Le CO2 à l'origine de la vie ?
Publié par Redbran le 01/05/2018 à 12:00
Source: CNRS INC
Une simple réaction entre le dioxyde de carbone (CO2) et divers métaux dans de l'eau salée donne une nouvelle piste pour comprendre l'origine de biomolécules – et donc de la vie – sur Terre. Cette réaction pourrait expliquer comment certains organismes primitifs créaient les molécules nécessaires à leur survie à partir de CO2 avant l'apparition des protéines. Cette découverte d'une équipe de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de sciences et d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique...) supramoléculaire (CNRS/Université de Strasbourg) est parue dans Nature Ecology & Evolution. Une petite révolution en 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.) prébiotique.


La fixation du CO2 promue par le fer métallique (à gauche)
et la voie biologique promue par le H2 (à droite).
©Joseph Moran

Certains organismes fabriquent leur "matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) première" biologique à partir de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est :...) (CO2). Ce CO2 leur permet de synthétiser de l'acétate à partir duquel ils forment des lipides, et du pyruvate qui est précurseur d'acides aminés, de sucres et par extension, d'ARN. Ils ont donc besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins secondaires et les...) de fixer le CO2 pour l'utiliser. Pour cela, ils recourent à un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme l'énonçait...) de réactions biochimiques appelé voie de Wood-Ljungdahl. Longtemps considérée comme la plus ancienne voie de fixation du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), cette voie nécessite des enzymes. Or, peu après l'apparition des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.) sur 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 plus grande et la plus massive des quatre...), ces enzymes n'existaient pas mais le CO2 et les métaux étaient abondants. Il serait donc pertinent, dans un scénario retraçant 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...), d'identifier une voie de fixation du carbone sans enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et d'accélérer jusqu'à des millions de fois les réactions...) qu'auraient pu utiliser des organismes primitifs. C'est ce que viennent de réaliser des chercheurs de l'Institut de sciences et d'ingénierie supramoléculaire (CNRS/Université de Strasbourg).

Inspirés par la nature, les chercheurs ont sélectionné les mêmes métaux que ceux présents naturellement dans les enzymes de la voie de Wood-Ljungdahl. En faisant réagir du fer, du nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) ou du cobalt avec du CO2 dans de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) salée, l'équipe a identifié des conditions pour la production sélective d'acétate et de pyruvate. Cette sélectivité analogue à celle des enzymes indique que ces dernières ne feraient qu'accélérer une réaction qui avait déjà lieu avant l'apparition de vie (La vie est le nom donné :) sur Terre.

Les conditions identifiées sont également compatibles avec les précédents travaux du groupe sur l'origine de la vie: les chercheurs avaient alors mis en évidence une manière d'exécuter sans enzyme une autre voie de la fixation du carbone. Ces nouveaux travaux renforcent donc l'hypothèse de l'origine spontanée de la vie sur Terre en proposant des conditions unifiant deux voies de la fixation non-enzymatique du carbone.

Références publication:
Sreejith J. Varma, Kamila B. Muchowska, Paul Chatelain et Joseph Moran
Native iron reduces CO2 to intermediates and end-products of the acetyl CoA pathway
Nature Ecology & Evolution – Avril 2018
Doi: 10.1038/s41559-018-0542-2

Plus d'information:
Comprendre le cycle de Krebs inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...), une réponse à l'origine de la vie ?

Contacts chercheurs:
Joseph Moran, ISIS UM Strasbourg
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