La question des origines de la vie est un dilemme du type œuf et poule, peut-être mieux éclairé par le ribosome. Ces minuscules structures intracellulaires traduisent les gènes en protéines, un processus indispensable à la vie. Or, les ribosomes eux-mêmes sont composés de protéines et d’ARN. Alors, qu’est-ce qui est apparu en premier: les ribosomes qui fabriquent les protéines, ou les protéines qui fabriquent les ribosomes ?
Au début des années 1960, l’hypothèse du monde à ARN est née comme réponse à cette question. L’ARN est la cousine simple brin de l’ADN, la molécule qui porte l’information génétique nécessaire à la biologie cellulaire. Souvent qualifiée de « molécule de travail » des cellules, l’ARN peut prendre trois formes différentes pour remplir trois fonctions distinctes. L’ARN messager (ARNm) transmet les instructions génétiques de l’ADN vers les ribosomes qui fabriquent les protéines, l’ARN ribosomique (ARNr) aide à construire les ribosomes eux-mêmes, et l’ARN de transfert (ARNt) synthétise les protéines à partir de l’ARNm.
L’hypothèse du monde à ARN suggère que la vie sur Terre aurait commencé avec des molécules d’ARN capables de se répliquer elles-mêmes. Après tout, l’ARN est bien plus simple que l’ADN, il est donc logique qu’il apparaisse en premier. Dans ce scénario, les premières formes de vie unicellulaires auraient utilisé l’ARN à la fois pour stocker l’information génétique et pour fabriquer d’autres molécules. Aujourd’hui, les cellules répartissent ces tâches entre l’ADN et l’ARN.
Mais à quel moment, exactement, le monde à ARN est-il apparu ? Si ce point marque vraiment le début de la vie, répondre à cette question est essentiel pour comprendre nos origines — et déterminer si la vie pourrait émerger de manière similaire sur d’autres planètes. Une étude publiée aujourd’hui dans Nature Communications suggère que les conditions sont devenues optimales pour un monde à ARN il y a environ 4,33 milliards d’années, offrant ainsi une chronologie plus précise de l’origine de la vie.
La vie jaillit du chaos
La Terre primitive était un endroit violent. Notre jeune planète était sans cesse bombardée par des météorites et d’autres débris issus de la formation planétaire, et ces impacts provoquaient une surchauffe de sa surface. Cela rendait la Terre inaptes à la chimie prébiotique, c’est-à-dire aux réactions chimiques qui mènent à la vie. Pour que le monde à ARN puisse émerger, il fallait que le déluge de roches spatiales diminue suffisamment pour que la planète commence à se refroidir.
Pour estimer quand ce passage aurait pu se produire, des chercheurs dirigés par Oleg Abramov, scientifique principal à l’Institut de sciences planétaires à Tucson, en Arizona, ont utilisé un modèle informatique en trois dimensions afin de simuler les effets thermiques des impacts sur la croûte terrestre entre 4,5 et 3,5 milliards d’années passées.
« Nous avons adopté une approche différente de celle des études antérieures, qui s’appuyaient sur des modèles géochimiques, des analyses biomoléculaires et des modèles de chimie atmosphérique primitive », a confié Abramov à Gizmodo par e-mail. « Nous avons examiné à la fois les effets délétères des impacts, tels que la dégradation thermique de biomolécules clés, et les effets favorables à la vie, comme la formation de systèmes hydrothermaux. »
Le modèle simulait les températures dans la croûte supérieure parallèlement aux limites de stabilité thermique de l’ARN et d’autres molécules bénéfiques à la vie. L’analyse a révélé que la température terrestre est probablement devenue compatible avec le monde à ARN entre 4,4 et 4,3 milliards d’années, avec des conditions optimales apparaissant autour de 4,33 milliards d’années.
Toutefois, cette estimation suppose que d’autres conditions environnementales nécessaires étaient déjà en place. « La chimie de l’ARN nécessite encore de l’eau liquide, de l’azote réduit et d’autres éléments clés, ainsi qu’un moyen de les concentrer », explique Abramov. « La chimie locale compte aussi : pH, salinité, activité de l’eau, surfaces minérales et savoir si le milieu est un aquifère humide et sec exposé à l’air ou un système hydrothermal. »
Le modèle ne prend pas en compte ces variables, et la chimie de l’ARN pourrait encore échouer dans une croûte favorable sur le plan thermique si l’une de ces conditions venait à manquer. L’étude resserre donc la fenêtre temporelle de l’émergence de la vie sur Terre sans toutefois préciser exactement quand les tout premiers organismes à base d’ARN auraient pu apparaître.
À la recherche de la vie sur d’autres mondes
Des preuves géologiques pourraient aider à valider cette chronologie estimée. Selon Abramov, la prédiction de son équipe est déjà compatible avec des indices issus de cristaux de zircon montrant que de l’eau liquide était présente sur Terre vers environ 4,4 milliards d’années.
Les chercheurs pourraient chercher d’autres indices dans des échantillons du manteau terrestre, ou encore dans davantage de cristaux de zircon qui enregistrent des traces d’eau, des réactions de réduction-oxydation ou des changements minéraux dus à des interactions avec des fluides à basses températures. Des échantillons lunaires datés plus précisément pourraient aussi contribuer à limiter l’environnement des impacts sur la Terre primitive, selon Abramov.
À mesure que les scientifiques élargissent leur compréhension du début de la fenêtre d’habitabilité de la Terre, il espère que ces travaux aideront à répondre à des questions sur l’habitabilité d’autres planètes, comme Mars.
« L’une des questions les plus intrigantes est le moment où la fenêtre d’habitabilité sur Mars s’est ouverte, probablement bien plus tôt que sur Terre en raison de sa taille plus petite et de sa vitesse moyenne d’impact plus faible », a déclaré Abramov. « Il s’agit d’une question parallèle sur l’habitabilité, et non d’une preuve que la vie a commencé sur Mars ou qu’elle a été transférée sur Terre, même si cette possibilité demeure séduisante. »
