Des scientifiques de Cambridge dévoilent une nouvelle théorie sur les origines des éléments constitutifs de la vie

Des chercheurs de l'Université de Cambridge suggèrent que les molécules essentielles à l'évolution de la vie pourraient provenir d'un processus appelé graphitisation. Si cela est confirmé par des expériences en laboratoire, cela pourrait nous permettre de simuler les conditions qui ont probablement donné naissance à la vie.

Comment les produits chimiques nécessaires à la vie sont-ils arrivés là ?

La manière dont les conditions apparemment fortuites de la vie sont apparues dans la nature a longtemps été débattue, de nombreuses hypothèses aboutissant à des impasses. Cependant, des chercheurs de l’Université de Cambridge ont désormais modélisé la manière dont ces conditions se produisent, produisant ainsi les composants nécessaires à la vie en grande quantité.

La vie est régie par des molécules appelées protéines, phospholipides et nucléotides. Des recherches antérieures suggèrent que les molécules bénéfiques contenant de l’azote telles que le nitrile – Cyanoacétylène(HC3N) et Cyanure d'hydrogène(HCN) – et isonitrile – Isocyanure(HNC) et Isocyanure de méthyle(CH3NC) – Peut être utilisé pour fabriquer ces éléments essentiels à la vie. Jusqu’à présent, il n’existe aucun moyen évident de fabriquer toutes ces choses en grande quantité dans le même environnement.

Dans une étude récente publiée dans vieLe groupe a maintenant découvert que, grâce à un processus appelé graphite, de grandes quantités de ces molécules bénéfiques peuvent théoriquement être synthétisées. Si le modèle peut être vérifié expérimentalement, cela suggérerait que le processus était une première étape possible sur la Terre dans son voyage vers la vie.

Pourquoi ce processus est-il plus susceptible de se produire que d’autres ?

Le plus gros problème avec les modèles précédents est qu’une multitude d’autres produits sont créés à côté du nitrile. Cela crée un système chaotique qui entrave la formation de la vie.

« Une grande partie de la vie est basée sur la simplicité », a déclaré le Dr Paul Rimmer, professeur adjoint d'astrophysique expérimentale au laboratoire Cavendish et co-auteur de l'étude. « C'est le système. » Nous avons trouvé un moyen d'éliminer une partie de la complexité en contrôlant ce qui peut se produire en chimie.

Nous ne nous attendons pas à ce que la vie se produise dans un environnement chaotique. Ce qui est étonnant, c'est la façon dont le graphite lui-même nettoie l'environnement, car le processus produit exclusivement ces nitriles et isonitriles, avec pour la plupart des produits secondaires inertes.

Une représentation schématique du scénario que nous proposons ici pour la production de matières premières prébiotiques propres et à haut rendement. Les événements se déplacent dans le sens des aiguilles d'une montre à partir du coin supérieur gauche : Premièrement, la Terre a une atmosphère neutre. Ceci est réduit après un impact géant de 4,3 G en oxydant le noyau métallique du collisionneur pour produire une quantité massive d'hydrogène.₂ Atmosphère avec de grandes quantités de méthane et d'ammoniac. Cette atmosphère se refroidit rapidement (en moins d'un an) et la photochimie produit un brouillard riche en tholin qui dépose des matières organiques complexes riches en azote. Ces matières organiques sont progressivement enfouies et attirées par interaction avec le magma. Le ciel devient clair comme H₂ Il se perd dans l’espace et redevient neutre. Enfin, les gaz fondus réagissent avec le graphite et sont frottés pour produire de grandes quantités de HCN et HC propres.₃N, isonitrile. Crédit : Oliver Shortle

« Au début, nous pensions que cela gâcherait tout, mais en réalité, cela rend tout bien meilleur, cela nettoie la chimie », a déclaré Rimmer.

Cela signifie que le graphite pourrait offrir la simplicité recherchée par les scientifiques et l’environnement propre nécessaire à la vie.

Comment fonctionne ce processus ?

L'ère Hadéenne était la première période de l'histoire de la Terre, lorsque la Terre était très différente de notre Terre moderne. Sans surprise, des collisions avec des débris, parfois de la taille d'une planète, se sont produites. L’étude postule que lorsque la Terre primitive est entrée en collision avec un objet à peu près de la taille de la Lune, il y a environ 4,3 milliards d’années, le fer qu’il contient a interagi avec l’eau sur Terre.

Le co-auteur, le Dr Oliver Shortle, professeur de philosophie naturelle à l'Institut d'astronomie et au Département des sciences de la Terre de Cambridge, a déclaré : « Quelque chose de la taille de la Lune a frappé la Terre très tôt et aurait déposé une grande quantité de fer et d'autres métaux. '

Les produits de réaction du fer et de l’eau se condensent pour former du goudron à la surface de la terre. Le goudron réagit alors avec le magma à une température supérieure à 1500°C et le carbone contenu dans le goudron se transforme en graphite – une forme de carbone très stable – que nous utilisons dans les crayons modernes !

Une fois que le fer réagit avec l'eau, un brouillard se forme qui se condense et se mélange à la croûte terrestre. « Lorsqu'ils sont chauffés, ce qui reste, ce sont les composés bénéfiques contenant de l'azote », a déclaré Shortell.

Quelles preuves existe-t-il pour étayer cette idée ?

Les preuves appuyant cette théorie proviennent en partie de la présence de roches komatiites. La komatite est un type de roche ignée qui se forme lorsque le magma très chaud refroidit (>1 500°C).

La komatite a été trouvée à l'origine en Afrique du Sud. « Les roches remontent à environ 3,5 milliards d'années », a déclaré Shortell. « Plus important encore, nous savons que ces roches ne se forment qu’à des températures extrêmes, autour de 1 700 degrés Celsius ! Cela signifie que le magma était déjà suffisamment chaud pour chauffer le goudron et former le nitrile utile.

Le lien étant confirmé, les auteurs suggèrent que des composés contenant de l’azote seront synthétisés via cette méthode. Depuis que nous voyons de la komatite, nous savons que la température du magma au début de la Terre dépassait parfois 1 500 degrés Celsius.

Quoi d'autre?

Les expériences doivent désormais tenter de recréer ces conditions en laboratoire et étudier si l'eau, inévitablement présente dans le système, absorbe les composés azotés et les décompose.

« Bien que nous ne sachions pas avec certitude que ces molécules ont commencé la vie sur Terre, nous savons que les éléments constitutifs de la vie doivent avoir été constitués de molécules qui ont survécu dans l'eau », a déclaré Reimer. « Si de futures expériences montrent que le nitrile se décompose, nous devrons rechercher une méthode différente. »

Référence : « Surface hydrothermal source of nitrile and isonitrile » par Paul P. Rimmer et Oliver Shortle, 10 avril 2024, vie.
est ce que je: 10.3390/life14040498

L’étude a été financée par une bourse de recherche de Cambridge pour les sciences planétaires et la vie dans l’univers.