La réponse, selon leurs nouveaux travaux, est probablement oui.
"Nous disposons désormais d'un chemin qui va plus ou moins des matières premières très simples disponibles au début de la Terre jusqu'aux molécules prébiotiques complexes dont vous avez besoin pour l'origine de la vie", a déclaré Ramanarayanan Krishnamurthy, professeur au TSRI et membre de l'Institut Skaggs pour la vie. Biologie chimique.
Depuis des décennies, les scientifiques tentent de comprendre comment la première cellule est issue de la matière inanimée, un concept souvent appelé « origine de la vie ». De nombreux biologistes pensent que la molécule d'ARN, qui possède à la fois un stockage d'informations (comme l'ADN) et une activité (comme les protéines), pourrait avoir été l'ancêtre moléculaire original qui a finalement conduit au premier organisme vivant. L’ARN, cependant, est constitué d’éléments de base assez difficiles à trouver.
Mais dans un rapport paru dans la revue Nature Chemistry, l'équipe de Krishnamurthy présente de nouvelles informations qui pourraient changer la vision de la naissance de la première molécule réplicatrice.
Le laboratoire de Krishnamurthy, ainsi que celui du professeur Matthew Disney du TSRI et de l'ancien postdoctorant du TSRI et actuel professeur de l'Université de Caroline du Sud Andrew Ellington, ont étudié le concept selon lequel le code génétique aurait pu émerger naturellement d'un mélange très complexe d'éléments constitutifs. Mais ce dont ils avaient réellement besoin, c’était d’une explication simple et réaliste de la façon dont ces éléments de base d’origine avaient pu se former en premier lieu.
"Vous ne pouvez pas commencer à parler de l'origine de la vie sans d'abord considérer l'origine des éléments constitutifs appropriés", a déclaré Yunwei Mao, premier auteur et étudiant diplômé du TSRI. "Heureusement, nous disposons de quelques décennies de travail pour nous indiquer quels éléments de base simples sont nécessaires pour fabriquer des brins d'ARN."
L'un de ces éléments de base simples est la molécule isocytosine, qui, dans des recherches antérieures, ont montré que les scientifiques du TSRI peuvent s'assembler spontanément pour former les éléments de base essentiels des molécules génétiques, appelés nucléotides.
Travaillant en étroite collaboration avec Krishnamurthy, Disney et Ellington, Mao et ses collègues ont maintenant identifié une explication très plausible de la façon dont l'isocytosine aurait pu apparaître au début de la Terre. Ils ont commencé par identifier l’ensemble de conditions le plus simple qui permettrait à l’isocytosine de se former en mélangeant des composants simples tels que le cyanure d’hydrogène dans l’eau et en la soumettant à une lumière ultraviolette (UV). Grâce à une série d’expériences, ils ont pu montrer que la réaction clé est catalysée naturellement :en substance, la réaction se déclenche après l’exposition initiale à la lumière UV et peut générer de l’isocytosine relativement rapidement.
Les implications de cette découverte, a déclaré Krishnamurthy, sont profondes :« Cela signifie que les éléments de base nécessaires au démarrage d'un système génétique peuvent, en effet, apparaître dans des conditions assez simples et réalistes au début de la Terre. Nous pouvons désormais envisager un scénario dans lequel le La chimie très simple que nous observons dans les nuages interstellaires donne lieu à la complexité que nous observons dans la biologie sur Terre. »
Les chercheurs notent cependant que des étapes supplémentaires doivent être élaborées avant que leur théorie puisse être considérée comme complète. Par exemple, ils doivent découvrir comment les molécules d’isocytosine qu’ils ont générées peuvent être transformées en ribonucléotides, les éléments constitutifs de l’ARN. De plus, ils souhaitent comprendre le mécanisme moléculaire détaillé qui permet la formation spontanée d’informations génétiques à partir d’un mélange complexe ou de molécules organiques.
Ce travail a été soutenu par la subvention W911NF-13-C-0043 de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) et la subvention R01GM078401 des National Institutes of Health.
