Une étude importante pour mieux comprendre le processus menant à la vie vient d’être publiée dans la revue scientifique « Astrobiology ». Dans cette étude, au titre un peu difficile*, les auteurs rapportent les expériences qu’ils ont menées et qui permettent de dire comment de l’ARN a pu/dû être créé sur Terre dans l’environnement de notre premier éon, l’Hadéen (avant -4 milliards d’années). C’est un pas de plus en science prébiotique (1) pour expliquer par un environnement planétologique analogue au nôtre, les premières phases du passage de l’inerte au vivant et donc (2) un pas de plus pour déterminer les contraintes qui peuvent délimiter les possibilités de trouver un jour de la vie sur d’autres planètes ; (3) une confirmation de la justification de l’exploration scientifique de la planète Mars.
*« Catalytic Synthesis of Polyribonucleic Acid on Prebiotic Rock Glasses » (voir ci-dessous, en « référence »).
Je rapporte ci-après la traduction en Français de l’abstract de cet article :
« On rapporte ici des expériences qui montrent que les ribonucléosides-triphosphates sont convertis en acides polyribonucléiques lorsqu’ils sont incubés avec des roches vitreuses similaires à celles vraisemblablement présentes il y a 4,3 à 4,4 milliards d’années à la surface terrestre pendant l’éon Hadéen où ils se sont formés par impacts et volcanisme. Ces acides polyribonucléiques ont une longueur moyenne de 100 à 300 nucléotides (ndt: longueur compatible avec celle des brins d’ADN), avec une fraction substantielle de liaisons dinucléotides, utilisant des atomes de carbone 3’ et 5’ (ndt : atomes de carbone du ribose). Les analyses chimiques, y compris les méthodes classiques qui furent utilisées pour prouver la structure de l’ARN, démontrent une structure d’acide polyribonucléique pour ces produits. L’acide polyribonucléique s’est accumulé et est resté stable pendant des mois, avec un taux de synthèse de 2×10-3 picomoles de triphosphate polymérisé chaque heure par gramme de verre (25°C, pH 7,5). Ces résultats suggèrent que la formation de polyribonucléotides était possible dans les environnements hadéens si ces environnements contenaient des triphosphates. Puisque de nombreuses propositions émergent actuellement décrivant comment les triphosphates auraient pu être fabriqués sur la Terre hadéenne, le processus observé offre ici une étape manquante importante dans les modèles de synthèse prébiotique d’ARN. »
NB : un ribonucléoside est une molécule biochimiques obtenue par la liaison d’une base-nucléique (pour la vie ARN : adénine, guanine, cytosine ou uracile) et d’un ribose (sucre). Lorsque ce ribonucléoside est phosphorilé (ses composants sont liés par un groupe phosphate), il devient un ribonucléotide (monophosphate, biphosphate ou triphosphate). Sous forme libre, le ribonucléotide peut constituer une molécule d’AMP/ADP/ATP (stockage d’énergie) ; enchainé à d’autres par des liaisons phosphodiester (5’,-3’), il peut former un brin d’ARN ou d’ADN.
Il est évidemment beaucoup plus facile d’espérer que des ribonucléosides-triphosphatés se forment spontanément sur un sol planétaire, que de l’ARN (acide polyribonucléique) puisque cette dernière est une molécule plus complexe. Si donc, comme on le pense de plus en plus, un monde ARN a précédé le monde proprement « vivant » (cellule auto-reproductible construite autour d’une molécule d’ADN mémoire et donneur d’ordre), l’avancée de la compréhension de l’évolution de la matière inerte vers la vie est considérablement éclaircie par la démonstration que la molécule d’ARN peut apparaitre spontanément.
Il faut rappeler que la Terre comme Mars était à l’origine largement couvertes de roches mafiques et ultramafiques (ma = magnesium ; f = fer). Les principaux minéraux mafiques sont l’olivine, le pyroxène, l’amphibole et la biotite. Les roches mafiques (contenant des minéraux mafiques) les plus courantes sont le basalte, le gabbro, la diabase (analogue au basalte ou au gabbro, modifiée par un métamorphisme de faible degré).
A l’origine, la surface des deux planètes telluriques, Mars et la Terre, étaient constituées de roches semblables (formées des mêmes minéraux) dans un environnement atmosphérique semblable, en particulier avec beaucoup d’eau. Au cours de l’Hadéen (premier éon terrien, équivalent du Noachien sur Mars), le bombardement météoritique était intense aussi bien sur Mars que sur Terre et la vitrification des roches de surface du fait des impacts, dans un contexte aqueux, un phénomène banal (NB : le verre est un matériau amorphe issu du refroidissement rapide d’un magma ; avec du basalte on obtient de l’obsidienne).
Les expériences ont constitué à recréer ce milieu (roches mafiques vitrifiées et brisées, eau de pH légèrement basique, températures moyennes de 25°C) avec des triphosphates. La roche la plus réactive a été la diabase (roche mafique légèrement métamorphisée) très représentative de ce qu’on pouvait trouver au sol à l’époque). La réaction a été très nette, montrant une polymérisation régulière, en masse et dans le temps, en acide polyribonucléique. Le rôle de catalyseur des roches mafiques vitrifiées était évident et puissant.
Il en découle qu’une petite région d’impact sur une surface hadéenne (ou équivalent) contenant quelques tonnes de de roches vitrifiées dans un milieu aqueux, pourraient produire près de 1 gramme d’ARN par jour, pourvu bien sûr qu’il y ait aussi du carbone, de l’hydrogène, de l’oxygène et de l’azote (C,H,O,N) dans ce milieu. Mais ces éléments constitutifs ne sont pas rares et leur formation en ribonucléotides-triphosphatés pourrait résulter simplement de la foudre (très fréquente dans les conditions hadéennes).
Cette recherche démontre qu’un milieu planétaire tellurique aqueux en zone habitable, comme la Terre ou Mars, est un véritable laboratoire permettant de pousser considérablement la complexification des matières organiques vers la vie, bien au-delà de ce à quoi peuvent contribuer les astéroïdes (sur certains desquels on a trouvé des sucres et même des acides aminés).
Par ailleurs, contrairement à la Terre, Mars qui n’a pas connu de tectonique des plaques (sinon très marginalement), a largement conservé sa surface d’origine, « noachienne », et cette surface a été relativement peu érodée/transformée depuis le Noachien, surtout dans son hémisphère Sud (l’hémisphère nord ayant été ultérieurement largement recouvert de laves). On doit donc pouvoir retrouver sur Mars les traces physico-chimiques des résultats de cette première phase de l’évolution de la matière vers la vie, si elle s’est bien produite comme sur Terre (surtout si on cherche dans le sous-sol aux environs de 2 mètres de profondeur, à l’abri des radiations, comme le propose l’ESA avec sa mission ExoMars). Si on ne les retrouvait pas c’est qu’une particularité de l’environnement martien, qu’il reste à déterminer, ne l’aurait pas permis.
Cela ne veut néanmoins pas dire que le processus conduisant à la vie et qui plus est à la vie animale ou consciente, a dû suivre facilement cette première phase ailleurs que sur Terre. Le passage de l’ARN à l’ADN est une autre complexification, l’assemblage dans une cellule avec sa membrane (constituée de lipides-membranaires) contenant du cytoplasme en est également une autre. Il faut en effet un volume à la fois fermé mais avec communication possible vers l’extérieur permettant des échanges ne serait-ce que pour se nourrir, et un liquide intérieur favorisant les échanges internes pour que les processus de vie puissent se dérouler « sous contrôle » d’une macromolécule d’ADN. La création d’une membrane et sa reproduction à l’infini par intégration des gènes nécessaires dans l’ADN n’est pas un phénomène évident. La suite, vers l’utilisation de l’oxygène, l’apparition des métazoaires, puis des animaux et enfin de l’homme, est un processus d’autant plus difficile à conduire à bien par la « Nature » que le niveau de complexité s’élève de plus en plus. Ce n’est pas encore demain qu’on découvrira des petits hommes verts.
Illustration de titre : Vue-d’artiste de la Lune vue de la surface de la Terre au début de l’éon Hadéen ; crédit Mark Garlick. NB : la Lune apparait très grosse dans le ciel terrestre. C’est une réalité car à cette époque elle n’était pas distante de plus de quelques 50.000 km (30.000 au minimum). Et, comme la Terre elle était encore extrêmement chaude avec un volcanisme et des impacts d’astéroïdes très nombreux, affectant sans cesse une croute de surface très mince (en formation du fait des différences de températures intérieur/extérieur).
Référence : « Catalytic Synthesis of Polyribonucleic Acid on Prebiotic Rock Glasses » par Craig A. Jerome, Hyo Joong Kim, Stephen J. Mojzsis, Steven A. Benner and Elisa Biondi ; Astrobiology, Volume 22, n°6, 2022, Mary Ann Liebert, Inc. DOI:10.1089/ast.2022.0027
Liens :
https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2022.0027
https://www.theses.fr/2021GRALV055.pdf
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