Des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont peut-être fait des progrès dans la détermination de l'origine de la vie en identifiant trois molécules différentes qui s'auto-assemblent pour former une structure moléculaire avec des caractéristiques caractéristiques de l'ARN moderne.

L'ARN - ou acide ribonucléique - exécute les instructions codées dans l'ADN, mais on pense aussi qu'il s'est développé avant l'ADN. De nombreux scientifiques pensent que les acides nucléiques – la « NA » de « l'ARN » – ont joué un rôle clé dans l'origine de la vie. Une théorie populaire appelée le « monde de l'ARN » soutient que l'ARN a « inventé » les protéines et finalement l'ADN, mais cela pose question, d'où vient l'ARN ? Certains pensent qu'un processus chimique ou biologique a progressivement fait évoluer une molécule antérieure en ARN, tandis que d'autres l'attribuent à une sorte de non enzymatique, réaction géochimique. C'est un débat sur la poule ou l'œuf :quel processus biologique pourrait produire un élément central de la vie elle-même ? Si le processus n'était pas biologique, alors qu'est-ce que c'était et comment est-ce arrivé?

La nouvelle étude continue dans la tradition de l'expérience de Miller-Urey de 1953, dans lequel deux scientifiques ont modélisé les conditions de la Terre primitive avec un mélange de gaz et un courant électrique pour simuler la foudre. Cette expérience a donné des acides aminés, soutenant l'idée que les molécules biologiques peuvent émerger spontanément de molécules non biologiques dans les bonnes circonstances. Malgré ce constat, le défi de concevoir un scénario dans lequel des réactions non biologiques créent de l'ARN s'est jusqu'à présent avéré insurmontable.

Les origines de l'ARN perdues dans la nuit des temps

L'un des auteurs de l'étude, biochimiste Dr Nicholas Hud, note que les nombreux critères de formation d'ARN signifient souvent que lorsque les chercheurs proposent une solution à un problème, un problème différent (ou deux) se pose. Les maillons de la chaîne ARN, qui sont appelés nucléotides, sont constitués de quatre bases :l'adénine (A), cytosine (C), guanine (G) et uracile (U), ainsi qu'un phosphate et un sucre ribose. Leslie Orgel, qui était un pionnier de l'idée de RNA World, a décrit la possibilité que l'ARN ait évolué à partir d'une molécule antérieure une « perspective sombre, " car cela rendrait la résolution de l'origine de l'ARN plus difficile. Les chercheurs ont décidé qu'il était temps de relever ce défi.

Une réanalyse en 2008 de l'expérience Miller-Urey révèle la production de bien plus de molécules non biologiques qu'on ne le pensait auparavant, qui sous-tend l'hypothèse des auteurs selon laquelle les molécules nécessaires à la vie existaient sur la Terre prébiotique, mais parce qu'ils ne jouent pas un rôle majeur dans la vie telle que nous la connaissons maintenant, nous n'avons pas compris quelles molécules ou les rôles qu'elles ont joué il y a des milliards d'années.

Selon Hud, ces molécules étaient "probablement très spéciales parce que les molécules que nous connaissons ne se comportent pas de manière à indiquer qu'elles sont capables de commencer la vie". Ces molécules peuvent également contenir des réponses à d'autres questions sur les origines de la vie.

L'évolution vers l'ARN d'une molécule génétique antérieure, ou proto-ARN, aurait été incrémental, et chaque nouvelle itération aurait été rétrocompatible, "comme la façon dont un ordinateur mis à jour doit toujours être capable de lire les fichiers d'ordinateurs plus anciens, " Hud raconte Revue d'Astrobiologie . Aujourd'hui, l'ARN et l'ADN utilisent des paires de bases à liaison hydrogène pour transférer des informations. Ainsi, les molécules qui ne forment pas des paires de bases identiques ou similaires n'auraient jamais fonctionné, conduisant les chercheurs à rechercher "des molécules d'appariement de bases qui s'auto-sélectionneraient ou se sépareraient sur la Terre primitive dans une sorte de structure qui les aiderait à être incorporées dans le proto-ARN, " dit Hud.

La recherche des molécules originales

Quelles étaient ces molécules primordiales qui ont formé l'ancêtre de l'ARN ? Pour le déterminer, les chercheurs ont étudié les réactions dans des conditions imitant les cycles de pluie et d'évaporation sur la Terre primitive. Après de nombreuses expériences infructueuses, ils ont identifié trois candidats moléculaires pour les bases du proto-ARN :l'acide barbiturique, mélamine, et 2, 4, 6-triaminopyrimidine. Des réactions avec ces molécules et le sucre ribose produit des nucléosides, qui sont des molécules composites proches des sous-unités de l'ARN.

Alors que les tentatives précédentes de joindre les bases actuelles de l'ARN avec le ribose dans les premières réactions terrestres qui ont été modélisées ont échoué, ou produit des nucléosides avec de très faibles rendements, les chercheurs ont mesuré un rendement en nucléosides de 82 % avec l'acide barbiturique. En outre, la mélamine et les molécules de triaminoprymidine ont formé spontanément des nucléosides avec des rendements supérieurs à 50 %. Dr Niles Lehman, Professeur de chimie à la Portland State University et rédacteur en chef du Journal de l'évolution moléculaire , estime que l'étude "fournit un soutien supplémentaire à la théorie du monde de l'ARN en fournissant une série plausible d'événements qui ont fait passer la nature du chaos chimique à une molécule d'information de stockage plus définie".

Ce chemin n'est pas complètement clair, mais ça commence à prendre forme. Selon Hud, leurs candidats pour les bases ancestrales de l'ARN sont incroyablement proches de ceux de l'ARN moderne. Cependant, plus doit se produire.

"Les molécules que nous avons identifiées semblent avoir pu fonctionner dans un système génétique précoce, " Hud dit. " Mais nous voulons des molécules suffisamment proches pour que vous puissiez imaginer un chemin évolutif où elles se transforment en ce que nous avons aujourd'hui. " Bien que la plausibilité démontrable représente un pas en avant, la question reste de savoir s'il est possible de trouver, puis validez, les molécules originales de proto-ARN. Hud reconnaît que même si la recherche peut sembler intimidante, "la chimie est vaste, mais pas infini. Si nous acceptons quelques hypothèses raisonnables sur l'ancêtre de l'ARN, nous pouvons exclure beaucoup de possibilités. Et peut-être que nous pourrons le trouver. » Cette étude représente une étape importante dans cette voie.

Origines de la vie ailleurs

Comprendre comment l'ARN s'est formé pourrait aider à guider la recherche de vie extraterrestre. « Nous pouvons obtenir des informations précieuses sur les problèmes clés qui doivent être surmontés pour que la vie découle de la non-vie, " Lehman raconte Revue d'Astrobiologie .

Comprendre comment la vie apparaît pourrait aider les scientifiques à déterminer où et comment chercher la vie ailleurs. Acides aminés et composés chimiques tels que le cyanure d'hydrogène, qui a été détecté dans les comètes, pourrait donner naissance à des bases d'ARN, selon Hud. Une telle réaction serait "robuste, ni étrange ni extraordinaire, " dit-il. Des processus similaires pourraient être en cours sur d'autres planètes et pourraient indiquer les scientifiques en chimie que les scientifiques devraient rechercher lors de la recherche des premiers stades de la vie ailleurs.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du magazine Astrobiology de la NASA. Explorez la Terre et au-delà sur www.astrobio.net .