Les chimistes de l'UCL et du Laboratoire MRC de biologie moléculaire ont démontré comment l'ARN (acide ribonucléique) pourrait s'être reproduit sur la Terre précoce – un processus clé dans l'origine de la vie.
Les scientifiques croient que, dans les premières formes de vie, le matériel génétique aurait été transporté et reproduit par des brins d'ARN, avant que l'ADN et les protéines n'émergent plus tard et ne prennent le relais.
Pourtant, faire en sorte que des brins d'ARN se reproduisent en laboratoire de manière simple – IE, qui aurait pu se produire au début de la vie – s'est avéré difficile. Les brins d'ARN se zippent dans une double hélice qui bloque leur réplication. Comme Velcro, ceux-ci sont difficiles à séparer et rapides pour rester ensemble, ne laissant pas le temps de les copier.
Dans une étude décrite dans Chimie de la natureles chercheurs ont surmonté ce problème en utilisant des blocs de construction à trois lettres « triplet » dans l'eau et en ajoutant de l'acide et de la chaleur, qui séparaient la double hélice. Ils ont ensuite neutralisé et gelé la solution.
Dans les lacunes liquides entre les cristaux de glace, ils ont vu que les blocs de construction du triplet ont enrobé les brins d'ARN et les ont empêchés de se remettre ensemble, ce qui permet de se produire.
En dégelant et en recommençant à nouveau le cycle, des changements répétés de pH et de température – qui pourraient se produire plausiblement dans la nature – ont fait en sorte que l'ARN se reproduise encore et encore, avec des brins d'ARN assez longtemps pour avoir une fonction biologique et jouer un rôle dans l'origine de la vie.
Le Dr Philipp Holliger (MRC Laboratory of Molecular Biology), qui a dirigé l'étude, a déclaré: « La vie est séparée de la chimie pure par l'information, une mémoire moléculaire codée dans le matériel génétique qui est transmis d'une génération à l'autre.
L'auteur principal, le Dr James Attwater (UCL Chemistry et le MRC Laboratory of Molecular Biology), a déclaré: « La réplication est fondamentale pour la biologie. Dans un sens, c'est pourquoi nous sommes ici. Mais il n'y a pas de trace en biologie du premier réplicateur.
« Même l'organisme à cellule unique qui est l'ancêtre de toute la vie connue, le dernier ancêtre commun universel (Luca), est une entité assez complexe, et derrière elle se trouve beaucoup d'histoire évolutive qui nous est cachée.
« Notre meilleure supposition est que le début de la vie était géré par des molécules d'ARN. Mais un gros problème pour cette hypothèse est que nous n'avons pas pu obtenir une molécule d'ARN pour se reproduire d'une manière qui aurait pu se produire avant le début de la vie il y a plusieurs milliards d'années.
« Nous ne pouvons pas compter sur une enzyme complexe pour ce faire, comme cela se produit dans la biologie aujourd'hui. Il doit être une solution beaucoup plus simple. Les conditions changeantes que nous avons conçues peuvent se produire naturellement, par exemple avec des cycles de température nocturne et jour, ou dans des environnements géothermiques où les roches chaudes rencontrent une atmosphère froide.
« Les éléments de construction du triplet ou à trois lettres de l'ARN que nous avons utilisés, appelés trinucléotides, ne se produisent pas en biologie aujourd'hui, mais ils permettent une réplication beaucoup plus facile. Les premières formes de vie sont probablement très différentes de toute vie que nous connaissons.
« Les modèles d'espèces biologiques que nous essayons de construire doivent être assez simples pour être émergée de la chimie de la Terre précoce. »
Alors que le document se concentre uniquement sur la chimie, l'équipe de recherche a déclaré que les conditions qu'ils ont créées pourraient imiter de manière plausible celles des étangs ou des lacs d'eau douce, en particulier dans les environnements géothermiques où la chaleur de l'intérieur de la Terre a atteint la surface.
Cependant, cette réplication de l'ARN n'a pas pu se produire dans le gel et la décongélation de l'eau salée, car la présence de sel interfère avec le processus de congélation et empêche les blocs de construction de l'ARN d'atteindre la concentration requise pour reproduire les brins d'ARN.
Alors qu'une concentration élevée d'ARN peut également se produire par évaporation, par exemple une flaque évaporante à des températures chaudes, les molécules d'ARN sont instables à des températures plus élevées et plus susceptibles de se décomposer, ont déclaré les chercheurs.
L'origine de la vie ne réside probablement pas avec l'ARN seule, mais on pense que cela a émergé d'une combinaison d'ARN, de peptides (courtes chaînes d'acides aminés qui sont les éléments constitutifs des protéines), des enzymes et des lipides formant des barrières qui peuvent protéger ces ingrédients de leur environnement.
Plusieurs chercheurs de l'UCL et du MRC Laboratory of Molecular Biology (LMB) découvrent des indices sur la façon dont la vie a commencé.
Ces dernières années, des équipes dirigées par le Dr John Sutherland (LMB) et le professeur Matthew Powner (UCL Chemistry) ont démontré comment la chimie pourrait créer bon nombre des molécules clés de l'origine de la vie, y compris les nucléotides (les éléments constitutifs de l'ARN et de l'ADN), des acides aminés et des peptides (des éléments de protéines simples), des lipides simples et précurse sur le début de la Terre.
