Monde de la physique : la jeune Terre comme bioréacteur

La Terre s’est formée il y a environ 4,6 milliards d’années. Et environ 600 millions d’années plus tard, les toutes premières formes primitives de vie terrestre ont émergé à partir d’acides aminés et d’autres composés organiques. La question de savoir si des processus sur Terre ou même des astéroïdes sont responsables du début de cette soi-disant évolution chimique fait encore aujourd’hui l’objet de débats intenses. Des chercheurs munichois ont utilisé des expériences pour étudier comment les éléments constitutifs de la vie pourraient s’accumuler sur la jeune Terre. Dans la revue « Nature », ils rapportent que les réseaux de fissures géologiques pourraient avoir joué un rôle important.

Pour que la vie puisse naître, une sélection de certaines molécules organiques doit être présente en concentrations suffisantes. Car sans nucléotides comme éléments constitutifs des acides nucléiques ou acides aminés comme éléments constitutifs des protéines, il existe des risques de réactions secondaires indésirables ou d’efficacité insuffisante. Thomas Matreux et son équipe de l’Université de Munich ont utilisé une expérience sophistiquée pour étudier comment les molécules organiques pouvaient se trier et s’accumuler dans une mesure suffisante sur la jeune Terre. Pour ce faire, les biophysiciens ont imité un réseau de fissures géologiques à flux de chaleur volcanique dans un petit réacteur modèle doté de canaux micrométriques.

Les chercheurs ont permis à un liquide contenant un mélange de différents acides aminés, nucléotides, bases nucléiques et autres substances organiques de s’écouler à travers les canaux. Dans le même temps, ils ont chauffé leur modèle de réacteur à environ 40 degrés Celsius d’un côté et l’ont maintenu à une température plus froide de 25 degrés Celsius de l’autre côté. Cela permet d’imiter les différences de température dans les flux de chaleur géothermiques dans la terre. Les chercheurs ont mené leurs expériences pendant 60 heures, puis ont prélevé des échantillons à différents points du réseau et les ont analysés.

Les molécules organiques s’accumulent avec une grande efficacité

Il était clair que des acides aminés individuels s’étaient effectivement accumulés dans ces échantillons. Selon les chercheurs, un effet thermophorétique en est principalement responsable. En raison de ce phénomène dépendant de la température, certaines molécules d’un liquide préfèrent migrer vers des zones plus chaudes, tandis que d’autres ont tendance à rester froides. La concentration des molécules dans les échantillons analysés dépendait également du type de molécule : des différences de concentration allant jusqu’à trois ordres de grandeur pouvaient être détectées.

Ces expériences montrent que les molécules organiques se trient et s’accumulent avec une grande efficacité grâce aux flux de chaleur géothermiques. Matreux et son équipe pensent qu’il est possible que des processus similaires aient pu se produire avec une efficacité similaire dans les fissures géologiques de la Terre primitive. Cela ne répondrait pas à la question de l’origine de la vie. Mais cela pourrait au moins expliquer la disponibilité de certaines substances organiques, à partir desquelles les premiers organismes vivants sont apparus il y a environ quatre milliards d’années.