Une piste sur la façon dont la vie est apparue sur Terre

Des molécules auto-réplicantes fournissent des indices sur la manière dont la vie a commencé

La découverte fortuite de molécules capables de se copier elles-mêmes pourrait faire la lumière sur la très ancienne question concernant la façon dont la vie est apparue sur notre planète.

Dans le cadre du projet REPLI, d'une durée de cinq ans et financé par l'UE à hauteur de 1,5 million d'euros, des scientifiques ont étudié comment des molécules auto-réplicantes ont acquis des caractéristiques que l'on trouve dans les êtres vivants. Ces molécules pourraient constituer un modèle simple des processus fondamentaux intervenant au cours de la formation des espèces. Elles pourraient également signifier que la diversité biologique peut avoir ses racines au niveau moléculaire.

"Nous avons pu observer le comportement de molécules auto-réplicantes dans des systèmes non biologiques, qui commencent à montrer de fortes similarités avec ce que nous observons en biologie", déclare le coordinateur du projet Sijbren Otto, professeur de chimie des systèmes à l'Université de Groningen. Il ajoute: "l'une des questions fondamentales abordées par notre recherche, au moins en partie, concerne la façon dont la vie est apparue."

L'équipe de REPLI a constaté qu'un ensemble de molécules réplicantes, découvertes par hasard, peuvent muter de façon spontanée. "La forme la plus simple d'un système auto-réplicant est une molécule isolée qui fait des copies exactes d'elle-même. Avec l'évolution, il faut que la structure de certaines de ces copies soit légèrement différente de celle de l'original, c'est ce qu'on appelle des mutations. Nous avons pu reproduire ce phénomène en laboratoire", déclare le professeur Otto. "Nous l'avons observé en temps réel au niveau moléculaire: une fois qu'un ensemble de mutants s'est formé, un deuxième ensemble se sépare un peu plus tard du premier, ce qui est similaire à la façon dont de nouvelles espèces apparaîtraient en biologie."

L'équipe a constaté que ces deux ensembles distincts de molécules entrent en compétition pour deux différents blocs de base ou sous-composants qui composent les molécules, ce qui rappelle la façon dont les animaux rivalisent pour la nourriture.

L'effet de l'environnement sur la structure moléculaire

Le projet a également découvert que l'environnement du réplicateur détermine sa structure moléculaire. "On pourrait établir un parallèle avec l'adaptation biologique", déclare le professeur Otto. "Dans l'évolution biologique, les organismes s'adaptent aux modifications du milieu et nous constatons un phénomène similaire au niveau très rudimentaire des molécules réplicantes."

L'équipe a pu étudier les théories relatives à l'extinction en utilisant des expériences basées sur un système de flux. Celles-ci consistent à introduire les composants de base utilisés par les réplicateurs pour se construire eux-mêmes, tout en évacuant au même rythme la même quantité de ces composants, de façon à ce que leur volume total reste constant. "Si les réplicateurs de l'échantillon peuvent s'autoreproduire plus rapidement qu'ils ne sont évacués du système, ils survivront. Mais s'ils en sont incapables, ils disparaissent et s'éteignent", fait observer le professeur Otto, qui ajoute que "la dure réalité est que l'évolution ne fonctionne que si la vie s'accompagne de la mort."

Vers des formes de vie rudimentaires

L'essentiel du travail en laboratoire a porté sur des molécules de peptides contenant jusqu'à 40 acides aminés. "Mais les principes pourraient être étendus à d'autres classes de molécules. La seule exigence réelle est que les molécules doivent pouvoir se coller les unes aux autres pour s'assembler en structures de plus grande taille", précise le professeur Otto.

Le CER a accordé une subvention de 2,5 millions d'euros pour une durée de cinq ans à partir de septembre 2017, afin de poursuivre cette recherche dans le cadre du projet Steps Towards the Novo Life. "Un objectif ultime serait de pousser les molécules auto-réplicantes vers une forme de vie rudimentaire", déclare le professeur Otto.

"Pour atteindre le niveau de sophistication et de complexité que nous observons aujourd'hui, la vie a évolué pendant des milliards d'années. Ce que nous allons produire en laboratoire au cours de notre vie ne pourra pas rivaliser avec elle. Mais nous espérons saisir l'essence de la vie, le strict minimum à quoi elle se résume et comment elle a commencé."

Pour plus d'information voir: projet REPLI