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Une nouvelle découverte passionnante nous rapproche des origines de la vie

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Crédits : Suranga Weeratuna

Une étude rapporte que l’acide ribonucléique (ARN), un analogue de l’ADN considéré par beaucoup comme le premier matériel génétique de la vie, se forme spontanément sur le verre de lave basaltique. La découverte laisse quelques questions sans réponse, mais fournit une réponse étonnamment simple à l’une des questions scientifiques les plus complexes.

Les dossiers fossiles suggèrent que la vie est apparue sur Terre il a environ 3,7 milliards d’années, soit quelques centaines de millions d’années seulement après la formation de notre planète. La manière dont cela s’est produit est l’une des plus grandes questions scientifiques de notre temps. Pour tenter d’y répondre, beaucoup de chercheurs se tournent vers l’ARN, considéré comme le possible matériel héréditaire de ces premiers organismes.

Cette molécule peut en effet effectuer deux processus distincts vitaux pour la vie. Comme l’ADN, elle est composée de quatre lettres chimiques pouvant transporter des informations génétiques. De plus, l’ARN peut également catalyser les réactions chimiques nécessaires à la vie, tout comme les protéines.

Jusqu’à présent en revanche, personne n’a trouvé un ensemble de conditions prébiotiques suffisant pour amener des centaines de lettres d’ARN à se lier en brins assez longs. Or, ces derniers sont essentiels pour soutenir la chimie complexe nécessaire au déclenchement de l’évolution darwinienne, d’où l’intérêt de cette étude publiée dans la revue Astrobiology.

Le verre de basalte comme catalyseur

Stephen Mojzsis, géologue au Centre de recherche en astronomie et sciences de la Terre de l’Académie hongroise des sciences, s’est récemment demandé si le verre de basalte aurait pu jouer un rôle clé dans ce processus complexe. Et pour cause, ce matériau est riche en métaux comme le magnésium et le fer qui favorisent de nombreuses réactions chimiques. De plus, nous savons que le verre basaltique était omniprésent sur la jeune Terre.

« Pendant plusieurs centaines de millions d’années après la formation de la Lune, des impacts fréquents couplés à un volcanisme abondant sur la jeune planète ont formé de la lave basaltique en fusion, la source du verre de basalte« , détaille le chercheur. « Les impacts ont également évaporé l’eau pour donner des terres sèches, fournissant des aquifères où l’ARN aurait pu se former.« 

L’intuition du chercheur fut très bonne. Des recherches en laboratoire ont en effet montré comment ces roches pouvaient aider les lettres d’ARN individuelles, appelées triphosphates de nucléoside, à se lier en longs brins.

Aucune condition extrême requise

Dans le détail, plusieurs échantillons de verre de basalte différents ont été envoyés à la Foundation for Applied Molecular Evolution. Sur place, une équipe dirigée par la biologiste moléculaire Elisa Biondi s’est chargée de broyer chaque échantillon en une fine poudre avant de la stériliser et de la mélanger avec une solution de nucléosides triphosphates.

Sans présence de poudre de verre, les lettres d’ARN n’ont pas réussi à se lier. En revanche, lorsqu’elles ont été mélangées aux poudres de verre, les molécules se rejoignaient en longs brins de quelques centaines de lettres. Aucune chaleur ou lumière n’était nécessaire. « Tout ce que nous avions à faire était d’attendre« , écrit la biologiste. De petits brins d’ARN se sont formés après seulement une journée et certains ont continué à croître pendant des mois.

Aucune condition extrême n’est par ailleurs requise. Les chercheurs ont en effet démontré un taux de synthèse impressionnant pour des molécules d’ARN de 90 à 150 nucléotides de long à seulement 25 °C et avec un pH de 7,5. Certains brins étaient même suffisamment longs pour intégrer jusqu’à trois cents nucléotides.

D’après les calculs, une petite région d’impact sur la surface de la jeune Terre contenant seulement quelques tonnes de verre fracturé et imprégné d’eau aurait pu avoir la capacité de produire près d’un gramme d’ARN par jour.

Certaines questions demeurent

Ces résultats intrigants soulèvent d’autres questions. L’une est de savoir comment les nucléosides triphosphates auraient pu apparaître en premier lieu. Certaines études laissent à penser que les nucléosides auraient pu être livrés à la Terre primitive depuis l’espace par le biais des météorites. Le nickel, abondant dans certaines météorites, aurait alors pu catalyser ce matériel pour former des triphosphates.

Un problème plus important est la forme de ces longs brins d’ARN. Dans les cellules modernes, les enzymes assurent la croissance de la plupart des ARN en longues chaînes linéaires. Ici, les chercheurs admettent que leurs expériences ont produit une petite quantité de ramifications. Cependant, l’équipe rappelle que certains ARN ramifiés existent aujourd’hui dans les organismes et que des structures apparentées peuvent avoir été présentes à l’aube de la vie.