L’origine de la vie sur Terre est l’un des principaux problèmes scientifiques sur lesquels les scientifiques du monde entier travaillent. Au cours des dernières décennies, de nombreux succès ont été obtenus dans ce domaine, par exemple, le concept du monde de l'ARN a été développé. Cependant, on ne sait toujours pas comment exactement les molécules qui ont servi de premiers «éléments constitutifs» de la vie sont apparues. La revue Science a publié un article qui répond peut-être à la question la plus importante: d'où viennent les nucléotides qui composent l'ARN. "Lenta.ru" révèle les détails de l'étude et parle de sa signification.
Selon les concepts scientifiques modernes, la vie provenait de composés organiques qui réagissaient entre eux pour créer des molécules clés - les nucléosides. Le nucléoside est connu pour être formé par le sucre ribose ou désoxyribose et l'une des cinq bases azotées: adénine, guanine, thymine, cytosine ou uracile. Les nucléosides sont des précurseurs de nucléotides, dont, à leur tour, l'ADN et l'ARN sont composés. Pour qu'un nucléoside se transforme en nucléotide, un composant supplémentaire est nécessaire - les résidus d'acide phosphorique.
Pourquoi les nucléosides sont-ils au premier plan? Cette question est répondue par un concept scientifique connu sous le nom d'hypothèse du monde de l'ARN, qui croit que c'est l'ARN qui est à l'origine de la vie. Les molécules d'acides ribonucléiques ont été les premières à effectuer la catalyse des réactions chimiques dans le bouillon primaire, ont appris à se copier et, surtout, à véhiculer des informations héréditaires. Ces ARN sont appelés ribozymes. Si une molécule d'ARN avait la capacité de synthétiser ses propres copies, alors cette propriété était transmise de génération en génération. Parfois, la copie était accompagnée d'erreurs, à la suite desquelles de nouveaux ARN ont acquis des mutations.
Les mutations pourraient gravement nuire aux propriétés catalytiques des molécules, mais elles pourraient également altérer l'ARN, lui donnant de nouvelles capacités. Par exemple, les scientifiques ont découvert que certaines mutations accélèrent le processus d'autocopie, et les ribozymes modifiés après un certain temps commencent à dominer les "normaux". Des biologistes moléculaires dirigés par Brian Pegel du Scripps Research Institute en Californie ont observé comment l'activité enzymatique des ribozymes a été multipliée par 90 au cours d'une évolution de trois jours dans un laboratoire. Par conséquent, même si les ribozymes étaient initialement peu actifs, l'évolution moléculaire pourrait les transformer en machines catalytiques idéales.
Néanmoins, l'hypothèse du monde de l'ARN se heurte à un certain nombre de difficultés. Par exemple, on ne sait pas comment la synthèse abiogénique, c'est-à-dire sans la participation d'organismes vivants, pourrait se produire. Alors que de nombreux arguments ont été trouvés en faveur du monde de l'ARN, la question clé - comment il est né - reste une pierre d'achoppement.
Certains scientifiques suggèrent que les composés chimiques à partir desquels les nucléosides se sont formés ne pourraient pas apparaître dans des conditions terrestres, mais ont été amenés sur la planète depuis l'espace. Il convient de noter, cependant, que le problème est associé aux nucléosides puriques - adénosine et guanosine, contenant respectivement de l'adénine et de la guanine. Pour les molécules de pyrimidine contenant de la cytosine, de la thymine ou de l'uracile, on connaît des voies de synthèse qui pourraient bien exister à l'origine de la vie. Les réactions chimiques de type domino conduisent à la formation de grandes quantités de pyrimidines nécessaires.
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Les scientifiques ont proposé une voie possible pour la formation de nucléosides puriques, mais elle peut conduire à l'apparition de nombreux autres composés, parmi lesquels les nucléosides nécessaires ne représenteraient qu'une petite fraction. Le simple fait de brosser les purines ne fonctionnera pas, car elles ne sont pas seulement des composants intégraux de l'ARN et de l'ADN, mais forment également de l'adénosine triphosphate (ATP), qui est impliquée dans le métabolisme de l'énergie et des substances dans le corps, et de la guanosine triphosphate, qui sert de source d'énergie pour la synthèse des protéines.
Un moyen simple de former un nucléoside comme l'adénosine consiste à combiner l'adénine avec le ribose en présence de NH4OH. Le ribose se fixe à l'un des atomes d'azote de l'adénine, seulement il en a plusieurs, et seul l'azote en neuvième position devrait participer à la synthèse de l'adénosine. De plus, il s'avère que cet atome d'azote n'est pas très réactif. Cela signifie que si l'hypothèse du monde de l'ARN est correcte (ce qui est plus que probable), il doit y avoir un autre moyen de synthétiser l'adénosine et la guanosine dans le bouillon primaire.
Dans une nouvelle étude, les scientifiques ont proposé une voie différente pour la synthèse des nucléosides puriques qui résout le problème et renforce la position du concept du monde de l'ARN. Tout commence avec des molécules d'aminopyrimidine, qui se forment facilement à partir d'un composé aussi simple que NH4CN. Cela se produit par la formation de guanidine, il réagit ensuite avec l'aminomalonitrile, entraînant la formation d'une molécule de tétraaminopyrimidine. Il s'oxyde facilement dans un environnement contenant de l'oxygène, mais reste stable dans l'atmosphère sans oxygène qui était caractéristique de la Terre avant la naissance de la vie. En plus de la tétraaminopyrimidine, d'autres molécules similaires peuvent se former: la triaminopyrimidinone et la triaminopyrimidine. Tous ces composés sont facilement solubles dans l'eau.
Plus important encore, pour les trois aminopyrimidines, seul un certain atome d'azote est réactif, ce qui résout le problème de la participation à la réaction d'autres atomes, qui est caractéristique de l'adénine. L'environnement acidifié conduit au fait que les atomes d'azote dans le cycle attachent des protons et bloquent tous les groupes amino externes, à l'exception de celui situé en cinquième position. Lorsqu'un mélange d'aminopyrimidines et d'acide formique est chauffé, un seul composé possible se forme - la formamidopyrimidine. Le rendement de la réaction est de 70 à 90 pour cent.
La formamidopyrimidine, malgré sa similitude avec les purines, est dépourvue de leurs inconvénients. L'atome d'azote en neuvième position, il s'est avéré, est le plus réactif, et la réaction avec le ribose en milieu alcalin conduit toujours au même résultat: la synthèse de squelettes carbonés pour les nucléosides puriques. Fait intéressant, la formamidopyrimidine est activement impliquée dans la formation du ribose à partir du glycolaldéhyde et du glycéraldéhyde, facilitant la synthèse de nucléosides dans un environnement ammoniacal. En général, les scientifiques ont réussi à découvrir une voie pour la formation de précurseurs nucléotidiques à partir des dérivés d'ammoniac les plus simples. De tels dérivés ont été récemment trouvés sur la comète Churyumov-Gerasimenko, ce qui confirme le point de vue sur la participation active des comètes à fournir à la Terre tout ce qui est nécessaire à l'émergence de la vie.
Cependant, l'évolution chimique soulève bien d'autres questions et pour y répondre, il faudra les efforts de chercheurs du monde entier. Une image complète de l'abiogenèse devrait décrire non seulement l'émergence de nucléotides et d'autres molécules organiques sans la participation d'organismes vivants, mais aussi leur interaction dans les conditions de la Terre primitive, l'interaction qui a conduit à la formation des premières cellules.
Alexandre Enikeev
