L’origine de la vie sur Terre est un ensemble de paradoxes. Pour que la vie ait commencé, il doit y avoir eu une molécule génétique – quelque chose comme l’ADN ou l’ARN – capable de transmettre des plans pour fabriquer des protéines, les molécules phares de la vie. Mais les cellules modernes ne peuvent pas copier l’ADN et l’ARN sans l’aide des protéines elles-mêmes. Pour compliquer encore les choses, aucune de ces molécules ne peut faire son travail sans les lipides gras, qui fournissent les membranes dont les cellules ont besoin pour retenir leur contenu. Et dans une autre complication de la poule et de l’œuf, des enzymes à base de protéines (codées par des molécules génétiques) sont nécessaires pour synthétiser les lipides.
A présent, les chercheurs disent qu’ils pourraient avoir résolu ces paradoxes. Les chimistes rapportent aujourd’hui qu’une paire de composés simples, qui auraient été abondants sur la Terre primitive, peut donner lieu à un réseau de réactions simples qui produisent les trois principales classes de biomolécules – acides nucléiques, acides aminés et lipides – nécessaires au démarrage de la première forme de vie. Bien que les nouveaux travaux ne prouvent pas que c’est ainsi que la vie a commencé, ils pourraient éventuellement aider à expliquer l’un des mystères les plus profonds de la science moderne.
« C’est un article très important », dit Jack Szostak, un biologiste moléculaire et chercheur sur l’origine de la vie au Massachusetts General Hospital à Boston, qui n’était pas affilié à la recherche actuelle. « Il propose pour la première fois un scénario par lequel presque tous les éléments constitutifs essentiels de la vie pourraient être assemblés dans un seul cadre géologique. »
Les scientifiques ont longtemps vanté leurs propres scénarios préférés pour savoir quel ensemble de biomolécules s’est formé en premier. Les partisans du « monde de l’ARN », par exemple, suggèrent que l’ARN pourrait avoir été le pionnier ; non seulement il est capable de transporter l’information génétique, mais il peut aussi servir de catalyseur chimique semblable aux protéines, accélérant certaines réactions. Les partisans du métabolisme d’abord, quant à eux, ont fait valoir que de simples catalyseurs métalliques, par opposition aux enzymes avancées à base de protéines, pourraient avoir créé une soupe de blocs de construction organiques qui auraient pu donner naissance aux autres biomolécules.
L’hypothèse du monde de l’ARN a reçu un grand coup de pouce en 2009. Des chimistes dirigés par John Sutherland à l’Université de Cambridge au Royaume-Uni ont rapporté qu’ils avaient découvert que des composés précurseurs relativement simples appelés acétylène et formaldéhyde pouvaient subir une séquence de réactions pour produire deux des quatre blocs de construction nucléotidiques de l’ARN, montrant une voie plausible pour la façon dont l’ARN aurait pu se former par lui-même – sans le besoin d’enzymes – dans la soupe primordiale. Les critiques, cependant, ont fait remarquer que l’acétylène et le formaldéhyde sont encore des molécules assez complexes. Pour leur étude actuelle, Sutherland et ses collègues ont entrepris de travailler à rebours à partir de ces produits chimiques pour voir s’ils pouvaient trouver une voie vers l’ARN à partir de matériaux de départ encore plus simples. Ils ont réussi. Dans le numéro actuel de Nature Chemistry, l’équipe de Sutherland rapporte qu’elle a créé des précurseurs d’acide nucléique à partir de simples cyanure d’hydrogène (HCN), sulfure d’hydrogène (H2S) et lumière ultraviolette (UV). Qui plus est, selon Sutherland, les conditions qui produisent des précurseurs d’acides nucléiques créent également les matières premières nécessaires à la fabrication d’acides aminés et de lipides naturels. Cela suggère qu’un seul ensemble de réactions aurait pu donner naissance simultanément à la plupart des éléments constitutifs de la vie.
L’équipe de Sutherland soutient que la Terre primitive était un cadre favorable à ces réactions. Le HCN est abondant dans les comètes, qui n’ont cessé de pleuvoir pendant presque les premières centaines de millions d’années de l’histoire de la Terre. Ces impacts auraient également produit suffisamment d’énergie pour synthétiser le HCN à partir d’hydrogène, de carbone et d’azote. De même, selon Sutherland, on pense que le H2S était courant sur la Terre primitive, tout comme le rayonnement UV qui pouvait entraîner les réactions et les minéraux contenant des métaux qui auraient pu les catalyser.
Cela dit, Sutherland prévient que les réactions qui auraient fait chacun des ensembles de blocs de construction sont suffisamment différentes les unes des autres – nécessitant différents catalyseurs métalliques, par exemple – pour qu’elles ne se soient probablement pas toutes produites au même endroit. Selon lui, de légères variations dans la chimie et l’énergie auraient plutôt pu favoriser la création d’un ensemble de blocs de construction plutôt qu’un autre, comme les acides aminés ou les lipides, à différents endroits. « L’eau de pluie aurait ensuite entraîné ces composés dans un bassin commun », explique Dave Deamer, un chercheur sur l’origine de la vie à l’Université de Californie, Santa Cruz, qui n’était pas affilié à cette recherche.
La vie aurait-elle pu s’allumer dans ce bassin commun ? Ce détail est presque certainement à jamais perdu pour l’histoire. Mais l’idée et la « chimie plausible » qui la sous-tend méritent une réflexion approfondie, selon Deamer. Szostak est d’accord. « Ce scénario général soulève de nombreuses questions », dit-il, « et je suis sûr qu’il sera débattu pendant un certain temps encore. »