ÉVOLUTION PRÉBIOTIQUE: OÙ CELA S'EST PASSÉ ET CE QUI EST NÉCESSAIRE - LA BIOLOGIE - 2025

Le terme d' évolution prébiotique fait référence à la série de scénarios hypothétiques qui cherchent à expliquer l'origine de la vie à partir de matière non vivante dans un environnement dans des conditions primitives.

Il a été suggéré que les conditions de l'atmosphère primitive étaient fortement réductrices, ce qui favorisait la formation de molécules organiques, telles que les acides aminés et les peptides, qui sont les éléments constitutifs des protéines; et les purines et pyrimidines, qui composent les acides nucléiques - ADN et ARN.

Source: pixabay.com

Conditions primitives

Imaginer comment les premières formes de vie ont émergé sur Terre peut être une question difficile - et même presque impossible - si nous ne nous plaçons pas dans le bon environnement primitif.

Ainsi, la clé pour comprendre la vie des molécules abiotiques en suspension dans la fameuse «soupe primitive» est l'atmosphère de cet environnement éloigné.

Bien qu'il n'y ait pas d'accord total sur la composition chimique de l'atmosphère, puisqu'il n'y a aucun moyen de la confirmer complètement, les hypothèses vont de compositions réductrices (CH ₄ + N ₂, NH ₃ + H ₂ O ou CO ₂ + H ₂ + N ₂) vers des environnements plus neutres (avec uniquement CO ₂ + N ₂ + H ₂ O).

Il est généralement admis que l'atmosphère manquait d'oxygène (cet élément augmentait considérablement sa concentration avec l'arrivée de la vie). Pour une synthèse efficace des acides aminés, des purines, des pyrimidines et des sucres, la présence d'un environnement réducteur est nécessaire.

Dans le cas où l'atmosphère réelle à l'époque ne présentait pas ces conditions chimiques prébiotiques, les composés organiques devaient provenir de particules de poussière ou d'autres corps spatiaux tels que les météorites.

Où s'est produite l'évolution prébiotique?

Il existe plusieurs hypothèses relatives à l'espace physique sur Terre qui ont permis le développement des premières biomolécules et réplicateurs.

Une théorie qui a gagné une suite significative dans la formation initiale de biomolécules dans les évents hydrothermaux dans l'océan. Cependant, d'autres auteurs la trouvent improbable et discréditent ces régions en tant qu'agents importants de la synthèse prébiotique.

La théorie propose que la synthèse chimique se soit produite par le passage de l'eau dans un gradient de terme de 350 ° C à 2 ° C.

Le problème avec cette hypothèse se pose parce que les composés organiques se décomposent à des températures élevées (350 ° C) au lieu d'être synthétisés, ce qui suggère des environnements moins extrêmes. L'hypothèse a donc perdu son appui.

Que faut-il pour l'évolution prébiotique?

Pour réaliser une étude liée à l'évolution prébiotique, il est nécessaire de répondre à une série de questions qui permettent de comprendre l'émergence de la vie.

Il faut se demander quel type de processus catalytique a favorisé l'origine de la vie et d'où provient l'énergie qui a favorisé les premières réactions. En répondant à ces questions, on peut aller plus loin et se demander si les premières molécules à apparaître étaient des membranes, des réplicateurs ou des métabolites.

Nous allons maintenant répondre à chacune de ces questions pour comprendre une origine possible de la vie dans un environnement prébiotique.

Catalyseurs

La vie, telle que nous la connaissons aujourd'hui, nécessite une série de «conditions modérées» pour se développer. Nous savons que la plupart des êtres organiques existent là où la température, l'humidité et le pH sont physiologiquement acceptables - à l'exception des organismes extrémophiles qui, comme leur nom l'indique, vivent dans des environnements extrêmes.

L'une des caractéristiques les plus importantes des systèmes vivants est l'ubiquité des catalyseurs. Les réactions chimiques des êtres vivants sont catalysées par des enzymes: des molécules complexes de nature protéique qui augmentent la vitesse des réactions de plusieurs ordres de grandeur.

Les premiers êtres vivants doivent avoir eu un système similaire, probablement des ribozymes. Dans la littérature, il existe une question ouverte de savoir si l'évolution prébiotique aurait pu se produire sans catalyse.

Selon les preuves, en l'absence d'un catalyseur, une évolution biologique aurait été hautement improbable - car les réactions auraient pris des intervalles de temps monumentaux pour se produire. Par conséquent, leur existence est postulée au cours des premières étapes de la vie.

Énergie

L'énergie de la synthèse prébiotique devait apparaître de quelque part. Il est proposé que certaines molécules inorganiques, comme les polyphosphates et les thioesters, auraient pu jouer un rôle important dans la production d'énergie pour les réactions - à une époque antérieure à l'existence de la fameuse «monnaie» énergétique des cellules: l'ATP.

Sur le plan énergétique, la réplication des molécules porteuses de l'information génétique est un événement très coûteux. Pour une bactérie moyenne, telle que E. coli, un seul événement de réplication nécessite 1,7 * 10 ¹⁰ molécules d'ATP.

Grâce à l'existence de ce chiffre extraordinairement élevé, la présence d'une source d'énergie est une condition incontestable pour créer un scénario probable à l'origine de la vie.

De même, l'existence de réactions de type «redox» aurait pu contribuer à la synthèse abiotique. Au fil du temps, ce système pourrait devenir des éléments importants du transport des électrons dans la cellule, liés à la production d'énergie.

Lequel des composants cellulaires est né en premier?

Il y a trois composants de base dans une cellule: une membrane, qui délimite l'espace cellulaire et le transforme en une unité discrète; les réplicateurs, qui stockent des informations; et les réactions métaboliques, qui se produisent dans ce système. L'intégration fonctionnelle de ces trois composants donne naissance à une cellule.

Par conséquent, à la lumière de l'évolution, il est intéressant de se demander lequel des trois s'est posé en premier.

La synthèse des membranes semble simple, puisque les lipides forment spontanément des structures vésiculaires capables de croître et de se diviser. La vésicule permet le stockage des réplicateurs et maintient la concentration des métabolites.

Maintenant, le débat se concentre sur le leadership de la réplication par rapport au métabolisme. Ceux qui accordent plus de poids à la réplication affirment que les ribozymes (ARN avec un pouvoir catalytique) ont pu se répliquer et que grâce à l'apparition de mutations, un nouveau système métabolique pourrait apparaître.

Le point de vue opposé met en évidence l'importance de la génération de molécules simples - comme les acides organiques présents dans le cycle de l'acide tricarboxylique - pour la combustion sous des sources de chaleur modérées. Dans cette perspective, les premières étapes de l'évolution prébiotique ont impliqué ces métabolites.

Références

1. Anderson, PW (1983). Un modèle suggéré pour l'évolution prébiotique: l'utilisation du chaos. Actes de l'Académie nationale des sciences, 80 (11), 3386-3390.
2. Hogeweg, P. et Takeuchi, N. (2003). Sélection à plusieurs niveaux dans des modèles d'évolution prébiotique: compartiments et auto-organisation spatiale. Origines de la vie et évolution de la biosphère, 33 (4-5), 375-403.
3. Lazcano, A. et Miller, SL (1996). L'origine et l'évolution précoce de la vie: la chimie prébiotique, le monde pré-ARN et le temps. Cell, 85 (6), 793-798.
4. McKenney, K. et Alfonzo, J. (2016). Des prébiotiques aux probiotiques: l'évolution et les fonctions des modifications de l'ARNt. Vie, 6 (1), 13.
5. Silvestre, DA et Fontanari, JF (2008). Modèles de packages et crise de l'information sur l'évolution prébiotique. Journal de biologie théorique, 252 (2), 326-337.
6. Wong, JTF (2009). Évolution prébiotique et astrobiologie. CRC Press.