Avant même l’apparition des premières cellules, une simple réaction entre de l’eau, du phosphore et du métal aurait pu fournir une première source d’énergie chimique.
Aujourd’hui, toutes les cellules utilisent de l’énergie pour fonctionner. Elles disposent pour cela d’une molécule centrale : l’ATP. On peut la voir comme une petite réserve d’énergie rechargeable. Lorsqu’elle perd un phosphate, elle devient de l’ADP et libère de l’énergie. L’ADP peut ensuite récupérer un phosphate et redevenir de l’ATP.
Schéma du mécanisme proposé pour une phosphorylation prébiotique dans une source hydrothermale produisant de l’hydrogène. Le phosphite fournit l’énergie et le palladium catalyse la formation de composés phosphorylés.
Crédit : HHU / William Martin.
Mais cette mécanique pose un problème lorsqu’on remonte aux origines de la vie. Dans les cellules actuelles, ce sont des enzymes très élaborées qui permettent ces transformations. Or ces enzymes n’existaient pas avant le vivant. Il faut donc expliquer comment des molécules capables de transporter de l’énergie ont pu apparaître spontanément.
Les chercheurs ont exploré une piste liée aux sources hydrothermales de la Terre primitive. Dans certains de ces environnements, l’eau chaude réagit avec les roches. Ces réactions libèrent de l’hydrogène et mettent en présence des métaux et différentes formes de phosphore. Un tel milieu aurait pu fournir naturellement les ingrédients nécessaires.
En laboratoire, les chercheurs ont mélangé de l’eau, du phosphite et du palladium. Le phosphite est une forme de phosphore qui peut libérer de l’énergie en réagissant. Le métal facilite cette réaction. Surtout, cette énergie peut servir à fixer un phosphate sur d’autres molécules, sans intervention d’une enzyme.
C’est exactement ce qui s’est produit avec l’AMP. Cette molécule ne possède qu’un phosphate. En lui en ajoutant un second, la réaction la transforme en ADP, l’une des molécules utilisées aujourd’hui par les cellules pour gérer leur énergie. À 50 °C, jusqu’à 7,3 % de l’AMP a ainsi été converti en ADP après 72 heures.
L’expérience ne s’est pas limitée à cette transformation. La même chimie a permis de fabriquer plusieurs autres molécules contenant du phosphate et capables de participer à des transferts d’énergie. Certaines appartiennent encore aujourd’hui aux mécanismes utilisés par les cellules.
Le palladium pur utilisé au départ pourrait sembler très éloigné des conditions naturelles. Les chercheurs ont donc recommencé avec un mélange de palladium, de nickel et de fer, proche de certains minéraux associés aux environnements hydrothermaux. Là encore, de l’ADP s’est formé à partir d’AMP.
Cette expérience apporte une réponse possible à une étape qui devait précéder l’apparition de la vie : comment obtenir dans l’eau des molécules capables de capter et de transporter de l’énergie, avant même l’existence des enzymes.