De nouvelles recherches explorent comment les amyloïdes, capables de se former dans les premières conditions terrestres et de se lier à l’ARN et à l’ADN, pourraient avoir joué un rôle clé dans l’émergence de la vie en augmentant la stabilité moléculaire et en encourageant la coopération plutôt que la compétition.
La question de savoir comment les organismes vivants ont émergé de la matière non vivante reste l’un des mystères les plus profonds de la science. Malgré de nombreuses théories, une explication concluante reste insaisissable. Ce n’est guère inattendu, étant donné que ces événements se sont produits il y a trois à quatre milliards d’années, dans des conditions anciennes radicalement différentes sur Terre.
Justifier des hypothèses avec des données expérimentales
«Au cours de cette vaste période, l’évolution a complètement effacé les traces qui remontaient aux origines de la vie», explique Roland Riek, professeur de chimie physique et directeur associé du nouveau centre interdisciplinaire sur l’origine et la prévalence de la vie de l’ETH Zurich. La science n’a d’autre choix que de formuler des hypothèses – et de les étayer le plus minutieusement possible par des données expérimentales.
Depuis des années, Riek et son équipe poursuivent l’idée selon laquelle des agrégats de type protéine, appelés amyloïdes, pourraient avoir joué un rôle important dans la transition entre la chimie et la biologie. La première étape du groupe de recherche de Riek a été de démontrer que de tels amyloïdes pouvaient se former relativement facilement dans les conditions qui régnaient probablement au début de la Terre : en laboratoire, il suffit d’un peu de gaz volcanique (ainsi que de compétences expérimentales et beaucoup de patience). ) pour simple acides aminés se combiner en courtes chaînes peptidiques, qui s’assemblent ensuite spontanément en fibres.
Molécules précurseurs de la vie
Plus tard, l’équipe de Riek a démontré que les amyloïdes peuvent se répliquer, ce qui signifie que les molécules remplissent un autre critère décisif pour être considérées comme des molécules précurseurs de la vie. Et maintenant, les chercheurs ont adopté la même ligne pour la troisième fois avec leur dernière étude, dans laquelle ils montrent que les amyloïdes sont capables de se lier à des molécules des deux ARN et ADN.
Ces interactions reposent en partie sur l’attraction électrostatique, puisque certains amyloïdes sont – au moins par endroits – chargés positivement, tandis que le matériel génétique porte une charge négative, au moins dans un environnement neutre à acide. Cependant, Riek et son équipe ont également remarqué que les interactions dépendent également de la séquence des nucléotides d’ARN et d’ADN présents dans le matériel génétique. Cela signifie qu’ils pourraient représenter une sorte de précurseur du code génétique universel qui unit tous les êtres vivants.
Une stabilité accrue comme avantage majeur
Et pourtant : « Même si nous constatons des différences dans la manière dont les molécules d’ARN et d’ADN se lient aux amyloïdes, nous ne comprenons pas encore la signification de ces différences », explique Riek. « Notre modèle est probablement encore trop simple. » C’est pourquoi il considère un autre aspect des résultats comme particulièrement important : lorsque le matériel génétique s’attache aux amyloïdes, les deux molécules gagnent en stabilité. Dans l’Antiquité, cette stabilité accrue s’est peut-être avérée être un grand avantage.
En effet, à l’époque, dans la soupe dite primordiale, les molécules biochimiques étaient très diluées. Comparez cela avec les cellules biologiques d’aujourd’hui, dans lesquelles ces molécules sont étroitement regroupées. « Les amyloïdes ont le potentiel prouvé d’augmenter la concentration locale et l’ordre des nucléotides dans un système désordonné autrement dilué », écrivent les chercheurs de Riek dans leur article récemment publié.
Riek souligne que même si la compétition est au cœur de la théorie de l’évolution de Darwin, la coopération a également joué un rôle évolutif majeur. Les deux classes de molécules bénéficient de l’interaction stabilisatrice entre les amyloïdes et les molécules d’ARN ou d’ADN, car les molécules à longue durée de vie s’accumulent plus fortement au fil du temps que les substances instables. Il se pourrait même que la coopération moléculaire, plutôt que la compétition, ait été le facteur décisif de l’émergence de la vie. « Après tout, l’espace ou les ressources ne manquaient probablement pas à l’époque », explique Riek.
