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Posté par Isabelle le Dimanche 18/02/2018 à 12:00
De la réaction chimique à l'émergence de la première forme de vie: comment est apparue la vie sur Terre

cheminée hydrothermale. Illustration Wikimedia Commons/NOAA
Des chimistes de Munich ont montré qu'une alternance de cycles secs et humides sur la Terre primitive aurait suffi à déclencher la synthèse prébiotique des nucléosides de l'ARN présents dans tous les domaines du vivant.

Si notre compréhension des conditions qui régnaient sur la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la...) 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) cela a-t-il commencé ? Quel processus chimique a donné naissance à la première cellule vivante ?

Les travaux de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) menés à la Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) de Munich en Allemagne, soutenus en partie par le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) 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 (Exposant peut signifier:) 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 (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre...) géothermiquement actives, comme celles engendrées par l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) volcanique, les chercheurs ont montré que des nucléosides pouvaient être synthétisés de manière continue.

Le creuset des ingrédients à l'origine de la vie (Cet article est consacré aux origines de la vie d'un point de vue scientifique. Les aspects mythiques et religieux sont traités dans l'article Cosmogonie. La précédente théorie...)

Tout a commencé par un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) de ces éléments qui avaient déjà prouvé par le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps centrée sur le...) leur aptitude à former des précurseurs simples dans des conditions probiotiques: l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) formique, le nitrite (Les nitrites sont les sels de l'acide nitreux. L'acide nitreux est un acide instable de formule HNO2. La formule de l'ion nitrite est NO2-.) de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve pas à l'état de corps pur...), l'acide acétique et quelques composés azotés. Ce mélange réactionnel contenait également du fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau...) et du nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.), deux éléments présents en abondance dans la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre. C'est la partie supérieure de la lithosphère (qui constitue les plaques tectoniques).). Il a ensuite été soumis à des fluctuations de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...), de pH et d'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).) qui reflétaient les conditions primitives, comme celles liées aux fortes variations saisonnières de température.

L'équipe s'est inspirée des travaux effectués l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) 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 (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au...) 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 (L'adénosine est un nucléoside formé lorsque l'adénine est attachée à un noyau ribose (sous forme de ribofuranose) via une liaison β-N9glucoside.) 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 (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique,...) 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 (En phylogénie, un ancêtre commun à plusieurs espèces est l'individu le plus proche dans le temps dont descendent toutes les espèces en...) à toutes les formes de vie (La vie est le nom donné :). Selon eux, cela "[...] laisse à penser que ces composés devaient avoir été présents sur la Terre primitive à l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« heure solaire » employé pour...) 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 (Une subvention est une aide financière, c’est-à-dire une somme d’argent, qui est allouée par une institution publique ou privée à une personne ou une organisation privée ou publique dans le cadre d'un projet. Les...) 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 (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) dans le développement de la vie primitive. EPiR explique que le code génétique (Le code génétique désigne le système de correspondance mis en jeu lors de la transformation de l'information génétique des gènes...) consiste en une séquence déterminée de quatre nucléosides canoniques et que la séquence de ces bases renferme le patrimoine génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) 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 (Le corps humain est la structure physique d'une personne.).

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 (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) à découvrir. C'est pourquoi la recherche d'EPiR s'intéresse aux changements de l'ARN pour déchiffrer leurs fonctions.

Pour plus d'informations, voir:
- Site web (Un site Web est un ensemble de pages Web hyperliées entre elles et mises en ligne à une adresse Web. On dit aussi site Internet par métonymie, le World Wide Web reposant...) du projet sur CORDIS
- Nature, Wet-dry cycles enable the parallel origin of canonical and non-canonical nucleosides by continuous synthesis

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Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS