La double hélice de l'ADN porte des bases azotée qui s'associent par paires pour donner le code porteur de l'information génétique. Modifier ces bases, ce que font les mutations, affecte donc cette information et peut conduire par hasard à des organismes mieux adaptés à l'environnement. Un taux de mutation élevé pouvait donc accélérer l'évolution. © Sutterstock, Sergey Nivens

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Des océans très chauds auraient accéléré l'évolution de la vie

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Des réactions dite de désamination des bases de l'ADN provoquent chaque jour des erreurs dans le code génétique. Certaines sont corrigées mais d'autres non, conduisant la vie sur de nouveaux chemins. L'une de ces réactions s'est avérée extrêmement sensible à la température. D'où l'hypothèse qu'il y a des milliards d'années, quand les océans étaient bien plus chauds qu'aujourd'hui, le taux de mutation était des milliers de fois plus important, à même de générer une évolution rapide.

On ne sait toujours pas comment, où ni quand est apparue la vie sur Terre, même si des variantes de l'expérience initiale de Stanley Miller ont ouvert des pistes intéressantes. Le problème est d'autant plus complexe qu'il est triple et ressemble, par certains côtés, à celui de l'œuf et de la poule. En effet, les cellules vivantes requièrent tout à la fois un système pour porter et gérer de l'information, en l'occurrence de l'ADN et de l'ARN, un métabolisme pour utiliser de l'énergie et fabriquer des structures, et des systèmes relativement clos, comme les membranes, où tous ces processus peuvent se dérouler. Comment et dans quel ordre ces trois éléments se sont-ils mis en place puisqu'ils sont étroitement liés dans une cellule ?

Qui dit vie dit aussi évolution et la question est de savoir comment celle-ci a joué chez les premières formes vivantes. Certains penchent pour une évolution rapide pendant l'Archéen, la période de l'histoire de la vie sur Terre s'étendant d'il y a environ 4 milliards d'années à 2,5 milliards d'années. Il existe des indications de l'existence de la vie pendant l'Hadéen, il y a plus de 4 milliards d'années, mais elles sont ténues et donc controversées.

En supposant, ce qui reste à démontrer, que la vie s'est complexifiée rapidement, au moins au début de l'Archéen, comment l'expliquer en restant dans un schéma orthodoxe du point de vue darwinien ? Un groupe de chercheurs de l'University of North Carolina vient de publier des considérations intéressantes sur ce scénario dans un article des Pnas.

L'expérience de Miller met en évidence les origines chimiques de l'apparition de la vie, comme l'explique cet extrait de la neuvième émission du magazine Cassiopée, Sommes-nous seuls dans l'univers ? (France Supervision, 1996) avec un texte et la voix off de Jean-Pierre Luminet. Il est possible de trouver d'autres vidéos similaires sur le site du projet multiplateforme francophone sur la cosmologie contemporaine « Du Big Bang au vivant ». © Jean-Pierre Luminet

Quatre mille fois plus de mutations

La température des océans archéens reste mal connue et fait toujours l'objet d'un débat. Pour beaucoup, elle était comprise entre 50 et 80 °C pendant toute cette période. Cela ne gênait peut-être pas les premiers organismes, surtout (c'est aussi une hypothèse) s'ils sont nés dans les cheminées hydrothermales où les températures dépassent facilement la centaine de degrés. Aujourd'hui, des organismes extrêmophiles y vivent toujours.

La vitesse des réactions chimiques augmente avec la température selon la loi d'Arrhenius (pour beaucoup de réactions, elle est doublée, voire plus, tous les 10 °C). Le biochimiste Richard Wolfenden a donc voulu savoir quelle était l'influence d'une Terre plus chaude sur le taux de mutation aléatoire de l'ADN pendant l'Archéen et même éventuellement l'Hadéen, quand les premiers océans ont commencé à apparaître avec des températures proches de 100 °C.

Les chercheurs ont examiné plus particulièrement la vitesse de la réaction dite de désamination de la cytosine, une des bases de l'ADN, la lettre « C » du code génétique. Une réaction de ce genre conduit à une autre base, l'uracile, notée « U » (qui ne se trouve que dans l'ARN). Mais ici, les chercheurs ont étudié la désamination donnant la thymine, le « T » (qui se trouve dans l'ADN). Le point clé est que cette réaction ne nécessite pas de catalyseur, et peut donc se produire spontanément. À la grande surprise des chercheurs, la vitesse de cette désamination s'est révélée très sensible à la température, de sorte qu'à la frontière entre l'Hadéen et l'Archéen, le taux de mutation de l'ADN pouvait être 4.000 fois supérieur à celui d'aujourd'hui. Il semble même, en tenant compte d'un refroidissement plausible de l'eau des océans durant l'Archéen, que plus de 99 % des mutations subies par l'ADN de cette façon se soit produites pendant cette période.

Il est sans doute raisonnable de prendre ces chiffres avec du recul mais ils donnent peut-être une indication de ce qu'était l'évolution sur Terre pendant l'Archéen mais aussi des problèmes qu'a dû résoudre la vie pour tenir compte d'un taux de mutation si élevé, car toute mutation n'est pas forcément une bonne affaire pour un organisme...