Origine de la vie vers le monde ARN

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L'origine de la vie est toujours d'actualité   


Les travaux scientifiques sur les origines de la vie adoptent des approches diverses fondées sur la biologie, la biochimie ou la chimie. L'approche expérimentale des origines de la vie a commencé dans les années 1950, grâce aux travaux de Miller confirmant la possibilité d'une synthèse d'acides aminés et d'autres molécules organiques dans les conditions particulières de la terre avant l'apparition de la vie.  
La première preuve de la vie sur Terre provient de fossiles découverts en Australie occidentale qui remontent à environ 5 milliards d'années.
La vie organique nécessite des matériaux capables de se multiplier, de s'adapter et de se régénérer. Les êtres vivants sont riches en protéines, en acides aminés, et en enzyme. Les enzymes sont des protéines spécifiques capables de déclencher des réactions chimiques. On les nomme catalyseurs.
Une protéine est un polymère d'acides aminés. L'ADN et l'ARN sont des polymères de nucléotides. Les protéines forment les muscles, les os, la peau, les cheveux et toutes les parties structurales des cellules et des corps. Les humains peuvent produire bien plus de 100 000 protéines, une bactérie peut produire un à deux milles protéines différentes.

abs11.5 rouge Les théories disponibles sur l'origine de la vie.

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abs11.5 rose Étincelle électrique et naissance des acides aminés

La foudre pourrait avoir fourni l'étincelle nécessaire à la vie. Les étincelles électriques peuvent générer des acides aminés et des sucres à partir d'une atmosphère chargée d'eau, de méthane, d'ammoniac et d'hydrogène, comme le montre la célèbre expérience Miller-Urey rapportée en 1953, suggérant que la foudre aurait pu aider à créer les principaux éléments de la vie sur Terre dans ses premiers jours.
Dans les années 1920, le scientifique russe Aleksandr Oparin et le scientifique anglais JBS Haldane ont proposé l'hypothèse d'Oparin-Haldane : la vie sur terre pourrait découler, pas à pas, à partir de la matière non vivante par un processus d'évolution chimique progressive.
Dès 1924, Alexandre Oparin suggéra que les molécules organiques utilisées par les premiers systèmes vivants furent fabriquées dans l'atmosphère primitive à partir de méthane, CH4. L'hypothèse d'Oparin se trouva confortée trente ans plus tard par l'expérience de Stanley Miller qui obtint quatre acides aminés protéiques en soumettant un mélange gazeux de méthane, d'hydrogène, d'ammoniac et d'eau à des décharges électriques.

Oparin et Haldane pensaient qu'au début, la Terre avait une atmosphère pauvre en oxygène dans laquelle les molécules ont tendance à donner des électrons. Ces molécules inorganiques auraient pu réagir avec l'énergie de la foudre ou du soleil pour former des des acides aminés et ses nucléotides.
Ces blocs de construction pourraient avoir été combinés dans d'autres réactions, formant des molécules plus larges et plus complexes (polymères) comme des protéines et des acides nucléiques, peut-être dans des bassins au bord de l'eau.
Les molécules organiques ont pu également se former dans les sources chaudes sous-marines.
En 1992, Hiroshi Yanagawa et Kensei Kobayashi ont simulé en laboratoire les conditions d'environnements sous-marins (pression de 200 kg/cm2). Ils ont identifié des traces d'acides aminés comme la glycine et l'alanine en partant d'un mélange de méthane et d'azote.

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abs11.5 rose L'argile : Le minéral devient organique

Une étude récente utilisant une approche différente de Miller et Urey a découvert que les nucléotides d'ARN pourraient être formés à partir de composants inorganiques dans des conditions ressemblant à celles de la terre primitive.
A partir de ces expériences, il semble raisonnable d'imaginer que certains des blocs de la vie auraient pu se former sur la terre primitive.  
Cairns-Smith suggère que les cristaux minéraux dans l'argile auraient pu organiser les molécules organiques. Après un certain temps, les molécules organiques ont évolué pour devenir autonomes.  

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abs11.5 rose Commencement simple : Des petits deviennent polymères

La vie exige le groupement des petits blocs dans des ensembles plus complexes, les polymères. C'est-à-dire le groupement des acides aminés pour créer des protéines, et les nucléotides pour créer ADN ou ARN.

Dans les années 1950, le biochimiste Sidney Fox et ses collègues ont découvert que si les acides aminés étaient chauffés en l'absence d'eau, ils pouvaient se lier pour former des protéines. Fox a suggéré que l'eau de l'océan, chauffée par un flux de lave aurait pu produire des protéines.
D'autres expériences dans les années 1990 ont montré que les nucléotides d'ARN peuvent être liés ensemble lorsqu'ils sont exposés à une surface d'argile qui peut agir comme un catalyseur pour former un polymère d'ARN.  L'argile comme d'autres surfaces minérales auraient pu jouer un rôle dans la formation de polymères.

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abs11.5 rose Panspermia : Les molécules organiques venues de l'espace

L'idée que des molécules organiques pourraient voyager vers la Terre sur des météorites peut ressembler à la science-fiction. Les scientifiques ont découvert que les molécules organiques peuvent être produites à partir de simples précurseurs chimiques présents dans l'espace, dans des conditions qui pourraient exister (irradiation UV élevée et basse température).
Diverses météorites se sont révélées contenir des composés organiques (dérivés de l'espace et non de la Terre). Une météorite, ALH84001, venue de Mars contenait des molécules organiques. Une autre météorite, la météorite de Murchison portait des bases azotées (comme celles trouvées dans l'ADN et l'ARN), ainsi qu'une grande variété d'acides aminés.
Une météorite tombée en 2000 au Canada contenait de minuscules structures organiques appelées "globules organiques". Les scientifiques de la NASA pensent que ce type de météorite pourrait être tombé sur Terre au début de l'histoire de la planète, en l'ensemençant avec ce type de composés.
Les sondes Vega-1 et 2 ont permis de montrer que la comète de Halley est riche en matériau organique. Parmi les molécules identifiées, on retrouve l'acide cyanhydrique et le formaldéhyde. D'autres molécules ont été trouvées dans les comètes Hyakutake en 1996 et dans la comète de Hale-Bopp en 1997.

abs11.5 rose Le monde ARN

C'est la théorie la plus populaire actuellement.
Toutes les cellules vivantes possèdent trois grandes classes d'ARN, impliquées dans la biosynthèse des protéines : les ARN messagers (ARNm), les ARN de transfert (ARNt), et les ARN ribosomaux (ARNr).
Synthétisés dans le noyau cellulaire au cours de la " transcription " des gènes faisant partie de l'ADN des chromosomes, ces ARN, en simples brins, sont transférés dans le cytoplasme de la cellule après différentes étapes de " maturation ". À côté de ces ARN, on connaît depuis peu, de petits ARN non codants (dits ARNnc), encore appelés ARNnm (ou ARN non messagers).
L'hypothèse de "premiers gènes" suggère que l'ARN était le premier matériel génétique. L'ARN peut transporter l'information et agir comme un catalyseur (comme enzyme.)
Les catalyseurs d'ARN sont les ribozymes.
Dans la théorie du monde ARN, les ribosomes auraient pu jouer un rôle clé dans le déclenchement des réactions chimiques. Un ARN auto-répliquant pourrait transmettre du matériel génétique de génération en génération, répondant aux critères les plus élémentaires de la vie.
Dans les années 1980, Thomas Cech découvre que certains ARN sont capables d'exercer une activité catalytique à l'instar des enzymes protéiques. Il montra, par exemple, qu'un fragment d'ARN d'un protozoaire était sectionné sans l'intervention d'aucun enzyme.
Ces données peuvent étayer l'hypothèse selon laquelle l'ARN serait apparu avant l'ADN au cours de l'évolution biochimique, et dès lors, certains considèrent l'ADN comme un ARN modifié, pour une meilleure conservation de l'information génétique.
Certains scientifiques pensent qu'une molécule de type "ARN-like" encore plus simple possédant une capacité catalytique et porteuse d'informations pourrait être la première à avoir servi de modèle pour la synthèse de l'ARN. C'est ce que l'on appelle parfois l'hypothèse "pré-ARN monde"

abs11.5 rose La Théorie ADN / ARN (2016)

Une nouvelle étude menée par des scientifiques de l'Institut de recherche Scripps (TSRI) offre une autre vision sur la façon dont la vie sur Terre a commencé il y a environ quatre à cinq milliards d'années.
L'étude ne questionne pas l'hypothèse "le monde ARN ".  La nouvelle recherche suggère que l'ARN et l'ADN ont évolué simultanément.
L'étude a été publiée récemment dans la revue Angewandte Chemie.

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mercredi 17 janvier 2018
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