Les précurseurs chimiques des biomolécules actuelles pourraient s'être formés non seulement dans les profondeurs marines au niveau des cheminées hydrothermales, mais également dans des bassins chauds à la surface de la Terre. Les réactions chimiques qui ont pu se produire dans cette "soupe primordiale" ont maintenant été reproduites dans des expériences par une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l'Université Friedrich Schiller de Jena, en Allemagne. Ils ont même découvert que l'une des nucléobases, qui représentent le code de notre matériel génétique, pourrait provenir de la surface de notre planète.

La Terre a environ 4,6 milliards d'années et n'a pas toujours été un lieu accueillant pour la vie. Au cours des cent premiers millions d'années, l'atmosphère de notre planète se composait principalement d'azote, de dioxyde de carbone, de méthane, de sulfure d'hydrogène et de cyanure d'hydrogène, également connu sous le nom d'acide cyanhydrique. L'oxygène libre n'existait pas. Dans ces conditions, le sulfure de fer, qui se transforme en oxyde de fer lorsqu'il est exposé à l'oxygène, est stable. À la surface du sulfure de fer, cependant, des réactions biologiquement importantes peuvent avoir lieu, similaires à celles qui se produisent dans certaines enzymes à base de fer et de soufre, telles que les nitrogénases et les hydrogénases.

Une redécouverte accidentelle a rendu cela possible

« Nous nous sommes demandé :que se passe-t-il lorsque le sulfure de fer dans cette atmosphère primordiale entre en contact avec l'acide cyanhydrique ? explique le professeur Wolfgang Weigand de l'Institut de chimie inorganique et analytique de l'Université d'Iéna.

"Il nous a été utile d'avoir accidentellement découvert une forme particulièrement réactive de sulfure de fer lors d'une collaboration fructueuse avec mon collègue, le professeur Christian Robl. Cette forme avait déjà été découverte deux fois dans l'histoire, et à chaque fois, elle a été oubliée à nouveau :une fois en 1700 et à nouveau dans les années 1920. Pour ainsi dire, les deux doctorants de l'époque, Robert Bolney et Mario Grosch, l'ont découvert pour la troisième fois », ajoute-t-il.

Les deux chimistes ont observé en laboratoire que lorsque de la poudre de fer est agitée avec du soufre dans de l'eau et légèrement chauffée, après un certain temps, du sulfure de fer se forme sous forme de mackinawite dans une réaction explosive. Ce minéral a servi de catalyseur dans l'expérience de la "soupe primordiale".

Une lettre du code génétique peut avoir été créée de cette manière

"Nous avons ajouté du cyanure de potassium, de l'acide phosphorique et de l'eau au sulfure de fer dans une atmosphère d'azote et avons chauffé le mélange à 80 degrés Celsius. L'acide phosphorique convertit le cyanure de potassium en acide cyanhydrique. Nous avons ensuite prélevé des échantillons de gaz dans l'atmosphère des récipients respectifs. et les a analysés », explique Weigand. Les chercheurs ont découvert des substances qui auraient pu servir de précurseurs chimiques pour les biomolécules d'aujourd'hui.

Dans la revue ChemSystemsChem , l'équipe confirme, entre autres, la découverte des thiols, présents sous forme de lipides dans les membranes cellulaires, ainsi que de l'acétaldéhyde, nécessaire comme précurseur des éléments constitutifs de l'ADN (appelés nucléosides). "C'était particulièrement excitant que, dans ces conditions douces, nous ayons même pu détecter l'adénine, une nucléobase qui est l'une des cinq lettres du code génétique", déclare Weigand.

Grâce au marquage isotopique, l'équipe a pu prouver que le cyanure fournissait bien le carbone des molécules trouvées. Weigand explique :« Dans cette expérience, le cyanure de potassium ne contenait pas l'isotope carbone-12, qui est l'isotope qui représente 98,9 % du carbone naturellement présent dans l'environnement. Au lieu de cela, c'était le carbone isotope le plus lourd et aussi stable. -13. C'est cet isotope que nous avons trouvé dans les produits de réaction. De cette façon, nous avons pu prouver sans équivoque que les atomes de carbone dans les molécules que nous avons trouvées provenaient vraiment du cyanure de potassium marqué par un isotope."

Des décennies d'imagination et de patience

Weigand est particulièrement reconnaissant de la coopération de toute l'équipe internationale :"Il faut vraiment de l'imagination et de la patience pour un tel travail", dit-il. "Et Robert Bolney et Mario Grosch l'ont prouvé. La coopération avec nos collègues de l'Université de Californie à Irvine et de LMU Munich a également été exemplaire."

L'importance de l'imagination et surtout de la patience dans la science est illustrée par Wolfgang Weigand lui-même. Parce qu'en 2003, il a reçu le prix de la recherche de Thuringe avec le professeur Günter Kreisel de l'Université d'Iéna et le Dr Willi Brand de l'Institut Max Planck de biogéochimie d'Iéna pour son article "Une possible formation prébiotique d'ammoniac à partir d'azote moléculaire sur le sulfure de fer surfaces."

Aujourd'hui, près de 20 ans plus tard, Weigand a également pu montrer que les premiers composés carbonés, à partir desquels la vie s'est développée plus tard, auraient pu se former dans ces conditions à partir de cyanure à la surface de la Terre. + Explorer plus loin

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