Un nouvel « arbre des origines de la vie » chimique révèle notre possible évolution moléculaire
L’un des plus grands mystères de notre Univers se trouve ici même, à notre porte. Non, plus près – il est dans chaque fibre de notre être.
Il y a au moins 3,7 milliards d’années, quelques molécules simples ont travaillé ensemble pour créer quelque chose de nouveau. Puis quelques autres. Et, d’une manière ou d’une autre, ces combinaisons ont fini par produire les premiers organismes vivants très basiques qui allaient évoluer et se ramifier pour devenir toute la vie sur Terre.
Nous ne connaissons pas l’ordre dans lequel cela s’est passé ; nous ne savons même pas quand ni où cela s’est produit. Mais de nouvelles recherches nous montrent les possibilités qui s’offrent à nous.
Grâce à un outil logiciel spécialement développé, des scientifiques en Pologne et en Corée du Sud ont tracé les voies de synthèse potentielles, depuis les simples molécules précurseurs (prébiotiques) présentes sur la Terre primitive jusqu’aux biomolécules complexes qui ont donné naissance à la vie foisonnante de la planète aujourd’hui.
« Bien que des centaines de réactions organiques aient été validées dans des conditions prébiotiques consensuelles, nous n’avons encore qu’une compréhension fragmentaire de la façon dont ces étapes individuelles se sont combinées en des voies synthétiques complètes pour générer les éléments constitutifs de la vie », ont écrit les chercheurs dans leur article.
« Nous avons exploité la puissance de la synthèse organique assistée par ordinateur pour cartographier le réseau de molécules qui sont synthétisables à partir de matières premières prébiotiques de base. »
Illustration de l’arbre de réaction. (Wołos et al., Science, 2020)
Le logiciel s’appelle Allchemy, et l’équipe l’a développé en encodant des réactions chimiques prébiotiques connues dans un format qu’une machine peut lire. Cela inclus des informations sur les groupes et les conditions incompatibles, ainsi que sur les mécanismes de réaction connus dans des conditions prébiotiques.
Six molécules prébiotiques de base connues qui existaient avant la vie sur Terre sont introduites dans le programme comme point de départ : l’eau, l’azote, le cyanure, l’ammoniac, le méthane et le soufre.
À partir de là, l’algorithme identifie les réactions successives possibles. Celles-ci commencent avec les six molécules d’origine, puis progressent de manière itérative, devenant de plus en plus complexes. Chaque molécule nouvellement créée réagit avec les produits de toutes les itérations précédentes de la chaîne, ainsi qu’avec les six molécules d’origine.
Finalement, ces réactions en chaîne produisent les éléments constitutifs de la vie, tels que les acides nucléiques, les lipides et les protéines comme les enzymes.
L’équipe a utilisé son logiciel pendant plusieurs générations et a reproduit toutes les voies connues vers les molécules prébiotiques.
Certaines molécules prébiotiques, identifiées par Allchemy, peuvent se former incroyablement rapidement – la glycine, que notre corps utilise comme neurotransmetteur, se forme après une seule réaction.
L’urée, l’adénine (un composant de l’ADN), l’acide butènedioïque et l’acide oxalique peuvent se former après seulement deux réactions ; et le glycéraldéhyde, l’isoguanine, l’acide aspartique, l’hypoxanthine, la cytosine, la phénylalanine, l’acide succinique, l’acide malique, l’acide glyoxylique et l’aldotétrose peuvent se former après trois.
En deux heures, le logiciel a produit 82 molécules biotiques et 36 603 molécules abiotiques, ont déclaré les chercheurs.
En plus des voies connues, le logiciel a identifié plusieurs voies de synthèse de molécules prébiotiques jusqu’alors inconnues. L’équipe a testé ces voies en créant les molécules en laboratoire, selon la recette Allchemy.
Ce serait une découverte assez intéressante en soi, mais Allchemy était loin d’être terminé. À partir de l’arbre de vie généré par le logiciel, l’équipe a identifié trois types d’émergence chimique qui sont essentiels à la vie.
Tout d’abord, les molécules créées au sein du réseau peuvent permettre de nouveaux types de réactions chimiques, élargissant considérablement le nombre de produits potentiels d’une génération de molécules. Deuxièmement, en quelques générations, des systèmes chimiques simples émergent – y compris des cycles d’auto-régénération. Ceux-ci ont également été vérifiés lors d’expériences en laboratoire.
Et enfin, le réseau a identifié des voies d’accès aux agents de surface. Ces molécules qui se connectent spontanément les unes aux autres pour former des bulles fermées. Elles forment des parois cellulaires ; sans elles, nous n’aurions pas la compartimentation biologique telle que nous la connaissons, qui est d’une importance cruciale pour l’organisation des systèmes biomoléculaires.
Nous ne connaîtrons probablement jamais les véritables voies chimiques empruntées par la vie il y a des milliards d’années. Mais Allchemy montre que ce n’était peut-être pas aussi difficile qu’on pourrait le penser.
Et il pourrait s’avérer un outil extrêmement utile pour explorer les conditions qui pourraient donner naissance à la vie, non seulement sur Terre, mais peut-être ailleurs.
« Pris ensemble, les analyses ci-dessus et les exemples synthétiques nous amènent à suggérer que les algorithmes de réseaux de réaction computationnels sont utiles pour identifier de nouvelles voies synthétiques vers des cibles prébiotiques pertinentes et indispensables pour la découverte de systèmes chimiques prébiotiques qui sont autrement difficiles à discerner », ont écrit les chercheurs dans leur article.
« Naturellement, les réseaux de réaction prébiotiques devraient se développer et se développeront à mesure que des transformations prébiotiques distinctes et plausibles sont validées expérimentalement. »
Allchemy a été mis gratuitement à la disposition du public. Et les recherches de l’équipe ont été publiées dans Science.
Lire aussi : La découverte d’une grotte étonnante vient de changer la chronologie de la présence humaine en Amérique du Nord
Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
