Vie basée sur le carbone - Carbon-based life

Pour le groupe de musique, voir Carbon Based Lifeforms .
Voir aussi : organisme et forme de vie
La structure de Lewis d'un atome de carbone, montrant ses quatre électrons de valence

Le carbone est un composant principal de toute vie connue sur Terre , représentant environ 45 à 50 % de toute la biomasse sèche . Les composés carbonés se produisent naturellement en grande abondance sur Terre. Les molécules biologiques complexes sont constituées d'atomes de carbone liés à d'autres éléments , en particulier l' oxygène et l' hydrogène et fréquemment aussi l' azote , le phosphore et le soufre (collectivement appelés CHNOPS ).

Parce qu'il est léger et de taille relativement petite, les molécules de carbone sont faciles à manipuler pour les enzymes . Il est fréquemment admis en astrobiologie que si la vie existe ailleurs dans l' Univers , elle sera également à base de carbone. Les critiques appellent cette hypothèse le chauvinisme du carbone .

Caractéristiques

Le carbone est capable de former un grand nombre de composés , plus que tout autre élément, avec près de dix millions de composés décrits à ce jour, et pourtant ce nombre n'est qu'une fraction du nombre de composés théoriquement possibles dans des conditions standard. L'énorme diversité des composés carbonés, appelés composés organiques , a conduit à les distinguer des composés ne contenant pas de carbone, appelés composés inorganiques . La branche de la chimie qui étudie les composés organiques est connue sous le nom de chimie organique .

Le carbone est le 15e élément le plus abondant de la croûte terrestre et le quatrième élément le plus abondant de l'univers en masse, après l' hydrogène , l' hélium et l' oxygène . L'abondance généralisée du carbone, sa capacité à former des liaisons stables avec de nombreux autres éléments et sa capacité inhabituelle à former des polymères aux températures couramment rencontrées sur Terre lui permettent de servir d'élément commun à tous les organismes vivants connus. Dans une étude de 2018, il a été découvert que le carbone composait environ 550 milliards de tonnes de toute vie sur Terre. C'est le deuxième élément le plus abondant dans le corps humain en masse (environ 18,5%) après l'oxygène.

Les caractéristiques les plus importantes du carbone comme base de la chimie de la vie sont que chaque atome de carbone est capable de former jusqu'à quatre liaisons de valence avec d'autres atomes simultanément, et que l'énergie nécessaire pour établir ou rompre une liaison avec un atome de carbone est de un niveau approprié pour construire des molécules volumineuses et complexes qui peuvent être à la fois stables et réactives. Les atomes de carbone se lient facilement à d'autres atomes de carbone; cela permet la construction de macromolécules et de polymères arbitrairement longs dans un processus connu sous le nom de caténation . "Ce que nous considérons normalement comme 'la vie' est basé sur des chaînes d'atomes de carbone, avec quelques autres atomes, tels que l'azote ou le phosphore", selon Stephen Hawking dans une conférence de 2008, "le carbone [...] a la chimie la plus riche ."

Norman Horowitz , était le chef de la section de biosciences du Jet Propulsion Laboratory pour la première mission américaine, Viking Lander de 1976 , pour faire atterrir avec succès une sonde sans pilote sur la surface de Mars . Il considérait que la grande versatilité de l'atome de carbone en fait l'élément le plus susceptible d'apporter des solutions, même exotiques, aux problèmes de survie sur d'autres planètes. Cependant, les résultats de cette mission ont indiqué que Mars était actuellement extrêmement hostile à la vie basée sur le carbone. Il a également estimé qu'en général, il n'y avait qu'une faible possibilité que des formes de vie non carbonées soient capables d'évoluer avec des systèmes d'information génétique capables d'auto-réplication et d'adaptation.

Molécules clés

Les classes les plus notables de macromolécules biologiques utilisées dans les processus fondamentaux des organismes vivants comprennent :

  • Les protéines , qui sont les éléments constitutifs à partir desquels les structures des organismes vivants sont construites (cela inclut presque toutes les enzymes , qui catalysent les réactions chimiques organiques)
  • Les acides nucléiques , porteurs d' informations génétiques
  • Les glucides , qui stockent l'énergie sous une forme utilisable par les cellules vivantes
  • Les lipides , qui stockent également de l'énergie, mais sous une forme plus concentrée, et qui peuvent être stockés pendant de longues périodes dans le corps des animaux

D'autres candidats

Il n'y a pas beaucoup d'autres éléments qui semblent être des candidats prometteurs pour soutenir les systèmes et processus biologiques aussi fondamentalement que le carbone, par exemple, des processus tels que le métabolisme . L'alternative la plus fréquemment suggérée est le silicium . Le silicium partage un groupe dans le tableau périodique avec le carbone, peut également former quatre liaisons de valence et se lie également facilement à lui-même, bien que généralement sous la forme de réseaux cristallins plutôt que de longues chaînes. Malgré ces similitudes, le silicium est considérablement plus électropositif que le carbone, et les composés du silicium ne se recombinent pas facilement en différentes permutations d'une manière qui soutiendrait de manière plausible des processus réalistes.

fiction

Les spéculations sur la structure chimique et les propriétés d'une vie hypothétique non basée sur le carbone ont été un thème récurrent dans la science-fiction . Le silicium est souvent utilisé comme substitut du carbone dans les formes de vie fictives en raison de ses similitudes chimiques. Dans la science-fiction cinématographique et littéraire, lorsque les machines artificielles passent du non-vivant au vivant, cette nouvelle forme est souvent présentée comme un exemple de vie sans carbone. Depuis l'avènement du microprocesseur à la fin des années 1960, ces machines sont souvent classées dans la catégorie "vie à base de silicium". D'autres exemples de "vie fictive à base de silicium" peuvent être vus dans l'épisode de 1967 " The Devil in the Dark " de Star Trek: The Original Series , dans lequel la biochimie d'une créature rocheuse vivante est basée sur le silicium, et dans le 1994 The X -Fichiers épisode " Firewalker ", dans lequel un organisme à base de silicium est découvert dans un volcan.

Dans l' adaptation cinématographique de 1984 du roman 2010 d' Arthur C. Clarke : Odyssey Two , un personnage affirme : « Que nous soyons à base de carbone ou de silicium ne fait aucune différence fondamentale ; nous devrions chacun être traités avec le respect approprié.

Voir également

Les références

Liens externes