De la réaction chimique à l’émergence de la première forme de vie: comment est apparue la vie sur terre?

Si notre compréhension des conditions qui régnaient sur la Terre primitive s’est améliorée, l’émergence de l’ARN et de l’ADN il y a quatre milliards d’années demeure toujours un mystère. Comment sont nées les structures chimiques à la base de ce que l’on appelle aujourd’hui les «molécules héréditaires», l’ARN et l’ADN? Ces molécules se sont assemblées pour former de longues chaînes qui non seulement codaient l’information, mais la reproduisaient et la transféraient: comment tout cela a-t-il commencé? Quel processus chimique a donné naissance à la première cellule vivante?

Les travaux de recherche menés à la Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) de Munich en Allemagne, soutenus en partie par le projet EPiR de l’UE, se sont intéressés à cette extraordinaire lacune dans nos connaissances, et les derniers résultats de l’équipe ont été publiés sur «Nature». En exposant des éléments chimiques simples à des conditions physiques fluctuantes semblables à celles qui auraient régné il y a des milliards d’années dans les régions de notre planète géothermiquement actives, comme celles engendrées par l’activité volcanique, les chercheurs ont montré que des nucléosides pouvaient être synthétisés de manière continue.

Le creuset des ingrédients à l’origine de la vie

Tout a commencé par un mélange de ces éléments qui avaient déjà prouvé par le passé leur aptitude à former des précurseurs simples dans des conditions probiotiques: l’acide formique, le nitrite de sodium, l’acide acétique et quelques composés azotés. Ce mélange réactionnel contenait également du fer et du nickel, deux éléments présents en abondance dans la croûte terrestre. Il a ensuite été soumis à des fluctuations de température, de pH et d’humidité qui reflétaient les conditions primitives, comme celles liées aux fortes variations saisonnières de température.

L’équipe s’est inspirée des travaux effectués l’année dernière non seulement en s’intéressant à des précurseurs plus simples, mais aussi en simulant en laboratoire les conditions qui auraient régné dans un milieu géologique plausible, tel l’environnement autour des sources hydrothermales.

Ces «ingrédients», une fois mélangés et exposés aux conditions qui reflètent les conditions géologiques et météorologiques de la Terre primitive, ont donné naissance à des composés, appelés formamidopyrimidines, – une découverte cruciale dans la mesure où ces composés sont capables de se transformer en adénosine et en guanosine, deux nucléosides présents dans l’ADN. Toute une série de molécules apparentées a également été synthétisée.

Comme il l’a été dit: «De façon encore plus frappante, tous les changements observés surviennent dans l’ARN dans les trois domaines du vivant – eucaryotes (animaux et végétaux), bactéries et archées – et constituent dès lors les composants essentiels des systèmes génétiques fonctionnels.» Se basant sur les résultats obtenus, les chercheurs pensent que ces composés étaient vraisemblablement présents dans le dernier ancêtre commun à toutes les formes de vie. Selon eux, cela «[...] laisse à penser que ces composés devaient avoir été présents sur la Terre primitive à l’heure des premiers balbutiements de la vie.»

L’aide de l’UE contribue à élucider les mystères de l’origine de la vie sur Terre

La subvention avancée de l’UE octroyée à EPiR (The Chemical Basis of RNA Epigenetics) apporte un soutien à la recherche sur le rôle de la chimie dans le développement de la vie primitive. EPiR explique que le code génétique consiste en une séquence déterminée de quatre nucléosides canoniques et que la séquence de ces bases renferme le patrimoine génétique de toute vie sur Terre. Il est évident que cette séquence d’information ne suffit pas à elle seule à expliquer comment un organisme multicellulaire est capable de créer des cellules spécialisées, comme les 200 types de cellules connus que compte le corps humain.

Cet élément, comme l’explique EPiR, exige une deuxième couche d’informations, et il est désormais manifeste que cette couche d’informations repose fortement sur la chimie. Plus de 150 dérivés chimiques des nucléosides de l’ARN sont connus et il en reste encore un grand nombre à découvrir. C’est pourquoi la recherche d’EPiR s’intéresse aux changements de l’ARN pour déchiffrer leurs fonctions.

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