L’alchimie du vivant : les sangs minéraux de la vie

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Alchimie du vivant… Savez-vous que la chlorophylle a pratiquement la même structure moléculaire que notre sang ? Et que les « sangs » d’autres animaux ? Seuls diffèrent la couleur et un atome de métal central. On imagine souvent le vivant comme une entité purement organique, une construction de tissus souples et de fluides charnus basés sur le carbone. Pourtant, si l’on regarde de plus près, au niveau des molécules qui dictent la danse de nos cellules, on découvre que la vie est une symphonie hybride : un mélange organique et minéral.

Sommaire

Le sang vert : la chlorophylle est magnésienne

Tout jeune, j’étais passionné de sciences naturelles et venais de découvrir la chimie : ce monde de couleurs, d’odeurs, de textures et de cristallisations baroques, de dangers mortels aussi, m’enchantait. Ayant transformé ma chambre (et la cuisine) en laboratoire, je promenais dans la maison une suffisance certaine, vêtu de ma blouse blanche mangée d’acide, lunettes de sécurité sur le nez et règle à calcul dans la poche…

C’est ainsi qu’un peu de persil haché se retrouva au fond d’un de mes tubes à essai que je remplis à moitié d’alcool à 90 degrés. Le pouce en guide de bouchon, j’agitais vigoureusement le mélange et, quelle ne fut ma surprise de voir presque instantanément la solution prendre une teinte vert fluo ! Je ne savais pas que la chlorophylle était aussi soluble dans l’alcool ! Mieux encore : en déposant une goutte verte sur une bandelette à chromatographie qui trainait, je vis apparaître au fur et à mesure de la progression de la capillarité, se déposer deux traits de couleur verte (la chlorophylle A et la B) et même d’autres pigments… Ma vie a changé ce jour là : c’était ma première révolution dans la compréhension. Il y en aurait d’autres…

La chlorophylle fait partie de la famille moléculaire des métalloprotéines, des molécules curieuses capables de retenir un atome de métal, ici du magnesium, au coeur de sa structure organique grâce aux forces faibles de 4 atomes d’azote. C’est l’un de ces composés « organo-métalliques », marginaux par rapport à la masse des composés « organiques » et pourtant indispensables. Une Alchimie du vivant que je découvrais alors…

La chlorophylle est une passerelle entre le sol et le ciel

En effet, au cœur de cette danse de la vie, ce sont les métaux qui jouent le rôle de chefs d’orchestre. Ces « oligo éléments » sont les centres de coordination, les cœurs métalliques nichés dans des cages de carbone azoté, transformant la matière inerte en moteur biologique. La première couleur du vivant est en effet le vert des végétaux. Mais ce vert n’est pas une simple teinture ; c’est la signature de la chlorophylle. C’est ce petit noyau minéral qui permet à la plante d’intercepter les photons du soleil. Pour simplifier, le Magnésium agit comme une antenne, captant l’énergie lumineuse et la convertissant en énergie chimique. Sans ce cœur métallique, le monde végétal ne pourrait pas « manger » la lumière. La chlorophylle est, en quelque sorte, un traducteur entre le minéral (le magnésium) et le céleste (la lumière).

Le sang rouge : l’oxygène est porté par le fer

Mes éprouvettes remplies de liquides colorés et de chlorophylle éclatante étaient encore en place quand je me coupais légèrement au cours d’une manipulation. Quelques gouttes de mon sang étaient tombées sur la paillasse qui provoquèrent une autre hémorragie d’éveil ! En effet, le second grand souffle de la vie est celui de notre propre sang. Et en cherchant un peu je découvris que sa couleur rouge caractéristique provenait du Fer (Fe), une nouvelle fois un atome métallique piégé au centre de la molécule d’hémoglobine !

L’atome de fer capture les molécules d’oxygène pour les transporter à travers nos veines. C’est une prouesse de symétrie chimique : le même type de « cage » organique peut abriter différents métaux pour des besoins similaires. Le fer est le moteur du transport, la « pierre » qui permet au sang de porter le souffle. Ainsi, deux fluides vitaux avaient une structure semblable. Mais le plus surprenant était la ressemblance des molécules organiques : comme si la nature avait abouti toute seule à la création des mêmes structures pour des fonctions proches : pour les plantes et les êtres « de chair et de sang »…

: Chlorophylle (détail)

: Hémoglobine du sang

: Chlorophylle en volume

: Hémoglobine en volume

Alchimie du vivant : Les chloroplastes

Mais revenons à la chlorophylle. Si tout le monde constate que les végétaux sont verts cela ne veut pas dire que cette chlorophylle, responsable de la couleur, est également distribuée dans la plante. Il suffit de regarder un échantillon au microscope : l’usine à nourriture de la cellule végétale est au contraire visible sous forme de chloroplastes, pas si nombreux qu’on pourrait le penser.

Le chloroplaste est en effet un organite présent dans les cellules des plantes et des algues. C’est lui l’acteur principal de la photosynthèse, le processus qui transforme la lumière du soleil en énergie chimique par la synthèse de sucres.

Le chloroplaste capte la lumière du soleil grâce au pigment vert (la chlorophylle), il absorbe le CO2 (dioxyde de carbone) de l’air et, avec l’eau du sol, transforme tout ça en glucose tout en libérant de l’O2 (oxygène), oxygène que nous respirons ! Pour simplifier : Sans les chloroplastes, pas de photosynthèse. Sans photosynthèse, pas d’oxygène. Sans oxygène, pas de vie animale sur Terre.

Les chloroplastes ne sont pourtant pas nés dans les plantes ! Il y a des milliards d’années, ce sont des cyanobactéries (bactéries photosynthétiques) qui ont été phagocytées par des cellules végétales primitives. Au lieu d’être digérées, elles sont restées en symbiose. C’est la théorie de l’endosymbiose. Les chloroplastes ont même leur propre ADN ! De même chez l’Homme. Contrairement à ce qu’on pense, nous sommes des organismes symbiotiques. Ainsi, les mitochondries, usines respiratoires de nos cellules sont « d’anciennes » bactéries que nous avons également intégrées. Nos spermatozoïdes sont aussi d’anciennes bactéries ciliées. Quand aux virus, ils représentent 8 à 10% du génome humain !

Ce sont les véritables raisons de l’évolution, n’en déplaise à Charles Darwin. Les bactéries et les virus ont d’autres rôles à jouer sur Terre que de tuer : ils nous sont aussi indispensables pour évoluer, malgré ce que les « magiciens-doses » cherchent à faire croire aux ignorants. La vie est un continuum, pas une hiérarchie de descendances déterministes.

C’est la science moderne qui le dit et personne ne le conteste aujourd’hui mais encore faut-il se tenir au courant… Quoique dans ce domaine, ces connaissances sont déjà anciennes et je vous conseille la lecture du livre « L’univers bactériel » de Lynn Margulis et Dorion Sagan (le fils de Carl…) sorti en 1989. Il a changé ma façon de voir le monde et de comprendre la vie ! Ce n’est pas du « complotisme » mais de la science…

Vert ?

Les chloroplastes sont donc inégalement répartis dans l’organisme quand on les regarde au microscope à l’échelle cellulaire : quelques grains verts nageant dans une gelée transparente. Mais l’essentiel du vivant est transparent. Si bien que le vert de la nature capté par nos yeux est une illusion !

Les chloroplastes verts agissent comme les pixels des écrans d’ordinateur ou de télévision ou encore la trame des affiches grand format : De près on les voit mais à plus grande distance, en raison de leur très petite taille, ils donnent l’illusion de la continuité… l’Alchimie du vivant est trompeuse…

Vue d’artiste : La vie carbonée emprunte au minéral…

Tout est question de point de vue et d’échelle de temps. Un jour on se rendra peut-être compte aussi que « les objets inanimés ont bien une âme ». En attendant, l’Alchimie du vivant n’aurait pas pu opérer si les molécules organiques n’avaient emprunté au minéral des atomes spécifiques pour des fonctions essentielles comme la respiration et le transport de l’énergie. Inversement, la vie a créé du minéral et des paysages : massifs calcaires, récifs coralliens et stromatolithes, jusqu’au charbon et au pétrole… Et oui, tout est lié !

Opéra cosmique

Mêmes structures ou presque dont seul l’atome métallique central change et qui détermine la couleur dominante : voilà des facéties de la nature qui rendent encore plus fragile la frontière décrétée par l’homme entre le règne végétal et animal…

Des métaux lourds sont donc responsables de la couleur de nos fluides. Mais d’où sont-ils venus ? De la Terre ? Certainement pas. De la soupe » stellaire » de notre soleil ? Non plus : Ce dernier n’existait même pas ! Pour réussir la nucléosynthèse thermonucléaire (transmutation) et générer des atomes de métaux lourds comme le fer de notre sang il faut compter avec des milliards d’années et plusieurs générations d’étoiles explosant en supernovaes et enrichissant le milieu universel, autant d’astres aujourd’hui disparus. Notre vie est courte mais nos atomes sont vieux, sans doute immortels. Nous sommes de la poussière d’étoiles, toujours recommencées.

L’Univers (que certains appellent Dieu) et dont on ne connaitra jamais, rappelons le, qu’une infime partie (l’univers « observable ») a donc accouché lui-même des ingrédients nécessaires à l’apparition de la vie, de la conscience et même – in fine, d’êtres capables de le « penser ». Mais nous ne sommes sans doute qu’une étape. Quel sera l’avenir de l’humanité ? Bionique ? Des machines embarquant tout le savoir humain pour partir explorer l’immensité ? La contrainte de temps n’existant pas vraiment, des voyages interminables (qui se conteraient en millions ou milliards d’années) deviendraient possibles. Autant de questions vertigineuses… Mais revenons à notre sang coloré, synonyme du rouge : le sang des mammifères.

Sang pour sang : Diversité minérale

Dans la nature il existe pourtant d’autres créatures royales ou tout au moins ayant le « sang bleu » : le poulpe, dont le sang possède cette fois un atome de cuivre, la limule, cet espèce de crabe antédiluvien dont le sang est d’ailleurs souvent pompé en batterie pour les besoins de la recherche. Citons aussi les araignées dont le sang est bleu chez la plupart des espèces. On pourrait parler aussi du sang jaune, du blanc, du vert… Il est tentant en effet de croire que le sang, partout dans le vivant, ne connaît qu’une seule teinte : ce rouge profond qui pulse sous la peau humaine, chargé de mythes, de peur et de vie.

Pourtant, à mesure que l’on s’éloigne de notre propre anatomie, la palette s’élargit, se trouble, se métamorphose. Le « sang » ou, plus justement, les fluides vitaux qui en tiennent lieu, compose une véritable symphonie de couleurs à travers les règnes du vivant.

Chez les vertébrés, on l’a vu, le rouge domine, signature de l’hémoglobine, protéine riche en fer qui capte l’oxygène. C’est cette molécule qui, en se liant à l’air, confère au sang sa couleur écarlate, variant du carmin lumineux à des nuances plus sombres selon son oxygénation. Mais cette évidence n’est qu’un point de départ. Dans les profondeurs marines, certains animaux ont opté pour une autre chimie, et donc une autre esthétique. Les céphalopodes ( pieuvres, calmars, seiches) possèdent un sang bleu. Leur secret réside dans l’hémocyanine, une molécule basée sur le cuivre. Lorsque celui-ci s’oxyde, il prend cette teinte azurée, presque irréelle, adaptée aux eaux froides et pauvres en oxygène où ces créatures évoluent. Le bleu devient alors une stratégie de survie.

Plus surprenants encore, certains annélides marins arborent un sang vert, dû à la chlorocruorine, cousine discrète de l’hémoglobine. D’autres, comme certaines espèces de vers, présentent un sang violet, grâce à l’hémérythrine (lorsque l’hémérythrine fixe l’oxygène, elle prend une couleur violet/rose violacé). C’est ce qui donne une teinte violet-rose au sang de certains mollusques… Des espèces de scarabées, les ascidies ou les holothuries, possèdent également des vanadocytes : des cellules très riches en vanadium (avec une concentration 100 fois plus importante que dans l’eau de mer) faisant office de cellules sanguines. À l’intérieur des vanadocytes se trouve l’hémovanadine, une autre métalloprotéine fixant le vanadium. C’est elle qui donne une couleur vert pâle ou jaune à l’hémolymphe de ces animaux.

Ces nuances, rares et presque fantastiques, rappellent que l’évolution n’a jamais cessé d’expérimenter. Chez les arthropodes, la diversité s’exprime différemment. Beaucoup d’insectes n’ont pas de « sang » au sens strict, mais une hémolymphe souvent translucide, parfois jaunâtre ou verdâtre. Leur système respiratoire, fondé sur des trachées, rend inutile le transport d’oxygène par le fluide circulatoire. Ainsi, leur « sang » perd sa fonction symbolique pour devenir un simple milieu nutritif.

Ainsi, du rouge familier au bleu métallique, du vert discret au violet improbable, jusqu’aux fluides incolores des insectes et des végétaux, la nature décline ses solutions avec une inventivité presque poétique. Derrière chaque couleur se cache une réponse aux contraintes du milieu, une chimie adaptée, une histoire évolutive. Regarder le sang du vivant, c’est finalement contempler une palette biologique où chaque teinte raconte une manière d’habiter le monde. Et peut-être comprendre que notre sang rouge, si central à nos imaginaires, n’est qu’une variation parmi d’autres dans la grande fresque du vivant.

Dans le tableau ci-dessous un aperçu de ce que la nature a été capable d’inventer…

Groupe	Fluide	Pigment respiratoire	Élément central	Couleur	Exemple
Vertébrés	Sang	Hémoglobine	Fer (Fe)	Rouge	Humains, poissons
Céphalopodes	Sang	Hémocyanine	Cuivre (Cu)	Bleu	Pieuvres, calmars
Arthropodes marins	Hémolymphe	Hémocyanine	Cuivre (Cu)	Bleu pâle	Limules
Annélides polychètes	Sang	Chlorocruorine	Fer (Fe)	Vert	Sabelles
Invertébrés divers	Sang	Hémérythrine	Fer (Fe)	Violet / rosé	Sipunculiens
Insectes	Hémolymphe	Aucun		Incolore / jaune	Abeilles, criquets
Plantes	Chlorophylle	Chlorophylle	Magnésium (Mg)	Vert	Chêne, algues…

Géométrie des stratégies

Ce qui est fascinant dans cette observation, c’est la répétition des formes. La nature utilise des molécules semblables pour des stratégies similaires. En changeant simplement l’atome métallique au centre d’une structure organique, elle adapte le même « outil » à des fonctions différentes : capturer de la lumière, transporter un gaz, ou transférer une charge électrique. C’est une économie de formes ingénieuse : la nature crée une architecture moléculaire parfaite et en change simplement les composants minéraux selon les besoins du vivant.

En fin de compte, nous ne sommes pas des êtres isolés de la géologie. Par l’Alchimie du vivant, nous sommes des architectures de carbone avec un squelette de métal. Notre sang est rouge parce que le fer y retient l’oxygène ; les forêts sont vertes parce que le magnésium y capture le jour. Nous sommes le point de rencontre où la roche devient chair et où le métal devient souffle…

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