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Les sources hydrothermales, une clé de l'apparition de la vie ?

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L'apparition des premières formes de vie ne repose pas seulement sur celle du code génétique. Elle exige l'existence d'un métabolisme. Selon un groupe de chercheurs, une variante du cycle de Krebs mais sans intervention d'enzymes était possible dans des évents hydrothermaux à faibles profondeurs.

Une vue de l'expérience de Marcelo Guzman permettant de créer une partie du cycle de Krebs sans faire intervenir d'enzymes. L'éclairement à l'aide d'ultraviolets est bien visible. Crédit : Marcelo Guzman/Harvard University

Les discussions sur la chimie prébiotique et l'origine de la vie sur la Terre primitive tournent essentiellement autour des voies de synthèse des acides aminés, des protéines et surtout des nucléotides de l'ARN et de l'ADN. On parle aussi de la formation des membranes lipidiques des premières cellules. Mais on néglige assez souvent les questions d'ordre métabolique.

Bien sûr, le problème le plus redoutable à comprendre, et le plus fascinant, est celui de l'origine de l'information génétique car c'est de lui que les formes vivantes tirent l'essentiel de leur complexité et c'est à son niveau que l'évolution opère. Il ne faut cependant pas oublier que les formes vivantes sont aussi des systèmes qui ont besoin de s'alimenter en matière et en énergie, et qui doivent dissiper de l'entropie pour faire croître localement le niveau de néguentropie, la fameuse entropie négative de Schrödinger dans son ouvrage visionnaire « Qu’est-ce que la Vie ? ».

L'un des problèmes que doivent pourtant résoudre les spécialistes de la chimie prébiotique pour comprendre comment se fait le passage de l'inerte au vivant est cependant celui de l'apparition du cycle de Krebs. Appelé également cycle du citrate, cet ensemble de réactions chimiques a lieu dans les mitochondries chez les eucaryotes (les organismes dont les cellules ont des noyaux, par exemple nous). Ce cycle de Krebs est essentiel pour la production d'énergie dans les cellules. Il existe d'autres problèmes du même genre que l'on peut classer dans les questions liées au métabolisme du vivant.

Il existe une division chez les chercheurs occupés à percer le secret de l'origine de la vie, entre ceux qui s'occupent de l'aspect génétique et ceux qui s'intéressent aux fonctions métaboliques. Logiquement, on trouve deux camps : ceux qui pensent que la vie commence par l'apparition des réactions métaboliques et ceux qui croient que l'ADN ou l'ARN doivent apparaître en premier.

Pour compliquer le tout, on ne sait pas très bien dans quelles conditions la vie est apparue. Certains, très minoritaires, envisagent les comètes, les autres explorent essentiellement deux voies dont l'une fait intervenir les évents hydrothermaux dont on a découvert en 1977 qu'ils pouvaient abriter des écosystèmes fonctionnant en l'absence de photosynthèse et avec des organismes capables de supporter des conditions de température, de pression et d'acidité qui tueraient la plupart des formes de vies auxquelles nous sommes habitués.


Les évents hydrothermaux au large des îles Galapagos. Crédit : National Geographic

Système génétique et métabolisme : le problème de l'œuf et de la poule

Toutefois, certains chercheurs pensent que les températures de l'ordre de 300°C que l'on trouve à l'intérieur des fameux fumeurs noirs sont trop élevées pour avoir permis l'apparition des premières formes de vie. C'est pourquoi Marcelo Guzman et ses collègues ont examiné le cas des évents hydrothermaux aux températures plus basses et aux pressions plus faibles.

On connaît plusieurs de ces sources dont les températures sont inférieures à 100°C et qui se trouvent à des profondeurs de l'ordre de 200 mètres. Sur la Terre primitive de la limite hadéen-archéen, alors que les premiers océans étaient en train de se former et la tectonique des plaques bien plus active que de nos jours, de tels évents hydrothermaux à faibles profondeurs et crachant de l'eau chargée en minéraux devaient être légion. De plus, à moins de 200 m, les ultraviolets peuvent encore pénétrer et aider à des réactions chimiques de façon efficace.

Guzman et ses collègues ont étudié l'apparition, non du cycle de Krebs lui-même, mais de ce qui pourrait avoir été son ancêtre dans de telles conditions. Partant de l'hypothèse que l'apparition du métabolisme, plus simple que celle du code génétique, l'a probablement précédée, il fallait trouver un moyen de faire fonctionner l'équivalent du cycle de Krebs sans les enzymes qui lui sont d'ordinaire nécessaires. En effet, les enzymes sont supposées être une conséquence de la présence d'un code génétique déjà existant puisqu'il s'agit de protéines complexes.

Comme il l'explique dans un article publié dans le journal Astrobiology de novembre, il est possible de reconstituer environ 70% du cycle de Krebs dit inverse en créant une suspension colloïdale de sulfure de zinc et de sulfure de sodium exposée à des UV.

Il s'agit peut-être de la découverte, modeste, d'un des éléments du puzzle de l'apparition de la vie. Marcelo Guzman n'écarte pas la possibilité que des processus à l'origine du versant génétique du problème de l'apparition de la vie se soient produits quasi simultanément avec ceux du versant métabolique. Quoiqu'il en soit, lui et ses collègues veulent reproduire leurs expérience dans les conditions douces de pression et de température des évents hydrothermaux superficiels.

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