Les molécules organiques ont formé la base de l'évolution de la vie. Mais comment des précurseurs inorganiques ont-ils pu les engendrer ? Le chimiste de LMU Oliver Trapp rapporte maintenant une voie de réaction dans laquelle les minéraux catalysent la formation de sucres en l'absence d'eau.

Il y a plus de 4 milliards d'années, la Terre était très loin d'être la planète bleue qu'elle deviendra plus tard. À ce moment-là, il venait juste de commencer à refroidir et, au cours de ce processus, les zones structurelles concentriques qui se trouvent toujours plus profondément sous nos pieds se sont formées. La Terre primitive était dominée par le volcanisme, et l'atmosphère était composée de dioxyde de carbone, azote, méthane, ammoniac, sulfure d'hydrogène et vapeur d'eau. Dans cet environnement décidément inhospitalier, les éléments constitutifs de la vie ont été formés. Comment alors cela a-t-il pu se produire ?

Les chercheurs se sont penchés sur la question pendant des décennies. La première percée a été faite en 1953 par deux chimistes, nommé Stanley Miller et Harold C. Urey, à l'Université de Chicago. Dans leurs expériences, ils ont simulé l'atmosphère de la Terre primordiale dans un système de réaction fermé qui contenait les gaz mentionnés ci-dessus. Un "océan" miniature a été chauffé pour fournir de la vapeur d'eau, et des décharges électriques ont été passées à travers le système pour imiter les effets de la foudre. Lorsqu'ils ont analysé les produits chimiques produits dans ces conditions, Miller et Urey ont détecté des acides aminés, les constituants de base des protéines, ainsi qu'un certain nombre d'autres acides organiques.

On sait maintenant que les conditions employées dans ces expériences ne reflétaient pas celles qui prévalaient sur la Terre primitive. Néanmoins, l'expérience Miller-Urey a initié le domaine de l'évolution chimique prébiotique. Cependant, cela ne jette pas beaucoup de lumière sur la façon dont d'autres classes de molécules présentes dans toutes les cellules biologiques, telles que les sucres, graisses et acides nucléiques - pourraient avoir été générés. Ces composés sont pourtant des ingrédients indispensables du processus qui a conduit aux premières bactéries puis aux cyanobactéries photosynthétiques qui ont produit de l'oxygène. C'est pourquoi Oliver Trapp, Professeur de Chimie Organique au LMU, a décidé de concentrer ses recherches sur la synthèse prébiotique de ces substances.

Du formaldéhyde au sucre

L'histoire des voies de synthèse des plus petits précurseurs aux sucres remonte à près d'un siècle avant l'expérience de Miller-Urey. En 1861, le chimiste russe Alexander Butlerov a montré que le formaldéhyde pouvait donner naissance à divers sucres via ce qui est devenu la réaction formose. Miller et Urey ont en effet trouvé de l'acide formique dans leurs expériences, et il peut être facilement réduit pour donner du formaldéhyde. Butlerov a également découvert que la réaction de formose est favorisée par un certain nombre d'oxydes et d'hydroxydes métalliques, y compris ceux du calcium, baryum, thallium et plomb. Le calcium est notamment disponible en abondance sur et sous la surface de la Terre.

Cependant, l'hypothèse que des sucres aient pu être produits via la réaction de formose se heurte à deux difficultés. La réaction de formose « classique » produit un mélange diversifié de composés, et elle n'a lieu qu'en milieu aqueux. Ces exigences sont en contradiction avec le fait que des sucres ont été détectés dans des météorites.

Avec des collègues de LMU et de l'Institut Max Planck d'astronomie à Heidelberg, Trapp a donc décidé d'explorer si le formaldéhyde pouvait donner naissance à des sucres dans un système en phase solide. En vue de simuler les types de forces mécaniques auxquelles auraient été soumis les minéraux solides, tous les composants de la réaction ont été combinés dans un broyeur à boulets - en l'absence de solvants, mais en ajoutant suffisamment de formaldéhyde pour saturer les solides en poudre

Et en effet, la réaction de formose a été observée et plusieurs minéraux différents ont été trouvés pour la catalyser. Le formaldéhyde a été adsorbé sur les particules solides, et l'interaction a entraîné la formation du dimère de formaldéhyde (glycolaldéhyde) - et du ribose, le sucre à 5 carbones qui est un constituant essentiel de l'acide ribonucléique (ARN). On pense que l'ARN a fusionné avant l'ADN, et il sert de référentiel d'informations génétiques dans de nombreux virus, ainsi que de fournir les modèles pour la synthèse des protéines dans tous les organismes cellulaires. Des sucres plus complexes ont également été obtenus dans les expériences, avec quelques sous-produits, comme l'acide lactique et le méthanol.

"Nos résultats fournissent une explication plausible de la formation de sucres en phase solide, même dans des environnements extraterrestres en l'absence d'eau, " dit Trapp. Ils soulèvent également de nouvelles questions qui peuvent indiquer des voies prébiotiques nouvelles et inattendues vers les composants de base de la vie telle que nous la connaissons, comme l'affirme Trapp. « Nous sommes convaincus que ces nouvelles connaissances ouvriront des perspectives entièrement nouvelles pour la recherche sur les prébiotiques, évolution chimique, " il dit.