Prélude de la Vie sur Terre (ADN & ARN) |
De l'Eau de Pluie à l'Origine de la Vie |
H.J. - SCIENCES ET AVENIR N°932 > Octobre > 2024 |
Le Bon Sel de la Vie à ARN |
M.T. - POUR LA SCIENCE N°531 > Janvier > 2022 |
ADN et ARN même Origine ? |
M.T. - POUR LA SCIENCE N°516 > Octobre > 2020 |
De l'ARN formé dans une Soupe Primordiale ? |
L.G. - POUR LA SCIENCE N°506 > Décembre > 2019 |
L'Inosine : Ingrédient possible des Débuts de la Vie |
BIOCHIMIE |
S.B. - POUR LA SCIENCE N°495 > Janvier > 2019 |
Un Prédécesseur de l'ADN aurait été Trouvé |
GÉNÉTIQUE |
Et si l'on venait de trouver la trace de la première molécule génétique ? Si l'ADN reste la forme reine de stockage de l'information dans le vivant, certaines théories font de l'ARN, son cousin, un prédécesseur.
Entre les deux acides nucléiques, peu de différences : le squelette est le même, alternant sucre et phosphate, et s'y accrochent quatre "basses" quasiment identiques. Des chercheurs américains et suédois sont peut-être remontés au-delà, en étudiant des cyanobactéries venant de toute la planète. En effet, si ces micro-organismes apparus il y a 3,5 milliards d'années possèdent bien de l'ADN, les chimistes ont découvert qu'ils produisaient également du N-(2-aminoethyl) glycine : la molécule de base du squelette d'un autre type d'acide nucléique, les acides nucléiques peptidiques (ANP). "Avec ce squelette très simple et très stable, on peut penser que cette molécule porteuse de l'information génétique ait pu apparaître avant l'ARN et l'ADN", indique Marie-Christine Maurel, du Laboratoire acides nucléiques et biophysique à l'université Paris-VI. Déjà créés en laboratoire, ces ANP n'avaient jamais été observés à l'état naturel. Patrick Forterre, de l'Institut Pasteur, met toutefois en garde : "Vu les conditions extrêmes sur la Terre il y a 3 milliards d'années, la synthèse d'ANP n'était certainement pas plus facile que la synthèse d'ARN". Le débat n'est donc toujours pas tranché.
O.D. - SCIENCE & VIE > Mars > 2013 |
Quel fut Le Premier Être Vivant ? |
Comment, sur notre planète, le matière inerte est-elle devenue vivante ? Telle est l'autre grande quête des exobiologistes. Car chercher de la vie ailleurs ne va pas sans comprendre comment elle a vu le jour ici. Les molécules organiques ont une "armature" formée d'atomes de carbone. Elles contiennent aussi de l'hydrogène, et souvent d'autres éléments (oxygène, azote...)
Première difficulté : notre planète recycle en permanence ses roches... et, avec elles, les indices des premiers pas de la vie terrestre. Si bien que les plus anciens fossiles - des édifices minéraux construits par des colonies de bactérie - ne remontent guère au-delà de 3,5 milliards d'années. Or, qui dit bactérie dit vie déjà très évoluée. Notre plus vieil ancêtre, lui, ressemblait sans doute à une bête molécule d'ARN (voir ADN) ou quelque chose d'approchant.
À quel moment d'ailleurs, peut-on considérer avoir affaire à un être vivant ? C'est la deuxième difficulté tant la vie est malcommode à définir ! "On considère qu'une structure est vivante si elle a la capacité de faire des copies d'elle-même, résume Hervé Cottin, astrochimiste et exobiologiste. Mais en commettant parfois des erreurs, qui font naître des copies un peu différentes, ce qui permet l'évolution". Reste que, pour certains chercheurs, une seule molécule est un peu chiche ; pour la déclarer vivante, ils aimeraient la voir ornée d'une coque chimique qui la sépare du milieu extérieur. Et pourquoi pas escortée par des petites molécules qui filent des coups de main. À coup d'expériences, ils tentent de valider ces scénarios et de bricoler des ARN capables de se dupliquer dans les conditions qui régnaient sur la Terre primitive. Mais - et c'est la troisième difficulté -, on n'a aucune certitude sur ces conditions. On sait que l'eau, jugée indispensable à la vie, était déjà là.
Pour le reste, composition de l'atmosphère, molécules organiques déjà présentes au fond des océans, etc., on barbote dans les incertitudes.
S.R.-C. - SCIENCE & VIE JUNIOR HS > Décembre > 2010 |
Ils rejouent en direct le Prélude de la Vie sur Terre |
En explorant une voie inédite, des chimiste ont réussi à obtenir des nucléotides, unités de base de l'ARN, dans des conditions proches de celle de la Terre primitive. Une avancée capitale. La prochaine étape vise maintenant à percer le secret de l'assemblage des nucléotides.
L'expérience se déroule au département de chimie de chimie de l'université de Manchester, le plus grand d'Europe. Dans un ballon en verre marinent 3 - et seulement 3 - composés chimiques. Et voici qu'une semaine plus tard, des nucléotides se trouvent au fond de la soupe. Un magnifique résultat. Car les nucléotides sont les unités de base de l'ARN, cette molécule polyvalente du vivant - tantôt mmessagère de l'information génétique, tantôt tête de lecture de cette dernière, tantôt enzyme - et dont certains supposent qu'elle est le précurseur de l'ADN et des protéines. En clair, ce qui vient de se révéler dans un simple ballon de verre, c'est tout bonnement l'un des mystères de l'apparition de la vie sur Terre !
Pour comprendre, il faut savoir que chacun des 4 nucléotides de l'ARN est composée d'une base azotée, d'un molécule de sucre et d'un groupement phosphate, soit des molécules assez simples. Et toutes la difficulté que, jusqu'à l'expérience de Manchester, personne n'était parvenu à surmonter, consistait à partir de ces éléments de base, à recréér des nucléotides dans les conditions de températures et de pression qui régnaient à la surface de notre planète il y a 4 milliards d'années".
"Nous savions que nous étions proches de quelque chose d'important, d'inédit. Nous étions très excités", explique John Sutherland, le directeur du laboratoire, qui travaille depuis vingt ans dans le domaine de la chimie prébiotique. L'avancée est d'autant plus capitale que les chimistes butaient sur le problème depuis un demi-siècle ! Cela les avait conduits à échafauder deux scénarios pour expliquer l'apparition de l'ARN, rappelle John Sutherland : "Soit au départ, il y avait des molécules plus simples, des pré-ARN, qui avaient un sucre différent du ribose que l'on a dans l'ARN ; soit nous n'avions pas trouvé la bonne façon d'assembler le sucre et la base". Dans la pratique, la plupart des spécialistes ont orienté leurs travaux vers la thèse des pré-ARN. Mais cela n'a fait que reporter le problème puisqu'ils se sont retrouvés confrontés à la difficulté insurmontable de passer du pré-ARN à l'ARN... "Nous nous sommes donc dit : si on ne peut pas arriver à joindre le sucre et la base, changeons de chemin !", se remémore John Sutherland, qui s'attache à porter sur les molécules un regard différent de celui de la chimie classique. Au lieu de considérer les trois entités du nucléotide séparément et d'essayer de les lier ensemble, il a décidé d'explorer une solution originale en fragmentant le processus, c'est-à-dire en tentant de faire émerger un précurseur commun, misucre mi-base.
Retour au laboratoire de Manchester, d'un blanc immaculé. "À partir de briques élémentaires (glycéraldéhyde, cyanimide, cyanoacétaldéhyde, cyanoacétylène, phosphate inorganique) qu'on supposait présentes dans une mare d'eau il y a 4 milliards d'années, on a imaginé un cycle plausible, avec des périodes de soleil entraînant de l'évaporation, puis de pluie, qui conduirait à la formation des nucléotides", explique Béatrice Gerland, post-doctorante française de l'équipe. Le ballon est donc chauffé, puis refroidi, alors que des tuyaux souples apportent en permanence de l'azote gazeux, présent en grande quantité dans l'atmosphère prébiotique. Une fois le précurseur commun (2-aminooxazol) formé, tout va très vite. L'accumulation de plusieurs molécules de ce précurseur permet d'obtenir le sucre - le ribose - et la base azotée - la cytosine - liés ensemble.
2 NUCLÉOTIDES SUR 4 : Suit une étape qui ajoute le phosphate manquant pour que le nucléotide soit complet et le tour est presque joué. Presque, car il reste le point d'orgue de l'expérience, qui consiste à tenir compte de l'absence d'une couche d'ozone protectrice dans l'atmosphère primitive, engendrant un bombardement permanent de rayons ultraviolets. Trois jours durant, le ballon est donc irradiéavec une lampe UV. Pendant ce temps, on ne voit rien d'autre qu'une lumière bleue violacée, mais l'ultime étape se déroule : certains nucléotides portant de la cytosine vont se transformer en nucléotides portant de l'uracile. Résultat de cette manipulation : l'obtention de deux des quatre nucléotides de l'ARN, la cytosine et l'uracile. Qu'en est-il des deux autres nucléotides, l'adénosine et la guanine ? John Sutherland, confiant, pense qu'il sera simple de les obtenir en fabriquant un autre précurseur commun.
Quand ces deux nucléotides seront synthétisés, pourra-t-on alors dire que triomphe l'école du "monde ARN", qui pense que l'ARN est apparu le premier sur le chemin de la cellule ? Sera-ce la débâcle pour les chercheurs qui privilégiaient la piste des protéines ou celle des lipides ? John Sutherland se veut prudent : "Pour nous, il y a eu tout en même temps : les quatre nucléotides, les protéines et les lipides". C'est ainsi qu'au sein du département de chimie de l'université de Manchester, le travail se poursuit dans ce sens : des étudiants cherchent à comprendre comment l'assemblage des nucléotides s'est fait, mais aussi à évaluer la possibilité que les lipides soient apparus en même temps que l'ARN. Et Matthew Powner, jeune thésard du laboratoire, de conclure : "pour comprendre l'origine de la vie, on pensait qu'il faudrait encore cent ou deux cents ans, mais peut-être, y parviendra-t-on en moins de dix ans..."
M.C. - SCIENCE & VIE > Août > 2009 |
Comment la Vie est Apparue ? |
C'est peut-être la plus frissonnante des énigmes. Celle qui chuchote à notre oreille depuis toujours. Au point que toutes les civilisations possèdent leur "genèse" tentant d'expliquer, à coup de mythes et de souffle divin animant la matière, comment la vie a bien pu apparaître sur Terre.
Depuis, la science s'est bien sûr emparée de la question, et plutôt deux fois qu'une. Car longtemps, deux thèses se sont opposées : le vitalisme, pour qui la présence d'un fluide vital permettait de distinguer matière vivante et inerte ; et la génération spontanée, qui trouvait normal que se forment spontanément de petits animaux dans leur milieu nourricier traditionnel. Sauf qu'au XIXè siècle, des manipulations chimiques vont révéler que de la matière inerte peut produire des composés propres au vivant. Tandis que Pasteur montre que les micro-organismes n'apparaissent pas spontanément, mais colonisent des milieux. Il faut s'y faire, l'origine de la vie s'avère bien pluscomplexe qu'on ne le croyait.
Mais où chercher la clé de l'énigme ? Dans les traces les plus anciennes de vie sur Terre ? L'idée a bien sûr été exploitée. Et à la fin des années 1980, la découverte de bactéries primitives fossilisant sous forme de concrétions calcaires a finalement permis d'établir que la vie existait sur Terre il y a environ 3,8 milliards d'années, soit 800 millions d'années après la fomation de notre planète. Oui, mais cet acte de naissance officiel n'est que celui de bactéries archaïques ayant pu être identifiées parce qu'elles ressemblent à leurs lointaines descendantes contemporaines ! Or de plus anciennes traces de vie pourraient n'avoir rien de commun avec celles que nous connaissons aujourd'hui. Comment le savoir ?
Les stromatolithes, bactéries fossilisées sous forme de calcaire apparues il y a 3,8 milliards d'années. Ces plus anciens témoins de la vie sur Terre ne disent rien sur son origine. ->
En parallèle, la science suivait heureusement déjà une autre voie : celle de l'intimité de la matière. Comment s'anime-t-elle ? Comment passe-t-on des atomes et des molécules aux bactéries ? Ces questions, biologistes et chimistes la creusent depuis des décennies. Avec un objectif : trouver les briques élémentaires de la vie et les conditions nécessaires à leur organisation en entités vivantes. Une première réponse est venue en 1920 des biochimistes russe et britannique Alexandr Oparine et John Haldane. Leur idée ? Sur la jeune Terre devaient régner des conditions infernales (température et pression élevées, décharges électriques) capables d'assembler les plus simples des molécules organiques à partir des minéraux, de l'eau et des composants de l'atmosphère. Cette "soupe primitive" est une prédiction osée... que l'expérience d'un jeune chimiste américain, Stanley Miller, va valider en 1953 ! Car en mêlant dans un ballon chauffé et déchiré par des arcs électriques de l'eau, de l'ammoniac, de l'hydrogène et du méthane, celui-ci a la surprise de voir apparaître des molécules organiques, dont quelques acides aminés, soit les briques élémentaires des protéines. Une révélation ! Cinquante ans durant, nombre de chercheurs vont reconduire cette expérience, testant diverses atmosphères primitives possibles... jusqu'à finalement obtenir les 20 acides aminés connus, des glucides, des lipides, des bases azotées et des sucres. Bref, tout le matériel de base du vivant semble réuni. Un magnifique succès... qui ne règle pourtant pas l'affaire.
L'ARN, MOLÉCULE CLÉ ? Car une nouvelle question se pose : comment passe-t-on de ces briques élémentaires aux briques essentielles (les protéines et les acides nucléiques, ADN et ARN) ? Certes, dès 1965, l'Américain Sidney W. Fox réussit à synthétiser des assemblages de nombreux acides aminés, appelés protéinoïdes. Mais ces structures sont loin d'être aussi complexes que nombre de protéines produites par les organismes vivants ! Et surtout, elles ne lèvent pas le voile sur un paradoxe apparu au fil des progrès de la génétique. À savoir que, chez tous les êtres vivants connus, la transmission des caractères passe par les protéines qui recopient l'ADN, qui lui-même est indispensable pour synthétiser... les protéines ! Lequel est apparu le premier ? Ni l'un ni l'autre, affirme Leslie Orgel dès les années 1960. Pour ce chimiste britannique, c'est l'ARN, jusque-là vu comme un simple intermédiaire entre ADN et protéines, qui serait arrivé avant tout le monde. Grâce à deux avantages décisifs : sa capacité à catalyser des réactions chimiques - donc de produire des protéines - et à se répliquer - donc de transmettre des caractères. D'où l'idée d'un "monde à ARN" primitif, que la découverte en 1982 des ribozymes - une variété d'ARN aux capacités catalytiques attestées - viendra conforter. L'ARN serait-il alors la molécule clé ?
Le problème, c'est que l'ARN et l'ADN ne sont pas les seuls à pouvoir se répliquer. À preuve, la création in vitro par le chimiste Julius Rebek d'un mécanisme de réplication organique non basé sur les acides nucléiques. Réplication et catalyse ne seraient donc pas si fiables pour caractériser le vivant... Et de fait, les spécialistes semblent s'y perdre, au point de faire coexister aujourd'hui plus de 300 définitions de la vie ! Et que dire des virus, dont nul ne sait s'ils sont vivants : inertes en général, mais animés quand ils se répliquent ; porteurs de leur information génétique, mais incapables de la répliquer seuls... L'origine de la vie garde tout son mystère.
À moins qu'il ne faille chercher ailleurs ! Car dans l'espace ou dans les débris de météorites écrasées sur Terre ont été découvertes à ce jour pas moins d'une centaine de molécules organiques. La Terre aurait-elle pu être "ensemencée" par l'espace ? L'hypothèse, dite de panspermie, est prise au sérieux, qui entraîne d'autres questions ! La vie existe-t-elle ailleurs ? Sous quelle forme ? Pourrions-nous la détecter ?... Après les fossiles et les éprouvettes, la solution pourrait finalement venir des télescopes...
E.R. - SCIENCE & VIE > Août > 2008 |
L'ARN peut s'Autorépliquer |
BIOSYNTHÈSE |
Des chercheurs de l'Institut Scripps Research en Californie ont réussi à répliquer de l'ARN sans l'aide de protéines. Modélisation d'une molécule d'ARN (->).
Ils ont associé deux ARN dont chacun assure la réplication de l'autre. Le système s'autoréplique ainsi indéfiniment à l'identique. Avec parfois des erreurs, sources de mutations et donc de diversité, comme avec l'ADN.
Voilà qui renforce l'hypothèse que les prémices de la vie reposent sur des ARN jouant tous les rôles nécessaires à la vie.
O.D. - SCIENCE & VIE > Mars > 2009 |