Recherche sur les origines de la vie sur Terre: premiers métabolismes

Un des plus grands mystères que l'on cherche à percer est de savoir comment la vie est apparue sur Terre. Des scientifiques ont déterminé approximativement quand la vie a commencé (il y a environ 3,8 milliards d'années), mais il y a encore un débat intense sur exactement comment la vie a commencé. La possibilité que les réactions métaboliques simples soient apparus près des sources chaudes à très grande profondeur, permettant le saut d'une non-vie à un monde vivant a gagné en popularité au cours des deux dernières décennies.


Des recherches récentes ont été menées par les géochimistes Eoghan Reeves, Jeff Seewald, et Jill McDermott au Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) afin de vérifier l'hypothèse fondamentale sur la formation des premiers métabolismes, et constate que ce n'est pas si évident qu'on le pensait auparavant. Au lieu de cela, leurs résultats pourraient donner une orientation pour la recherche de la vie sur d'autres planètes. Le travail est publié dans Proceedings of the National Academy of Science . 

En 1977, les scientifiques ont découvert des communautés biologiques étonantes vivant de façon inattendue autour des bouches hydrothermales dans les fonds marins crachant des geysers composés d'un mélange chimique riche en hydrogène, dioxyde de carbone et de soufre, loin de la lumière du soleil. Inspirés par ces conclusions, les scientifiques ont proposé plus tard que les sources hydrothermales pourraient fournir un environnement idéal avec tous les ingrédients nécessaires pour permettre à la vie microbienne d'émerger sur la Terre. Un élément central de cette hypothèse est un composé de carbone contenant du soufre simple appelé "methanethiol" - un précurseur géologique supposée de l'acétyl-CoA enzyme présente dans de nombreux organismes, y compris chez les humains. Les scientifiques ont soupçonné que le methanethiol aurait pu être le "levain" à partir duquel toute vie est apparue. La question que devait résoudre Reeves et ses collègues était de savoir si le methanethiol, un précurseur essentiel de la vie, pourrait être le pont entre la première vie microbienne sur la planète et un monde non-vivant chimique.

Le dioxyde de carbone, d'hydrogène et de sulfure sont les ingrédients communs présents dans les fluides hydrothermaux."L'idée était de recréer du methanethiol à partir des ingrédients de base que l'on trouve dans les fonds marins près des cheminées hydrothermales", ajoute Reeves. 

L'idée était séduisante, et pouvait résoudre les questions posées sur l'origine de la vie notamment confronter l'origine de la vie par une évolution au fond des océans avec l'hypothèse d'une propagation sur terre par une comète ou un astéroïde. Comment est apparu le premier matériel génétique ? l'hypothèse du "monde de l'ARN" ?. Cependant, dit Reeves, "il nous a fallu un certain temps pour réellement commencer à tester cette idée"de premier métabolisme dans le milieu naturel, en utilisant des évents modernes analogues à ceux qui étaient là quand la vie a commencé. " 

Et au cours de leurs recherches les scientifiques ont été surpris par ce qu'ils ont trouvé. 

Pour mesurer directement le méthanethiol, les chercheurs sont allés sur des sites de sources hydrothermales où l'abondance de methanethiol était prévisible et d'autres site où la présence du méthanethiol serait moindre. Au total, ils ont mesuré la distribution de méthanethiol dans 38 fluides hydrothermaux à partir de plusieurs environnements géologiques différents y compris les systèmes le long de la dorsale médio-atlantique, le bassin de Guaymas, la dorsale Est-Pacifique, et la montée à mi-Cayman sur une période allant de 2008 et 2012. 

" Certains systèmes sont très riches en hydrogène, et quand vous avez beaucoup d'hydrogène, il devrait, en théorie, être très facile à faire beaucoup de methanethiol ", dit Reeves. Les fluides ont été recueillis dans des échantillonneurs isobar étanches aux gaz (IGT) développés par Jeffrey Seewald, qui maintiennent les fluides à leur pression naturelle et permettent des analyses de gaz dissous.

 Au lieu d'une abondance de méthanethiol, les données qu'ils ont recueilli dans les environnements riches en hydrogène a montré qu'il y en avait moins. ". Étonnamment, dans les environnements à faible hydrogène, la recherche a trouvé plus de methanethiol que ce qu'ils avaient prévu, en contradiction avec l'idée originale de comment ce forme le Méthanethiol.  Dans l'ensemble, cela signifie que les réactions proto-métaboliques à partir des systèmes hydrothermaux riches en hydrogène par la chimie du carbone-soufre auraient probablement été beaucoup plus difficiles qu'on ne l'avait pensé.

Critiques, les chercheurs ont constaté une abondance de methanethiol formé dans les fluides à faible température (en dessous d'environ 200 ° C), où le fluide se mêle à l'eau de mer plus froide dans les fonds océaniques. La présence d'autres marqueurs révélateurs de ces fluides, tels que l'ammoniac, un sous-produit de décomposition de la biomasse, suggère fortement que ces fluides ont pour origine la matière organique microbienne existante. 

"Ce que nous avons trouvé essentiellement dans notre étude est que nous ne pensons que le methanethiol se forme par des moyens purement chimiques sans la participation de la vie. C'est peut-être des nouvelles décevantes pour l'hypothèse d'un départ de la vie par proto-métabolisme hydrothermale", dit Reeves. "Cependant, nous avons constaté que le methanethiol peut être facilement conceptualisé comme un produit de dégradation de la vie microbienne  et indiquer que la vie est présente et répandue dans les fonds marins "


Les chercheurs pensent que cette étude pourrait changer la façon dont nous pensons la recherche de la vie sur les autres planètes. "L'avantage est, que maintenant, nous avons un marqueur simple de la vie. Un jour si nous pouvons poser un rover sur les océans couverts de glace de la lune de Jupiter Europa, autre endroit dans le système solaire qui peut accueillir des sources hydrothermales, et peut-être la vie, nous pourrons forer avec succès à travers la glace. Ce sera la première chose qu'il faudra probablement faire pour mesurer la présence de methanethiol ", dit Reeves. "On peut même penser que cela pourrait arriver à l'échelle de notre vie."

Quant à la recherche des origines de la vie, Reeves reconnaît que les sources hydrothermales sont toujours un endroit très favorable à l'émergence de la vie, mais, dit-il, "peut-être le methanethiol n'était tout simplement pas une bonne pâte au levain. L'environnement hydrothermal est encore un lieu possible pour la naissance de la vie, et la question est toujours posée de savoir comment tout a commencé ".