Avant l'émergence de la vie sur Terre, il y a environ 3,5 milliards d'années, les océans étaient une soupe de molécules mélangées au hasard. Ensuite, d'une manière ou d'une autre, certaines de ces molécules se sont arrangées en chaînes d'ADN bien organisées, en parois cellulaires protectrices et en minuscules structures semblables à des organes capables de maintenir les cellules en vie et de fonctionner. Mais la façon dont ils ont accompli cette organisation a longtemps dérouté les scientifiques. Maintenant, les biophysiciens de l'Université Ludwig-Maximilians de Munich pensent avoir une réponse: les bulles.
Les débuts de la vie n'étaient pas instantanés. Les premières molécules précurseurs se sont transformées d'une manière ou d'une autre en éléments constitutifs de la vie, comme l'ARN, l'ADN, les sels et les lipides. Ensuite, ces molécules se sont organisées pour former les premières premières versions des cellules, qui sont ensuite devenues les premiers organismes unicellulaires.
"C'est la base de toutes les espèces vivantes", a déclaré à Live Science Dieter Braun de l'Université Ludwig-Maximilians, principal auteur de l'étude.
Pour que les cellules se forment, commencent à se répliquer et prennent leur propre vie sur la Terre primordiale, cependant, toutes les parties chimiques devaient d'abord se réunir, a déclaré Braun.
Dans l'océan profond, où de nombreux scientifiques pensent que la vie a ses débuts, des molécules comme les lipides, l'ARN et l'ADN peuvent avoir été présentes; mais même ainsi, ils auraient été trop dispersés pour que quelque chose d'intéressant se produise.
"Les molécules se perdent. Elles diffusent", a expliqué Braun. "Les réactions ne se produiront pas seules."
Les scientifiques conviennent qu'une certaine force était nécessaire pour que les molécules s'agrègent et réagissent les unes avec les autres, Henderson Cleaves, chimiste au Tokyo Institute of Technology, a déclaré à Live Science. Les chercheurs ne sont tout simplement pas d'accord sur cette force.
C'est là que les bulles entrent.
Les bulles étaient partout dans le premier paysage marin de la Terre. Des volcans chauds et profonds ont jailli des panaches pétillants. Ces orbes aérées se sont installées sur la roche volcanique poreuse. Ce sont les conditions que Braun et ses collègues ont cherché à reproduire. Ils ont créé un récipient à partir d'un matériau poreux qui imitait la texture de la roche volcanique, puis l'ont rempli à son tour de six solutions différentes, chacune modélisant une étape différente du processus de formation de la vie. Une solution, représentant une étape précoce, contenait un sucre appelé RAO, qui aurait été nécessaire dans la construction des nucléotides, les éléments constitutifs de l'ARN et de l'ADN. D'autres solutions, représentant les stades ultérieurs, contenaient de l'ARN lui-même, ainsi que les graisses nécessaires à la construction des parois cellulaires.
Ensuite, les chercheurs ont chauffé la solution à une extrémité et l'ont refroidie à l'autre. Ils créaient quelque chose appelé un «gradient thermique», dans lequel la température change progressivement d'un bout à l'autre, semblable à la façon dont l'eau près des évents thermiques en eau profonde passe progressivement du chaud au froid.
"C'est comme un micro-océan", a expliqué Braun.
Dans chaque solution, le changement de température force les molécules à s'agglutiner - et elles gravitent vers les bulles qui se forment naturellement dans ces conditions. Presque immédiatement, ils ont commencé à réagir.
Les sucres formaient des cristaux, une sorte de squelette pour les nucléotides d'ARN et d'ADN. Les acides ont formé des chaînes plus longues, franchissant une nouvelle étape vers la formation de molécules complexes ressemblant à de l'ARN. Enfin, les molécules se sont arrangées en structures qui ressemblaient à de simples cellules. Dans un sens fondamental, a déclaré Braun, les cellules sont des molécules enfermées dans des sacs de graisses. C'est exactement ce qui s'est passé à la surface de ses bulles: les graisses se sont disposées en sphères autour de l'ARN et d'autres molécules.
Le plus surprenant pour Braun et ses collègues, a-t-il dit, était la rapidité avec laquelle ces changements se sont produits, en moins de 30 minutes.
"J'ai été étonné", a-t-il déclaré. Bien que ce soit la première fois que lui et ses collègues examinent spécifiquement les bulles, les chercheurs ont précédemment tenté de reproduire comment ces molécules biologiques subissent les réactions complexes nécessaires à la vie. Normalement, dit-il, ces réactions prennent des heures.
Certains chimistes sont cependant sceptiques quant au fait que les bulles de Braun sont une représentation précise de l'environnement primordial. Braun et ses collègues ont semé leur solution avec de nombreuses molécules complexes nécessaires à la vie. Même leurs solutions les plus simples représentaient encore les étapes ultérieures du processus de formation de la vie, a déclaré à Live Science Ramanarayanan Krishnamurthy, chimiste à la Scripps Institution of Oceanography qui n'était pas impliqué dans l'étude. C'est un peu comme faire un gâteau avec un mélange de boîtes, plutôt que de partir de zéro.
En revanche, les anciens océans n'avaient peut-être pas les bonnes conditions pour former ces molécules initiales, a déclaré Krishnamurthy.
De plus, l'expérience sur les bulles s'est déroulée à une échelle minuscule. C'est important, car cela signifie que le changement de température d'une extrémité du test à l'autre a été très brutal. En réalité, les gradients thermiques sous l'océan sont plus graduels, a déclaré Cleaves.
Pourtant, Braun a fait valoir qu'il y a quelques raisons pour lesquelles les bulles pourraient être l'endroit idéal pour les débuts de la vie. Premièrement, ils fournissent une interface parfaite entre l'air et l'eau. Sans air, de nombreuses réactions nécessaires à la vie ne pourraient pas se produire. Par exemple, la phosphorylation, une réaction qui permet à de petites molécules de former des chaînes moléculaires complexes, doit se produire dans des conditions au moins partiellement sèches. À l'intérieur des bulles, ce n'est pas un problème; même si elles sont minuscules, les bulles fournissent l'environnement parfait pour que ces réactions se dessèchent, au moins temporairement.
Mais il y a un autre rôle important que les bulles peuvent jouer: elles créent de l'ordre. Dans l'eau calme, les molécules se dispersent généralement sans arrangement particulier. Les bulles, cependant, donnent aux molécules - et peut-être aux débuts de la vie - quelque chose à quoi s'accrocher dans un monde chaotique.
