Les étangs primitifs ont peut-être fourni un environnement propice au brassage des premières formes de vie de la Terre, plus que les océans, une nouvelle étude du MIT trouve.

Les chercheurs rapportent que les plans d'eau peu profonds, de l'ordre de 10 centimètres de profondeur, aurait pu contenir des concentrations élevées de ce que de nombreux scientifiques pensent être un ingrédient clé pour le démarrage de la vie sur Terre :l'azote.

Dans les étangs peu profonds, azote, sous forme d'oxydes azotés, aurait eu de bonnes chances de s'accumuler suffisamment pour réagir avec d'autres composés et donner naissance aux premiers organismes vivants. Dans des océans beaucoup plus profonds, l'azote aurait eu plus de mal à établir un présence catalyseur de vie, disent les chercheurs.

"Notre message global est, si vous pensez que l'origine de la vie nécessitait de l'azote fixe, comme beaucoup de gens le font, alors il est difficile d'avoir l'origine de la vie dans l'océan, " dit l'auteur principal Sukrit Ranjan, un post-doctorant au Département de la Terre du MIT, Sciences de l'atmosphère et des planètes (EAPS). "C'est beaucoup plus facile que cela se produise dans un étang."

Ranjan et ses collègues ont publié leurs résultats aujourd'hui dans la revue Géochimie, Géophysique, Géosystèmes . Les co-auteurs de l'article sont Andrew Babbin, le professeur adjoint Doherty en utilisation des océans à l'EAPS, avec Zoe Todd et Dimitar Sasselov de l'Université Harvard, et Paul Rimmer à l'Université de Cambridge.

Rompre un lien

Si la vie primitive est en effet issue d'une réaction clé impliquant l'azote, les scientifiques pensent que cela a pu se produire de deux manières. La première hypothèse concerne l'océan profond, où l'azote, sous forme d'oxydes azotés, aurait pu réagir avec du dioxyde de carbone jaillissant des sources hydrothermales, pour former les premiers blocs de construction moléculaire de la vie.

La deuxième hypothèse basée sur l'azote pour l'origine de la vie implique l'ARN-acide ribonucléique, une molécule qui aide aujourd'hui à coder notre information génétique. Dans sa forme primitive, L'ARN était probablement une molécule flottant librement. Au contact des oxydes d'azote, certains scientifiques croient, L'ARN pourrait avoir été induit chimiquement pour former les premières chaînes moléculaires de la vie. Ce processus de formation d'ARN pourrait avoir eu lieu dans les océans ou dans les lacs et les étangs peu profonds.

Des oxydes d'azote se sont probablement déposés dans les plans d'eau, y compris les océans et les étangs, comme restes de la dégradation de l'azote dans l'atmosphère terrestre. L'azote atmosphérique est constitué de deux molécules d'azote, liés par une triple liaison forte, qui ne peut être brisé que par un événement extrêmement énergique, à savoir, éclair.

"La foudre est comme une bombe vraiment intense qui explose, " dit Ranjan. " Il produit suffisamment d'énergie pour rompre cette triple liaison dans notre azote gazeux atmosphérique, pour produire des oxydes d'azote qui peuvent ensuite pleuvoir dans les plans d'eau.

Les scientifiques pensent qu'il aurait pu y avoir suffisamment d'éclairs crépitant dans l'atmosphère primitive pour produire une abondance d'oxydes d'azote pour alimenter l'origine de la vie dans l'océan. Ranjan dit que les scientifiques ont supposé que cet approvisionnement en oxydes d'azote générés par la foudre était relativement stable une fois que les composés sont entrés dans les océans.

Cependant, dans cette nouvelle étude, il identifie deux « puits, " ou des effets qui auraient pu détruire une partie importante des oxydes d'azote, notamment dans les océans. Lui et ses collègues ont parcouru la littérature scientifique et ont découvert que les oxydes d'azote dans l'eau peuvent être décomposés via des interactions avec la lumière ultraviolette du soleil, et aussi avec du fer dissous décollé des roches océaniques primitives.

Ranjan dit que la lumière ultraviolette et le fer dissous auraient pu détruire une partie importante des oxydes d'azote dans l'océan, renvoyant les composés dans l'atmosphère sous forme d'azote gazeux.

« Nous avons montré que si vous incluez ces deux nouveaux éviers auxquels les gens n'avaient pas pensé auparavant, qui supprime les concentrations d'oxydes d'azote dans l'océan d'un facteur 1, 000, par rapport à ce que les gens calculaient auparavant, " dit Ranjan.

"Construire une cathédrale"

Dans l'océan, la lumière ultraviolette et le fer dissous auraient rendu les oxydes d'azote beaucoup moins disponibles pour la synthèse des organismes vivants. Dans les étangs peu profonds, cependant, la vie aurait eu une meilleure chance de s'installer. C'est principalement parce que les étangs ont beaucoup moins de volume sur lequel les composés peuvent être dilués. Par conséquent, les oxydes d'azote se seraient accumulés jusqu'à des concentrations beaucoup plus élevées dans les étangs. Tout « éviers, " comme la lumière UV et le fer dissous, aurait eu moins d'effet sur les concentrations globales du composé.

Ranjan dit que plus l'étang est peu profond, plus les oxydes d'azote auraient eu de chance d'interagir avec d'autres molécules, et en particulier l'ARN, catalyser les premiers organismes vivants.

"Ces étangs pouvaient avoir de 10 à 100 centimètres de profondeur, d'une superficie de plusieurs dizaines de mètres carrés ou plus, " dit Ranjan. " Ils auraient été similaires à Don Juan Pond en Antarctique aujourd'hui, qui a une profondeur saisonnière estivale d'environ 10 centimètres."

Cela peut ne pas sembler être un plan d'eau important, mais il dit que c'est précisément le point :dans des environnements plus profonds ou plus grands, les oxydes d'azote auraient tout simplement été trop dilués, excluant toute participation à la chimie de l'origine de la vie. D'autres groupes ont estimé que, il y a environ 3,9 milliards d'années, juste avant l'apparition des premiers signes de vie sur Terre, il pourrait y avoir eu environ 500 kilomètres carrés d'étangs et de lacs peu profonds dans le monde entier.

"C'est tout à fait minuscule, par rapport à la superficie du lac que nous avons aujourd'hui, " dit Ranjan. " Cependant, par rapport à la quantité de surface que les chimistes prébiotiques postulent pour démarrer la vie, c'est tout à fait suffisant."

Le débat sur l'origine de la vie dans les étangs par rapport aux océans n'est pas tout à fait résolu, mais Ranjan dit que la nouvelle étude fournit une preuve convaincante pour la première.

"Cette discipline, c'est moins renverser une rangée de dominos, et plus comme la construction d'une cathédrale, " dit Ranjan. " Il n'y a pas de vrai moment 'aha'. C'est plus comme construire patiemment une observation après l'autre, et l'image qui se dégage est que dans l'ensemble, de nombreuses voies de synthèse des prébiotiques semblent être chimiquement plus faciles dans les étangs que dans les océans."