Photosynthèse | Prolifération cellulaire par source énergie solaire |
| Cellule sans intégrité pour support codage | Création du noyau | Eucaryotes |
| Milieu géochimique inerte | Spécialisation et productiviste cellulaire | Bactéries (et Archéobactéries) |
| Evolution génétique ralentie | Création de la complémentarité | Sexualité et explosion du vivant |
| Organisme flottant et passif | Création système nerveux central | Organisme mobile: poissons et développement nerveux par défense/attaque: conscience |
| Atmosphère sans comburant à taux de rendement élevé | Expulsion oxygène par cyanobactéries, algues, plantes | Oxygène pour récupération par organismes mobiles: animaux |
| Multiplication des mutations incontrôlées | Décomposition oxygène biatomique + recomposition triatom. (haute atmosphère) | Couches d’ozone protectrice des UV durs |
| Risque d’incendie par atmosphère saturée d’oxygène | Consommation oxygène par bactéries + apport azote cumul. par dégazage | Limitation du taux d’oxygène et maintien du végétal terrestre |
| Evolution ralentie | Triangle Soleil Mars Jupiter et chute astéroïdes et comètes | Grandes catastrophes et réinitialisation du vivant |
| Evolution ralentie | Processus chaotique dans manteau terrestre: phase périodique de volcanisme massif | Grandes catastrophes et réinitialisation du vivant |
| Animaux marins | Tectoniques des plaques | Développement vie terrestre et aérienne sur croûtes continentales |
5.4.2 L'Enchaînement de l'évolution
Références
Les origines du vivant La Recherche hors série février 99
Les origines cosmiques de la vie Armand Delsemme Champs Flammarion
Le Monde Rubrique Horizons 5/8/99
Complexite et profondeur logique Science et vie mai 1999
