INTERCHAPITRES POUR UNE AURORE DE PIERRES

Scénario pour une origine

Ces chapitres sont développés dans Une Aurore de Pierres, à l'origine de la vie, publié aux éditions du Seuil en 1990, et résumés en anglais dans un article de revue qui décrit la transition d'un monde minéral à un monde où les ARN vont remplacer la surface des pierres puis découvrir leur capacité de jouer le rôle de matrice, spécifiant leur propre séquence de nucléotides. Une conférence au Centre International de Synthèse donne aussi un aperçu popularisé de ces idées.

 

I. Où l'on apprend que la vie est inséparable de quatre processus fondamentaux : métabolisme, compartimentation, mémoire et manipulation (ces deux processus sont réunis sous la forme d'un processus de transfert d'information). Deux échelles différentes par leurs dimensions spatiales supportent ces processus. Ce sont des petites molécules qui correspondent aux deux premiers, et des molécules géantes qui correspondent aux deux derniers. Mais la vie se définit aussi par des lois originales qui lui permettent de s'approprier celles de la physique et de la chimie et de les détourner à ses propres fins.

II. Où l'on découvre qu'un bouillon de culture originel serait empoisonné par le foisonnement des molécules qui s'y trouvent. Comme un peu partout dans l'espace, la chimie du carbone se déroule sur Terre avec une grande probabilité, mais il faut savoir trier. Il faut aussi inventer les maillons essentiels qui manquent dans tous les bouillons préparés artificiellement jusqu'à présent.

III. Où le paradoxe de l'impossible brouet se résout par l'invention d'une chimie spécifique de la surface des particules solides. C'est là que se découvre la versatilité des phosphates, et leur universalité dans la maîtrise de l'énergie. Le soufre joue aussi un rôle majeur dans les transferts d'électrons.

IV. Où la surface a permis la constitution d'une classe de macromolécules, les ARN, qui sont capables de se reproduire et de favoriser certaines classes de réactions chimiques. Cette superposition de la mémoire et de la fonction résout en partie le paradoxe de l'œuf et la poule : protéines ou acides nucléiques, qui sont les premiers ?

V. Où les ARN se substituent à la surface des particules solides et réalisent, en restant solubles, les réactions métaboliques qui restaient confinées aux interfaces avec l'eau. Les ARN de transfert maintiennent comme des "pinces-étau" des substrats sujets à une transformation homéotopique. La synthèse des liens peptidiques sans support génétique précède la synthèse des protéines, dirigée par les produits des gènes que sont les ARN messagers.

VI. Où se forment les membranes, avec la constitution d'individualités cellulaires et la domestication de l'énergie chimique, puis de l'énergie solaire. Les réactions chimiques à la surface deviennent vectorielles et permettent un tri sélectif du dedans et du dehors.

VII. Où naissent les premières cellules. Elles inventent l'ADN et séparent définitivement mémoire, structure et fonction. Une combinatoire de modules de base, à la structure robuste, qui varie peu malgré le flou de sa construction, engendre les premières classes d'activités enzymatiques.

VIII. Où les premières cellules engendrent des lignages sans cesse plus perfectionnés, prenant en compte les particula rités de leur environnement. Quelques règles permettent alors de reconstituer les arbres généalogiques et de les comparer aux données de la paléontologie. Le séquençage des génomes s'inscrit dans les chemins qui vont explorer les origines.

Une illustration de la synthèse peptidique sans machinerie de traduction : la synthèse d'un antibiotique, la tyrocidine

La tyrocidine est un peptide cyclique formé de dix acide aminés. Mais ce peptide n'est pas le résultat de la traduction d'un ARN messager. En fait, sa synthèse utilise une enzyme à la structure cyclique dont le coenzyme est le bras pantéthéine, comme dans le cas de la synthèse des acides gras. L'enzyme est formé d'un cycle de 10 sous-unités, au cœur duquel se trouve une petite sous-unité contenant le groupe pantéthéine, terminé par le groupe -SH réactif que nous avons décrit. Sur chacune des 10 sous-unités est associé l'un des 10 acides aminés du peptide final, sous la forme d'un aminoacyl-adénylate (comme dans la charge des ARN de transfert).

Ces aminoacyl-adénylates réagissent avec un groupe -SH d'une cystéine de l'enzyme puis le bras pantéthéine détache le premier acide aminé de cette position pour le porter au site où se trouve le second acide aminé, permettant alors la fonction d'un lien peptidique sur un -SH de la deuxième sous-unité. Le bras pantéthéine reprend alors le dipeptide pour le conduire sur le troisième acide aminé, et ainsi de suite jusqu'à la fin du cycle. Cette synthèse peptidique est très voisine de la synthèse des acides gras. Il est très remarquable qu'elle est en un sens autogène puisque c'est un peptide, le bras pantéthéine, qu'elle utilise pour ce faire.

Mais comment sont apparus les nucléotides ? L'une des plus grandes énigmes de l'origine de la vie est rarement explorée...