La recherche révèle que d'anciens flux de chaleur auraient pu organiser des molécules prébiotiques en éléments constitutifs de la vie, fournissant ainsi un mécanisme naturel pour les interactions moléculaires complexes essentielles à l'origine de la vie.
La vie est compliquée. Ce qui est vrai pour notre existence quotidienne vaut également pour les nombreux processus complexes qui se déroulent à l’intérieur des cellules. Les protéines sont continuellement synthétisées, les parois cellulaires sont construites et ADN est répliqué Cela ne peut fonctionner que lorsque les partenaires de réaction convergent au bon moment dans des concentrations suffisamment élevées tout en subissant peu de perturbations dues à d'autres substances. Au cours de milliards d’années, l’évolution a perfectionné ces mécanismes et a permis que ces processus vitaux se déroulent avec une grande efficacité au bon endroit.
Les circonstances étaient probablement beaucoup plus chaotiques il y a quatre milliards d’années, lorsque les réactions prébiotiques ont créé les conditions nécessaires à l’émergence des premières formes de vie. Pour ces réactions également, il était nécessaire que les « bonnes » substances soient rassemblées au « bon » moment en un seul endroit, afin que des biomolécules plus complexes comme ARN et amino acide des chaînes pourraient se former.
S'il est possible de recréer de telles réactions en laboratoire grâce à des étapes intermédiaires manuelles, il est très difficile de les produire dans une simple « soupe primordiale », c'est-à-dire un mélange très dilué d'éléments constitutifs prébiotiques. Alors, comment la nature pourrait-elle créer des conditions propices à l’origine de la vie ?
Une collaboration des biophysiciens du LMU, le Dr Christof Mast et le professeur Dieter Braun, coordinateur du cluster d'excellence ORIGINS, et le professeur de géosciences Bettina Scheu ont trouvé une réponse possible à cette question et ont récemment publié leurs résultats dans la revue Nature. « Nos recherches montrent comment de simples flux de chaleur auraient pu rétablir l'ordre au milieu du chaos chimique des temps primordiaux et favoriser les premières réactions prébiotiques », explique Mast.
La chaleur est produite par un large éventail de processus géologiques et chimiques, de sorte que des flux de chaleur se produisaient probablement presque partout à cette époque lointaine. Si cette chaleur traverse de fines fissures remplies d'eau, comme celles qui apparaissent lors du refroidissement rapide de la roche en fusion, elle entraîne une convection de l'eau et un mouvement dirigé des molécules dissoutes dans l'eau le long du flux de chaleur. Combinés, ces deux effets – convection et thermophorèse – entraînent l’accumulation et la concentration sélective des différents solutés à différents endroits.
Une pincée de ceci et une pincée de cela : des ingrédients pour la vie
Le groupe de Mast a maintenant démontré expérimentalement cette accumulation sélective pour plus de 60 éléments constitutifs prébiotiques différents, tels que les bases nucléiques et acides aminés. Ils ont découvert que ces substances peuvent différer fortement dans leur thermophorèse et donc s'enrichir différemment dans les fissures rocheuses. « Dans un système de fissures et de fissures interconnectées dans la roche, cet effet est renforcé et produit des mélanges avec différentes compositions de substances prébiotiques dans chaque fissure », explique Thomas Matreux, auteur principal de l'article. « Bien que la solution initiale soit uniformément diluée, et donc non réactive, de simples flux de chaleur peuvent générer de cette manière une étonnante variété de conditions de départ possibles pour la chimie prébiotique », ajoute Paula Aikkila, l'autre auteur principal de l'étude.
Sans l'aide de la technologie de laboratoire moderne ou des mécanismes de réaction avancés de la vie actuelle, la nature aurait pu créer une « cuisine moléculaire » dans de grands systèmes en réseau géologique, dans laquelle tous les ingrédients de la vie étaient triés et prêts. Dans le cadre du Centre de recherche collaborative « Evolution moléculaire dans les environnements prébiotiques » (CRC 392), les chercheurs envisagent désormais d'étudier combien de « plats » de vie peuvent être « préparés » dans ce système.
