Expérience de Miller-Urey

L'expérience de Miller (dite encore de Miller et Urey), destinée à mettre en évidence une éventuelle origine chimique de l'apparition de la vie sur Terre, consista à simuler les conditions supposées régner originellement après la formation de la croûte terrestre. Elle avait pour objectif de mettre à l'épreuve l'hypothèse d'Oparin et de Haldane, selon laquelle les conditions existant alors sur Terre auraient favorisé les réactions chimiques susceptibles de faire apparaître des composés organiques à partir de composés inorganiques. Considérée comme classique dans le domaine de l'origine de la vie, cette expérience fut menée en 1953 par Stanley Miller et Harold Clayton Urey à l'Université de Chicago^[1],[2],[3]. Elle donna naissance au concept de « soupe primitive (ou primordiale) de la vie », qui a ensuite gagné en popularité.

L'expérience et son interprétation

L'expérience fait intervenir de l'eau (H₂O), du méthane (CH₄), de l'ammoniac (NH₃) et du dihydrogène (H₂). Les substances sont enfermées dans un groupe de tubes de verre stériles connectés ensemble en boucle, avec un flacon à moitié plein d'eau liquide et un autre contenant une paire d'électrodes. L'eau liquide est ensuite chauffée pour provoquer l'évaporation, puis des étincelles sont déclenchées entre les électrodes pour simuler des éclairs à travers l'atmosphère de la Terre et la vapeur d'eau. Enfin, l'atmosphère est rafraîchie pour que l'eau se condense et retourne dans le premier flacon. Et le cycle redémarre.

À la fin de la première semaine d'opération continue, Miller et Urey observèrent qu'entre 10 et 15% du carbone à l'intérieur du système était alors sous la forme de composés organiques. 2% du carbone avait formé des acides aminés, dont treize des 22 qui sont utilisés pour fabriquer des protéines dans les cellules des organismes, avec une abondance de glycine. Des sucres, des lipides, et quelques composants des acides nucléiques se formèrent également, mais pas d'acides nucléiques entiers (ADN ou ARN). Comme il a été observé dans les expériences qui ont suivi, des énantiomères gauches dextrogyre et lévogyre se sont formés dans un mélange racémique. Mais cette expérience a aussi créé une substance qui serait un « cancerogène toxique » pour beaucoup d'organismes^{[4],[réf. nécessaire]}. Malgré leur toxicité, ces composés, dont le méthanal et le cyanure, sont des composants nécessaires pour les composés biochimiques importants, dont les acides aminés^[5].

Les résultats de l'expérience Miller-Urey furent corroborés trois ans plus tard par d'autres expériences d'un groupe indépendant^[6].

Chimie de l'expérience

Lors de la première étape de la réaction, du cyanure d'hydrogène (HCN) et du formaldéhyde sont formés, ainsi que d'autres composés intermédiaires actifs (acétylène, cyanoacétylène, etc):

CO₂ → CO + [O] (oxygène atomique)

CH₄ + 2 [O] → CH₂O + H₂O

CO + NH₃ → HCN + H₂O

CH₄ + NH₃ → HCN + 3 H₂ (procédé BMA)

Ces composés vont alors réagir ensemble, aboutissant à la formation d'acides aminés (synthèse de Strecker) et d'autres biomolécules:

CH₂O + HCN + NH₃ → NH₂-CH₂-CN + H₂O

NH₂-CH₂-CN + 2 H₂O → NH₃ + NH₂-CH₂-COOH (glycine)

Critiques

En 2007, Le Figaro précisait que les modèles actuels d'atmosphère primitive tablent sur une atmosphère moins riche en hydrogène et plus riche en CO₂. Selon Louis d'Hendecourt (de l'Institut d'astrophysique spatiale d'Orsay), « dans ce cas, les expériences de Miller-Urey ne marchent pas^[6] ».

Cependant, pour Robert Pascal (Laboratoire Organisation moléculaire, évolution et matériaux fluorés, Montpellier) « on sait que sur la Terre primitive, de l'hydrogène se formait autour des sources hydrothermales. [Auparavant], on pensait que cet élément, très léger, s'échappait rapidement vers l'espace. Or, de récents calculs ont revu à la baisse l'agitation des molécules d'hydrogène dans la haute atmosphère primitive. Cet élément devait donc être présent en plus grande quantité, favorisant la synthèse d'acides aminés^[7] ».

Notes et références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article en anglais intitulé « Miller–Urey experiment » (voir la liste des auteurs)

1. ↑ (en) Stanley L. Miller, « A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions », dans Science, vol. 117, n^o 3046, 1953, p. 528-529 (ISSN 0036-8075) [texte intégral, lien DOI] 
2. ↑ (en) Stanley L. Miller et Urey Harold Clayto, « Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth », dans Science, vol. 130, n^o 3370, 1959, p. 245-251 (ISSN 0036-8075) [lien DOI] 
3. ↑ « The 1953 Stanley L. Miller experiment: Fifty years of prebiotic organic chemistry », dans Origins of Life and Evolution of Biospheres, vol. 33, n^o 3, juin 2003, p. 235-242 (ISSN 0169-6149) [résumé, lien DOI] 
4. ↑ Jerry Bergman, « Why the Miller–Urey research argues against abiogenesis » sur http://www.answersingenesis.org, Août 2004. Consulté le 23 septembre 2009
5. ↑ (en) Philip Hauge Abelson, « Chemical events on the primitive earth », dans PNAS, vol. 55, n^o 6, 28 avril 1966, p. 1365-1372 (ISSN 0027-8424) [texte intégral, lien DOI (pages consultées le 23 Septembre 2009)] 
6. ↑ ^{a et b} Jean-Michel Bader, « Stanley Miller, père de la soupe primitive », dans Le Figaro, 25 mai 2007, p. 13 (ISSN 0182-5852) 
7. ↑ Mathieu Grousson, « Elucider les origines: Où tout a-t-il vraiment commencé ? », dans Science et Vie, n^o 245, 1^er décembre 2008, p. 65-71 (ISSN 0036-8369) 

Voir aussi

Articles connexes

• Soupe primordiale
• Stanley Miller
• Harold Urey