L’un des processus fondamentaux de la vie est la réplication des acides nucléiques, de l’ADN et de l’ARN. Ce mécanisme moléculaire complexe permet de produire, à partir d’un moléculemolécule initiale, deux molécules filles identiques. Toute vie terrestre est basée sur ce processus de réplicationréplicationce qui nous permet de régénérer nos tissus, de se reproduire et d’évoluer.
Réplication de l’ADN : un mécanisme bien connu aux origines très obscures
Le mécanisme de réplication est désormais bien connu. Très schématiquement, nous considérons que leADNADN et leARNARN sont constitués de deux brins enroulés en hélice. En se séparant, chaque brin de la molécule mère servira de modèle pour la synthèse d’un nouveau brin. Deux vont ainsi réformer doubles brinsdoubles brins exactement identique.
Cependant, de nombreuses zones d’ombre demeurent, notamment quant à l’origine de ce mécanisme. Compte tenu de son rôle fondamental dans les processus biologiques, il est normal de considérer qu’elle a dû intervenir très tôt, au moment même où les premiers éléments constitutifs de la vie sont apparus sur Terre, il y a plus de 4 milliards d’années. Il n’est cependant pas facile d’imaginer comment ce processus a pu démarrer dans cet environnement primitif.
Sources hydrothermales : le problème de la température
Il est en effet peu probable qu’elle ait été initiée en haute mer, où la dilution des molécules basiques est bien trop importante. En ce sens, l’environnement représenté par les sources hydrothermales, avec leurs fluides chargés en éléments essentiels à la vie, semble bien plus favorable. Cependant, cela pose un autre problème. On sait en effet que la réplication de acides nucléiquesacides nucléiques est favorisée par la présence d’un pentepente thermique et que les températures élevées ont tendance à provoquer la dégradation de ces molécules. Cependant, les sources hydrothermales présentent des conditions de température plutôt élevées et surtout très stables.
Pour répondre à ce problème, une équipe de chercheurs a reproduit les conditions en laboratoire physiquephysique et les produits chimiques que l’on peut trouver dans le porositéporosité roches formant le cheminéescheminées hydrothermale. Ces roches forment en effet une interface majeure entre deux milieux très différents : d’une part, des fluides chauds et basiques chargés en gazgaz, métauxmétaux Et nutrimentsnutriments divers ; de l’autre l’océan, froid, salé, acide. Couplé avec minérauxminéraux présents dans les roches, qui ont pu servir de catalyseur à la synthèse d’ARN ou d’ADN, les gradients physico-chimiques présents à cette interface sont considérés par de nombreuses études comme ayant joué un rôle majeur dans l’établissement des premiers réactions chimiquesréactions chimiques à la base de la vie et notamment de la synthèse des acides nucléiques. Mais comment cet environnement pourrait-il donner lieu au processus de réplication ?
Un triplement du nombre de brins d’ADN en seulement 5 minutes !
Dans un article publié dans la revue eLifeles chercheurs proposent un scénario. Leurs expériences révèlent que les pores situés à l’intersection entre un flux gazeux et un fluide aqueuxaqueux aurait pu présenter les conditions nécessaires. Dans ces minuscules poches au sein de la roche, il apparaît que les molécules d’acide nucléique présentes dans la phase aqueuse se seraient accumulées à l’interface gaz-eau, sous l’effet de l’évaporation induite par l’arrivée continue de gaz dans cette porosité. Or, 5 minutes après le début de l’expérience, les chercheurs ont observé un triplement du nombre de brins d’ADN présents initialement. Au bout d’une heure, il y en avait 30 fois plus !
Pour les chercheurs, si la forte concentration de molécules d’acide nucléique aurait permis la réplication, c’est le gradient de salinitésalinité présent au sein du pore qui aurait joué dans le mécanisme de séparationséparation brins. Des tests ont montré que lorsque ces conditions ne sont pas remplies (solution aqueusesolution aqueusedébit de gaz et gradient de salinité), aucune réplication n’a été observée.
Ces conditions sont tout à fait en accord avec ce qui peut être observé au niveau des sources hydrothermales. Des résultats qui renforcent donc encore davantage l’idée que la vie est apparue dans ce contexte volcanique sous-marin.