L'atmosphère de la Terre primitive constitua peut-être un réacteur chimique propice à la synthèse des molécules organiques nécessaires à l'émergence de la vie. Cette hypothèse, proposée dès 1923 par le biochimiste russe Alexandre Oparin, fut confortée en 1953 par l'expérience remarquable du chimiste américain Stanley Miller. Ce dernier remplit un ballon d'un mélange gazeux réducteur de méthane, d'ammoniac, d'hydrogène et de vapeur d'eau et soumit ce mélange à l'action d'un arc électrique simulant les orages de la Terre primitive. Parmi les composés formés, il identifia l'acide cyanhydrique (HCN) et le formaldéhyde (H2CO). Il isola également la glycine et trois autres acides aminés qui figurent parmi les éléments constitutifs des protéines. Il est intéressant de noter que Stanley Miller fut le premier à réaliser la synthèse d'acides aminés à partir d'un mélange de gaz et de décharges électriques avec la volonté délibérée de mimer l'origine de la vie. En fait, Walther Lôb décrivit dès 1913 la synthèse de glycine en soumettant un mélange de dioxyde de carbone, d'ammoniac et de vapeur d'eau à des décharges électriques dans un article intitulé " Uber das Verhalten der Formamids unter der Wirkung des stillen Entladung ein Beitrag zur Frage der Stickstoff-Assimilation" publié dans la revue allemande Berichte. Walter Lôb ne se préoccupait pas de l'origine de la vie mais cherchait à comprendre l'assimilation de l'azote atmosphérique par les plantes. Cet article passa quasiment inaperçu et reste encore largement méconnu aujourd'hui.

Depuis l'expérience de Stanley Miller, 17 des 20 acides aminés utilisés aujourd'hui par les protéines Ont été isolés ainsi que certains éléments constitutifs des acides nucléiques. Cependant, les géochimistes privilégient une atmosphère primitive terrestre riche en dioxyde de carbone à l'instar de celles de Vénus et de Mars. Dans de tels mélanges gazeux, la fabrication des acides aminés est très faible. On cherche donc d'autres milieux réactionnels riches en méthane ou en hydrogène capables de réduire les oxydes de carbone.

Les molécules organiques ont pu se former au fond des océans dans les sources chaudes sous-marines. Les évents hydrothermaux représentent, en effet, un environnement favorable aux synthèses prébiotiques car les gaz qui s'en échappent sont chargés en dioxyde de carbone mais aussi en hydrogène, azote, oxyde de carbone, méthane, anhydride sulfureux, hydrogène sulfuré. L'énergie thermique est fournie en continu au système par le magma.

Des traces d'acides aminés ont été obtenues en laboratoire à partir d'un mélange de méthane et d'azote en simulant les conditions des évents sous-marins. Pour l'Allemand Gùnter Wàchtershàuser, les molécules organiques primordiales se seraient formées au niveau de ces sources hydrothermales par réduction des oxydes de carbone grâce à la réaction de l'hydrogène sulfuré (H2S) sur le sulfure de fer (FeS). En laboratoire, le sulfure de fer, l'hydrogène sulfuré et le dioxyde de carbone réagissent en milieu anaérobie pour donner de l'hydrogène et une variété de mercaptans dont le méthanethiol (CH3-SH). Dans certaines conditions, il se forme des thioesters, qui ont peut-être constitué, selon le biologiste belge Christian De Duve, le principal moteur métabolique d'un monde vivant primitif de thioesters.

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