Une étude renforce la principale hypothèse sur l’origine de la vie

L’origine de la vie sur Terre fait partie des questions qui torturent les scientifiques depuis la nuit des temps, et qui demeurent encore particulièrement vivaces à notre époque. Il existe de nombreuses théories plus ou moins farfelues, mais de nouveaux travaux viennent apporter du crédit supplémentaire à l’hypothèse la plus prometteuse.

Si les chercheurs sont encore très partagés sur cette question, il y a un point qui fait l’objet d’un consensus plus ou moins global; si la vie est bien apparue directement sur notre planète et n’est pas arrivée d’ailleurs, cela implique à un moment de son existence, la Terre a forcément dû abriter un cocktail d’éléments chimiques pouvant servir de base aux futurs êtres vivants.

Dans la littérature scientifique, on utilise le terme très imagé de soupe prébiotique. Tout l’enjeu est donc d’identifier la transition qui aurait pu avoir lieu pour passer de bouillon de culture théorique à la vie telle qu’on la connaît, avec sa superbe diversité d’animaux, de végétaux, et ainsi de suite.

Mais à partir de là, tous les indices disparaissent; à l’heure actuelle, la science ne dispose encore d’aucun élément déterminant qui permettrait d’affirmer avec certitude quand, et surtout comment la ligne entre la chimie complexe et la vie a été franchie.

Malheureusement, nous parlons d’une période extrêmement éloignée dans le temps; il est donc presque illusoire d’espérer trouver une preuve directe de cette transition. La seule approche reste donc de faire appel à son imagination pour tenter de modéliser les conditions de l’époque. Et c’est là qu’interviennent les chercheurs de l’équipe de Ryo Mizuuchi, biologiste à l’université de Tokyo.

De simples molécules d’ARN, mais une “évolution darwinienne”

Dans une publication récente, ils ont montré que lorsque toutes les conditions sont réunies, une simple molécule d’ARN est capable d’entamer un processus “d’évolution Darwinienne”, qui s’autoalimente continuellement grâce à des changements basés sur les mutations et la sélection naturelle.

C’est particulièrement important, car si l’on veut résumer la question de la façon la plus simple possible, la vie n’est rien de plus qu’un ensemble de molécules qui se répliquent elles-mêmes. La diversité du vivant provient du fait que ces molécules se répliquent de manière imparfaite, ce qui tend à générer un nombre virtuellement illimité de nouvelles variantes au fil des mutations.

Pour déterminer l’origine de la vie, les chercheurs tentent donc d’identifier des éléments qui semblent capables de se répliquer ainsi, et de la façon la plus autonome possible. L’ARN – un élément absolument fondamental de cette machinerie cellulaire – fait partie des candidats les plus prometteurs depuis des lustres à cause de son universalité.

Des conditions hasardeuses et difficiles à mettre en place

Il cumule en effet plusieurs critères importants. On sait en effet qu’il est présent dans toute la biosphère, qu’il peut théoriquement se former spontanément à partir d’un processus non-biologique, et surtout qu’il s’agit d’une unité dynamique susceptible d’interagir avec son environnement. En d’autres termes : les molécules d’ARN sont capables de se recombiner entre elles pour former de nouvelles molécules qui serviront à leur tour à élaborer de nouvelles structures, et ainsi de suite.

Cela fait déjà plusieurs décennies qu’on sait que l’ARN dispose de cette particularité, et elle est d’ailleurs très importante pour son rôle dans le corps humain. Mais on sait aussi qu’en tant que tel, l’ARN est bien trop instable pour pouvoir servir de support à une vie complexe et pérenne. Ce n’est pas un hasard si nous avons hérité d’un système basé sur l’ADN après des millénaires de sélection naturelle; il s’agit d’un support immensément plus stable et beaucoup plus adapté à la préservation du génome.

Cela n’exclut cependant pas la piste de l’ARN comme précurseur de la vie. En revanche, cela signifie qu’il y a très probablement eu, à un moment du processus, des interactions entre plusieurs molécules d’ARN capables de se répliquer différemment; dans le contexte de ces travaux, les chercheurs parlent alors de “réplicateurs”.

Théoriquement, s’il y a assez de réplicateurs différents, alors une population est capable de se maintenir; on sait donc que le concept tient la route sur le papier. Mais à ce stade, on ne peut pas encore parler de vie. Pour cela, la simple réplication ne suffit plus; il faudrait que la population puisse se complexifier au fil des générations. Et à ce niveau, la recherche a fait chou blanc depuis très longtemps… jusqu’aux travaux des chercheurs japonais.

Un résultat inattendu

En effet, Mizuuchi et son équipe sont enfin parvenus à produire un ensemble de réplicateurs qui correspondent à cette définition. Ils peuvent “opérer collectivement” non seulement pour préserver les informations, mais ces dernières sont aussi altérées au fil des générations. Un processus que les chercheurs estiment comparable à “l’évolution darwinienne“, soit un “processus autoentretenu de changement continu basé sur des mutations et la sélection naturelle.”

C’est un résultat vraiment surprenant auquel les équipes ne s’attendaient pas particulièrement. Car en biologie de l’évolution, le postulat de base stipule que sur le très long terme, les espèces en compétition pour une même ressource ne peuvent pas coexister; si on laisse assez de temps, la plus adaptée à son environnement est censée prendre le dessus. Et cela vaut à tous les niveaux, même pour de simples molécules.

“Très honnêtement, nous doutions que des ARNs aussi variés aient pu évoluer et coexister à cause de ce principe d’exclusion par la compétition”, explique Mizuuchi. “Il ne s’agit que de simples molécules, donc nous nous demandions s’il était possible que des composés non-vivants développent de telles innovations spontanément.”

Et manifestement, la réponse a été un grand “oui”. Il s’agit d’une preuve de concept très impressionnante qui constitue un argument solide pour affirmer que la vie est apparue à partir de précurseurs ARN, une hypothèse connue sous le nom de “Monde à ARN“.

Une pièce intéressante du grand puzzle de la vie

Mais malgré tout, il ne s’agit pas encore d’une preuve indiscutable, loin de là. Le seul moyen d’y parvenir sera de continuer à creuser. Pour espérer arriver à une éventuelle preuve indiscutable, il faudra encore mettre en relation des tas de données issues de travaux en géologie, en biologie, mais aussi en astrophysique.

Mais cela ne signifie pas que cette belle trouvaille va tomber aux oubliettes. Au contraire, ces ARNs sont une superbe plateforme pour étudier les mécanismes de l’évolution. Ils permettent de s’y intéresser à l’échelle la plus basique qui soit, sans devoir faire le tri dans l’immense complexité du vivant.

“La simplicité de ce système de réplication moléculaire, par rapport aux autres organismes, nous permet d’examiner des phénomènes évolutifs avec une précision sans précédent”, se réjouit Mizuuchi. Et avec un peu de chance, cette approche permettra de découvrir de nouveaux éléments qui permettront de déterminer à coup sûr si, oui ou non, la vie s’est bel et bien développée à partir d’ARN.

Le papier de recherche est disponible ici.

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