Image au microscope de gouttelettes de peptide capables de s’auto-répliquer, qui pourraient représenter des protocellules apparues sur le chemin de la vie.
La manière exacte dont la vie a émergé de la matière non vivante est l’un des mystères les plus persistants de la science. Dans une nouvelle étude, des scientifiques japonais ont créé des protocellules autoréplicatives en laboratoire, qui, selon eux, pourraient représenter le « chaînon manquant » entre la chimie et la biologie.
La Terre primitive était recouverte d’un mélange boueux de produits chimiques, contenant des molécules organiques qui ont formé les précurseurs de composants biologiques vitaux comme les protéines et les acides aminés. Il existe plusieurs hypothèses pour expliquer comment et où la vie a surgi de cette soupe, mais l’une des premières idées était connue sous le nom d’évolution chimique, et c’est ce que la nouvelle étude a examiné.
« L’évolution chimique a été proposée pour la première fois dans les années 1920 comme l’idée que la vie est apparue avec la formation de macromolécules à partir de petites molécules simples, et que ces macromolécules ont formé des assemblages moléculaires qui pouvaient proliférer », explique Muneyuki Matsuo, premier auteur de l’étude. « Cependant, l’origine des assemblages moléculaires qui prolifèrent à partir de petites molécules est restée un mystère pendant une centaine d’années depuis l’avènement du scénario de l’évolution chimique. Elle a constitué le chaînon manquant entre la chimie et la biologie dans l’origine de la vie. »
Pour cette nouvelle étude, les chercheurs ont donc entrepris de recréer ce type de protocellule autopropageante en laboratoire. Ils ont commencé par combiner des dérivés d’acides aminés pour créer une nouvelle petite molécule prête à s’auto-assembler en cellules primitives. Ils ont ajouté ce mélange à de l’eau à température ambiante et à une pression atmosphérique normale, et ont observé ce qui se passait.
Les molécules se sont condensées en peptides, qui ont ensuite formé des gouttelettes en suspension dans l’eau. Lorsque d’autres acides aminés ont été ajoutés – comme cela peut se produire dans la nature – les gouttelettes ont non seulement augmenté de taille, mais ont commencé à se diviser. Ce type d’autoreproduction est bien sûr une fonction clé des cellules biologiques.
Mais le plus intriguant est que certaines des gouttelettes ont concentré des acides nucléiques – des macromolécules qui peuvent transporter des informations génétiques. Ces gouttelettes avaient plus de chances de survivre dans l’environnement, ce qui prouve que la sélection naturelle est à l’œuvre.
« En construisant des gouttelettes peptidiques qui prolifèrent en se nourrissant de nouveaux dérivés d’acides aminés, nous avons élucidé de manière expérimentale le mystère de longue date de la façon dont les ancêtres prébiotiques ont pu proliférer et survivre en concentrant sélectivement les produits chimiques prébiotiques », explique Muneyuki Matsuo. « Nos résultats suggèrent que les gouttelettes sont devenues des agrégats moléculaires évolutifs – dont l’un est devenu notre ancêtre commun. »
Bien sûr, cette découverte ne garantit pas que c’est définitivement ainsi que la vie est apparue sur la Terre primitive, mais elle donne du poids à cette possibilité. D’autres études se penchent sur d’autres hypothèses, comme celle de savoir si les ARN étaient les premières molécules auto-réplicatives qui ont finalement donné naissance à des structures plus complexes comme l’ADN et les protéines.
Les chercheurs de la nouvelle étude prévoient de poursuivre leurs recherches sur la manière dont les dérivés d’acides aminés pourraient évoluer vers des cellules vivantes par le biais de gouttelettes autoréplicatives.
https://www.nature.com/articles/s41467-021-25530-6
https://www.hiroshima-u.ac.jp/en/news/66775
