De nouvelles recettes pour l'origine de la vie pourraient indiquer le chemin vers des planètes lointaines et habitées.

19 septembre 2023

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par Chris Barncard, Université du Wisconsin-Madison

La vie sur une planète lointaine - si elle existe - peut ne pas ressembler du tout à la vie sur Terre. Mais il n'y a qu'un nombre limité d'ingrédients chimiques dans le garde-manger de l'univers, et seulement un certain nombre de façons de les mélanger. Une équipe dirigée par des scientifiques de l'Université du Wisconsin-Madison a exploité ces limitations pour rédiger un livre de recettes de centaines de recettes chimiques susceptibles de donner naissance à la vie.

Ils pourraient concentrer leur recherche de vie ailleurs dans l'univers en indiquant les conditions les plus probables - les versions planétaires des techniques de mélange, des températures de four et des temps de cuisson - pour que les recettes se réunissent.

Le processus de passer des ingrédients chimiques de base aux cycles complexes du métabolisme cellulaire et de la reproduction qui définissent la vie, expliquent les chercheurs, nécessite non seulement un début simple mais aussi une répétition.

« L'origine de la vie est vraiment un processus qui part de rien », déclare Betül Kaçar, astrobiologiste soutenue par la NASA et professeur de bactériologie à l'UW–Madison. « Mais cela ne peut pas arriver qu'une seule fois. La vie repose sur la chimie et les conditions qui peuvent générer un schéma de réactions autoréplicantes. »

Les réactions chimiques qui produisent des molécules qui encouragent la même réaction à se produire encore et encore sont appelées réactions autocatalytiques. Dans une nouvelle étude publiée dans le Journal de la Société Chimique Américaine, Zhen Peng, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Kaçar, et ses collaborateurs ont compilé 270 combinaisons de molécules - impliquant des atomes de tous les groupes et séries du tableau périodique - avec le potentiel d'autocatalyse soutenue.

« On pensait que ce genre de réactions était très rare », explique Kaçar. « Nous montrons que ce n'est pas le cas du tout. Il suffit de chercher au bon endroit. »

Les chercheurs ont concentré leurs recherches sur ce qu'on appelle les réactions de copartage. Dans ces réactions, deux composés contenant le même élément avec un nombre différent d'électrons, ou d'états réactifs, se combinent pour créer un nouveau composé dans lequel les éléments sont au milieu des états réactifs de départ.

Pour être autocatalytique, le résultat de la réaction doit également fournir des matériaux de départ pour que la réaction se produise à nouveau, de sorte que la sortie devienne une nouvelle entrée, explique Zach Adam, co-auteur de l'étude et géoscientifique à l'UW-Madison étudiant les origines de la vie sur Terre. Les réactions de copartage donnent lieu à plusieurs copies de certaines des molécules impliquées, fournissant des matériaux pour les étapes suivantes de l'autocatalyse.

« Si les conditions sont bonnes, vous pouvez commencer avec relativement peu de ces sorties », déclare Adam. « À chaque fois que vous effectuez un tour du cycle, vous crachez au moins une sortie supplémentaire, ce qui accélère la réaction et la fait se produire encore plus rapidement. »

L'autocatalyse est comme une population croissante de lapins. Les couples de lapins se rassemblent, produisent des portées de nouveaux lapins, puis les nouveaux lapins grandissent pour se rassembler eux-mêmes et faire encore plus de lapins. Il ne faut pas beaucoup de lapins pour bientôt avoir beaucoup plus de lapins.

Cependant, chercher des oreilles tombantes et des queues pelucheuses dans l'univers n'est probablement pas une stratégie gagnante. À la place, Kaçar espère que les chimistes tireront des idées de la liste de recettes de la nouvelle étude et les testeront dans des pots et des casseroles simulant des cuisines extraterrestres.

« Nous ne saurons jamais avec certitude ce qui s'est exactement passé sur cette planète pour générer la vie. Nous n'avons pas de machine à remonter le temps », déclare Kaçar. « Mais, dans un tube à essai, nous pouvons créer plusieurs conditions planétaires pour comprendre comment les dynamiques nécessaires pour soutenir la vie peuvent évoluer en premier lieu. »

Kaçar dirige un consortium soutenu par la NASA appelé MUSE, pour Metal Utilization & Selection Across Eons. Son laboratoire se concentrera sur des réactions comprenant les éléments molybdène et fer, et elle est impatiente de voir ce que les autres concocteront à partir des parties les plus exotiques et inhabituelles du nouveau livre de recettes.

« Carl Sagan a dit que si vous voulez faire une tarte à partir de zéro, il faut d'abord créer l'univers », déclare Kaçar. « Je pense que si nous voulons comprendre l'univers, nous devons d'abord cuire quelques tartes. »

Informations sur le journal : Journal of the American Chemical Society

Provided by University of Wisconsin-Madison