Les scientifiques recréent l’évolution avant l’apparition de la vie, il y a 4 milliards d’années

La Terre vole dans l’espace depuis 4,5 milliards d’années. Pourtant, c’était un rocher vide, sans vie dans ses océans. D’après ce que nous savons, il semble que la vie soit apparue il y a au moins 3,8 milliards d’années, peu après la formation de la Terre. Nous sommes clairs sur ces dates et nous avons même une idée de la façon dont nous avons évolué depuis les premiers êtres vivants jusqu’à devenir cette espèce étrange qui se couvre de vêtements et regarde le monde à travers des écrans. Maintenant… que s’est-il passé avant les premières formes de vie ? À quoi ressemblait la planète avant ces 3,8 milliards d’années ? L’hypothèse la plus répandue parle d’un « monde à ARN », où ces molécules, apparentées à l’ADN, évoluent sans même être vivantes.

C’est exactement ce qu’un groupe de chercheurs du Salk Institute, avec le soutien de la NASA et de la Fondation Simons, a tenté de prouver. Dans sa dernière étude, publiée dans Actes de l’Académie nationale des sciencesont découvert une molécule capable de faire des copies suffisamment précises de l’ARN pour assurer sa continuité, mais suffisamment flexible pour que, de temps en temps, se produise une mutation donnant naissance à un nouvel ARN, favorisant l’évolution. Et, en réalité, nous avons à peine une idée de ce qu’a été la première de toutes les grandes étapes de la vie. Comment est-on arrivé à passer d’une eau dans laquelle flottaient des produits chimiques relativement complexes à celles qui pouvaient évoluer ? Comment s’est déroulé le passage de ces molécules capables de s’adapter aux premières cellules ?

Mais avant de parler de cette nouvelle recherche, passons en revue un peu la biochimie fondamentale. Il n’y a rien de nouveau dans le fait que l’ARN soit copié et muté. Rappelons qu’il s’agit d’un parent de notre ADN qui, au lieu des quatre molécules que l’ADN utilise pour coder ses instructions (adénine, guanine, cytosine et thymine), utilise l’adénine, la guanine, la cytosine et l’uracile. Nous connaissons des virus dont la génétique repose sur l’ARN et qui sont capables de muter et de donner naissance à de nouvelles variantes et souches. Sans aller plus loin, les coronavirus comme le SARS-CoV-2 en sont un exemple.

Dans nos cellules, l’ADN doit être transcrit en ARN qui, à son tour, sera traduit en protéines. Ces derniers sont essentiels pour réaliser les fonctions qui nous maintiennent en vie à l’échelle cellulaire ; ce sont les travailleurs, dont la structure rend possibles tous types de processus. Ainsi, pour imaginer un monde de molécules d’ARN, nous devons imaginer ces molécules avec deux autres : une réplicase qui fait des copies de l’ARN et un système de traduction qui lit l’ARN comme s’il s’agissait d’un manuel d’instructions pour créer des protéines avec. Pensons que même les virus ont besoin de se répliquer et de traduire leur ARN dans les cellules vivantes, cette restriction était donc plus que pertinente.

Eh bien, la grande nouveauté de cette étude est qu’ils ont réussi à développer une ARN polymérase beaucoup plus précise que jusqu’à présent. Car, dans la nature, lorsque l’ARN se copie, il le fait en accumulant plus d’erreurs que lorsque l’ADN est copié, ses polymérases, pour le dire autrement, sont moins précises et font des erreurs. Dans une certaine mesure, cela aurait pu constituer un problème dans les premiers instants d’un monde à ARN. Par conséquent, même si nous ne savons pas avec certitude si cette nouvelle enzyme ARN polymérase est exactement la même que celle qui a rendu possible le prologue de la vie sur Terre, c’est peut-être la chose la plus proche que nous connaissions.

“Nous poursuivons l’aube de l’évolution”, déclare l’auteur principal et président de Salk, Gerald Joyce. “En révélant ces nouvelles capacités de l’ARN, nous découvrons les origines possibles de la vie elle-même et comment de simples molécules auraient pu ouvrir la voie à la complexité et à la diversité de la vie que nous voyons aujourd’hui.” C’est plus, Le monde de l’ARN est relativement simple, à tel point qu’on pourrait l’imaginer même sur d’autres planètes. Nous avons découvert des acides aminés dans les comètes, il ne serait pas étrange qu’il y en ait des azotés sur un monde perdu aux confins de l’univers. Un monde qui a peut-être déjà développé la vie ou, peut-être, est condamné à rester enfermé dans l’antichambre, parce qu’il ne répond pas à d’autres exigences que nous, terriens privilégiés, tenons pour acquises.

• Nous savons depuis un certain temps que certains systèmes non vivants peuvent montrer quelque chose de similaire à l’évolution darwinienne. C’est le cas de cet ARN qui, n’étant pas vivant, semble se comporter comme s’il l’était, rappelant combien il est complexe de donner une définition satisfaisante, complète et précise de ce qu’est réellement la vie.

• Joyce Gerald, et al., Evolution catalysée par l’ARN de l’ARN catalytique PNAS 10.1073/pnas.2321592121