La vie est née il y a quatre milliards d'années d'un mélange chaud et liquide d'eau et de toutes sortes de substances organiques. Petit à petit, les scientifiques parviennent à reconstituer la recette de la soupe primordiale.
D'un mélange chaud et liquide d'eau et de toutes sortes de substances organiques, la vie est née il y a quatre milliards d'années. Petit à petit, les scientifiques parviennent à reconstituer la recette de la soupe primordiale.
Pendant longtemps, l'abiogenèse, nom savant pour désigner l'origine de la vie à partir de matière non vivante, a été entourée d'un problème de poule et d'œuf. Car qui est venu en premier :l'ADN ou les protéines ? L'ADN est responsable du stockage des informations héréditaires dans la cellule, l'ADN est donc indispensable à la reproduction de tout organisme vivant. Les protéines, quant à elles, assurent le maintien de cette même vie :elles construisent les structures de la cellule et jouent un rôle crucial dans la duplication des brins d'ADN et la lecture des informations héréditaires. Les protéines ne peuvent pas être synthétisées sans ADN, donc la vie sur la seule base des protéines est hors de question. D'autre part, l'ADN ne peut pas remplir de fonctions enzymatiques, donc l'ADN sans protéines n'est pas viable non plus. Enfin, la possibilité théorique que l'ADN et les protéines soient apparus à peu près au même moment - indépendamment les uns des autres - et se soient trouvés un lundi bleu il y a environ quatre milliards d'années est trop peu probable pour être vraie.
monde de l'ARN
Dans la seconde moitié des années 1980, une solution à ce dilemme difficile a été imaginée :n'y aurait-il pas eu une forme intermédiaire qui pourrait à la fois stocker des informations héréditaires et remplir des fonctions protéiques ? Cette forme intermédiaire aurait été une forme primitive d'ARN, la macromolécule semblable à l'ADN qui transfère l'information héréditaire du noyau cellulaire aux ribosomes, les usines à protéines de la cellule.
En 1986, le chimiste et biologiste américain Walter Gilbert a trouvé un beau nom pour ce scénario d'origine de la vie :le monde de l'ARN. La foi dans le scénario du monde de l'ARN s'est renforcée au début des années 1990 lorsqu'il s'est avéré que les ribozymes - des morceaux de ribosomes qui ont une fonction catalytique - ne sont pas des protéines, mais des chaînes d'ARN. La multifonctionnalité de l'ARN ne pouvait aboutir qu'à une seule conclusion :nos cellules contiennent des fossiles du monde de l'ARN, les derniers témoins d'un monde où ce n'était pas l'ADN ou les protéines qui régnaient, mais des chaînes d'ARN individuelles.
Mais formuler une nouvelle hypothèse sur l'origine de la vie ne va pas sans nouveaux problèmes. Les inventeurs du monde de l'ARN ont dû faire face à de nombreuses questions difficiles. Après tout, l'ARN est une molécule très fragile, ils feraient donc mieux de trouver des explications convaincantes sur la façon dont ces chaînes d'ARN "nues" auraient pu résister aux conditions exotiques de la soupe primordiale à l'époque - pensez aux fluctuations de température, aux décharges électriques de la foudre grèves, différences d'acidité…. De plus, ils devaient également expliquer comment les chaînes pouvaient se développer d'elles-mêmes, comment elles pouvaient se copier puis les diviser en deux – de sorte que deux morceaux d'« ARN fille » puissent être formés. Mais surtout, ils doivent répondre à la question clé :comment des chaînes d'ARN non liées - qu'elles flottent librement dans la soupe primordiale ou qu'elles se greffent sur un morceau de minéral - aient pu subir une sélection darwinienne ? En d'autres termes :quelles forces de la nature ont déterminé si un morceau d'ARN était plus fort que l'autre ? Si vous faites une hypothèse sur l'origine de la vie, vous ne pouvez pas échapper à l'évolution. La soupe primordiale sera servie à la manière de Darwin, voire pas du tout.
Protocellules reproduisantes
Toutes ces questions sont loin d'avoir une réponse concluante. Et certaines questions n'ont même pas encore reçu de réponse précise. Étudier l'origine de la vie n'est pas non plus un travail gratifiant quand on se rend compte que les plus anciens fossiles sur terre ont 3,5 milliards d'années - ils sont donc plusieurs millions d'années plus jeunes que la première vie. Mais il y a beaucoup de scientifiques qui n'abandonnent pas. Les laboratoires du monde entier sont occupés à expérimenter des chaînes d'ARN, flottant dans une version contemporaine de la soupe primordiale avec des ingrédients tels que l'eau, les ions, les radicaux d'oxygène et tous les composés organiques imaginables.
Ces expériences, qui visent toutes à découvrir l'origine de la vie, sont le summum du jeu scientifique. Aucune théorie ou hypothèse réfléchie à tester ici. Les chercheurs jouent avec des ingrédients dont ils ignorent même la présence dans la soupe originale, puis ils voient ce qui se passe. Tout cela dans l'espoir qu'un jour les molécules de leur boîte de Pétri commenceront spontanément à s'agglutiner et à former des gènes, donnant naissance à des cellules primitives ou « protocellules ». Si ces protocellules s'avèrent également se multiplier et montrent également des signes d'évolution, le chercheur peut s'attendre à un appel téléphonique de Stockholm.
Cependant, la création réussie de cellules auto-réplicantes à partir d'un mélange d'ingrédients non vivants ne garantit pas que la vie sur Terre est née de ces ingrédients particuliers. "Mais une telle expérience nous fournirait une explication très plausible de la façon dont la chimie a fait la transition vers la biologie", a déclaré cette semaine le biologiste moléculaire américain Jack Szostak dans Science. † "Cela ne se passera peut-être pas de la même manière en laboratoire, mais nous ferions beaucoup pour résoudre la question de l'origine de la vie." Szostak n'est pas le meilleur. Il a reçu le prix Nobel de médecine en 2009 pour ses recherches sur les télomères, les extrémités des chromosomes qui jouent un rôle crucial dans la division cellulaire. Pourtant, ces recherches datent d'avant le tournant du millénaire, car depuis une dizaine d'années Szostak s'emploie à reconstituer la plus ancienne recette de la terre :celle de la soupe primordiale à l'origine de la vie il y a quatre milliards d'années.
Membranes qui fuient
Grâce en partie aux travaux de Szostak, le monde de l'ARN a dû livrer certains secrets ces dernières années. Celle des « membranes percées », par exemple, qui auraient entouré (et protégé) les chaînes d'ARN dans la soupe primordiale – pour qu'elles ne nagent pas complètement nues. Ces membranes auraient ainsi délimité la structure des protocellules. Szostak :« Nos cellules (modernes) ont des membranes cellulaires presque impénétrables. Les molécules ne peuvent être transportées à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule qu'au moyen d'ingénieuses pompes à protéines et de verrous.'
En 2008, Szostak et ses collègues ont proposé une membrane complètement différente pour les protocellules, une membrane qui fuit comme un arrosoir. Constituée d'acides gras simples, cette membrane permettrait le passage d'acides aminés, d'ions inorganiques et de morceaux individuels d'ARN. À l'intérieur de la protocellule, des chaînes d'ARN pourraient alors se former, trop grosses pour pouvoir sortir. De plus, les membranes semblaient également se développer lorsque des acides gras supplémentaires étaient ajoutés. Les acides gras ont fait exploser les protocellules jusqu'à ce que, sous l'influence de la chaleur ou du stress mécanique, elles se divisent en deux ; chaque protocellule fille recevant une partie de l'ARN.
Mais comment les chaînes d'ARN à l'intérieur des protocellules pourraient-elles se copier - après tout, l'une des exigences fondamentales du gène est que l'information héréditaire soit transmise, de sorte que le matériel héréditaire doit être présent en double dans la cellule mère. Il y a plusieurs années, d'autres groupes de recherche ont identifié un ingrédient clé dans la soupe primordiale (un de plus) qui provoque la liaison rapide de blocs individuels d'ARN à une chaîne matrice d'ARN :les ions magnésium. Malheureusement, un problème majeur s'est immédiatement posé :les ions magnésium sont nocifs pour les protocellules, car ils détruisent complètement les membranes des acides gras.
Acide Citrique
Le groupe de recherche de Szostak a cherché une solution, sous la forme d'une nouvelle substance qui maintenait les ions magnésium "juste assez" sous contrôle pour qu'ils ne désassemblent pas l'intégralité de la protocellule, mais qui leur donnerait également une liberté suffisante. continuer à stimuler le processus de copie de l'ARN. Des centaines de nouveaux ingrédients ont été ajoutés à la soupe primordiale, en vain. Jusqu'à ce que Katarzyna Adamala, doctorante de Szostak, ajoute un composé organique bien connu à la soupe primordiale :l'acide citrique. Il s'est avéré qu'il maintenait parfaitement les ions magnésium en place. Les cellules biologiques modernes contiennent également de l'acide citrique, mais là, il a une fonction complètement différente. Cela signifierait – si la première vie contenait effectivement aussi de l'acide citrique pour apprivoiser les ions magnésium – que la matière de nos cellules est un vestige fossile des premières protocellules. Cela a valu à Adamala et Szostak une publication honorable cette semaine dans Science , dans lequel ils révèlent le dernier ingrédient de la soupe primordiale systématiquement plus riche.
Dans les années à venir, des scientifiques comme Jack Szostak espèrent faire pousser des protocellules adultes dans leur laboratoire. Cellules qui peuvent non seulement se diviser et se reproduire, mais qui sont également sujettes à des changements évolutifs. Si cela réussit, la longue recherche de l'origine de la vie prendra progressivement fin. Ou comme le biologiste moléculaire britannique John Sutherland dans un commentaire dans Science note :« C'est comme terminer un jeu de mots croisés. Au début, vous ne savez pas par où commencer. Mais au fur et à mesure que vous trouvez de plus en plus de mots, l'achèvement du puzzle se rapproche de plus en plus."
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