Une figure représentant les diverses influences agissant sur les produits chimiques dans les petits étangs chauds pendant la phase sèche et la phase humide du cycle. Crédit :Université McMaster
La vie sur Terre a commencé il y a entre 3,7 et 4,5 milliards d'années, après que les météorites aient éclaboussé et lessivé des éléments essentiels dans de petits étangs chauds, disent des scientifiques de l'Université McMaster et de l'Institut Max Planck en Allemagne. Leurs calculs suggèrent que les cycles humides et secs ont lié les blocs de construction moléculaires de base dans le bouillon riche en nutriments des étangs en molécules d'ARN auto-répliquantes qui ont constitué le premier code génétique de la vie sur la planète.
Les chercheurs fondent leur conclusion sur des recherches et des calculs exhaustifs faisant appel à des aspects de l'astrophysique, géologie, chimie, biologie et autres disciplines. Bien que le concept de « petits étangs chauds » existe depuis Darwin, les chercheurs ont maintenant prouvé sa plausibilité grâce à de nombreux calculs fondés sur des preuves.
Auteurs principaux Ben K.D. Pearce et Ralph Pudritz, à la fois du McMaster's Origins Institute et de son département de physique et d'astronomie, disent que les preuves disponibles suggèrent que la vie a commencé lorsque la Terre prenait encore forme, avec des continents émergeant des océans, météorites bombardant la planète - y compris celles portant les éléments constitutifs de la vie - et pas d'ozone protecteur pour filtrer les rayons ultraviolets du Soleil.
"Personne n'a fait le calcul avant, " dit Pearce. " C'est un très bon début. C'est assez excitant."
"Parce qu'il y a tellement d'entrées de tellement de domaines différents, c'est assez incroyable que tout se tienne ensemble, " Pudritz dit. "Chaque étape menait très naturellement à la suivante. Les avoir tous mènent à une image claire à la fin, c'est dire qu'il y a quelque chose de bien à ce sujet."
Leur travail, avec les collaborateurs Dmitry Semenov et Thomas Henning du Max Planck Institute for Astronomy, a été publié aujourd'hui dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .
"Pour comprendre l'origine de la vie, nous devons comprendre la Terre telle qu'elle était il y a des milliards d'années. Comme le montre notre étude, l'astronomie fournit une partie essentielle de la réponse. Les détails de la formation de notre système solaire ont des conséquences directes sur l'origine de la vie sur Terre, " dit Thomas Henning, du Max Planck Institute for Astronomy et un autre co-auteur.
Photo d'un petit étang chaud sur la Terre actuelle sur le sentier Bumpass Hell dans le parc national volcanique de Lassen en Californie. Crédit :Ben K.D. Pearce, Université McMaster
L'étincelle de la vie, les auteurs disent, fut la création de polymères à ARN :les composants essentiels des nucléotides, livrés par des météorites, atteindre des concentrations suffisantes dans l'eau de l'étang et se lier à mesure que les niveaux d'eau baissent et augmentent à travers les cycles de précipitations, évaporation et drainage. La combinaison de conditions humides et sèches était nécessaire pour le collage, dit le journal.
Dans certains cas, les chercheurs croient, des conditions favorables ont vu certaines de ces chaînes se replier et se répliquer spontanément en tirant d'autres nucléotides de leur environnement, remplissant une condition pour la définition de la vie. Ces polymères étaient imparfaits, capable de s'améliorer grâce à l'évolution darwinienne, remplissant l'autre condition.
"C'est le Saint Graal de la chimie expérimentale des origines de la vie, " dit Pearce.
Cette forme de vie rudimentaire donnerait lieu au développement éventuel de l'ADN, le plan génétique des formes de vie supérieures, qui évoluera bien plus tard. Le monde n'aurait été habité que par une vie basée sur l'ARN jusqu'à ce que l'ADN évolue.
"L'ADN est trop complexe pour avoir été le premier aspect de la vie à émerger, " Pudritz dit. " Il fallait commencer par autre chose, et c'est l'ARN."
Les calculs des chercheurs montrent que les conditions nécessaires étaient présentes dans des milliers d'étangs, et que les combinaisons clés pour la formation de la vie étaient beaucoup plus susceptibles de s'être réunies dans de tels étangs que dans des cheminées hydrothermales, où la principale théorie rivale soutient que la vie a commencé dans les fissures agitées des fonds océaniques, où les éléments de la vie se sont réunis dans des jets d'eau chauffée. Les auteurs du nouvel article disent que de telles conditions étaient peu susceptibles de générer la vie, puisque la liaison requise pour former l'ARN nécessite à la fois des cycles humides et secs.
Les calculs semblent également éliminer la poussière spatiale comme source de nucléotides générateurs de vie. Bien qu'une telle poussière transportait en effet les bons matériaux, il ne les a pas déposés en concentration suffisante pour générer la vie, les chercheurs ont déterminé. À l'époque, au début de la vie du système solaire, les météorites étaient beaucoup plus courantes, et aurait pu atterrir dans des milliers d'étangs, portant les éléments constitutifs de la vie. Pearce et Pudritz prévoient de mettre la théorie à l'épreuve l'année prochaine, lorsque McMaster ouvrira son laboratoire Origins of Life qui recréera les conditions de pré-vie dans un environnement scellé.
« Nous sommes ravis de pouvoir rédiger un article théorique qui combine tous ces fils, fait des prédictions claires et propose des idées claires que nous pouvons apporter au laboratoire, ", dit Pudritz.
