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Histoire
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(Rédigée par D. Pol, PRAG, Université Pierre et Marie Curie, Paris)
On suppose que la vie existait dès - 3,8 Ga, âge des plus anciennes traces de molécules organiques, et les premières cellules ayant laissé des vestiges fossiles sont datées de - 3,45 Ga (cyanobactéries des Apex cherts d'Australie occidentale). On suppose que ces dernières partageaient avec les cellules actuelles les caractéristiques fondamentales communes des cellules vivantes :
- Cellules limitées par une membrane lipido-protéique séparant le milieu extracellulaire du contenu cellulaire, le cytoplasme, et contribuant par sa perméabilité sélective au maintien d'une composition chimique intracellulaire sensiblement constante.
- Existence d'un métabolisme, ensemble de réactions chimiques permettant aux cellules d'élaborer leur propres matériaux en utilisant de l'énergie extérieure, dépendant de protéines enzymatiques codées par l'information génétique de l'ADN.
- Multiplication cellulaire par division après réplication de l'ADN permettant aux cellules d'envahir leur milieu tant que les conditions restent favorables.
- il est limité par une membrane ;
- il échange avec l'extérieur de la matière et de l'énergie et possède un métabolisme ;
- il possède un système de reproduction.
On connaît divers schémas réactionnels aboutissant à la formation des monomères biologiques à partir de précurseurs plus ou moins simples et d'autres permettant d'obtenir des polymères biologiques. Toutefois, il n'existe aucun moyen de valider tel ou tel scénario, la faisabilité d'une réaction chimique in vitro ne permettant pas d'affirmer qu'elle s'est produite dans l'histoire prébiotique.
Le problème de l'origine des molécules informatives, acides nucléiques et protéines, n'est pas non plus résolu. Les protéines sont indispensables pour la réplication et l'expression de l'information génétique et l'information génétique est nécessaire pour la biosynthèse des protéines. C'est pourquoi on suppose qu'un "monde d'ARN", c'est à dire une vie utilisant les ARN à la fois comme matériel génétique et comme catalyseurs, a précédé l'apparition de cellules comportant de l'ADN et de protéines.
Le problème de la formation des premières cellules n'est pas non plus résolu. Les cellules actuelles avec leur structures et mécanismes universels (membrane, code génétique, énergétique, biosynthèses, multiplication, etc.) et les analyses de phylogénie moléculaire menées sur divers gènes des trois grands groupes d'êtres vivants, Archaébactéries, eubactéries et eucaryotes, suggèrent que tous les êtres vivants actuels ont pour origine un ancêtre commun qualifié en Anglais de Last Unicellular Common Ancestor ou LUCA. On suppose qu'un tel ancêtre hypothétique présentait les principales caractéristiques connues chez les cellules vivantes actuelles. L'approche expérimentale a montré que, dans certaines conditions, des polymères peuvent former spontanément des gouttelettes limitées par une enveloppe à l'intérieur desquelles peuvent se produire des réactions chimiques et s'accumuler des substances. Ces gouttelettes ou coacervats sont suceptibles de croissance et de division à l'image des cellules et sont utilisées pour explorer les voies par lesquelles auraient pu se former des "protocellules".