vendredi 13 janvier 2017

La lüneburgite, une source de phosphate pour les premières molécules d’ARN ?

Molécules d’ARN
Les premières formes de vie étaient-elles pour l'essentiel fondées sur l’acide ribonucléique (ARN) ? Cette hypothèse repose sur les remarquables propriétés de cette macromolécule, capable de servir à la fois de support de l’information génétique (rôle surtout assuré par l’ADN aujourd’hui) et de catalyseur des réactions indispensables au développement de l’organisme (comme les protéines aujourd’hui). Elle se heurte néanmoins au « problème du phosphate ». Les ions phosphate sont indispensables à la constitution de l’ARN, où ils servent de lien entre ses nucléosides. Or ces ions sont très rares dans un milieu dépourvu de vie, car ils forment rapidement un minéral stable en présence de calcium, l’hydroxyapatite.

Au lieu d’imaginer d'hypothétiques conditions permettant à cette roche de libérer des ions phosphate, l’équipe de Steven Benner, de l’entreprise Firebird Biomolecular Sciences, en Floride, a recherché d’autres minéraux susceptibles de lier les nucléosides via des ions phosphate (phosphorylation). Ses travaux suggèrent que la lüneburgite, en particulier, serait un excellent candidat.
Constituée de magnésium, de borate et de phosphate, la lüneburgite se forme lors de l’évaporation d’eau riche en ces composés. Cette roche de type « évaporite » est également stable en présence de calcium, ce qui évite la formation d’hydroxyapatite, et ainsi la séquestration définitive des phosphates. Reproduisant en laboratoire un simple cycle de précipitation et d’évaporation tel qu’on peut l’observer dans un milieu désertique, les chimistes ont mis en présence de la lüneburgite et une solution aqueuse contenant des nucléosides, avant de faire évaporer l’eau résiduelle.
Après seize heures, 15 % des nucléosides étaient phosphorylés. Le mécanisme de cette réaction s’effectue en deux temps : les nucléosides déstabilisent tout d’abord la lüneburgite en se liant aux borates, ce qui provoque la libération des ions phosphate. Ceux-ci se fixent alors à leur tour sur les nucléosides. « Cette étude montre tout l’intérêt du bore en chimie prébiotique, dont le rôle est probablement négligé », estime Laurent Boiteau, chimiste du CNRS à Montpellier.
Une interrogation subsiste néanmoins : le bore est un élément rare, et le contexte géologique lors de l’apparition des premières formes de vie, il y a 3,8 milliards d’années, est différent de celui que l’on connaît aujourd’hui : y avait-il réellement de la lüneburgite à ce moment de l'histoire de la Terre ? Cette roche se dégradant facilement, il n’en reste pas de trace datant de cette époque. Pour Steven Benner et ses collaborateurs, il y a cependant toutes les raisons de croire qu’elle était bel et bien présente : la lüneburgite, en se décomposant, forme des minéraux stables, comme la tourmaline, l’apatite et la monazite. Or ceux-ci ont justement été retrouvés dans des échantillons minéraux du Groenland datant d’environ 3,8 milliards d’années.
« L’existence d’une voie de synthèse de l’ARN prébiotique ne répond cependant pas à toutes les questions sur l’émergence des premiers organismes vivants : il est probable que d’autres composés organiques, au premier rang desquels se trouvent les acides aminés, aient aussi participé à l’apparition de la vie sur Terre, et la question de l’énergie nécessaire à cette apparition est encore ouverte » nuance Laurent Boiteau.

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