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L'apparition de la vie : une histoire d'argile ou de mica ?

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Il y a une vingtaine d'années, le chimiste Alexander Graham Cairns-Smith avait proposé l'idée, très controversée, d'une apparition de la vie grâce à l'argile. Helen Hansma de la National Science Foundation (NSF) propose maintenant l'idée que celle-ci est apparue entre deux feuillets de mica.

En jaune des molécules organiques à la surface du mica (en bleu). L'observation s'est faite avec un microscope à force atomique. Crédit : Helen Greenwood Hansma, UC Santa Barbara

L'apparition sur Terre du premier « cristal apériodique » n'est toujours pas comprise. Rappelons que c'est Schrödinger qui dans son livre "Qu’est-ce que la vie ?", avait anticipé la découverte d'une grosse molécule portant l'information génétique et que l'on pouvait considérer comme un cristal apériodique. Plusieurs des fondateurs de la biologie moléculaire, dont Watson et Crick, ont d'ailleurs reconnu l'influence de cet ouvrage sur leurs recherches et la découverte du rôle de l'ADN.

John Desmond Bernal, un grand cristallographe ayant inspiré Arthur Clarke, fut un des premiers à proposer que l'origine de la vie pouvait se trouver au niveau des propriétés catalytiques des argiles, qui auraient favorisé la polymérisation de molécules organiques complexes. Il a d'ailleurs été  le professeur de Rosalind Franklin, Aaron Klug et Max Perutz.

L'idée a été reprise et plus longuement développée par Cairns-Smith et comme les argiles contiennent des minéraux proches du mica, l'illite, on ne sera donc pas surpris par la proposition d' Helen Hansma concernant  la synthèse des protéines et même de l'ARN entre des feuillets de mica sur la Terre primitive.

Les flèches noires indiquent des feuillets de mica, les rouges des bulles d'eau piégées et en vert-marron il s'agit de matériaux organiques. Cliquez pour agrandir. Crédit : Helen Greenwood Hansma, UC Santa Barbara.

En fait, Helen Hansma étudiait avec un microscope à force atomique des feuillets de mica de plusieurs échantillons qu'elle avait collectés dans une mine du Connecticut. Ces feuillets sont remarquablement plats et ont seulement un nanomètre d'épaisseur environ. Il s'est trouvé que la surface de ces feuillets était couverte de molécules organiques.

Elle s'est alors souvenue qu'un des modèles actuellement considéré pour l'apparition des premières biomolécules, des protéines par exemple, était celui d'un monde d'ARN, précédant celui de l'ADN : une hypothèse proposée par le prix Nobel Walter Gilbert.

Or, l'ARN et le mica, tout comme beaucoup de protéines et de lipides dans les cellules, possèdent des charges négatives. Mieux, les groupes phosphates de l'ARN sont espacés d'un demi-nanomètre, exactement la distance séparant les charges négatives sur le mica. Enfin, les feuillets de mica sont riches en potassium avec une concentration qui là encore est très similaire à celle de nos cellules.

Il semble donc tout à fait raisonnable d'imaginer que les premières molécules d'ARN soient nées à la surface du mica. Les espaces entre feuillets de mica auraient aussi servi d'analogues des premières cellules en protégeant les fragiles molécules organiques synthétisées. De plus, le cycle jour-nuit, en provoquant la dilatation et la contraction thermique des feuillets de mica dans ou au bord des anciens océans, aurait fourni l'énergie nécessaire pour briser et reconstituer les molécules organiques à la surface des feuillets.

De futures recherches, aussi bien en laboratoire que sur le terrain, dans des affleurements de roches très anciennes comme la fameuse formation Isua au Groenland, nous en apprendront sans doute plus sur la véracité de cette théorie intéressante.

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