Les scientifiques doivent encore comprendre et expliquer comment les molécules d'information de la vie – les protéines, l'ADN et l'ARN – sont nées de produits chimiques plus simples lorsque la vie sur Terre est apparue il y a environ quatre milliards d'années. Maintenant, une équipe de recherche du Stony Brook University Laufer Center for Physical and Quantitative Biology et du Lawrence Berkeley National Laboratory pensent avoir la réponse. Ils ont développé un modèle informatique expliquant comment certaines molécules se replient et se lient pour devenir plus longues et plus complexes, allant des simples produits chimiques aux molécules biologiques primitives. Les résultats sont signalés tôt en ligne dans PNAS .

Auparavant, les scientifiques ont appris que la terre primitive contenait probablement les éléments chimiques de base, et des réactions chimiques spontanées soutenues qui pourraient enchaîner de courtes chaînes d'unités chimiques. Mais il est resté un mystère quelles actions pourraient alors inciter de courtes chaînes de polymères chimiques à se développer en chaînes beaucoup plus longues qui peuvent coder des informations utiles sur les protéines. Le nouveau modèle informatique peut aider à expliquer cette lacune dans l'évolution de la chimie vers la biologie.

« Nous avons créé un modèle informatique qui illustre un mécanisme de pliage et de catalyse qui amplifie les séquences de polymères et conduit à des améliorations incontrôlables des polymères, " a déclaré Ken Dill, auteur principal, Professeur émérite et directeur du Centre Laufer. "L'étude théorique aide à comprendre un chaînon manquant dans l'évolution de la chimie vers la biologie et comment une population de briques moléculaires pourrait, heures supplémentaires, entraîner l'émergence de séquences catalytiques essentielles à la vie biologique.

Dans le journal, intitulé "L'hypothèse de Foldamer pour la croissance et la différenciation de séquences de polymères prébiotiques, " les chercheurs ont utilisé des simulations informatiques pour étudier comment des séquences aléatoires d'amoureux de l'eau, ou polaire, et avare d'eau, ou hydrophobe, les polymères se replient et se lient ensemble. Ils ont découvert que ces chaînes de séquences aléatoires des deux types de polymères peuvent s'effondrer et se replier en des conformations compactes spécifiques qui exposent des surfaces hydrophobes, servant ainsi de catalyseurs pour l'allongement d'autres polymères. Ces chaînes polymères particulières, catalyseurs dits "foldamères", peuvent travailler ensemble par paires pour s'allonger et développer des séquences plus informatives.

Ce processus, selon les auteurs, fournit une base pour expliquer comment des processus chimiques aléatoires ont pu aboutir à des précurseurs protéiques de la vie biologique. Il donne une hypothèse vérifiable sur les premiers polymères prébiotiques et leur évolution.

« En montrant comment les polymères prébiotiques auraient pu devenir des ‘foldamers’ informationnels, nous espérons avoir révélé une étape clé pour comprendre comment la vie a commencé à se former sur terre il y a des milliards d'années, " expliqua le professeur Dill.