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L'évolution du métabolisme


Nous avons jusqu'à présent analysé l'émergence des premières formes vivantes, et vous avez peut-être remarqué que nous avons déjà mentionné pour ces formes quelques caractéristiques importantes pour conceptualiser un être vivant. Ces premiers organismes ont des composés organiques dans la constitution de leur corps, sont cellulaires (unicellulaires, dans ce cas) et ont une capacité de reproduction.

Nous n'avons pas encore discuté d'une autre caractéristique des êtres vivants: le métabolisme. Voyons alors quelle a été l'évolution probable des voies métaboliques dans les êtres vivants.

Chaque être vivant a besoin de nourriture, qui est dégradée dans les processus métaboliques pour la libération d'énergie et l'accomplissement des fonctions. Ces aliments dégradés peuvent également être utilisés comme matières premières dans la synthèse d'autres substances organiques, permettant la croissance et le remplacement des pertes.

Voyons alors comment ces premiers êtres ont pu obtenir et dégrader de la nourriture pour leur survie. Deux hypothèses ont été discutées par les scientifiques: la hypothèse hétérotrophique et l'autotrophe.

Hypothèse hétérotrophique

Selon cette hypothèse, les premiers organismes étaient structurellement très simples, et on peut supposer que les réactions chimiques dans leurs cellules étaient également simples. Ils vivaient dans un environnement aquatique, riche en substances nutritives, mais il n'y avait probablement pas d'oxygène dans l'atmosphère ou dissous dans l'eau de mer. Dans ces conditions, il est possible de supposer que, ayant une nourriture abondante autour d'eux, ces premiers êtres auraient utilisé cette nourriture déjà sujette comme source d'énergie et de matière première. Ce seraient donc des hétérotrophes (droit = différent, trophées = nourriture): organismes incapables de synthétiser leurs propres aliments à partir de composés inorganiques, les préparant ainsi de l'environnement.

Les êtres capables de synthétiser leurs propres aliments à partir de simples substances inorganiques sont appelés autotrophes (moi = propre, trophées = nourriture), comme c'est le cas avec les plantes.

Une fois à l'intérieur de la cellule, cette nourriture doit être dégradée. Dans les conditions de la Terre d'aujourd'hui, la voie métabolique la plus simple pour dégrader les aliments sans oxygène est la fermentation, un processus anaérobie (un = sans, aéro= air, bio = vie). L'un des types de fermentation les plus courants est la fermentation alcoolique. Le sucre de glucose est dégradé en alcool éthylique (éthanol) et en dioxyde de carbone, libérant de l'énergie pour les différentes étapes du métabolisme cellulaire.

Ces organismes ont commencé à augmenter en nombre par reproduction. Dans le même temps, les conditions météorologiques de la Terre changeaient également au point où aucune synthèse prébiotique de matière organique ne se produisait. Ainsi, la nourriture dissoute au milieu aurait commencé à se raréfier.

Avec une nourriture réduite et un grand nombre d'individus dans les mers, il devait y avoir beaucoup de compétition, et de nombreux organismes seraient morts du manque de nourriture. Dans le même temps, le CO aurait accumulé2 dans l'environnement. On pense que dans ce nouveau scénario, il y aurait eu l'émergence de certains êtres capables de capter la lumière du soleil à l'aide de pigments tels que la chlorophylle. L'énergie lumineuse aurait été utilisée pour synthétiser leurs propres aliments biologiques à partir d'eau et de dioxyde de carbone. Ainsi auraient surgi les premiers autotrophes: les êtres photosynthétiseurs (image = léger; synthèse en présence de lumière), qui ne rivalisait pas avec les hétérotrophes et proliférait fortement.

Ces premiers êtres photosynthétisants ont contribué à modifier la composition de l'atmosphère: ils ont introduit de l'oxygène dans l'air, et l'atmosphère serait passée de la réduction à l'oxydation. À ce jour, ce sont principalement les êtres photosynthétiseurs qui tuent les niveaux d'oxygène dans l'atmosphère, ce qui est essentiel à la vie sur notre planète. Dans des conditions de faible disponibilité de molécules organiques dans le milieu, ces organismes aérobies auraient un grand avantage sur les fermenteurs.

Avec la disponibilité de l'oxygène, il a été possible de survivre à des êtres qui ont développé des réactions métaboliques complexes, capables d'utiliser ce gaz dans la dégradation des aliments. Viennent ensuite les premiers êtres aérobies qui exécutent la respiration. Par la respiration, la nourriture, en particulier le sucre de glucose, est dégradée en dioxyde de carbone et en eau, libérant beaucoup plus d'énergie pour remplir les fonctions vitales qu'en fermentation.

La fermentation, la photosynthèse et la respiration sont restées au fil du temps et se produisent dans les organismes vivant actuellement sur Terre. Tous les organismes respirent et / ou fermentent, mais seuls quelques-uns respirent et photosynthétisent.

HYPOTHÈSE HYPEROTROPHIQUE
Fermentation -> Photosynthèse -> Respiration