Un nouvel ensemble de réactions chimiques pourrait enfin expliquer comment la vie a commencé sur Terre

Il était une fois, quand notre planète Terre était très jeune et très nouvelle, on n’y trouvait pas un seul morceau de vie.

Puis, quelque part, d’une manière ou d’une autre, une bizarrerie de la chimie s’est produite, et les blocs de construction moléculaires de nos tout premiers ancêtres unicellulaires ont émergé : les acides aminés et les acides nucléiques qui se sont réunis de la bonne manière pour continuer une réaction en chaîne qui a donné lieu à la vie.

Nous ne sommes pas entièrement sûrs des détails de cette émergence, qui a eu lieu il y a des milliards d’années, et n’a laissé aucune trace dans les archives fossiles. Mais en utilisant ce que nous savons de la chimie de la Terre primitive, les scientifiques ont découvert une nouvelle série de réactions chimiques qui auraient pu produire ces blocs de construction biologiques sur Terre, il y a des éons.

“Nous avons trouvé un nouveau paradigme pour expliquer ce passage de la chimie prébiotique à la chimie biotique”, a déclaré le chimiste Ramanarayanan Krishnamurthy du Scripps Research Institute. “Nous pensons que le genre de réactions que nous avons décrites sont probablement ce qui aurait pu se passer sur la Terre primitive.”

Reconstruire comment la chimie biotique aurait pu se dérouler est en grande partie expérimental. Les scientifiques prennent ce qu’ils savent des processus biologiques actuels et tentent de les recréer en laboratoire en utilisant la chimie de la Terre primitive, il y a 3,7 milliards d’années.

Les preuves suggèrent que l’une des molécules présentes était le cyanure; mortelle à consommer, mais peut-être déterminante pour l’émergence de la vie sur Terre. Le rôle du cyanure dans le processus a été exploré par un certain nombre d’équipes à travers le monde ; plus tôt cette année, Krishnamurthy et ses collègues ont montré comment le cyanure peut facilement produire des molécules organiques basiques à température ambiante et dans une large gamme de conditions de pH. Avec un peu de dioxyde de carbone, cette réaction s’accélère vraiment.

Cela a amené les chercheurs à se demander s’ils pouvaient reproduire leur succès en essayant de créer des molécules organiques plus complexes – les acides aminés, dont sont constituées toutes les protéines des cellules vivantes.

Aujourd’hui, les précurseurs des acides aminés sont des molécules appelées acides α-céto, qui réagissent avec l’azote et les enzymes pour produire les acides aminés. Bien que les acides α-céto existaient probablement sur la Terre primitive, ce n’était pas le cas des enzymes, ce qui a conduit les scientifiques à la conclusion que les acides aminés devaient plutôt s’être formés à partir de précurseurs appelés aldéhydes. Cela soulève cependant un tas d’autres questions, comme quand les acides α-céto ont pris le relais.

Krishnamurthy et ses collègues pensaient qu’il pourrait y avoir une voie par laquelle les acides α-céto peuvent former des acides aminés sans la présence d’enzymes. Ils ont commencé avec les acides α-céto, bien sûr, et ont ajouté du cyanure, puisque leurs expériences précédentes ont montré que c’est un moteur efficace des réactions chimiques qui produisent des molécules organiques.

L’ammoniac, un composé d’azote et d’hydrogène également présent sur la Terre primitive, a ensuite été ajouté pour apporter l’azote nécessaire. Il a fallu un peu d’essais et d’erreurs pour comprendre la partie finale, mais, tout comme les chercheurs l’avaient découvert avec leurs travaux précédents, la clé a fini par être le dioxyde de carbone.

“Nous nous attendions à ce qu’il soit assez difficile de comprendre cela, et cela s’est avéré encore plus simple que nous ne l’avions imaginé”, a déclaré Krishnamurthy. “Si vous ne mélangez que l’acide céto, le cyanure et l’ammoniac, il reste là. Dès que vous ajoutez du dioxyde de carbone, même à l’état de traces, la réaction s’accélère.”

Combinés, les résultats globaux de l’équipe suggèrent que le dioxyde de carbone était un ingrédient vital pour l’émergence de la vie sur Terre – mais seulement lorsqu’il est combiné avec d’autres ingrédients. L’équipe a également découvert qu’un sous-produit de leurs réactions est une molécule similaire à un composé produit dans les cellules vivantes appelé orotate. C’est l’un des éléments constitutifs des acides nucléiques, y compris l’ADN et l’ARN.

Et les résultats de l’équipe sont très similaires aux réactions qui se produisent dans les cellules vivantes aujourd’hui, ce qui signifie que la découverte annulerait la nécessité d’expliquer pourquoi les cellules sont passées des aldéhydes aux acides α-céto. L’équipe pense donc que leur découverte représente un scénario plus probable pour l’émergence de molécules prébiotiques que l’hypothèse de l’aldéhyde.

La prochaine étape consiste à mener d’autres expériences avec leur soupe chimique pour voir quelles autres molécules prébiotiques pourraient émerger. À son tour, cela aidera à établir la plausibilité et l’invraisemblance des différents scénarios décrivant les humbles débuts de toute vie sur Terre.

La recherche a été publiée dans Chimie naturelle.

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