Huit réactions relient l’ancienne Terre à la biochimie moderne

chimie terre
Le métabolisme est le « cœur battant de la cellule ». De nouvelles recherches de l’ELSI retracent l’histoire du métabolisme depuis la Terre primordiale jusqu’à nos jours (de gauche à droite). L’histoire de la découverte d’un composé au fil du temps (ligne blanche) est cyclique et ressemble presque à un ECG. Crédits : Goddard Space Flight Center de la NASA/Francis Reddy/NASA/ESA

Imaginez-vous remonter dans le temps, bien avant l’ère des dinosaures, jusqu’aux débuts de notre planète. À cette époque reculée, la Terre était un endroit très différent de ce que nous connaissons aujourd’hui. Il n’y avait alors pas de plantes ni d’animaux, juste des océans bouillonnants et une atmosphère pleine de produits chimiques simples comme le fer, le dioxyde de carbone et l’ammoniac. Comment ces simples produits chimiques ont-ils pu évoluer pour former les molécules complexes nécessaires à la vie ? C’est le grand mystère que tentent de résoudre les scientifiques avec l’aide de simulations informatiques sophistiquées.

À la recherche des origines de la vie

Les chercheurs pensent que le métabolisme moderne, c’est-à-dire les processus biochimiques essentiels à la vie observés chez les êtres vivants, a évolué à partir de l’environnement géochimique primitif de la Terre antique. Cependant, appréhender ce processus n’est pas simple. L’un des principaux défis auxquels les chercheurs sont confrontés est notamment de comprendre comment les molécules simples de la Terre primitive ont pu évoluer pour former les structures complexes nécessaires à la vie. Comment des molécules comme l’ADN et les protéines qui sont essentielles à tous les organismes vivants ont-elles pu émerger à partir de simples réactions chimiques ?

Pour tenter de répondre à ces questions, les chercheurs utilisent diverses approches, dont l’une des plus récentes est l’utilisation de la modélisation informatique pour simuler les conditions de la Terre primitive et étudier comment les réactions chimiques ont pu conduire à l’émergence de la vie.

La modélisation informatique de l’évolution des premières molécules vers la vie moderne représente naturellement un défi complexe. Les scientifiques doivent en effet prendre en compte de nombreux facteurs, tels que les réactions chimiques possibles, les conditions atmosphériques et géochimiques de l’époque, ainsi que les interactions entre les différentes molécules et les environnements dans lesquels elles évoluaient.

Malgré les progrès réalisés dans ce domaine, les chercheurs sont confrontés à plusieurs défis. L’un des principaux obstacles est le manque de preuves directes sur la transition de la géochimie primitive à la biochimie moderne. De plus, les études de modélisation antérieures ont échoué à reproduire bon nombre des molécules complexes utilisées dans les processus biochimiques modernes, ce qui soulève des questions sur la faisabilité des voies évolutives proposées. Pourtant, même face à ces défis, la recherche progresse.

Terre Soleil espace
Crédits : Buradaki/iStock

Une nouvelle percée

Des chercheurs ont en effet récemment utilisé des simulations informatiques pour modéliser les voies évolutives possibles du métabolisme moderne à partir de ses prédécesseurs terrestres. Ils ont exploré l’évolution biochimique à l’échelle de la biosphère, en tenant compte des environnements géochimiques et atmosphériques de l’époque, ainsi que des interactions entre les organismes et leur environnement.

Pour alimenter leurs simulations, les chercheurs ont utilisé la base de données de l’Encyclopédie des gènes et des génomes de Kyoto qui répertorie un large éventail de réactions biochimiques. Cette base de données leur a permis d’explorer un large éventail de réactions chimiques qui auraient pu avoir lieu et évoluer au cours de la chronologie étudiée.

Malgré leurs efforts, les chercheurs ont constaté que leurs modèles n’ont pas réussi à reproduire de manière exhaustive les molécules utilisées dans les processus biochimiques modernes. Cependant, ils ont identifié un précurseur clé de certaines molécules biologiques importantes, appelées purines.

Ce précurseur est donc une molécule qui joue un rôle essentiel dans la formation de certaines molécules biologiques vitales, telles que l’ADN et l’ARN. Dans les simulations précédentes, cette molécule n’avait pas été considérée ou prise en compte, ce qui signifie que les modèles antérieurs ne prenaient pas en considération un élément crucial dans l’évolution biochimique. En identifiant ce précurseur clé, les chercheurs ont donc enrichi leur compréhension de la manière dont les molécules biologiques peuvent avoir émergé à partir des conditions géochimiques primitives de la Terre ancienne.

Huit réactions clés

Après avoir élargi leurs simulations pour inclure ce précurseur clé, les chercheurs ont alors fait une découverte significative. Ils ont constaté que seulement huit nouvelles réactions biochimiques, rappelant des réactions biochimiques courantes, étaient nécessaires pour relier la géochimie primitive à la biochimie moderne.

Cette découverte suggère ainsi que même avec quelques ajustements dans les modèles et en tenant compte de certains éléments précédemment négligés, il est possible de relier de manière cohérente les processus biochimiques anciens à ceux observés dans les organismes vivants modernes. Cela renforce l’idée que les bases chimiques de la vie pourraient avoir émergé assez facilement à partir des conditions présentes sur la Terre primitive.

Bien que de nombreux défis subsistent, cette étude ainsi offre de nouvelles perspectives sur la manière dont la biochimie moderne pourrait avoir émergé à partir des environnements géochimiques primitifs de la Terre antique. Elle encourage également la recherche à explorer davantage les interactions entre la géochimie et la biochimie pour mieux comprendre les origines de la vie sur notre planète.