Le mystère non résolu de l’origine de la vie : une nouvelle stratégie

L’origine de la vie reste un mystère scientifique, avec des recherches divisées entre les méthodes « ascendantes », qui simulent les environnements de la Terre primitive, et les méthodes « descendantes », qui utilisent la biologie évolutive pour suivre les formes de vie. Un article interdisciplinaire récent propose de relier ces méthodologies en étudiant les chaînes de transport d’électrons, un système métabolique global, fournissant des informations sur les premières stratégies métaboliques de la vie et leur origine.

Malgré des années de progrès, l’origine de la vie reste l’un des mystères les plus persistants de la science.

« La caractéristique la plus importante de la biologie, les êtres vivants sont constitués de cellules, à travers lesquelles vous transmettez des informations génétiques ADN« Ils utilisent des enzymes protéiques pour alimenter leur métabolisme, et tout cela a émergé par des processus spécifiques dans une histoire évolutive très ancienne », explique Aaron Goldman, professeur adjoint de biologie à l’Oberlin College. « Comprendre comment ces systèmes biologiques de base se sont formés pour la première fois nous donnera non seulement un aperçu du fonctionnement de la vie à un niveau fondamental, mais également ce qu’est réellement la vie en premier lieu et comment nous pouvons la rechercher au-delà de la Terre. »

La question de savoir comment la vie est apparue pour la première fois est généralement étudiée par le biais d’expériences en laboratoire qui simulent les environnements de la Terre primitive et recherchent une chimie qui pourrait créer les mêmes types de biomolécules et de réactions métaboliques que nous voyons chez les êtres vivants aujourd’hui. Ceci est connu comme une approche « ascendante » car elle fonctionne avec des matériaux qui seraient autrement sur Terre pour les prébiotiques.

Alors que ces expériences dites de « chimie prébiotique » ont démontré avec succès comment vivre puis-je avoir En grandissant, ils ne peuvent pas nous dire à quoi ressemble la vie un acte surgir. Pendant ce temps, d’autres recherches utilisent des techniques de biologie évolutive pour reconstruire à quoi auraient pu ressembler les premières formes de vie sur la base des données de la vie actuelle. C’est ce qu’on appelle l’approche « descendante » et qui peut nous renseigner sur l’histoire de la vie sur Terre.

Cependant, la recherche descendante ne peut que regarder en arrière car il y avait des gènes encore conservés dans les organismes aujourd’hui, et donc pas jusqu’à l’origine de la vie. Malgré leurs limites, les recherches descendantes et ascendantes visent l’objectif commun de découvrir les origines de la vie et, idéalement, leurs réponses devraient converger vers un ensemble commun de conditions.

Un nouvel article publié par Goldman, Lori Barge (Research Scientist in Astrobiology at the NasaLaboratoire de propulsion à réaction (Laboratoire de propulsion à réaction)) et ses collègues, pour combler cette lacune méthodologique. Les auteurs soutiennent que la combinaison de la recherche ascendante en laboratoire sur les voies plausibles vers l’origine de la vie avec des reconstructions évolutives descendantes des premières formes de vie peut être utilisée pour découvrir comment la vie est réellement née sur la Terre primitive.

Dans leur article, les auteurs décrivent un phénomène fondamental de la vie aujourd’hui qui peut être étudié en combinant des recherches ascendantes et descendantes : les chaînes de transport d’électrons.

Les chaînes de transport d’électrons sont un type de système métabolique utilisé par les organismes à travers l’arbre de la vie, des bactéries aux humains, pour produire des formes utilisables d’énergie chimique. Les nombreux types de chaînes de transport d’électrons sont spécifiques à chaque forme de vie et au métabolisme énergétique qu’elles utilisent : par exemple, nos mitochondries contiennent une chaîne de transport d’électrons associée à un métabolisme énergétique hétérotrophe (alimentaire) ; Alors que les plantes ont une chaîne de transport d’électrons complètement différente qui leur est attachée Photosynthèse (Produire de l’énergie à partir de la lumière du soleil).

Et dans le monde microbien, les organismes utilisent un large éventail de chaînes de transport d’électrons associées à une variété de processus métaboliques énergétiques différents. Mais, malgré ces différences, les auteurs décrivent des preuves issues de recherches descendantes que ce type de stratégie métabolique a été utilisé par des formes de vie très précoces et fournissent plusieurs modèles de chaînes de transport d’électrons ancestrales qui remontent à l’histoire évolutive très ancienne. .

Ils ont également étudié les preuves actuelles et ascendantes selon lesquelles même avant l’émergence de la vie telle que nous la connaissons, la chimie de type chaîne de transport d’électrons aurait pu être facilitée par les minéraux et les eaux des océans de la Terre primitive. Inspirés par ces observations, les auteurs décrivent les stratégies de recherche futures qui combinent des recherches descendantes et ascendantes sur l’histoire la plus ancienne des chaînes de transport d’électrons afin de mieux comprendre le métabolisme énergétique ancien et l’origine de la vie plus largement.

Cette étude est l’aboutissement de cinq années de travaux antérieurs par cette équipe multidisciplinaire et multidisciplinaire dirigée par Barge au JPL, qui a été financée par le NASA-NSF Ideas Lab for the Origins of Life pour étudier comment les réactions métaboliques émergent dans les environnements géologiques sur Terre à le temps tôt. Les travaux antérieurs de l’équipe ont examiné, par exemple, les interactions spécifiques de la chaîne de transport d’électrons entraînées par les métaux (dirigées par Jessica Weber, chercheuse au JPL); comment enzymes anciennes puis-je avoir Les chimies prébiotiques sont incluses dans leurs sites actifs (dirigé par Goldman); Et Métabolisme microbien dans des environnements très limités en énergie (Dirigé par Doug LaRue, de l’Université de Californie du Sud).

« L’émergence du métabolisme est une question multidisciplinaire et nous avons donc besoin d’une équipe multidisciplinaire pour l’étudier », déclare Barge. « Notre travail a utilisé des techniques de chimie, de géologie, de biologie et de modélisation informatique, pour combiner ces approches descendantes et ascendantes, et ce type de collaboration sera important pour les futures études sur les voies métaboliques prébiotiques. »

Référence : « Les chaînes de transport d’électrons en tant que fenêtre sur les premières étapes de l’évolution » par Aaron D. Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2210924120

L’étude a été financée par la National Aeronautics and Space Administration.