En tenant une main droite devant un miroir, on peut voir une image réfléchie d'une main gauche et vice versa. En 1848, Louis Pasteur a découvert que les molécules organiques ressemblent beaucoup à nos mains :elles se présentent sous forme de paires d'images en miroir de variantes gauche et droite. De nos jours, nous savons que cette latéralité ou chiralité (du mot grec pour "main") est une caractéristique des molécules organiques.

Les molécules organiques sont riches en atomes de carbone, qui forment des liaisons pour créer une « nano-main » droite ou gauche. Pourtant, curieusement, la vie choisit presque toujours d'utiliser exclusivement l'un des deux jumeaux à image miroir - un phénomène appelé homochiralité. Par exemple, la vie terrestre est basée sur les acides aminés gauchers et les sucres droitiers.

Bien que de nombreuses explications aient été suggérées, comment et pourquoi l'homochiralité est apparue reste une énigme. La rupture de symétrie chirale, qui est un phénomène où un mélange de ratio 50-50 de molécules gauches et droites s'écarte pour favoriser l'une par rapport à l'autre, est d'un grand intérêt pour la recherche en biochimie. Comprendre l'origine de l'homochiralité est très important pour étudier l'origine de la vie, ainsi que des applications plus pratiques telles que la synthèse de molécules médicamenteuses chirales.

Un modèle propose maintenant une nouvelle explication de l'émergence de l'homochiralité dans la vie, une énigme de longue date sur l'origine de la vie sur Terre.

Il est largement admis que la vie est née dans des habitats riches en sources d'énergie, comme les cheminées hydrothermales dans les profondeurs des océans primordiaux. Considérant d'éventuels scénarios terrestres primordiaux, le professeur Tsvi Tlusty et le Dr William Piñeros du Centre pour la matière molle et vivante de l'Institut des sciences fondamentales de Corée du Sud ont imaginé un réseau complexe de réactions chimiques qui échangent de l'énergie avec l'environnement. Lorsque l'équipe a utilisé un modèle mathématique et une simulation de système pour émuler une solution bien agitée de différents éléments chimiques dans un récipient, ils ont découvert de manière surprenante que de tels systèmes ont naturellement tendance à briser la symétrie du miroir moléculaire.

L'homochiralité émerge spontanément dans les réseaux chimiques prébiotiques qui s'adaptent pour optimiser la récupération d'énergie de l'environnement. Auparavant, on pensait que la rupture de symétrie chirale nécessitait plusieurs boucles d'auto-catalyse, qui produisaient de plus en plus un énantiomère d'une molécule tout en inhibant la formation de l'autre. Cependant, les résultats de l'équipe IBS ont montré que le mécanisme sous-jacent de la rupture de symétrie est très général, car il peut se produire dans de grands systèmes de réaction avec de nombreuses molécules aléatoires et ne nécessite pas d'architectures de réseau sophistiquées. Il a été constaté que cette transition brutale vers l'homochiralité découle de l'auto-configuration du réseau de réaction afin d'obtenir une récolte plus efficace de l'énergie de l'environnement.

Le modèle développé par Piñeros et Tlusty a montré que les systèmes à forte dissipation et les grandes différences d'énergie sont plus susceptibles d'induire une rupture de symétrie chirale. De plus, les calculs ont révélé que de telles transitions sont presque inévitables, il est donc raisonnable de croire qu'elles peuvent se produire de manière générique dans des systèmes de réactions chimiques aléatoires. Ainsi, le modèle basé sur l'optimisation de la récupération d'énergie démontré par le groupe explique comment l'homochiralité a pu naître spontanément de l'environnement hostile et riche en énergie de la planète Terre primitive.

Le mécanisme proposé de rupture de symétrie est général et peut s'appliquer à d'autres transitions dans la matière vivante qui conduisent à une complexité accrue.

De plus, le modèle propose un mécanisme général qui explique comment la complexité d'un système peut croître à mesure qu'il s'adapte mieux pour exploiter un environnement variable. Cela suggère que la rupture de symétrie chirale est une caractéristique inhérente de tout système complexe (comme la vie) capable de se configurer pour s'adapter à un environnement. Ces découvertes peuvent en outre expliquer les ruptures de symétrie spontanées dans des processus biologiques beaucoup plus complexes, tels que la différenciation cellulaire et l'émergence de nouveaux gènes.

Cette étude a été publiée dans la revue Nature Communications . + Explorer plus loin

La chimie prébiotique désordonnée peut être la clé de la vie homochirale