A la recherche des origines chimiques de la vie, les chercheurs ont trouvé une voie alternative possible pour l'émergence du modèle d'ADN caractéristique :selon les expériences, les paires de bases d'ADN caractéristiques peuvent se former par chauffage à sec, sans eau ni autres solvants. L'équipe dirigée par Ivan Halasz de l'Institut Rudjer Boskovic et Ernest Mestrovic de la société pharmaceutique Xellia présente ses observations de la source de rayons X PETRA III de DESY dans la revue Communications chimiques .

"L'une des questions les plus intrigantes dans la recherche de l'origine de la vie est de savoir comment la sélection chimique s'est produite et comment les premières biomolécules se sont formées, " dit Tomislav Stolar de l'Institut Rudjer Boskovic de Zagreb, le premier auteur sur le papier. Alors que les cellules vivantes contrôlent la production de biomolécules avec leur machinerie sophistiquée, les premiers éléments constitutifs moléculaires et supramoléculaires de la vie ont probablement été créés par la chimie pure et sans catalyse enzymatique. Pour leur étude, les scientifiques ont étudié la formation de paires de bases nucléiques qui agissent comme des unités de reconnaissance moléculaire dans l'acide désoxyribonucléique (ADN).

Notre code génétique est stocké dans l'ADN sous la forme d'une séquence spécifique orthographiée par les nucléobases adénine (A), cytosine (C), la guanine (G) et la thymine (T). Le code est organisé en deux longs, brins complémentaires enroulés dans une structure en double hélice. Dans les brins, chaque nucléobase s'apparie avec un partenaire complémentaire dans l'autre brin :l'adénine avec la thymine et la cytosine avec la guanine.

"Seules des combinaisons d'appariements spécifiques se produisent dans l'ADN, mais lorsque les nucléobases sont isolées, elles n'aiment pas du tout se lier les unes aux autres. Alors pourquoi la nature a-t-elle choisi ces paires de bases ?", explique Stolar. il était assez surprenant qu'il y ait eu peu de succès dans la réalisation d'un appariement de bases nucléiques spécifiques dans des conditions qui pourraient être considérées comme plausibles sur le plan prébiotique.

"Nous avons exploré une autre voie, " rapporte le co-auteur Martin Etter de DESY. " Nous avons essayé de savoir si les paires de bases peuvent être générées par énergie mécanique ou simplement par chauffage. " A cette fin, l'équipe a étudié les nucléobases méthylées. Le fait d'avoir un groupe méthyle (-CH3) attaché aux bases nucléiques respectives leur permet en principe de former des liaisons hydrogène du côté Watson-Crick de la molécule. Les nucléobases méthylées sont présentes naturellement dans de nombreux organismes vivants où elles remplissent diverses fonctions biologiques.

Dans le laboratoire, les scientifiques ont essayé de produire des paires de nucléobases par broyage. Des poudres de deux nucléobases ont été chargées dans un bol de broyage avec des billes d'acier, qui a servi de milieu de broyage, tandis que les pots étaient secoués de manière contrôlée. L'expérience a produit des paires A:T qui avaient également été observées par d'autres scientifiques auparavant. Broyage cependant, n'a pas pu obtenir la formation de paires G:C.

Dans un deuxième temps, les chercheurs ont chauffé les poudres broyées de cytosine et de guanine. « À environ 200 degrés Celsius, on a en effet pu observer la formation de couples cytosine-guanine, " rapporte Stolar. Afin de tester si les bases ne forment que les couples connus dans des conditions thermiques, l'équipe a répété les expériences avec des mélanges de trois et quatre nucléobases à la station de mesure P02.1 de la source de rayons X PETRA III de DESY. Ici, la structure cristalline détaillée des mélanges a pu être surveillée pendant le chauffage et la formation de nouvelles phases a pu être observée.

"A environ 100 degrés Celsius, nous avons pu observer la formation des couples adénine-thymine, et à environ 200 degrés Celsius la formation de paires Watson-Crick de guanine et de cytosine, " dit Etter, chef de la station de mesure. "Aucune autre paire de bases ne s'est formée même lorsqu'elle a été chauffée davantage jusqu'à ce qu'elle fonde." Cela prouve que la réaction thermique d'appariement des nucléobases a la même sélectivité que dans l'ADN.

"Nos résultats montrent une voie alternative possible quant à la façon dont les modèles de reconnaissance moléculaire que nous observons dans l'ADN pourraient avoir été formés, " ajoute Stolar. " Les conditions de l'expérience sont plausibles pour la jeune Terre qui était une chaudron bouillonnant de volcans, tremblements de terre, impacts de météorites et toutes sortes d'autres événements. Nos résultats ouvrent de nombreuses nouvelles voies dans la recherche des origines chimiques de la vie. » L'équipe prévoit d'approfondir cette voie avec des expériences de suivi au P02.1.