La Terre prébiotique était un environnement dur et instable, caractérisé par une chaleur intense, des volcans actifs et une petite atmosphère. Comment, alors, les éléments de construction moléculaires de la vie se sont-ils formés d'abord? Parmi les chimistes, on pense largement que l'un de ces éléments constitutifs – un sucre connu sous le nom de ribose, qui forme l'épine dorsale de l'ARN – a été produit spontanément. Mais une nouvelle étude suggère le contraire.
Scripps Research et Georgia Institute of Technology Scientists remets en question cette hypothèse courante Chem.
Selon l'hypothèse de la « réaction formée », les molécules de formaldéhyde ont spontanément réagi pour créer du ribose. Mais en utilisant des réactions contrôlées, les chercheurs ont maintenant trouvé que la réaction formidable ne peut produire des sucres que des structures ramifiées – pas des sucres linéaires comme la ribose qui sont essentiels à la vie. Ces idées peuvent aider les scientifiques à comprendre comment la vie est survenue sur Terre, ainsi qu'à concevoir la production de biocarburants.
« Le concept de la réaction formidable en tant que source prébiotique de ribose nécessite un réexamen sérieux », explique l'auteur correspondant Ramanarayanan Krishnamurthy, professeur de chimie à Scripps Research. « D'autres modèles et options devraient être explorés si nous voulons comprendre comment ces molécules de sucre sont apparues sur la Terre précoce. »
La réaction formelle a été découverte de manière fortuite en 1861 et a été une hypothèse de premier plan pour la formation de sucre prébiotique depuis. Pendant la réaction, les molécules de formaldéhyde réagissent spontanément et à plusieurs reprises entre elles pour créer des molécules plus grandes: d'abord, deux formaldéhydes réagissent pour créer une molécule à deux carbone, qui réagit ensuite avec un autre formaldéhyde pour créer une molécule à trois carbone, et ainsi, jusqu'à ce que tout le formaldehyde ait été utilisé.
La réaction est lente à commencer mais s'accélère de manière incontrôlable. Au fur et à mesure que de plus en plus de sucres complexes sont fabriqués, le mélange réactionnel passe de mal coloré, au jaune, au brun, au noir. « C'est presque comme une caramélisation », explique Krishnamurthy.
« Le problème est que c'est une réaction très désordonnée, et si le ribose se forme, c'est une partie minuscule et un seul parmi des centaines et des milliers de composés qui se formeront », explique Krishnamurthy. « Nous voulions comprendre pourquoi cette réaction est si complexe et si elle peut être contrôlée. »
Habituellement, la réaction formelle est menée à des températures élevées et dans un environnement très basique (à un pH élevé de 12 ou 13). Dans ce cas, les chercheurs ont décidé de tester la réaction dans des conditions plus douces: à température ambiante et à un pH d'environ 8 ans, ce qui, selon eux, est probablement plus proche des conditions présentes sur la Terre prébiotique précoce.
Pour surveiller l'abondance et les types de sucres produits, ils ont utilisé une technique analytique de haute puissance connue sous le nom de spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) et ont marqué les molécules de départ. Le mélange a été surveillé sur plusieurs jours.
Ils ont montré que la réaction est possible même dans des conditions douces, mais que les résultats sont tout aussi complexes et incontrôlables que d'habitude.
« La réactivité du formaldéhyde ne vous permet pas de vous arrêter à un stade particulier », explique Krishnamurthy. « Même avec des conditions de réaction très légères, il continue jusqu'à ce que tout le formaldéhyde soit consommé, ce qui signifie qu'il est très difficile de contrôler ou d'arrêter la réaction afin de former des sucres intermédiaires. »
Les données RMN ont révélé que tous les sucres plus gros produits avaient des structures ramifiées. Étant donné que presque tous les sucres qui sont utilisés comme blocs de construction moléculaires dans les organismes vivants sont linéaires et non ramifiés, cela suggère que la réaction formelle ne peut pas expliquer les origines des sucres biotiques.
« Nos résultats mettent le doute sur la réaction formelle comme base de la formation de sucres linéaires », explique l'auteur co-privé Charles Liotta, le professeur émérite de Regents du Georgia Institute of Technology.
Bien que les conditions de réaction légères de l'étude n'aient pas réussi à créer les sucres linéaires nécessaires pour expliquer les origines de l'ARN, les méthodes pourraient être utiles pour l'industrie du biocarburant, où les sucres ramifiés sont une marchandise souhaitable.
« Notre travail pourrait être utile pour la production de biocarburants, car nous avons constaté qu'avec des conditions plus douces, nous pouvons produire plus proprement des sucres ramifiés qui peuvent être utilisés pour le carburant vert », explique Krishnamurthy.
Ce n'est pas nécessairement la fin des origines de la recherche sur la vie sur la réaction formelle, mais les chercheurs espèrent stimuler différentes lignes de pensée.
« Notre objectif était de souligner tous les problèmes auxquels vous ferez face si vous pensez à la réaction formidable dans le contexte de la synthèse du sucre prébiotique, mais nous ne disons pas que c'est le point final; nos résultats pourraient inspirer quelqu'un à trouver un meilleur moyen de surmonter ces problèmes », explique Krishnamurthy.
« Nous encourageons la communauté à penser différemment et à rechercher des solutions alternatives pour expliquer comment les molécules de sucre sont apparues sur le début de la Terre. »
