Mais si l’histoire de la biochimie regorge de réactions oubliées, y aurait-il un moyen de le savoir ? Cette question a inspiré les chercheurs de l’Earth-Life Science Institute (ELSI) de l’Institut de technologie de Tokyo et du California Institute of Technology (CalTech) aux États-Unis. Ils pensaient que la chimie oubliée apparaîtrait comme des discontinuités ou des « ruptures » dans le chemin emprunté par la chimie depuis de simples molécules géochimiques jusqu'à des molécules biologiques complexes.

La Terre primitive était riche en composés simples tels que le sulfure d’hydrogène, l’ammoniac et le dioxyde de carbone, des molécules qui ne sont généralement pas associées au maintien de la vie. Mais il y a des milliards d’années, la vie primitive reposait sur ces molécules simples comme source de matière première. Au fur et à mesure de l’évolution de la vie, des processus biochimiques ont progressivement transformé ces précurseurs en composés encore présents aujourd’hui. Ces processus représentent les premières voies métaboliques.

Afin de modéliser l'histoire de la biochimie, les chercheurs de l'ELSI – le professeur agrégé spécialement nommé Harrison B. Smith, le professeur agrégé spécialement nommé Liam M. Longo et le professeur agrégé Shawn Erin McGlynn, en collaboration avec le chercheur scientifique Joshua Goldford de CalTech – avaient besoin d'un inventaire des toutes les réactions biochimiques connues, pour comprendre quels types de chimie la vie est capable d'effectuer.

Ils se sont tournés vers la base de données de l'Encyclopédie des gènes et des génomes de Kyoto, qui a répertorié plus de 12 000 réactions biochimiques. Avec les réactions en main, ils ont commencé à modéliser le développement progressif du métabolisme.

Les tentatives précédentes visant à modéliser l’évolution du métabolisme de cette manière n’avaient jamais réussi à produire les molécules complexes les plus répandues utilisées dans la vie contemporaine. Cependant, la raison n’était pas tout à fait claire. Comme auparavant, lorsque les chercheurs ont exécuté leur modèle, ils ont découvert que seuls quelques composés pouvaient être produits. La recherche est publiée dans la revue Nature Ecology &Evolution .

Une façon de contourner ce problème consiste à stimuler la chimie au point mort en fournissant manuellement des composés modernes. Les chercheurs ont opté pour une approche différente :ils voulaient déterminer combien de réactions manquaient. Et leur chasse les a ramenés à l'une des molécules les plus importantes de toute la biochimie :l'adénosine triphosphate (ATP).

L'ATP est la monnaie énergétique de la cellule car elle peut être utilisée pour déclencher des réactions, comme la construction de protéines, qui autrement ne se produiraient pas dans l'eau. L’ATP possède cependant une propriété unique :les réactions qui forment elles-mêmes l’ATP nécessitent de l’ATP. En d’autres termes, à moins que l’ATP ne soit déjà présent, il n’existe aucun autre moyen pour la vie actuelle de produire de l’ATP. Cette dépendance cyclique était la raison pour laquelle le modèle s'arrêtait.

Comment résoudre ce « goulot d’étranglement de l’ATP » ? Il s’avère que la partie réactive de l’ATP est remarquablement similaire au composé inorganique polyphosphate. En permettant aux réactions génératrices d’ATP d’utiliser du polyphosphate au lieu de l’ATP – en modifiant seulement huit réactions au total – la quasi-totalité du métabolisme central contemporain pourrait être réalisée. Les chercheurs pourraient alors estimer l'âge relatif de tous les métabolites courants et poser des questions pointues sur l'histoire des voies métaboliques.

L’une de ces questions est de savoir si les voies biologiques se sont construites de manière linéaire – dans laquelle une réaction après l’autre s’ajoute de manière séquentielle – ou si les réactions des voies ont émergé comme une mosaïque, dans laquelle des réactions d’âges très différents sont réunies pour former une mosaïque. former quelque chose de nouveau. Les chercheurs ont pu quantifier cela et ont découvert que les deux types de voies sont presque également communs dans l'ensemble du métabolisme.

Mais revenons à la question qui a inspiré l’étude :quelle quantité de biochimie est perdue avec le temps ? "Nous ne le saurons peut-être jamais exactement, mais nos recherches ont fourni un élément de preuve important :seules huit nouvelles réactions, toutes rappelant des réactions biochimiques courantes, sont nécessaires pour relier la géochimie et la biochimie", explique Smith.

"Cela ne prouve pas que l'espace de biochimie manquante est petit, mais cela montre que même des réactions qui ont disparu peuvent être redécouvertes à partir d'indices laissés par la biochimie moderne", conclut Smith.