Les briques de base composant les protéines d'aujourd'hui étaient déjà présentes il y a plus de 3,8 milliards d'années. © JohanSwanepoel, Adobe Stock
Sciences

Les premières briques de la vie étaient déjà sur Terre il y a plus de 3,8 milliards d'années !

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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. 

Comment la vie et les premières molécules biologiques ont-elles émergé de la soupe primitive prébiotique ? Une nouvelle étude portant sur les protéines originelles fait un petit pas en avant dans la connaissance de nos origines.

La question des origines et de l'émergence de la vie sur Terre est depuis longtemps, et est toujours, une question fondamentale non résolue. Comment la vie primitive a-t-elle émergé de la « soupe primitive » purement minérale que formaient les océans il y a 4 milliards d'années ?

Le chemin ayant conduit à la formation de molécules capables de s'auto-répliquer reste en effet l'un des grands mystères de la biologie. Les bases de ce processus pourraient reposer sur les peptides et les protéines. Cependant, il apparait que l'élément incontournable, central et sans lequel la vie ne pourrait exister, est la capacité à gérer l'énergie. C'est là l'une des définitions même du vivant : la capacité à collecter et à utiliser une énergie, quelle qu'elle soit.

Les réactions d’oxydo-réduction à la base de la vie sur Terre

Or, les réactions biologiques de bases qui interviennent au sein des cellules vivantes sont les réactions d'oxydo-réduction qui font intervenir des transferts d'électrons, fournissant par là l'énergie nécessaire. Cette observation implique que les réactions d'oxydo-réduction ont dû être parmi les premières fonctionnalités acquises par les toutes premières formes de vie. Comprendre l'évolution moléculaire responsable de la catalyse des réactions d'oxydo-réduction pourraient donc potentiellement aider à élucider le mystère de l'origine de la vie.

Dans ce contexte de réactions impliquant un transfert d'électrons, la présence de métaux dans l'environnement semble être un point important. En effet, les métaux sont les éléments chimiques les plus efficaces dans le transfert d'électrons et il apparait que les réactions d'oxydo-réduction en impliquent souvent. Des chercheurs de Rutgers University, aux États-Unis, se sont donc intéressés aux structures des protéines associant des métaux en supposant qu'elles auraient fait un excellent point de départ pour de nombreuses fonctionnalités du vivant. Ces structures pourraient même être à la base des toutes premières fonctions biologiques durant les premiers stades d'évolution de la vie. Un motif simple à la fonction énergétique essentielle qui se serait par la suite diversifié.

Les chercheurs ont donc retracé l'évolution de ces protéines particulières contenant des éléments métalliques. Il apparait que ces protéines sont composées de briques de base qui se retrouvent de façon récurrente. De plus, les arrangements de ces schémas de base montrent que ces protéines sont toutes issues d'un seul ou d'un très petit nombre d'ancêtres.

Exemple de peptide, composant de base des protéines. © Nevit Dilmen, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Des briques de base présentes avant l’assemblage des premières protéines

Les résultats de l'étude, publiée dans Science Advances, suggèrent donc que les peptides composant les protéines originelles devaient être utilisés pour faciliter le transfert d'électrons, cette étape étant absolument essentielle au vivant. Éléments de base à la fonction énergétique nécessaire, ils auraient donc été largement réutilisés et adaptés dans une grande variété de fonctions biologiques, ce qui explique que l'on retrouve aujourd'hui une structuration similaire dans toutes les fonctionnalités du vivant.

Cependant, les peptides sont composés d'acides aminés, ce qui signifient que ceux-ci étaient déjà présents dans la « soupe primitive ». Les chercheurs suggèrent également que les premiers peptides à fonctions biologiques étaient certainement déjà présents avant l'assemblage des premières protéines, il y a 3,8 milliards d'années.

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