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, il n’y avait pas un seul morceau de vie à trouver sur elle.

Puis, quelque part, d’une manière ou d’une autre, une 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 naissance à la vie. .

Nous ne sommes pas tout à fait sûrs des détails de cette émergence, qui s’est produite 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 un nouvel ensemble de réactions chimiques qui auraient pu produire ces blocs de construction biologiques sur Terre, il y a tous ces siècles.

“Nous avons mis au point 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 sur les processus biologiques actuels et essaient de les imiter en laboratoire en utilisant la chimie de la Terre primitive, il y a 3,7 milliards d’années.

Il existe des preuves que l’une des molécules présentes était du cyanure; mortel à consommer, mais peut-être une aide à l’origine 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 ajouté, cette réaction augmente vraiment.

Cela a conduit les chercheurs à se demander s’ils pouvaient reproduire leur succès en créant des molécules organiques plus complexes – les acides aminés, qui constituent toutes les protéines des cellules vivantes.

Aujourd’hui, les précurseurs des acides aminés sont des molécules appelées acides -céto, qui réagissent avec l’azote et les enzymes pour produire les acides aminés. Alors 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 conclure que les acides aminés devaient plutôt avoir été formés à partir de précurseurs appelés aldéhydes. Cela soulève cependant beaucoup d’autres questions, comme lorsque 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, car leurs expériences précédentes ont montré qu’il s’agissait d’un moteur efficace des réactions chimiques qui produisent des molécules organiques.

L’ammoniac, un composé d’azote et d’hydrogène qui était également présent sur la Terre primitive, a ensuite été ajouté pour fournir l’azote nécessaire. Il a fallu quelques essais et erreurs pour comprendre la dernière partie, mais, tout comme les chercheurs l’avaient découvert avec leurs travaux précédents, la clé s’est finalement avérée 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 facile que nous ne l’avions imaginé”, a déclaré Krishnamurthy. “Si vous mélangez simplement l’acide céto, le cyanure et l’ammoniac, il reste là. Une fois que vous ajoutez du dioxyde de carbone, même à l’état de traces, la réaction augmente.”

Combinés, les résultats globaux de l’équipe suggèrent que le dioxyde de carbone était un ingrédient essentiel à l’émergence de la vie sur Terre, mais uniquement 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 -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 peuvent émerger. Ceci, à son tour, aidera à établir la plausibilité et l’improbabilité des différents scénarios qui décrivent les humbles débuts de toute vie sur Terre.

La recherche a été publiée dans Chimie Naturelle.

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