Les réactions métaboliques peuvent avoir commencé dans les océans avant le début de la vie

Une nouvelle étude au Royaume-Uni remet en question les points de vue actuels sur la séquence des événements qui ont mené aux origines de la vie sur Terre. Des chercheurs de l'Université de Cambridge suggèrent que les réactions chimiques qui permettent aux cellules présentes dans les organismes vivants de créer des éléments essentiels tels que les acides aminés, les acides nucléiques et les lipides ont peut-être commencé spontanément il y a des milliards d'années.

L'étude remet en question l'idée selon laquelle les réactions nécessaires à la production de ces métabolites ne peuvent se produire qu'avec l'aide d'enzymes - des molécules biologiques hautement complexes qui catalysent les milliers de processus métaboliques permettant aux cellules vivantes de rester en vie et de fonctionner.

Au lieu de cela, les résultats suggèrent que, à l’ère avant l’oxygène, les océans étaient riches en fer soluble et en autres métaux, et que ces concentrations étaient suffisamment élevées pour servir de catalyseurs aux réactions.

Le responsable de l'étude, le Dr Markus Ralser, du Département de biochimie de Cambridge et de l'Institut national de recherche médicale, a déclaré:

"Nos résultats montrent que des séquences de réactions qui ressemblent à deux cascades de réactions essentielles du métabolisme - la glycolyse et les voies du pentose-phosphate - auraient pu se produire spontanément dans les anciens océans de la Terre."

Ses collègues et lui rapportent leurs découvertes dans la revue Biologie des systèmes moléculaires.

Lorsqu'ils ont reconstitué les conditions chimiques et physiques des premiers océans de la Terre dans leur laboratoire, l'équipe de Cambridge a montré que les séquences complexes de réactions métaboliques, également appelées voies métaboliques, se produisaient en l'absence d'enzymes.

Ils ont observé comment leur reconstruction avait donné lieu à 29 réactions, notamment la formation d'un métabolite remarquable - le ribose 5-phosphate - précurseur de l'ARN, qui, comme l'ADN, code, décode, régule et exprime les gènes, réplique et catalyse les réactions chimiques. Les molécules comme le ribose 5-phosphate pourraient en théorie donner naissance à l'ARN, affirment les chercheurs.

Dans l'ère pré-oxygène, le fer était plus soluble et capable d'agir comme catalyseur

Sur la base de la composition des sédiments précoces, ils ont reproduit les conditions qui prévalaient dans les océans «archéens» riches en fer qui recouvraient la surface de la planète il y a environ 4 milliards d'années, avant l'existence des premiers organismes unicellulaires.

Comme cela précède la photosynthèse, il n'y avait pas d'oxygène, et le fer était plus soluble et capable d'agir comme catalyseur, comme l'explique le Dr Ralser:

"Dans notre version reconstituée de l’ancien océan archéen, ces réactions métaboliques étaient particulièrement sensibles à la présence de fer ferreux, abondant dans les premiers océans et accélérant nombre des réactions chimiques observées. Nous avons été surpris de la spécificité de ces réactions. étaient."

La co-auteure Alexandra V Turchyn, du Département des sciences de la Terre de Cambridge, a déclaré:

"Nous sommes tout à fait certains que les océans les plus anciens ne contenaient pas d'oxygène et que tout présent en fer aurait été soluble dans ces océans dépourvus d'oxygène. Il est donc possible que les concentrations de fer aient été assez élevées."

Selon les chercheurs, outre la présence de fer, la présence d’autres métaux et phosphates a permis la réalisation d’une série de réactions chimiques similaires aux processus métaboliques dans les organismes vivants, sans recourir à des enzymes.

D'autres études sont maintenant nécessaires pour déterminer comment les premières enzymes ont pu adopter ces réactions catalysées par des métaux.

En août 2011, Nouvelles médicales aujourd'hui ont rapporté comment les scientifiques ont proposé un scénario plausible pour l'origine de la vie sur Terre basé sur une combinaison relativement simple de sucres et d'acides aminés d'origine naturelle. Leurs recherches ont également montré comment les précurseurs de l'ARN auraient pu se former avant la vie.

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