La vie sur Terre possède une capacité exceptionnelle à s'auto-reproduire, qui, même au niveau cellulaire simple, est motivée par une biochimie complexe. Mais l'auto-représentation peut-elle exister dans un environnement sans biochimie?
Une étude réalisée par des chercheurs de l'Université de Harvard a démontré que la réponse est oui.
Les chercheurs ont conçu un système non biochimique dans lequel les structures synthétiques de type cellulaire se forment et se reproduisent en éjectant des spores polymères.
Le PNA Le papier rapporte une réaction en un pot dans laquelle les protocelles en polymère chimiquement actives ont commencé leur voyage comme un mélange uniforme de molécules qui ne s'auto-assemblent généralement pas. Cependant, lorsqu'ils sont placés sous le feu vert (530 nm), ils ont formé des structures de vésicule qui se sont développées et divisées à mesure que la réaction se déroulait.
Les organismes vivants produisent une progéniture à partir de leur propre matériel cellulaire, donnant naissance à de nouvelles formes de vie indépendantes qui interagissent avec leur environnement pour obtenir de la nourriture, de l'énergie et des informations nécessaires à la survie. Si tout se passe bien, les réseaux chimiques internes de ces nouveaux systèmes leur permettent également d'auto-reproduire, conduisant à des générations futures. Comme l'a déclaré Rudolf Virchow, père de la pathologie cellulaire, en 1858, « chaque cellule provient d'une cellule préexistante ».
Dans la vie basée sur la biochimie, même les organismes unicellulaires comme les bactéries dépendent d'une chaîne de processus chimiques complexes bien coordonnés pour gérer les processus de survie et la reproduction.
On sait que la biochimie est suffisante pour conduire l'auto-représentation, mais est-ce essentiel? Ou pouvons-nous construire des systèmes chimiques artificiels et compartimentés dans le laboratoire qui peuvent s'auto-assembler et se reproduire par eux-mêmes?
Des études antérieures ont montré des comportements de type reproduction tels que l'auto-assemblage induit par la polymérisation (PISA) dans les micelles et les vésicules. Cependant, ces processus n'étaient ni sans biochimie et n'ont pas démontré une véritable auto-représentation autonome.
Pour explorer l'inconnu, l'équipe a conçu un réacteur par lots PISA en un pot composé de molécules strictement non biochimiques dans le but de synthétiser des amphiphiles qui peuvent s'auto-organiser, s'auto-assembler et s'auto-initier en entités chimiquement actives.
Le flacon de réaction comprenait une solution aqueuse d'un polymère hydrophile avec une molécule d'agent de transfert de chaîne hydrophobe (CTA) attaché à son extrémité, ainsi que le monomère à polymérisation et un photocatalyseur dans un environnement inerte rempli d'azote. Ce mélange a ensuite été autorisé à s'asseoir sous une lumière LED verte pendant 90 minutes à 33 ° C.
Ils ont observé que le mélange de produits chimiques subit une photopolymérisation photo-réversible de transfert de chaîne de fragmentation de l'ajout (RAFT) dans l'eau pour transformer les molécules de départ en copolymères en blocs amphiphiles. Ces copolymères en blocs ont ensuite donné naissance à des vésicules polymères non biochimiques ou à des cellules synthétiques qui présentaient un comportement d'auto-représentation via PISA.
Les vésicules se sont non seulement formées et se sont soutenues, mais ont également libéré des « spores » polymères qui ont semé une augmentation exponentielle non linéaire du nombre de vésicules, chaque nouvelle génération hérédit de certaines propriétés de leurs vésicules « parent ».
Le comportement montré dans cette étude imite l'auto-représentation – une caractéristique clé des systèmes vivants – provenant d'une simple chimie sans avoir besoin de processus biochimiques complexes.
Les chercheurs notent que les résultats offrent non seulement un aperçu de la façon dont la vie aurait pu commencer, mais également ouvrir de nouvelles possibilités pour créer un large éventail de systèmes abiotiques et permanents.
