La vie sans l'eau :
des possibilités théoriques
aux adaptations pratiques




S’il est une évidence bien ancrée à l’esprit des biologistes de la planète, et largement diffusée dans le grand public, c’est que l’eau est indispensable à la vie.

Cependant, une des difficultés de la biologie résulte justement dans l’étonnante plasticité du vivant qui tient en échec toute tentative de généralisation hâtive au fil des milliards d’années d’évolution des organismes et nous impose d’approcher de manière circonspecte les évidences qui pourraient résulter d’une vision biaisée, car excessivement anthropocentrique, du monde vivant.
Nous allons voir que l’eau, loin d’être indispensable, a probablement constitué un obstacle redoutable à l’apparition de la vie, et que sa large utilisation et son caractère indispensable pour les organismes terrestres ne résultent peut-être que d’une histoire évolutive s’étant déroulée sur une planète où ce liquide était surabondant.

Les arcanes de la théorie Indispensable et mystérieux solvant Si l’on excepte les molécules situées dans la membrane lipidique des cellules, la plupart des polymères biologiques sont en solution dans ce liquide aussi commun qu’étrange, l’eau. Si l’on se réfère à sa formule chimique, l’eau devrait bouillir autour de 0°C et ne se solidifier qu’autour de -100°C. Pourquoi se comporte-t’elle autrement ?

Chaque molécule d’eau a tendance à s’accrocher faiblement par tous les moyens à ses voisines. A température ambiante (20°C), elle change plusieurs milliers de fois de partenaires par seconde, mais l’ensemble des forces générées par toutes les molécules qui frétillent ensemble permet à ces dernières de rester jointives : l’eau reste liquide à température “ordinaire” parce qu’elle est “cohérente”.

Cette agitation moléculaire est si complexe qu’à l’heure actuelle la structure précise de l’eau à l’état liquide est mal connue : la complexité peut se cacher parmi les substances les plus courantes ! L’eau assure plusieurs rôles pour les êtres vivants terrestres :

- c’est un solvant (c’est même LE solvant “universel”) qui permet aux petites molécules de diffuser dans le cytoplasme des cellules, qui assure la mobilité moléculaire permettant l’existence d’un métabolisme se déroulant, aux températures terrestres, à une vitesse convenable (ne nous y trompons pas : c’est justement le métabolisme qui s’est adapté à l’eau et à la gamme de température où elle reste liquide, et non cette molécule et cette gamme de température qui se trouvait “prédestinée” à la vie).

- C’est une molécule très réactive (ce que nous avons tendance, vivant à son contact comme à celui du redoutable oxygène, à oublier), qui intervient dans les réactions de destruction (hydrolyses) des polymères, les grandes molécules du vivant, mais aussi comme accepteur d’électrons dans des mécanismes aussi fondamentaux que celui de la photosynthèse.

- C’est un liquide possédant une grande chaleur lattente (il faut beaucoup d’énergie pour le vaporiser), ce qui explique son utilisation par les êtres vivants pluricellulaires pour le contrôle de leur température : l’évaporation d’eau provoque le refroidissement de la surface sur laquelle elle est posée (toutes les plantes vertes et les sportifs en sueur vous le confirmeront).

Mystère à l’origine

L’eau pose un problème de taille aux êtres vivants : elle a tendance à participer à des réactions chimiques qui, physiquement, s’orientent vers la destruction des grandes molécules caractéristiques du vivant. Comment, dès lors, ces molécules ont elles pu apparaître sur la Terre primitive, comment la vie a-t-elle pu prendre son essor dans un milieu ou l’eau constituait bien plus un obstacle (à la fois comme réactif chimique et comme diluant des produits obtenus) qu’un élément indispensable ?
Cette difficulté en est venue à discréditer l’hypothèse, toujours populaire, de la “soupe primitive” au profit de celle prenant en compte “les côtés de la soupière”: il apparaît que l’origine de la vie a nécessité la présence de milieux (roches, cristaux, glaces...) dans lesquels l’eau liquide était rare, voire même absente !

L’eau à l’état solide, très répandue dans notre système solaire, en vient même à constituer une alternative intéressante à son pendant liquide pour la formation des premières molécules prébiotiques. Les molécules d’eau y adoptent une douzaine de configurations différentes, ce qui permet une grande variété de comportement de ce solide et fournit ainsi des environnements variés pour les molécules qu’il peut emprisonner. Ces dernières, entre autres, pourront ainsi conserver, même dans le froid milieu interstellaire une certaine mobilité, ce qui facilite parfois les réactions chimiques à basse température.

Ce comportement surprenant a été vérifié par S. Miller, qui a obtenu à partir d’une solution de cyanure d’ammonium oubliée 27 ans dans un congélateur à -80°C , une synthèse des bases puriques et pyrimidiques entrant dans la composition de l’ARN (2). Si l’eau liquide est maintenant indispensable à la vie terrestre, il faut bien considérer qu’elle l’est devenu : à l’origine, sa présence a plutôt constitué une gène.

Sur Terre, les êtres vivants se sont adaptés très vite, très tôt, à la présence massive d’eau liquide, et c’est pourquoi les formes de vies actuelles en sont si dépendantes... Mais une autre histoire auraitelle été possible sur un monde ou les conditions physiques auraient permis à d’autres éléments d’être présents à l’état liquide ? D’autres candidats pour assurer la mobilité moléculaire Certains biochimistes ont cherché à vérifier si l’utilisation de l’eau liquide par les organismes terrestres était inévitable ou contingente : est-il possible, ailleurs dans l’univers, qu’une autre molécule assure les mêmes rôles, permettant ainsi l’émergence du vivant dans des conditions physiques qui ne sont pas celles de l’essentiel de notre biosphère ?

Il faudrait que sa structure moléculaire soit voisine de celle de l’eau liquide et qu’elle soit aussi commune que cette dernière, tout en restant liquide à basse ou à très haute température. L’importance de l’état liquide vient de ce qu’il permet à un organisme de rester cohérent (contrairement au gaz) sans rester pour autant figé (solides).

Deux molécules ont été pressenties comme candidates pour le rôle ambigu de remplaçantes de l’eau liquide :
- l’ammoniac NH3 pour les basses températures
- les solutions à base de sulfures pour les hautes températures. Il va de soi que ces solvants éventuels ne permettent sans doute pas l’existence d’une vie basée sur des édifices moléculaires riches en carbone : ceux-ci sont soit trop rigides, soit trop fragiles. Dès lors, un autre monde est-il possible ?


D’autres chimies pour la vie


Si l’eau liquide est indispensable aux formes de vies liées au carbone, cet élément lui- même est-il le seul qui soit à même de conduire à une chimie du vivant ? Le carbone présente des caractéristiques qui font de lui l’indispensable (?) “squelette” des molécules des êtres vivants terrestres : il est capable de prêter 4 électrons à d’autres atomes et peut ainsi se lier à 4 voisins pour former des édifices moléculaires d’une étonnante variété, allant du simple méthane CH4 aux milliers d’atomes constituant une protéine ou l’ADN.

Cet article est extrait du numéro 35

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