En faisant appel à une réaction chimique différente de celles imaginées jusqu’ici, des chercheurs de l’Institut Max Planck (Allemagne) montrent comment des peptides peuvent de former sur des poussières interstellaires. © Kakteen, Adobe Stock
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Origine de la vie : les peptides peuvent se former dans l'espace interstellaire !

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Ils stabilisent les cellules. Ils transportent des substances. Ils accélèrent des réactions. Les peptides sont à la base de la vie. Et des chercheurs viennent de découvrir qu'ils peuvent se former sur des grains de poussières interstellaires. Avant même que ceux-ci ne tombent sur une planète comme la Terre.

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[EN VIDÉO] Quels phénomènes sont à l’origine de la vie ?  Dès 1871, Charles Darwin avait imaginé que la vie terrestre aurait pu naître « dans une petite mare », à partir de composés chimiques divers qui se seraient combinés pour former des molécules complexes. Un autre courant de pensée — la panspermie — a fait venir la vie de l'espace. Aujourd'hui, la question n'est pas résolue mais les scientifiques penchent du côté de Darwin avec une chimie prébiotique. 

Les protéines sont à la base de la vie. Des macromolécules composées d'un enchaînement de peptides... Aujourd'hui, des chercheurs de l’Institut Max Planck (Allemagne) montrent comment ces peptides peuvent apparaître à la surface glacée de poussières interstellaires. À partir d'une nouvelle forme de réaction chimique. De quoi renforcer l'idée que les premières briques de la vie ont émergé dans l'espace.

Les chercheurs avancent que la couche de glace qui se forme naturellement autour des grains de poussière qui inondent le milieu interstellaire joue un rôle clé. Car elle constitue comme un « laboratoire de chimie cosmique », un substrat sur lequel des molécules peuvent s'accumuler et se rapprocher suffisamment les unes des autres. Jusqu'à ce que des réactions chimiques se produisent.

Pour comprendre à quel point les molécules qui se forment ainsi peuvent devenir complexes, les chercheurs ont d'abord mis au point, il y a presque dix ans maintenant, une technique de production d'atomes de carbone (C) à basse énergie adaptés aux expériences à basse température. « Ces atomes de carbone sont étonnamment réactifs. Ils agissent comme une sorte de "colle moléculaire" et transforment ainsi des substances inorganiques en substances organiques », commente Serge Krasnokutski, astronome, dans un communiqué de l’Institut Max Planck.

En faisant appel à une réaction chimique différente de celles imaginées jusqu’ici, des chercheurs de l’Institut Max Planck (Allemagne) montrent comment des peptides peuvent de former sur des poussières interstellaires avant même d’être transportés sur Terre à dos de comète. © Serge Krasnokutski, MPIA Graphics Department

De la glycine aux peptides

Avec l'appui de calculs théoriques, son équipe avait déjà montré, en 2020, que la glycine -- l'acide aminé le plus simple, mais qui joue un rôle important pour la vie sur Terre -- pouvait se former sur des grains de poussières interstellaires. Alors pourquoi ne pas imaginer que des acides aminés puissent aussi former des molécules plus complexes encore ? Des peptides, par exemple.

Peut-être parce que le processus n'est pas si simple. Pour que la polymérisation se fasse, pour qu'une chaîne d'acides aminés se forme, il faut libérer lesdits acides aminés de leurs molécules d'eau. Cela demande de l'énergie et donc, une température supérieure à celle des grains de poussière que l'on trouve dans le milieu interstellaire.

Pourtant, des calculs de chimie quantique semblent montrer que, dans les conditions qui existent dans ces environnements, la réaction qui transforme le monoxyde de carbone (CO), le carbone (C) et l'ammoniac (NH3) en un précurseur de la glycine -- de la glycine à laquelle il ne manque qu'une molécule d'eau (H2O) -- se produit spontanément grâce à l'effet tunnel. Pour vérifier ensuite que cette forme de glycine pourrait finalement former des peptides -- sans avoir à perdre une eau... qu'elle n'avait pas acquise --, il a ensuite fallu recourir à l'expérience dans une chambre à ultravide.

De la théorie à l’expérience

Sur un disque de bromure de potassium d'un diamètre de 2,5 centimètres et de 2 millimètres d'épaisseur, les chercheurs ont déposé du monoxyde de carbone, du carbone et l'ammoniac. Une couche d'à peine quelques dizaines de molécules. Ils ont refroidi le tout à environ 10 kelvins. À l'aide d'un spectrographe infrarouge, ils ont observé la formation du précurseur de la glycine attendu.

Les chercheurs ont ensuite réchauffé le tout. À environ 110 kelvins, la spectroscopie infrarouge montre des signes révélateurs de la présence d'un type de liaison chimique qui maintient les acides aminés entre eux aussi bien dans les courtes chaînes moléculaires des peptides que dans les chaînes plus longues des protéines. De retour dans le milieu interstellaire, un tel réchauffement pourrait se produire lorsqu'une étoile commence à se former. Ou lorsque les poussières tombent sur la surface d'une planète, à dos de comète, par exemple.

Ce nouveau scénario de formation des premières molécules de la vie proposé par les chercheurs de l'Institut Max Planck repose donc uniquement sur des espèces atomiques et moléculaires extrêmement abondantes dans le milieu interstellaire. Il ne nécessite plus d'apport en énergie. Reste désormais à vérifier expérimentalement que d'autres peptides que ceux simplement à base de glycine peuvent ainsi voir le jour.

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