Selon une hypothèse, la vie précellulaire primitive est apparue il y a plus de quatre milliards d'années sur des terres parmi les volcans et les fumerolles, ce qui a fourni toute la chimie nécessaire à sa préservation et à sa nutrition. Cela aurait pu se produire à la fois sur Terre et sur Mars.
Une cellule vivante est un organisme très complexe qui combine de nombreux éléments, mécanismes et processus. Comment il s'est formé est inconnu. Certains scientifiques tentent de synthétiser une cellule dans son ensemble, d'autres passent du simple au complexe, découvrant comment ses éléments constitutifs se sont formés séparément puis ont évolué sur des milliards d'années.
On a longtemps cru que la vie provenait des océans, mais récemment, ce point de vue a été critiqué. Bien que l'eau fasse partie de la cellule, elle est nocive pour la synthèse spontanée des biomolécules. En outre, rien ne prouve que les mers et les océans existaient à la surface de la planète il y a plus de quatre milliards d'années, lorsque, vraisemblablement, le processus de l'origine de la vie a commencé.
Chimie du monde de l'ARN
Le rôle de la proto-vie est revendiqué par des molécules d'acide ribonucléique, ARN. Ils sont capables de stocker des informations, de reproduire, de synthétiser des protéines et d'exécuter indépendamment de nombreuses fonctions différentes qui, dans une cellule moderne, ont repris l'ADN, les enzymes et d'autres molécules biologiques.
Les molécules d'ARN sont constituées de nucléotides alternés liés par des ponts oxygène. Les scientifiques tentent depuis longtemps de recréer les maillons de la chaîne polymère de cette molécule complexe, mais la percée n'est intervenue qu'en 2009, lorsque les chercheurs britanniques Matthew Powner et John Sutherland ont publié les résultats d'expériences sur la synthèse de deux nucléotides d'ARN - la cytosine et l'uracile. Ils ont été obtenus dans des conditions de laboratoire à partir de matière organique simple et de phosphate après irradiation ultraviolette.
«Ils ont entièrement synthétisé deux nucléotides naturels. Ce fut une formidable avancée », déclare RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, docteur en sciences biologiques, employé de l'Institut de recherche A. N. Belozersky en biologie physique et chimique, Université d'État Lomonosov de Moscou, employé du département de physique de l'Université d'Osnabruck (Allemagne).
Vidéo promotionelle:
Le nucléotide consiste en une base azotée, des groupes sucre (ribose) et phosphate, lorsqu'il est attaché à laquelle l'énergie est stockée. Alexander Butlerov a montré comment obtenir des mélanges de sucres complexes à partir de matière organique en 1859. Un siècle et demi plus tard, le chimiste américain Steven Benner a découvert que pour que cette réaction forme sélectivement du ribose, l'oxyde de molybdène est nécessaire comme catalyseur. De plus, pour stabiliser les sucres résultants, beaucoup de borates - sels d'acide borique sont nécessaires. Benner a émis l'hypothèse que de telles conditions chimiques pourraient exister quelque part dans les déserts, comme les hauteurs de basalte sèches de Mars.
«En effet, les premiers Mars et la Terre étaient très similaires. Mars a peut-être eu une atmosphère encore plus oxydée que la Terre ancienne, et des dépôts de borate y ont été trouvés, suggérant une activité géothermique de longue date. La moitié du territoire de Mars est composée de roches âgées de plus de quatre milliards d'années, il est donc logique d'y rechercher des traces de vie. En raison de la tectonique des plaques, les roches de cet âge n'ont pas survécu sur Terre », explique Mulkidzhanyan.
Volcan Solfatara, Champs Phlégréens, Italie / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Champs Phlégréens.
Il n'y a pas de vie sans lumière
Le spécialiste de l'énergie cellulaire Armen Mulkidzhanyan a longtemps traité du problème de l'origine de la vie, qui a des traditions vénérables dans la science soviétique et russe. Qu'il suffise de dire que l'académicien Alexander Oparin est considéré comme le père fondateur de cette direction scientifique dans le monde entier.
Mulkidzhanyan et ses collègues ont suggéré que la lumière ultraviolette pourrait être un facteur clé dans la sélection des premières biomolécules. L'atmosphère ancienne ne contenait ni oxygène ni ozone. Il a conservé ces biomolécules qui pouvaient, dans un premier temps, être simplement chauffées par les rayons du soleil sans se décomposer. Ceci est démontré par le fait que toutes les bases azotées naturelles de l'ARN ont cette propriété. Mais les proto-organismes vivants auraient difficilement résisté au dur rayonnement cosmique, estime le biologiste. Cela signifie qu'il ne peut être question de leur livraison par des météorites de Mars à la Terre.
Les champs géothermiques qui se forment autour des volcans conviennent à l'origine de la vie. Au lieu d'eau, comme dans les geysers, la vapeur s'échappe des sources chaudes, saturée de tous les composants nécessaires. Il contient du dioxyde de carbone, de l'hydrogène, de l'ammoniac, des sulfures, des phosphates, du molybdène, des borates, du potassium - et il y en a plus que le sodium. Le potassium prédomine également dans les cellules de tous les organismes, car sinon la biosynthèse des protéines est impossible. Comme l'ont montré Mulkidzhanyan et ses collègues, le potassium est essentiel au fonctionnement des protéines les plus anciennes. Bioinformatique Evgeny Kunin a réussi à les calculer en 2000 lors de la reconstruction de l'ancêtre commun de tous les organismes cellulaires - LUCA (Last Universal Cellular Ancestor).
Les protéines qui codent pour les gènes LUCA utilisent également des ions zinc comme catalyseurs ou éléments constitutifs.
«Les sulfures de zinc peuvent former toutes les bactéries. Fait intéressant, les cristaux de sulfure de zinc et d'un sulfure de cadmium similaire sont capables de réduire le dioxyde de carbone en molécules organiques potentiellement «comestibles» sous la lumière ultraviolette. Par conséquent, les premiers organismes vivants pourraient se couvrir de cristaux de ces minéraux afin de se protéger des rayons ultraviolets et de se nourrir », explique le scientifique.
Le zinc est volatil, cristallise lentement et précipite, contrairement au fer et au cuivre, à la périphérie des champs géothermiques, où il n'est pas chaud.
«À la périphérie froide de ces champs, des« anneaux de vie »auraient pu se former autour des sources thermales chaudes», conclut le chercheur.
Les champs géothermiques existent toujours sur Terre - contrairement à Mars, dont les intestins se sont refroidis. Armen Mulkidzhanyan, avec le géochimiste Andrey Bychkov de l'Université d'État Lomonossov de Moscou, a étudié les conditions chimiques des fumerolles près du volcan Mutnovsky au Kamtchatka. Des conditions similaires sont observées dans le parc national de Yellowstone aux États-Unis, dans les champs géothermiques de Lardarello en Italie et de Matsukawa au Japon.
Récemment, des traces d'un champ géothermique vieux de 3,5 milliards d'années ont été découvertes dans la région de Pilbara en Australie, le même endroit où les plus anciennes traces de communautés vivantes sur Terre ont été trouvées.
Tatiana Pichugina