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Les hommes ne sont pas nez pour devenir Astronomes, ou Chymistes ; pour passer toute leur vie pendus à une lunette, ou attachez à un fourneau ; & pour tirer ensuite des conséquences assez inutiles de leurs observations laborieuses. Je veux qu'un Astronome ait découvert le premier des terres, des mers & des montagnes dans la lune ; qu'il se soit apperçu le premier des taches qui tournent sur le soleil, & qu'il en ait exactement calculé les mouvemens. Je veux qu'un Chymiste ait enfin trouvé le secret de fixer le mercure, ou de faire de cet alkaëst par lequel Vanhelmont se vantait de dissoudre tous les corps : en sont ils pour cela devenu plus sages & plus heureux ? Ils se sont peut être fait quelque réputation dans le monde ; mais s'ils y ont pris garde, cette réputation n'a fait qu'étendre leur servitude.

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Arsenic et vieilles dentelles

Quand j'ai lu que la revue Science et la NASA organisaient une conférence de presse sur le rôle de l'arsenic comme élément central possible pour la vie ailleurs dans le cosmos, et que cet élément devait être un acteur majeur à l'origine de la vie, je n'en croyais pas mes yeux. Mais c'était un fait, repris par les media de masse du monde entier. J'ai immédiatement écrit à Science pour mettre en garde contre une vue ignorante de la chimie, mais n'ai reçu aucune réponse (sauf que mon commentaire était bien arrivé). J'ai donc décidé de le publier dans un journal d'audience limitée, le Journal of Cosmology (en anglais). Curieusement, mon texte y a été modifié de manière à placer le blâme uniquement sur les relecteurs travaillant pour Science ainsi que sur le rédacteur en chef, et à prendre la défense des chercheurs impliqués dans ce cauchemar.

Il est vrai qu'aujourd'hui les publications scientifiques s'apparentent de plus en plus à la publicité : il faut d'ailleurs le plus souvent payer cher pour être publié. Au surplus, les éditeurs des magazines à la mode sont plus journalistes et non de vrais scientifiques. Il devient donc critique que les chercheurs réagissent et se remettent à défendre la méthode scientifique. La science devrait revenir à son principe original de construction, la méthode critique générative.

Ainsi, nous devrions tous nous rappeler l'article publié par Frank Westheimer en 1987, intitulé à juste titre : «Pourquoi la nature a choisi les phosphates ?» dans ce même journal, Science: 235: 1173-1178. Il y expliquait la situation particulière des liaisons phosphate, qui sont habituellement métastables. C'est la raison pour laquelle le phosphore est si important pour la vie telle que nous la connaissons. Que nous ayons oublié cet important article montre combien la science a dérivé de son rôle dans la création du savoir. Elle est devenue une sorte de signal de domination qui régit les relations entre les êtres humains, dans un monde dominé par la communication de masse.

Si l'arsenic est important c'est que c'est un contaminant toxique de l'eau du monde entier, et il est donc essentiel de ne pas propager des idées fausses au sujet de ce métalloïde.

Juillet 2012. Après discussion avec le géochimiste Raoul-Marie Couture, nous avons écrit un article proposant un scénario détaillé dans lequel certaines bactéries pourraient synthétiser le monothioarsenate, un dérivé de l'arsenic assez inoffensif. Le scénario est hypothétique et très osé (scientifiquement), bien sûr, mais il souhaite montrer que nous devrions explorer de nombreuses hypothèses biochimiques avant d'essayer de remettre en question notre vue standard des lois de la physique et de la chimie. Il montre aussi l'existence de nombreux composés stables comprenant de l'arsenic, mais à la chimie très limitée, et certainement hors de portée de la synthèse de macromolécules informationnelles. Ce texte est publié dans Environmental Microbiology.

RM Couture , A Sekowska, G Fang, A Danchin
Linking selenium biogeochemistry to the sulfur-dependent biological detoxification of arsenic
Environ Microbiol (2012) 14: 1612-1623. doi: 10.1111/j.1462-2920.2012.02758.x. PubMed microme

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Une réaction immédiate à l'article de Science a été publiée dans The Journal of Cosmology

La synthèse de polymères informationnels stables dans l'eau à 300K limite les espèces chimiques impliquées à un domaine extrêmement étroit. C'est ce qui explique que les atomes élémentaires de la vie - ceux-là même qu'on trouve souvent dans les météorites - sont l'hydrogène, le carbone, l'azote et l'oxygène. En parallèle, la gestion de l'énergie utilisée pour entretenir la vie utilise une propriété unique de phosphore qui peut conserver de l'énergie au sein de liaisons phosphoester. Ces liaisons sont en effet métastables. Elles peuvent se concentrer sous la forme de polyphosphates, résistants à l'irradiation ou à la dessication. L'analyse du génome de bactéries qui vivent dans un milieu riche en arsenic (arsénophiles) montre que ce métalloïde s'y accumule via la formation de dérivés inoffensifs qui peuvent par exemple "décorer" de façon inerte les biopolymères (le plus souvent sans doute des carbohydrates ou des lipides). Toutefois, l'arsenic ne peut certainement pas remplacer le phosphore dans sa fonction de base pour la vie, celle de groupement métastable riche en énergie. Cela a déjà été bien établi par de nombreuses expériences biochimiques. C'est ainsi que les revendications récentes de Wolfe-Simon et se collègues (2010) que cette substitution du phosphore par l'arsenic pourrait se produire, n'ont pas été vérifiées expérimentalement. Elles sont fondées sur des expériences sans contrôles, comme c'est souvent le cas dans les expériences "extraordinaires" (souvenons-nous de l'absurdité scandaleuse de la "mémoire de l'eau" faites pour confirmer plutôt qu'infirmer des croyances).

Toutefois, les auteurs ne sont certainement pas les seuls à blâmer, mais les principaux responsables sont les journaux qui tentent de maintenir leur facteur d'impact élevé à tout prix, en publiant des articles qui ne devraient jamais avoir atteint le grand public.

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Figure 1. La table périodique des éléments, vue en mettant l'accent sur certains atomes liés à la vie. Tous les éléments trouvés dans la vie sont indiqués en orange. Les quatre éléments centraux, hydrogène, carbone, azote et oxygène sont indiqués en orange foncé. Les éléments qui sont cosmologiquement rares sont en violet. Les métaux impliqués dans des interactions électrostatiques centrales sont en orange clair, avec le chlorure, qui est utilisé comme un contre-anion dans les fluides qui entourent la plupart des cellules. Certains éléments (par exemple le brome, l'iode, le silicium ou le tungstène) ne sont utilisés que dans des familles d'organismes spécifiques. Cette liste est susceptible d'évoluer au fur et à mesure que l'on découvre des organismes, principalement des microbes, dans des environnement de plus en plus exotiques. C'est le cas par exemple de l'arsenic, ici indiqué en jaune, mais présent dans des lipides et dans des carbohydrates complexes, et fréquent dans les algues.

Bloc-Notes paru dans la revue BoOks

L' origine de la vie passionne. Et depuis la « petite mare tiède » proposée par Charles Darwin comme son humide berceau, c'est devenu un lieu commun de penser làa naissance de la vie non comme celle de Vénus dans un coquillage, mais c'est un infâme brouet. Une réflexion sur les conditions nécessaires écarte pourtant rapidement cette idée. Et voici donc un moyen simple de savoir ce qu'il vaut mieux ne pas lire sur le sujet : oublier tout ce qui parle de soupe. Tout à l'opposé, un très petit livre de Freeman Dyson, publié il y a un quart de siècle et intitulé Origins of Life (au pluriel, bien sûr), apporte une vraie réflexion sur le sujet. Dyson y montre que la vie, comme nous la comprenons aujourd'hui, ne peut pas être apparue en une seule fois. Il montre qu'il faut la reproduction d'un métabolisme (copie approximative de premières réactions chimiques organisées), précédant une étape de réplication (copie exacte d'une mémoire de ce métabolisme) pour que naisse la vie.

Dyson ne s'interroge pas sur les lieux possibles où pourraient se dérouler ce métabolisme originel. Mais il ne fait aucun doute que le monde minéral doit y être central. La vie aujourd'hui gère son énergie par le transfert d'un minéral qui nous est familier, le phosphate (la base des os et des dents), formé d'un atome de phosphore, de quatre atomes d'oxygène, et d'un nombre variable d'atomes d'hydrogène (suivant l'acidité du milieu). Sans phosphate, pas de vie. Mais voici que la NASA, à grand renfort de communiqués de presse, prétend avoir découvert autre chose. Les media de masse s'emballent. L'arsenic aurait pu remplacer le phosphore ! Eh bien, il suffit d'un peu de bon sens et d'une connaissance scolaire de la chimie pour comprendre que ce n'est pas possible, et que cette nouveauté n'est rien d'autre que la résurrection du mythe de l'éternelle nouveauté. Mais nos media ont besoin de trouver du neuf chaque jour, et de l'oublier aussitôt.

Pour que la vie existe il faut de nombreuses restrictions. Il faut un métabolisme, donc une dynamique, et la formation de polymères (pour gérer l'information et la catalyse). Ces deux conditions ne peuvent être remplies que dans un domaine très étroit de température. En gros, autour de celle où l'eau est liquide. Or faire des polymères, surtout informationnels, suppose le partage d'électrons entre plusieurs noyaux atomiques. Et là —souvenez-vous des leçons de physique au lycée— les contraintes sont très fortes : les seuls atomes vraiment possibles sont ceux où les électrons (négatifs) engagés dans ces liaisons sont immédiatement proches du noyau (positif). C'est pourquoi la vie se crée à partir de petits atomes : hydrogène, carbone, azote, oxygène. Il manque ici le bore, qui aurait dû faire partie de cette série. Mais, pour des raisons cosmologiques (formation des premiers atomes au début de notre univers) le bore est rare dans l'univers. L'absence de bore est donc accidentelle. Mais il pourrait exister un ailleurs où, pour une raison inattendue on trouverait beaucoup de bore, et cela aurait été un bon choix pour la NASA. Maintenant, quand on descend dans le tableau périodique des éléments (oui, encore le lycée !) la présence de couches électroniques intérieures remplies rendent les liaisons chimiques plus instables. C'est ainsi que le soufre ne peut jouer le même rôle que l'oxygène. Le phosphore, analogue de l'azote, est original. Il ne peut réaliser que des liaisons stables en nombre limité. Mais l'une d'elles, la liaison avec l'oxygène, donne des polymères comme les polyphosphates, par perte d'une molécule d'eau. Ces composés devraient être facilement détruits par l'eau (la réaction avec l'eau est exothermique, elle produit de l'énergie), mais, pour cela, il faut franchir une énorme énergie d'activation, ils sont « métastables ». C'est la raison même pour laquelle la liaison phosphate est « riche en énergie ». A l'inverse, le silicium, qui serait l'analogue supérieur du carbone, ne donne rien de bien intéressant. Tout au plus des éléments de squelette (comme dans les diatomées) et peut-être quelques rares composés originaux. Pour l'arsenic, la situation est encore moins bonne. Cette fois la liaison analogue à celle des polyphosphates est facilement détruite par l'eau (sans grande énergie d'activation). Par ailleurs, comme chez les atomes lourds les électrons externes sont de moins en moins attirés par le noyau, cela conduit à toutes sortes de réactions d'oxydo-réduction (le soufre, par exemple, dans les cellules a un niveau d'oxydation qui varie de -2 à +6 !!!). Cela fait que, sans être grand clerc, on peut affirmer aisément que l'arsenic ne peut pas prendre la place du phosphore, sauf peut-être de façon tout  fait anecdotique.

Parions donc que la célébrité de l'arsenic comme nouvel élément de la vie sera bien éphémère. Mais elle nous donne une leçon sur ce que doit être l'esprit critique. Pourquoi chercher à tout prix le mystère et ne pas s'émerveiller plutôt que la simplicité des lois de la physique nous permette, sans addition de mystères, de connaître des organismes aussi extraordinaires que les êtres vivants ?