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20.4 : Origines des molécules organiques en atmosphère non réductrice - Biologie

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Une atmosphère prébiotique non réductrice est basée sur plusieurs hypothèses : (1) La Terre primitive aurait eu une gravité insuffisante pour contenir du H2 et d'autres gaz légers ; ainsi, le « dégazage » aurait entraîné une perte de H2 et d'autres agents réducteurs de l'atmosphère. (2) Les preuves géologiques suggèrent que les océans et la croûte terrestre se sont formés au début de l'éon Hadéen, quelques centaines de millions d'années seulement après la formation de la planète. (3) Études de 4,4 milliards d'années (début Hadean Eon) Australien zircon les cristaux suggèrent que leur état d'oxydation est le même que celui des roches modernes, ce qui signifie que l'atmosphère de l'Hadéenne primitive était en grande partie du N2 et du CO2, un non réducteur une! Une image colorisée de ce zircon australien est montrée ci-dessous.

Ainsi, la vie aurait pu commencer dans un environnement non réducteur. Néanmoins, jusqu'où peut-on dater l'apparition des premières cellules réelles sur terre ? Des preuves géologiques solides de la vie réelle datent d'il y a 3,5 à 3,95 milliards d'années (c. Eon archéen). Des preuves plus douces de la vie microbienne existent sous la forme de graphite et d'autres restes « possibles » aussi vieux qu'il y a 4,1 milliards d'années, vers la fin de l'éon Hadean. Ainsi, que la vie ait commencé il y a 3,5 ou même 4,1 milliards d'années, les preuves suggèrent que les débuts de la vie ont dû faire face à un environnement non réducteur.

Avant d'examiner de plus près d'autres preuves d'origines de vie dans des conditions non réductrices, considérons le Panspermie, la possibilité que la vie soit venue sur terre de extra-terrestre sources et une hypothèse connexe selon laquelle les molécules organiques prébiotiques provenaient de sources extraterrestres. Ensuite, nous examinerons comment les cellules ont pu se former dans des conditions localisées et favorables. terrestre environnements.

A. Panspermie - une origine extraterrestre de la vie terrestre

Panspermia postule que la vie elle-même est arrivée sur notre planète sur des comètes ou des météorites. Comme il est peu probable qu'ils aient soutenu la vie dans l'espace, ils doivent avoir été une sorte de « boîte aux lettres » interstellaire dans laquelle des formes de vie dormantes ont été déposées. Les cellules des boîtes aux lettres doivent avoir été cryptobiotique. Des exemples de cryptobiose existent aujourd'hui (par exemple, des spores bactériennes, des artémias !). Une fois livrés à l'environnement terrestre favorable à la vie, ces organismes sortiraient de la dormance et finiraient par peupler la planète. Il n'y a cependant aucune preuve de vie dormante ou cryptobiotique sur les comètes ou les météorites, et aucune preuve tangible à l'appui. Panspermie. D'un autre côté, il existe des preuves au moins compatibles avec une source extraterrestre de molécules organiques, et de nombreuses preuves pour soutenir des origines plus terrestres de la vie. Dans tous les cas, les notions de Panspermie (et même des sources extraterrestres de molécules organiques) posent simplement la question des conditions qui auraient conduit à l'origine de la vie ailleurs !

Si la panspermie n'est pas un scénario privilégié, elle est néanmoins intrigante, en ce sens qu'elle correspond à la probabilité que des molécules organiques se soient formées peu après la Big Bang. De plus, si des molécules organiques toutes faites et de l'eau étaient disponibles, on peut s'attendre (et beaucoup le font !) à ce qu'il y ait de la vie sur d'autres planètes. Cette attente a stimulé une discussion sérieuse et le financement de programmes à la recherche de signes de vie sur d'autres planètes. Par exemple, la NASA a financé Vagabondrecherche (et découverte) de signes d'eau sur Mars. Il a même soutenu les plus terrestres Recherche d'intelligence extraterrestre (le programme SETI), basé sur l'hypothèse que la vie n'existe pas seulement ailleurs, mais qu'elle a développé des compétences de communication de haut niveau (et pourquoi pas ?) ! Pour une histoire fascinante sur les météorites de Mars qui contiennent de l'eau et qui valent plus que de l'or, cliquez sur Obsession martienne.

B. Origines extraterrestres des molécules organiques

Même si la vie ne nous venait pas toute faite, des molécules organiques seraient-elles arrivées sur terre depuis l'espace ? Ils sont abondants, par exemple dans nuages ​​interstellaires, et aurait pu faire partie de la Terre lorsque la planète s'est formée il y a environ 4,8 milliards d'années. Cela suggère qu'il n'était pas nécessaire de les créer de novo. Une hypothèse suggère que des météorites, des comètes et des astéroïdes, connus pour contenir des molécules organiques, les ont amenés ici lors d'impacts enflammés sur notre planète. Les bombardements de comètes et de météorites auraient été courants il y a 3,8 milliards d'années ou plus. Dans ce scénario, la question de savoir comment (pas sur terre !) l'énergie libre et les précurseurs moléculaires inorganiques ayant réagi pour former des molécules organiques n'ont plus de raison d'être !

Une hypothèse connexe suggère que ces coups de feu eux-mêmes fournissaient l'énergie gratuite nécessaire pour synthétiser les molécules organiques à partir des molécules inorganiques. synthèse-à-arrivée scénario. Avec cette hypothèse d'une part, on revient à une soupe primordiale océanique organique. De l'autre, certains ont suggéré que les molécules organiques produites de cette manière (sans parler des formes de vie primordiales) auraient probablement été détruites par les mêmes impacts continus par des corps extraterrestres ; témoin de l'extinction relativement récente des dinosaures par un impact d'astéroïde au large des côtes du Mexique il y a environ 65,5 millions d'années.

C. Des origines moléculaires organiques plus proches de nous

Au fond des océans, loin des bombardements météoriques et de l'énergie libre rampante d'un ciel sans oxygène et sans ozone, les cheminées hydrothermales des grands fonds auraient craché des molécules réductrices (par exemple, H2S, H2, NH4, CH4), comme ils le font aujourd'hui. Certains évents sont également riches en métaux tels que le plomb, le fer, le nickel, le zinc, le cuivre, etc. Lorsqu'ils sont combinés à leurs substrats argileux ou crustaux, ces minéraux pourraient avoir fourni des surfaces catalytiques pour améliorer la synthèse des molécules organiques. De telles conditions localisées auraient-elles pu être au centre d'expérimentations chimiques prébiotiques menant aux origines de la vie ? Regardons deux types de cheminées hydrothermales profondes reconnues aujourd'hui : volcanique et alcalin.

1. Origines d'un évent hydrothermal à haute température (fumeur noir)

L'énergie gratuite disponible à partir d'un évent hydrothermal volcanique proviendrait de la chaleur élevée (températures allant jusqu'à 350oC) et des minéraux et produits chimiques expulsés du manteau terrestre. Un évent hydrothermal volcanique est illustré ci-dessous.

Les conditions supposées pour les cheminées hydrothermales volcaniques prébiotiques pourraient avoir soutenu des synthèses catalytiques de molécules organiques à partir de précurseurs inorganiques (voir Évents volcaniques et formation de molécules organiques). Les catalyseurs auraient été des minéraux métalliques (nickel, fer, etc.). Les réactions chimiques testées comprennent certaines qui rappellent les réactions biochimiques dans les cellules chimiotrophes vivantes aujourd'hui. Günter Wächtershäuser a proposé la théorie du monde fer-soufre sur les origines de la vie dans ces évents, également appelés « fumeurs noirs ». Ces évents crachent maintenant de grandes quantités de CH4 et NH4 et les expériences favorisent l'idée que le fer-soufre s'agrège dans et autour fumeurs noirs pourrait fournir des surfaces catalytiques pour la formation prébiotique de molécules organiques comme le méthanol et l'acide formique à partir de CO dissous2 et le CH4 et NH4 venant des évents. Wächtershäuser est également crédité de l'idée que la sélection prébiotique a agi non pas tant sur des réactions chimiques isolées, mais sur des agrégats de réactions métaboliques.

On pourrait penser à un tel métabolisme agrégats que des voies biochimiques ou de multiples voies intégrées. Wächtershäuser a proposé la sélection de réactions chimiques cycliques qui libèrent de l'énergie libre utilisable par d'autres réactions. Ce prébiotique évolution métabolique des chimies de réaction (plutôt qu'une évolution chimique plus simple) aurait été essentielle aux origines de la vie. Une variété d'extrêmophiles (par exemple, les archées thermophiles) vivant maintenant dans et autour fumeurs noirs semble être le témoignage des origines de la vie des fumeurs noirs.

Bien que l'idée de sélectionner des voies métaboliques ait un grand mérite, il existe des problèmes avec un scénario d'origine de vie dans les cheminées hydrothermales volcaniques. D'une part, leurs températures élevées auraient détruit autant de molécules organiques qu'elles ont été créées. De plus, les archées extrêmophiles que l'on trouve maintenant autour de ces cheminées volcaniques ne peuvent pas être les descendants directs d'aucune cellule qui aurait pu en être originaire. La phylogénie de Woese montre clairement que les archées partagent une lignée avec les eucaryotes (pas les eubactéries - voir ci-dessus). Par conséquent, la vie cellulaire extrêmophile originaire des évents doit avoir d'abord donné lieu à un LUCA plus modéré avant de s'éteindre ensuite, après quoi les extrêmophiles évolueraient à nouveau de manière indépendante pour recoloniser les évents ! Cela atténue le scénario d'extrêmophiles d'origines premières. Compte tenu de ces préoccupations, les propositions récentes se concentrent sur les origines de la vie dans des conditions moins extrêmes bouches hydrothermales alcalines.

2. Origines d'un évent alcalin en eau profonde (fumeur blanc)

Parmi les différents scénarios discutés ici, une origine de la vie autotrophe dans alcalin évents est l'une des alternatives les plus satisfaisantes à une origine soupe de cellules hétérotrophes. Pour commencer, à des températures plus proches de 100oC -150oC, les évents alcalins (fumeurs blancs) ne sont pas aussi chauds que les fumeurs noirs. Un évent alcalin est montré ci-dessous.

D'autres conditions chimiques et physiques des évents alcalins sont également compatibles avec un scénario d'origine de vie dépendant de évolution métabolique. D'une part, l'interface des cheminées alcalines avec les eaux océaniques acides a le potentiel théorique de générer de nombreuses molécules organiques différentes [Shock E, Canovas P. (2010) Le potentiel de la synthèse organique abiotique et de la biosynthèse dans les systèmes hydrothermaux des fonds marins. Géofluides 10 (1-2):161-92)]. Dans les simulations en laboratoire des conditions d'évent alcalines, la présence de CO dissous2 faveurs serpentinisation, une réaction de l'eau et de la chaleur avec serpentinite, un minéral contenant du fer trouvé sur terre et dans la croûte océanique. Un échantillon de serpentinite est montré ci-dessous.

La serpentinisation expérimentale produit des hydrocarbures et une oxydation aqueuse chaude du fer produit H2 qui pourrait expliquer l'abondance de H2 dans celui d'aujourd'hui fumeur blanc émissions. De plus, lors de la serpentinisation, un minéral appelé olivine [(Mg+2 , Fe+2)2SiO4] réagit avec le CO dissous2 pour former du méthane (CH4). Ainsi, la première condition préalable à la vie, la création énergétiquement favorable de molécules organiques, est possible dans les cheminées alcalines.

Les partisans des origines cellulaires dans un océan non réducteur de la fin de l'Hadéen se sont également rendu compte que les molécules organiques se formaient dans un milieu alcalin (ou tout) l'évent se disperserait et serait rapidement neutralisé dans les eaux océaniques acides plus larges. D'une manière ou d'une autre, les origines sur une planète non réductrice devaient inclure un moyen de contenir des molécules organiques nouvellement formées dès le départ et d'alimenter une évolution biochimique ultérieure. Quelles étaient alors les conditions dans un évent alcalin qui auraient pu contenir des molécules organiques et conduire à l'évolution métabolique et, finalement, aux origines de la vie ? Considérons une proposition intrigante qui obtient une réponse !

La structure rocheuse poreuse des évents alcalins d'aujourd'hui fournit des micro-espaces ou des micro-compartiments qui pourraient avoir capturé les liquides alcalins émis par fumeurs blancs. Il s'avère que les conditions dans les évents alcalins d'aujourd'hui favorisent également la formation d'hydrocarbures biofilms. Des micro-compartiments tapissés de tels biofilms auraient pu former une membrane prébiotique primitive contre une « paroi cellulaire » rocheuse, à l'intérieur de laquelle les eaux alcalines seraient piégées. Le résultat serait un naturel gradient de protons entre les solutions alcalines de molécules organiques piégées dans les microcompartiments et les eaux océaniques acides environnantes. Est-ce que tout cela est arrivé ?

Peut-être! Sans un environnement riche en nutriments, hétérotrophes-premier n'est pas une option. Cela ne laisse que l'option alternative : un autotrophes d'abord scénario des origines de la vie. Nick Lane et ses collègues ont proposé que les gradients de protons étaient la force sélective derrière l'évolution des premières chimies métaboliques dans le scénario d'évent alcalin (Prebiotic Proton Gradient Energy Fuels Origins of Life). Organisées autour de compartiments de biofilm, les structures et chimies prébiotiques auraient exploité les énergie gratuite du gradients naturels de protons. En d'autres termes, les premières protocellules, puis les cellules, peuvent avoir été chimioautotrophes.

Enfin et surtout, comment les chimies chimiotrophes sur une planète non réductrice ont-elles pu soutenir la formation de polymères, ainsi que la réplication de polymères ? Aujourd'hui, nous considérons le stockage et la réplication de l'information dans les acides nucléiques comme distincts de la catalyse enzymatique des réactions biochimiques. Mais sont-ils tout cela séparé? Si la réplication est la reproduction fidèle des informations nécessaires à une cellule, alors la catalyse enzymatique assure la production redondante de toutes les molécules indispensables à la fabrication de la cellule ! En d'autres termes, si catalysé polymère la synthèse est la réplication des molécules performantes qui accomplissent des tâches cellulaires, alors ce que nous appelons «réplication» n'est rien de plus que la réplication de l'acide nucléique informations nécessaires pour reproduire fidèlement ces molécules de pointe. Alors, y a-t-il eu une sélection précoce, coordonnée et simultanée de mécanismes pour le métabolisme catalysé ainsi que pour la synthèse et la réplication de polymères catalysés ? Nous reviendrons sur ces questions sous peu, lorsque nous considérerons les origines de la vie dans un monde ARN.

Les origines de la vie dans une atmosphère non réductrice (et sans oxygène) soulèvent des questions supplémentaires. Les gradients de protons fourniraient-ils suffisamment d'énergie gratuite pour alimenter et organiser les origines de la vie ? Si oui, comment les cellules issues du métabolisme chimiosmotique prébiotique ont-elles réellement exploité l'énergie d'un gradient de protons ? Avant la vie, les protocellules étaient-elles déjà capables de transduire l'énergie sans gradient en énergie sans produit chimique ? Et l'ATP a-t-il été sélectionné pour contenir de l'énergie sans produits chimiques dès le départ ? Alternativement, le soulagement du gradient était-il d'abord couplé à la synthèse d'autres composés intermédiaires à haute énergie avec, par exemple, des liaisons thioester ? Plus tard, comment les cellules formées dans les cheminées alcalines se sont-elles échappées des cheminées pour coloniser le reste de la planète ?

Indépendamment de la façon dont l'énergie sans gradient de protons a été initialement capturée, le LUCA chimiotrophe doit déjà avoir utilisé des pompes à protons liées à la membrane et une ATPase pour exploiter l'énergie sans gradient pour fabriquer de l'ATP, puisque tous ses descendants le font. Enfin, quand la photoautotrophie (en particulier photoautotrophie oxygénée) évoluer ? Était-ce un événement évolutif tardif? Est-il possible que les cellules photosynthétiques aient évolué assez tôt chez certains des habitants chimiotrophes des fumeurs blancs, attendant leur heure avant d'exploser sur la scène pour créer notre environnement oxygéné ?

3. Hétérotrophes-First vs Autotrophs-First : quelques considérations évolutives

Dans le scénario d'évent alcalin, le métabolisme chimiosmotique est antérieur à la vie. Par conséquent, les premières cellules chimiotrophes n'avaient pas besoin des réactions de fermentation requises par les cellules dans un scénario d'origine hétérotrophe. Même si toutes les cellules vivantes aujourd'hui incorporent une forme de métabolisme glycolytique, la glycolyse n'est peut-être pas la plus ancienne voie biochimique connue, comme nous le pensons depuis si longtemps.

À l'appui d'une évolution ultérieure des enzymes glycolytiques, celles des archées présentent peu de ressemblance structurelle avec celles des bactéries. Si l'hétérotrophie fermentaire était un développement évolutif tardif, alors LUCA et ses premiers descendants n'auraient pas de voie glycolytique bien développée. Au lieu de cela, le LUCA doit avoir été l'une des nombreuses cellules autotrophes «expérimentales», très probablement un chimioautotrophe dérivant de l'énergie gratuite de produits chimiques inorganiques dans l'environnement. Pour rendre compte de l'hétérotrophie dans les trois domaines de la vie, elle doit avoir évolué séparément dans les deux branches antécédentes descendant du dernier ancêtre commun universel des organismes bactériens, archéens et eucaryotes. La phylogénie ci-dessous illustre la autotrophes d'abord scénario.

4. Résumé

La spéculation sur les origines de la vie commence en essayant d'identifier une source d'énergie gratuite avec laquelle fabriquer des molécules organiques. Les premières cellules pourraient avoir été des hétérotrophes formées dans un environnement terrestre réducteur, à partir desquelles les autotrophes ont ensuite évolué. D'autre part, les premières cellules peuvent avoir été des autotrophes formées dans des conditions non réductrices en l'absence d'une soupe primordiale. Ensuite, ce n'est qu'après que ces autotrophes aient produit suffisamment d'énergie sans nutriments pour les maintenir que les hétérotrophes ont émergé tardivement. Des découvertes suggérant que l'atmosphère terrestre était une atmosphère non réductrice il y a plus de 4 milliards d'années (peu après la formation de la planète), et qu'il y avait de la vie sur terre il y a 3,95 milliards d'années, favorisent les origines métaboliques de la vie autotrophe dans un évent thermique, probablement un évent alcalin. Des questions subsistent néanmoins sur les origines de la vie dans des conditions non réductrices. Même la composition de l'atmosphère prébiotique est toujours contestée (voir Terre non réductrice - Pas si vite !).

Pour l'instant, laissons ces préoccupations de côté un instant et tournons-nous vers les événements qui nous amènent du LUCA et de ses premiers descendants aux chimies élaborées communes à toutes les cellules d'aujourd'hui. Les descriptions qui suivent sont des suppositions éclairées sur les voies empruntées très tôt vers la cellularité familière maintenant sur terre. Ils traitent principalement de la sélection des mécanismes catalytiques, du métabolisme réplicatif, du réseau de voies biochimiques qui se croisent et de la communication chimique encore plus complexe qui organise la fonction et la complexité des cellules.


Alkyle ??- d -cellulosides : imitateurs de cellulose non réducteurs

Imitations de cellulose non réductrices, appelées alkyle ??- d -cellulosides, ont été préparés avec succès par deux synthèses efficaces en plusieurs étapes à partir de cellulose microcristalline ou de triacétate de cellulose disponibles dans le commerce. L'introduction de la fraction alcoxy et la dégradation du squelette cellulosique ont été réalisées en présence d'un acide de Lewis, d'une part. D'autre part, l'hydrolyse de la cellulose médiée par les acides minéraux a été combinée avec ??-glycosidation réalisée en présence de sels d'argent. Les échantillons obtenus possèdent un degré de polymérisation moyen en nombre de 5 à 25, déterminé par chromatographie d'exclusion stérique, analyses élémentaires, spectroscopie RMN et spectrométrie de masse MALDI-TOF. Des échantillons en quantités de plusieurs grammes étaient disponibles. Formation sélective d'un ??-la liaison glycosidique entre l'atome C-1 du groupe terminal réducteur et les fragments alcoxy a été confirmée par une combinaison de techniques spectroscopiques RMN 2D et MALDI-TOF MS. En raison du blocage de la fonction aldéhyde, les cellulosides décrits sont des imitateurs très utiles pour l'étude des interactions des polysaccharides avec d'autres molécules complexes telles que les protéines ou pour déterminer les propriétés des polymères en solution ou à l'état solide.

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20.4 : Origines des molécules organiques en atmosphère non réductrice - Biologie

Quel test biochimique est utilisé pour tester les sucres réducteurs ?

2 . Question

Pourquoi le saccharose est-il connu comme un sucre non réducteur ?

  • Il ne réduit pas le sulfate de cuivre
  • Il ne peut pas être réduit
  • Il oxyde le sulfate de cuivre
  • C'est un monomère
3 . Question

Qu'est-ce qu'un résultat positif au test de Benoît ?

  • La solution devient rouge brique lorsqu'elle est chauffée
  • La solution reste bleue lorsqu'elle est chauffée
  • La solution devient bleu/noir lorsqu'elle est chauffée
  • La solution devient trouble lorsqu'elle est chauffée
4 . Question

Que devez-vous faire pour les sucres non réducteurs tels que le saccharose avant de tester avec le réactif de Benedict ?

  • L'hydrolyser en ses monosaccharides constitutifs
  • Oxydez-le en ses monosaccharides constitutifs
  • Faire bouillir
  • le congeler
5 . Question

Quel test est utilisé pour tester l'amidon?

6 . Question

Qu'est-ce qu'un résultat positif lors d'un test d'amidon avec de l'iode ou de l'iodure de potassium ?

7 . Question

Quelle couleur est vue avec le test de Benedict lorsqu'il y a des traces de sucre réducteur ?

8 . Question

Quelle couleur est vue avec le test de Benedict lorsqu'il n'y a pas de sucre réducteur ?

9 . Question

Quelle couleur est vue avec le test de Benedict lorsqu'il y a une quantité modérée de sucre réducteur ?

Dix . Question

Quelle couleur est vue avec le test de Benedict lorsqu'il y a une grande quantité de sucre réducteur ?

11 . Question

Quelle couleur est vue avec le test de Benedict lorsqu'il y a une grande quantité de sucre non réducteur ?

12 . Question

Quelle technique pourrait être utilisée pour séparer un mélange de monosaccharides afin d'identifier leurs composants ?

13 . Question

La réduction est une réaction chimique impliquant le….

  • Gain d'électrons ou d'hydrogène
  • Perte d'électrons ou d'hydrogène
  • Gain de protons ou d'hélium
  • Perte de protons ou d'hélium
14 . Question

Que donnent les sucres réducteurs au réactif de Benedict ?

15 . Question

Quel est le précipité rouge insoluble formé lorsqu'un sucre réducteur est chauffé avec le réactif de Benedict ?

16 . Question

Pour tester les sucres réducteurs, un échantillon d'aliment est broyé dans de l'eau, mélangé avec le régaent de Benedict, puis…

  • Chauffé au bain-marie bouillant pendant 5 minutes
  • Refroidi sur glace pendant 5 minutes
  • Laisser à température ambiante pendant 5 minutes
  • Deux gouttes d'iode sont ajoutées
17 . Question

L'iodure de potassium est utilisé pour tester la présence de quel polysaccharide ?

18 . Question

Le test de l'amidon est réalisé à quelle température ?

19 . Question

Pour tester les sucres réducteurs, les sucres non réducteurs et l'amidon, un échantillon d'aliment doit d'abord être…

  • Broyé dans l'eau
  • Broyé dans de l'éthanol
  • Broyé dans de l'hydroxyde de sodium
  • Doucement mouillé
20 . Question

L'oxyde de cuivre (I), formé lorsque le réactif de Benedict est incubé avec un sucre réducteur, est un…

  • Précipité rouge insoluble
  • Précipité bleu insoluble
  • Précipité vert insoluble
  • Précipité jaune insoluble

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Conditions précoces

On pense que la Terre d'Hadéen avait une atmosphère secondaire, formée par le dégazage des roches accumulées par les impacteurs planétésimaux. Au début, des scientifiques comme Harold Urey pensaient que l'atmosphère terrestre était composée d'hydrures - méthane, ammoniac et vapeur d'eau, et que la vie commençait dans de telles conditions réductrices, propices à la formation de molécules organiques. Cependant, on pense maintenant que l'atmosphère primitive, sur la base des preuves volcaniques d'aujourd'hui, aurait contenu 60 % d'hydrogène, 20 % d'oxygène (principalement sous forme de vapeur d'eau), 10 % de dioxyde de carbone, 5 à 7 % de sulfure d'hydrogène et de plus petites quantités d'azote, de monoxyde de carbone, d'hydrogène libre, de méthane et de gaz inertes. Comme la Terre n'avait pas la gravité pour contenir de l'hydrogène moléculaire, cette composante de l'atmosphère a été rapidement perdue au cours de la période Hadéenne. On pense que la solution du dioxyde de carbone dans l'eau a rendu les mers légèrement acides, avec un pH d'environ 5,5. [ 30 ]

Morse et MacKenzie ont suggéré que les océans pourraient être apparus pour la première fois dans l'éon Hadéen, dès deux cents millions d'années (200 Ma) après la formation de la Terre, dans un environnement réducteur chaud de 100 °C (212 °F), et que le Le pH d'environ 5,8 s'est élevé rapidement vers la neutralité. [ 31 ] Ceci a été soutenu par Wilde [ 32 ] qui a repoussé la date des cristaux de zircon trouvés dans le quartzite métamorphisé du mont Narryer en Australie occidentale, que l'on pensait auparavant être de 4,1 à 4,2 Ga, à 4,404 Ga. Cela signifie que les océans et la croûte continentale existait à moins de 150 Ma de la formation de la Terre. Rosing et al., [33] suggèrent qu'entre 4,4 et 4,3 Ga, la Terre était un monde aquatique, avec peu ou pas de croûte continentale, avec une atmosphère extrêmement turbulente et une hydrosphère soumise à des UV élevés, d'un soleil T Tauri et cosmique. rayonnement et impact continu des bolides.

En conséquence, l'environnement Hadéen était un environnement très dangereux pour la vie moderne. Des collisions fréquentes avec de gros objets, jusqu'à 500 kilomètres (310 mi) de diamètre, auraient été suffisantes pour stériliser la planète et vaporiser l'océan en quelques mois après l'impact, avec de la vapeur chaude mélangée à de la vapeur de roche conduisant à des nuages ​​de haute altitude couvrant complètement la planète. Après quelques mois, la hauteur de ces nuages ​​aurait commencé à diminuer, mais la base des nuages ​​aurait encore été élevée pendant environ les mille prochaines années. Après cela, il aurait commencé à pleuvoir à basse altitude. Pendant encore deux mille ans, les pluies auraient lentement fait baisser la hauteur des nuages, ramenant les océans à leur profondeur d'origine seulement 3 000 ans après l'impact. [ 34 ]

Entre 3,8 et 4,1 Ga, des changements dans les orbites des planètes géantes gazeuses peuvent avoir causé un bombardement intense tardif [ 35 ] qui a marqué la Lune et les autres planètes intérieures (Mercure, Mars et vraisemblablement la Terre et Vénus). Cela aurait probablement stérilisé la planète à plusieurs reprises, si la vie était apparue avant cette date. Géologiquement, la Terre Hadéenne aurait été beaucoup plus active qu'à tout autre moment de son histoire. Des études sur les météorites suggèrent que les isotopes radioactifs tels que l'aluminium-26 avec une demi-vie de 7,17×10 5 ans et le potassium-40 avec une demi-vie de 1,250×10 9 ans, des isotopes principalement produits dans les supernovae, étaient beaucoup plus courants. , avec pour résultat que. [ 36 ] Couplé à un échauffement interne résultant du tri gravitationnel entre le noyau et le manteau, il a généré une grande convection du manteau, avec le résultat probable qu'il y aurait eu beaucoup plus de plaques tectoniques très actives plus petites qu'à l'époque moderne.

En examinant l'intervalle de temps entre de tels événements environnementaux dévastateurs, l'intervalle de temps au cours duquel la vie aurait pu naître pour la première fois peut être trouvé pour différents environnements précoces. L'étude de Maher et Stevenson montre que si le contexte hydrothermal marin profond offre un site propice à l'origine de la vie, l'abiogenèse aurait pu se produire dès 4,0 à 4,2 Ga, alors que si elle se produisait à la surface de la Terre, l'abiogenèse n'aurait pu s'est produite entre 3,7 et 4,0 Ga. [ 37 ]

D'autres recherches suggèrent un début de vie plus froid. Les travaux de Leslie Orgel et ses collègues sur la synthèse des purines ont montré que les températures de congélation sont avantageuses, en raison de l'effet de concentration de précurseurs clés tels que le cyanure d'hydrogène. [ 38 ] Les recherches de Stanley Miller et de ses collègues ont suggéré que si l'adénine et la guanine nécessitent des conditions de congélation pour la synthèse, la cytosine et l'uracile peuvent nécessiter des températures d'ébullition. [ 39 ] Les recherches du groupe Miller notent la formation de sept acides aminés différents et de 11 types de bases nucléiques dans la glace lorsque l'ammoniac et le cyanure ont été laissés au congélateur de 1972 à 1997. [ 40 ] [ 41 ] Cet article décrit également les recherches de Christof Biebricher montrant la formation de molécules d'ARN de 400 bases de long dans des conditions de congélation à l'aide d'une matrice d'ARN, une chaîne d'ARN simple brin qui guide la formation d'un nouveau brin d'ARN. Au fur et à mesure que ce nouveau brin d'ARN se développe, il adhère à la matrice. [ 42 ] L'explication donnée pour la vitesse inhabituelle de ces réactions à une température aussi basse est la congélation eutectique. Lorsqu'un cristal de glace se forme, il reste pur : seules les molécules d'eau rejoignent le cristal en croissance, tandis que les impuretés comme le sel ou le cyanure sont exclues. Ces impuretés s'entassent dans des poches microscopiques de liquide dans la glace, et cet encombrement provoque des collisions plus fréquentes entre les molécules.

La preuve de l'apparition précoce de la vie provient de la ceinture supercrustale d'Isua dans l'ouest du Groenland et de formations similaires dans l'île voisine d'Akilia. Le carbone entrant dans les formations rocheuses a un rapport du carbone-13 ( 13 C) au carbone 12 ( 12 C) d'environ -5,5 (en unités de δ 13 C), où en raison d'une absorption biotique préférentielle de 12 C, la biomasse a un 13 C compris entre -20 et -30. Ces empreintes isotopiques sont conservées dans les sédiments, et Mojzis a utilisé cette technique pour suggérer que la vie existait déjà sur la planète il y a 3,85 milliards d'années. [ 43 ] Lazcano et Miller (1994) suggèrent que la rapidité de l'évolution de la vie est dictée par le taux de recirculation de l'eau à travers les évents sous-marins médio-océaniques. La recirculation complète prend 10 millions d'années, ainsi tous les composés organiques produits d'ici là seraient altérés ou détruits par des températures dépassant 300 °C (572 °F). Ils estiment que le développement d'un génome de 100 kilobases d'un hétérotrophe primitif ADN/protéine en une cyanobactérie filamenteuse de 7000 gènes n'aurait nécessité que 7 Ma. [44] Le chimiste Christian de Duve soutient que la détermination de la chimie signifie que « la vie doit émerger rapidement. entre-temps, à moins qu'ils ne soient reconstitués par d'autres réactions plus rapides". [ 45 ] [ 46 ]


Effet modulateur des acides gras et des stérols sur le vieillissement cutané

Xiaofeng Wang, Jianping Wu, dans Journal of Functional Foods, 2019

4.5 Ruminant trans-acide gras

Industriel trans-les acides gras sont bien connus pour être associés à un risque accru de maladie cardiovasculaire, d'hypertension, d'accident vasculaire cérébral et de diabète de type 2 ( Kiage et al., 2014 Mozaffarian, Katan, Ascherio, Stampfer, & Willett, 2006 van Dam, Willett, Rimm, Stampfer, & Hu, 2002). Au contraire, il existe en fait des produits biologiques trans-acides gras classés comme ruminants trans-les acides gras (ATFr), dont il a été démontré qu'ils ont des effets bénéfiques sur la santé en mettant l'accent sur trans- 11 acide vaccénique (C18:1, n-7) et cis-9, trans-11 acide linoléique conjugué (c9, t11 CLA, C18:2, n-9) ( Field, Blewett, Proctor, & Vine, 2009 ). Les rTFA sont générés par des bactéries à partir d'acides linoléique et α-linolénique à température et pression normales dans l'intestin des ruminants ( Shingfield, Chilliard, Toivonen, Kairenius, & Givens, 2008 ). Trans-L'acide vaccénique 11 est le rTFA le plus abondant dans l'alimentation des ruminants ( Steinhart, Rickert, & Winkler, 2003 ), qui peut être désaturé par la Δ9 désaturase en C9, t11 CLA ( Mosley, Shafii Dagger, Moate, & McGuire, 2006 ). Dans les kératinocytes HaCaT, il a été démontré que la supplémentation en CLA c9, t11 réduisait significativement la production d'IL-8 induite par les UV mais pas par le TNF-α. C9, t11 CLA ont également supprimé la PGE induite par les UV2 synthèse dans les fibroblastes CCD922SK (Storey, Rogers, McArdle, Jackson, & Rhodes, 2007). Ces résultats suggèrent un rôle modulateur potentiel du CLA c9, t11 sur l'inflammation associée au vieillissement cutané, qui est supposé être médié par le PPAR (Bassaganya-Riera et al., 2004).


Résumé

Le mécanisme de programmation des polykétide synthases hautement réductrices itératives reste l'un des problèmes clés non résolus du métabolisme secondaire. Nous avons effectué des échanges de domaine rationnels entre les polykétide synthases codant pour la biosynthèse des composés étroitement apparentés tenelline et desmethylbassianin. Expression des synthétases hybrides dans Aspergillus oryzae a conduit à la production de composés reprogrammés dans lesquels les changements du modèle de méthylation et de la longueur de la chaîne pourraient être mappés aux échanges de domaine. Ces expériences révèlent pour la première fois l'origine de la programmation dans ces systèmes. Les échanges de domaine combinés à la coexpression de deux gènes codant pour le cytochrome P450 du groupe de gènes biosynthétiques de la tenelline ont conduit à la résurrection du métabolite éteint bassianine.


Conclusions et perspectives

Les avantages environnementaux et agricoles des légumineuses sont reconnus depuis des siècles. Au cours des 10 dernières années, notre compréhension du processus de nodulation qui est en grande partie responsable de ces avantages a énormément augmenté. This can be attributed to advances in the available tools and technologies, coupled with the use of model legume and mutagenesis programs, enabling the identification of many key nodulation genes. However, a number of critical questions remain: What is the mobile signal coordinating the developmental programs of the epidermis and the cortex? Why are there three different NF receptors, how do they function to perceive NF and do they interact? Does the LRR RLK required for AON in the shoot indeed have a dual role for nitrogen regulation of nodulation in the root?

With next generation sequencing technologies and relatively-complete genome sequences now available, a new wave of novel genes required for nodule organogenesis, including miRNAs, will undoubtedly be revealed. The subsequent use of cutting-edge techniques, such as RNAi and VIGS, will help confirm the functionality of these genes without the need to generate stable mutant lines. Moreover, the ever increasing sensitivity of analytical instruments should ensure continued advances in nodulation biochemistry. Collectively, although gaps still remain in the knowledge base, they are being filled at an unprecedented rate, and on a global scale, never before experienced in the field of legume nodulation.