Imaginez une bibliothèque dynamique, remplie de livres relatant la riche histoire de la vie sur Terre. Chaque livre détaille les réactions chimiques uniques qui ont alimenté l’évolution de la vie sur des milliards d’années.
Imaginez maintenant que certains de ces livres aient été perdus avec le temps, laissant des lacunes dans notre compréhension de la naissance de la vie. C’est le mystère alléchant que les chercheurs de l’Institut des sciences de la Terre et de la vie (AUTRE) et le California Institute of Technology (CalTech) se sont mis à l’exploration.
Les scientifiques réfléchissent depuis longtemps aux origines de la vie, et une question centrale est de savoir dans quelle mesure cette histoire a disparu dans les profondeurs du temps. Les espèces peuvent abandonner les réactions biochimiques, et si cela se produit chez de nombreuses espèces, ces réactions pourraient effectivement être « oubliées » par la vie.
À la recherche des réactions chimiques perdues de la vie
Mais existe-t-il un moyen de savoir si l’histoire de la biochimie est truffée de réactions oubliées ?
Pour répondre à cette question, les chercheurs de l’ELSI et de CalTech se sont lancés dans une quête visant à retracer le cheminement chimique depuis les simples molécules géochimiques jusqu’aux molécules biologiques complexes que l’on trouve aujourd’hui dans les organismes vivants. Ils ont émis l’hypothèse que la chimie oubliée apparaîtrait comme des discontinuités ou des « ruptures » dans ce chemin.
La Terre primitive était riche en composés simples comme le sulfure d’hydrogène, l’ammoniac et le dioxyde de carbone, qui ne sont généralement pas associés au maintien de la vie.
Pourtant, il y a des milliards d’années, ces composés servaient de matières premières au début de la vie. Au fil du temps, des processus biochimiques ont progressivement transformé ces précurseurs en composés que l’on retrouve aujourd’hui dans les organismes vivants.
Pour modéliser l’histoire de la biochimie, les chercheurs avaient besoin d’un inventaire de toutes les réactions biochimiques connues. Ils se sont tournés vers la base de données de l’Encyclopédie des gènes et génomes de Kyoto (KEGG), qui contient plus de 12 000 réactions cataloguées.
Avec ce vaste ensemble de données en main, ils ont commencé à modéliser le développement étape par étape du métabolisme, le réseau complexe de réactions chimiques qui soutiennent la vie.
Réactions ATP et origines de la vie
Les tentatives précédentes visant à modéliser l’évolution du métabolisme avaient échoué, ne parvenant pas à produire les molécules complexes utilisées par la vie moderne. Cette fois, les chercheurs se sont heurtés au même obstacle. Leur modèle ne pouvait générer que quelques composés, et la raison n’était pas immédiatement claire.
La percée a eu lieu lorsqu’ils se sont concentrés sur l’adénosine triphosphate (ATP), la monnaie énergétique universelle des cellules. L’ATP est essentiel pour déclencher des réactions qui ne se produiraient pas spontanément, comme la construction de protéines.
Cependant, l’ATP possède une propriété unique : les réactions qui produisent de l’ATP nécessitent également de l’ATP. Cela crée une dépendance cyclique, un « goulot d’étranglement ATP » qui stoppait la progression du modèle.
Pour résoudre ce goulot d’étranglement, les chercheurs ont découvert une solution de contournement. La partie réactive de l’ATP est étonnamment similaire à un composé inorganique appelé polyphosphate.
En permettant aux réactions génératrices d’ATP d’utiliser du polyphosphate au lieu de l’ATP, une modification mineure de seulement huit réactions, le modèle a pu générer la quasi-totalité du métabolisme central de la vie contemporaine.
Redécouvrir les réactions perdues
Cet obstacle étant surmonté, les chercheurs ont désormais pu estimer l’âge relatif de tous les métabolites courants et se plonger dans l’histoire des voies métaboliques.
Ils ont cherché à déterminer si les voies biologiques évoluaient de manière linéaire, avec des réactions ajoutées séquentiellement, ou sous forme de mosaïque, avec des réactions d’âges différents combinées pour créer de nouvelles voies.
Les chercheurs ont découvert que les deux types de voies sont presque également courantes dans le métabolisme. Ils ont également pu quantifier la quantité de biochimie qui pourrait être perdue avec le temps.
“Nous ne le saurons peut-être jamais exactement, mais nos recherches ont fourni un élément de preuve important : seules huit nouvelles réactions, toutes rappelant des réactions biochimiques courantes, sont nécessaires pour relier la géochimie et la biochimie”, a déclaré Smith.
“Cela ne prouve pas que l’espace de la biochimie manquante est petit, mais cela montre que même les réactions qui ont disparu peuvent être redécouvertes à partir des indices laissés par la biochimie moderne.”
Cette recherche remarquable offre un aperçu de l’histoire vaste et complexe de la biochimie. Cela suggère que même des réactions apparemment perdues peuvent être redécouvertes, révélant ainsi le schéma complexe de l’évolution de la vie.
Le voyage pour découvrir les secrets des origines de la vie se poursuit et, à chaque nouvelle découverte, nous acquérons une appréciation plus profonde de l’histoire remarquable inscrite dans la chimie de la vie.
L’étude est publiée dans la revue Écologie et évolution de la nature.
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2024-06-11 14:03:41
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