Une étude révolutionnaire révèle comment la complexité de la vie pourrait provenir de simples molécules d'ARN au début de la Terre. Grâce à des expériences démontrant les capacités de recyclage et de réplication de l'ARN dans des conditions spécifiques, telles qu'une faible salinité et un pH élevé, la recherche suggère que la vie pourrait émerger d'ensembles moléculaires minimaux dans des environnements proches des îles volcaniques. Cette découverte remet en question les hypothèses antérieures sur l’évolution de l’ARN et souligne le potentiel d’émergence de la vie dans des conditions prébiotiques simples et froides.
Des recherches récentes illustrent comment les caractéristiques chimiques des molécules d'ARN pourraient avoir joué un rôle crucial dans le développement de formes de vie complexes.
Comment une vie complexe a-t-elle réussi à évoluer sur la Terre primitive et inhospitalière ? Initialement, ribonucléique acide (ARN) doit avoir existé pour véhiculer la première information génétique. Pour que ces biomolécules accumulent de la complexité dans leurs séquences, elles devaient libérer de l’eau. Cependant, sur la Terre primitive, qui était principalement recouverte d’eau de mer, ce processus était difficile.
Dans un article récemment publié dans le Journal de l'American Chemical Society (JACS), des chercheurs de l'équipe du professeur Dieter Braun du LMU ont montré que dans la lutte de l'ARN avec l'eau environnante, ses capacités naturelles de recyclage et les bonnes conditions ambiantes auraient pu être décisives.
«Les éléments constitutifs de l'ARN libèrent une molécule d'eau pour chaque liaison qu'ils forment dans une chaîne d'ARN en croissance», explique Braun, porte-parole du Centre de recherche collaborative (CRC) sur l'évolution moléculaire dans les environnements prébiotiques et coordinateur du cluster d'excellence ORIGINS. « Lorsque, à l'inverse, de l'eau est ajoutée à une molécule d'ARN, les éléments constitutifs de l'ARN sont réinjectés dans le pool prébiotique. »
Ce renouvellement de l'eau fonctionne particulièrement bien dans des conditions de faible salinité avec des niveaux de pH élevés. « Nos expériences indiquent que la vie pourrait émerger d'un très petit ensemble de molécules, dans des conditions telles que celles qui prévalaient sur les îles volcaniques des premiers temps de la Terre », explique Adriana Serrão, auteur principal de l'étude.
Une nouvelle compréhension de l'évolution de l'ARN
Dans ces conditions, l’ARN a la capacité de se diviser sans ajouter de molécule d’eau. L’extrémité du brin d’ARN reste exempte d’eau et peut spontanément reformer de nouvelles liaisons ARN. Le laboratoire de Braun a démontré que la rereliure de cet ARN divisé fonctionne efficacement et avec une précision remarquable lors de la copie des informations de séquence. Ce processus n’a lieu que lorsque les éléments constitutifs de l’ARN sont liés à une molécule d’ARN matrice avec des paires de bases correspondant précisément dans une configuration double brin. Cela produit une copie du brin d’ARN existant avant qu’il ne se désintègre par l’ajout d’eau.
On pensait auparavant que l'ARN ne pouvait se copier qu'en construisant « de manière aléatoire » des séquences d'environ 200 nucléotides de longueur, appelées ribozymes. Cependant, les ribozymes ne peuvent fonctionner que dans des environnements salins, et donc hostiles à l’ARN. Grâce à cette nouvelle recherche, ces séquences complexes de ribozymes dans les premiers stades de l’évolution de l’ARN ne sont pas nécessaires. « La précision est comparable à la copie de l'ARN obtenue par les ribozymes », explique Sreekar Wunnava, également auteur principal de l'étude. « Cela signifie qu'un monde d'ARN pourrait naître sans la nécessité préalable de longues séquences complexes. »
Le début de la vie consistait donc en un processus métabolique très simple dans lequel les séquences d’ARN étaient copiées au moyen d’un remplacement continu par des molécules recyclées. Pour que cela se produise, il suffit d'un environnement d'eau douce alcaline, comme celui qui existe encore aujourd'hui sur les îles volcaniques comme l'archipel hawaïen ou l'Islande. « Et ainsi la vie aurait pu émerger d'une simple soupe primordiale prébiotique froide composée d'éléments constitutifs de l'ARN », explique Braun. Bien que les réactions se produisent très lentement dans ces conditions et nécessitent plusieurs jours, le temps ne manquait pas au début de l’évolution et les refuges d’eau douce froide sur les îles volcaniques primitives ont permis à l’ARN de survivre sur la Terre primitive, par ailleurs inhospitalière.
