Coopération moléculaire au seuil de la vie

L'une des grandes questions de la science est de savoir comment les organismes se forment à partir de la matière inanimée. Il existe certes de nombreuses approches explicatives, mais pas de réponses définitives. Ce n'est pas étonnant : ces processus se sont déroulés il y a trois à quatre milliards d'années, alors que les conditions sur Terre étaient totalement différentes de celles d'aujourd'hui.

Fonder des hypothèses sur des données expérimentales

"Au cours de cette immense période, l'évolution a profondément brouillé les pistes qui mènent aux origines de la vie", explique Roland Riek, professeur de chimie physique et membre de l'équipe de direction du nouveau "Centre for Origin and Prevalence of Life" multidisciplinaire de l'ETH Zurich. La science n'a d'autre choix que d'émettre des hypothèses - et de les justifier autant que possible par des données expérimentales.

Riek et son équipe poursuivent depuis des années l'idée que des agrégats de type protéique - appelés amylo?des - ont pu jouer un r?le important dans la transition entre la chimie et la biologie. Le groupe de recherche de Riek avait tout d'abord démontré que de tels amylo?des pouvaient se former relativement facilement dans des conditions telles que celles qui devaient prévaloir sur la Terre primitive : En laboratoire, il suffit d'un peu de gaz volcanique (ainsi que de compétences expérimentales et de beaucoup de patience) pour que des acides aminés simples se lient en courtes cha?nes peptidiques, qui s'assemblent ensuite spontanément en fibres (voir Actualités ETHpage externe).

Molécules précurseurs de la vie

Plus tard, l'équipe de Riek a démontré que les amylo?des peuvent se multiplier eux-mêmes (voir Actualités ETH) - ce qui permet à ces molécules de remplir un autre critère décisif pour être considérées comme des molécules précurseurs de la vie. Et maintenant, avec une étude récente, les chercheurs frappent une troisième fois dans la même direction : ils montrent que les amylo?des sont capables de se lier aux molécules du patrimoine génétique que sont l'ARN et l'ADN.

Ces interactions reposent en partie sur l'attraction électrostatique, car certains amylo?des sont chargés positivement - du moins par endroits - alors que le matériel génétique est chargé négativement, du moins dans un environnement neutre ou légèrement acide. Mais Riek et son équipe ont en outre remarqué que les interactions dépendent aussi de la succession des éléments constitutifs de l'ARN et de l'ADN dans le matériel génétique. Et pourraient donc constituer une sorte de précurseur du code génétique universel qui unit tous les êtres vivants.

Une stabilité accrue, un atout majeur

Toutefois, "si nous observons des différences dans la liaison des molécules d'ARN et d'ADN aux amylo?des, nous ne comprenons pas encore ce que ces différences signifient", explique Riek. "Notre modèle est probablement encore trop simple". Pour lui, les résultats sont donc surtout importants pour une autre raison : lorsque le matériel génétique se fixe aux amylo?des, les deux molécules gagnent mutuellement en stabilité. Dans la préhistoire, cette stabilité accrue a d? s'avérer être un grand avantage.

En effet, les molécules biochimiques étaient alors très fortement diluées dans ce que l'on appelle la soupe primitive. En comparaison, dans les cellules biologiques actuelles, ces molécules sont compactées les unes sur les autres. "Il est prouvé que les amylo?des ont le potentiel d'augmenter la concentration locale et l'ordre des éléments constitutifs de l'ARN et de l'ADN dans un système autrement dilué et désordonné", écrivent les chercheurs de Riek dans leur article récemment publié.

Dans l'entretien, le professeur de l'ETH souligne que si la théorie de l'évolution de Darwin met l'accent sur la concurrence, la coopération a également joué un r?le important dans l'évolution. Les deux classes de molécules profitent de l'interaction stabilisatrice entre les amylo?des et les molécules d'ARN ou d'ADN, car les molécules à longue durée de vie s'accumulent davantage au fil du temps que les substances instables. Ainsi, lors de l'apparition de la vie, la coopération moléculaire a peut-être même été plus déterminante que la concurrence. "Car à l'époque, il y avait sans doute plus de place et de ressources qu'il n'en fallait", explique Riek.