La vie nécessite la répétition de réactions chimiques. Décrire les types de réactions et les conditions nécessaires à une répétition auto-entretenue – appelée autocatalyse – pourrait concentrer la recherche de la vie sur d’autres planètes. Crédit : Betül Kaçar
Une équipe dirigée par des scientifiques a exploité les limites des combinaisons chimiques pour écrire un livre de recettes contenant des centaines de recettes susceptibles de donner naissance à la vie.
La vie sur une planète lointaine – si elle existe – ne ressemble peut-être en rien à la vie sur Terre. Mais il n’y a qu’un nombre limité d’ingrédients chimiques dans le garde-manger de l’univers, et un nombre limité de façons de les mélanger. Une équipe dirigée par des scientifiques de l’Université du Wisconsin-Madison a exploité ces limitations pour rédiger un livre de recettes contenant des centaines de recettes chimiques susceptibles de donner naissance à la vie.
Leur liste d’ingrédients pourrait concentrer la recherche de la vie ailleurs dans l’univers en soulignant les conditions les plus probables – versions planétaires des techniques de mélange, températures du four et temps de cuisson – pour que les recettes se réunissent.
Selon les chercheurs, le processus de progression depuis les ingrédients chimiques de base jusqu’aux cycles complexes du métabolisme cellulaire et de la reproduction qui définissent la vie nécessite non seulement un début simple mais aussi une répétition.
« L’origine de la vie est en réalité un processus qui part de rien », explique Betül Kaçar, un NASA-astrobiologiste soutenu et professeur de bactériologie à l’UW – Madison. « Mais ce quelque chose ne peut pas arriver une seule fois. La vie se résume à la chimie et aux conditions qui peuvent générer un schéma de réactions auto-reproductibles.
Betül Kaçar est astrobiologiste financé par la NASA et professeur de bactériologie à l’Université du Wisconsin-Madison. Crédit : Université du Wisconsin-Madison
La science derrière les réactions chimiques
Les réactions chimiques qui produisent des molécules qui encouragent la même réaction à se reproduire encore et encore sont appelées réactions autocatalytiques. Dans une nouvelle étude publiée le 18 septembre dans le Journal de l’American Chemical SocietyZhen Peng, chercheur postdoctoral au laboratoire Kaçar, et ses collaborateurs ont compilé 270 combinaisons de molécules – impliquant des atomes de tous les groupes et séries du tableau périodique – avec un potentiel d’autocatalyse soutenue.
«On pensait que ce genre de réactions était très rare», explique Kaçar. « Nous montrons que c’est en réalité loin d’être rare. Il suffit de chercher au bon endroit. »
Les chercheurs ont concentré leurs recherches sur ce que l’on appelle les réactions de proportionnalité. Dans ces réactions, deux composés comprenant le même élément avec un nombre différent d’électrons, ou états réactifs, se combinent pour créer un nouveau composé dans lequel l’élément se trouve au milieu des états réactifs de départ.
Zach Adam est professeur de géosciences à l’Université du Wisconsin-Madison. Crédit : Université du Wisconsin-Madison
Pour être autocatalytique, le résultat de la réaction doit également fournir des matières premières pour que la réaction se reproduise, de sorte que le résultat devient un nouvel intrant, explique Zach Adam, co-auteur de l’étude et géoscientifique de l’UW-Madison étudiant les origines. de la vie sur Terre. Les réactions de proportionnalité aboutissent à des copies multiples de certaines des molécules impliquées, fournissant ainsi des matériaux pour les prochaines étapes de l’autocatalyse.
« Si ces conditions sont réunies, vous pouvez commencer avec relativement peu de ces résultats », explique Adam. « Chaque fois que vous effectuez un tour de cycle, vous crachez au moins une sortie supplémentaire, ce qui accélère la réaction et la rend encore plus rapide. »
L’autocatalyse est comme une population croissante de lapins. Des couples de lapins se réunissent, produisent des portées de nouveaux lapins, puis les nouveaux lapins grandissent pour s’associer et former encore plus de lapins. Il ne faut pas beaucoup de lapins pour avoir bientôt beaucoup plus de lapins.
Implications et efforts futurs
Cependant, rechercher des oreilles tombantes et des queues floues dans l’univers n’est probablement pas une stratégie gagnante. Au lieu de cela, Kaçar espère que les chimistes extrairont des idées de la liste de recettes de la nouvelle étude et les testeront dans des casseroles et des poêles simulant des cuisines extraterrestres.
« Nous ne saurons jamais avec certitude ce qui s’est exactement passé sur cette planète pour générer la vie. Nous n’avons pas de machine à remonter le temps », dit Kaçar. « Mais, dans un tube à essai, nous pouvons créer plusieurs conditions planétaires pour comprendre comment la dynamique nécessaire au maintien de la vie peut évoluer en premier lieu. »
Kaçar dirige un consortium soutenu par la NASA appelé MUSE, pour Metal Utilization & Selection Across Eons. Son laboratoire se concentrera sur les réactions incluant les éléments molybdène et fer, et elle est impatiente de voir ce que d’autres préparent à partir des parties les plus exotiques et inhabituelles du nouveau livre de recettes.
« Carl Sagan a dit que si vous voulez faire une tarte à partir de rien, vous devez d’abord créer l’univers », explique Kaçar. « Je pense que si nous voulons comprendre l’univers, nous devons d’abord préparer quelques tartes. »
Cette recherche a été financée en partie par des subventions du programme d’astrobiologie de la NASA (80NSSC22K0546), de la Fondation John Templeton (62578 et 61926), de la Research Corporation for Science Advancement (28788) et du Conseil australien de la recherche (DP210102133 et FT220100757).
