L'ARN a probablement été la première molécule informationnelle. Maintenant, des chimistes de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) à Munich ont démontré que l'alternance de conditions humides et sèches aurait pu suffire à conduire la synthèse prébiotique des ARN nucléosides présents dans tous les domaines de la vie.

Comment les structures chimiques qui fournissent les sous-unités de base de l'ARN et de l'ADN se sont-elles formées à partir de matériaux de départ plus simples il y a environ 4 milliards d'années ? Dans quelles conditions ces briques ont-elles pu ensuite être liées en de longues chaînes codant l'information et la propageant par autoreproduction ? De nombreux scénarios possibles ont été proposés pour la phase d'évolution chimique qui a précédé l'émergence des premières cellules biologiques. Maintenant, des chercheurs dirigés par le chimiste du LMU, le professeur Thomas Carell, ont étendu ces modèles en démontrant une voie plausible pour la synthèse prébiotique des nucléosides qui constituent les composants informationnels de l'ARN.

Spécifiquement, Carell et ses collègues ont montré que les nucléosides peuvent être formés dans un processus continu en exposant des produits chimiques simples aux types de conditions physiques fluctuantes qui auraient prévalu dans les zones géothermiques actives caractérisées par une activité volcanique sur la Terre primitive. Ils commencent par un mélange d'acide formique, acide acétique, le nitrite de sodium et quelques composés azotés, dont il a déjà été démontré qu'ils se forment à partir de précurseurs encore plus simples dans des conditions prébiotiques. Le mélange réactionnel contenait également du nickel et du fer, qui se trouvent en grande quantité dans la croûte terrestre. La force motrice des réactions chimiques est fournie par les fluctuations de température et de pH, avec les cycles humides/secs, tels que ceux qui se produisent à proximité de sources chaudes périodiquement actives ou dans des climats fortement saisonniers avec des périodes alternées de précipitations et d'évaporation.

Le cœur du processus est une série de réactions qui donnent naissance à des composés appelés formamidopyrimidines, qui peuvent à leur tour être convertis en purines canoniques (adénosine et guanosine) présentes dans l'ARN. Dans un article publié l'année dernière, Carell et son équipe ont d'abord décrit cette voie FaPy comme un scénario chimique possible pour la synthèse prébiotique des nucléosides. "Cette fois-ci, nous n'avons pas seulement commencé avec des composés précurseurs plus simples, mais choisi des conditions qui devraient prévaloir dans un cadre géologique plausible, comme les sources hydrothermales terrestres, " explique Sidney Becker, un doctorat étudiant dans le groupe de Carell et premier auteur de l'étude. Le document est maintenant paru dans Communication Nature .

Les nucléosides puriques canoniques trouvés dans l'ARN ont été synthétisés dans les nouvelles expériences, ainsi que toute une série de molécules étroitement apparentées. Plus frappant encore, toutes les modifications observées sont connues pour se produire dans les ARN dans les trois domaines de la vie - les eucaryotes (animaux et plantes), bactéries et archées - et sont donc des composants essentiels des systèmes génétiques fonctionnels. D'où, ils étaient très probablement déjà présents dans le dernier ancêtre commun de toutes les formes de vie. Cela suggère que ces composés devaient être disponibles sur la Terre primitive lorsque l'évolution biologique a commencé. En effet, les auteurs de la nouvelle étude suggèrent que les nucléosides non canoniques pourraient avoir joué un rôle crucial dans la phase d'évolution chimique qui a précédé l'émergence du monde de l'ARN, un terme faisant référence à une période hypothétique au cours de laquelle les molécules d'ARN auraient servi de catalyseurs chimiques en plus de stocker des informations génétiques dans des cellules primordiales. Vu sous cet angle, les modifications d'ARN trouvées dans les organismes d'aujourd'hui représentent des fossiles moléculaires qui ont continué à participer à des fonctions biologiques vitales pendant des milliards d'années.