Une étude récente démontre que quelques réactions biochimiques "oubliées" peuvent transformer des composés géochimiques simples en molécules complexes essentielles à la vie.
L'origine de la vie sur Terre reste une énigme scientifique. Une question clé est de savoir la quantité de l'histoire de la vie qui a été perdue dans le temps. Une espèce peut cesser d'utiliser une réaction biochimique, et si cela se produit pour plusieurs espèces, ces réactions peuvent être "oubliées".
Des chercheurs de l'
Earth-Life Science Institute (ELSI) de l'Institut de Technologie de Tokyo et du
California Institute of Technology (CalTech) ont exploré cette question. Ils ont supposé que la chimie oubliée apparaîtrait comme des discontinuités dans le chemin des molécules géochimiques simples aux molécules biologiques complexes.
La Terre primitive contenait des composés simples comme le sulfure d'hydrogène, l'ammoniac et le dioxyde de carbone. Il y a plusieurs milliards d'années, la vie primitive utilisait ces molécules comme matières premières. Avec le temps, les processus biochimiques ont transformé ces précurseurs en composés encore présents aujourd'hui, représentant les premières voies métaboliques.
Pour modéliser l'histoire de la biochimie, les chercheurs de l'ELSI et de CalTech ont utilisé la base de données
Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, qui catalogue plus de 12 000 réactions biochimiques. Ils ont commencé à modéliser le développement progressif du métabolisme.
Les tentatives précédentes pour modéliser l'évolution du métabolisme n'avaient pas réussi à produire les molécules complexes les plus courantes de la vie actuelle. Les chercheurs ont découvert que seules quelques molécules pouvaient être produites. Pour contourner ce problème, ils ont déterminé le nombre de réactions manquantes. Leur recherche les a conduits à l'adénosine triphosphate (ATP), une molécule cruciale en biochimie.
L'ATP est la monnaie énergétique des cellules. Cependant, les réactions qui forment l'ATP nécessitent elles-mêmes de l'ATP, créant une dépendance cyclique. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont permis aux réactions génératrices d'ATP d'utiliser le polyphosphate au lieu de l'ATP, modifiant seulement huit réactions au total. Cela a permis de réaliser presque tout le métabolisme central contemporain.
Les chercheurs ont ainsi pu estimer l'âge relatif des métabolites courants et poser des questions précises sur l'histoire des voies métaboliques. Ils ont découvert que les voies biologiques peuvent se former de manière linéaire ou en mosaïque.
Cette recherche montre que même des réactions biochimiques disparues peuvent être redécouvertes à partir des indices laissés par la biochimie moderne.