Deux origines de la vie: Les cellules libres ont peut-être émergé deux fois lorsque les bactéries et les archées se sont séparées.

Deux origines de la vie: Les cellules vivantes libres ont peut-être émergé deux fois lorsque les bactéries et les archées ont divergé Les scientifiques ont découvert des preuves convaincantes suggérant que les cellules vivantes libres ont peut-être émergé indépendamment deux fois, une fois conduisant à l'émergence des bactéries et une fois aux archées, ces deux domaines de la vie ayant divergé il y a des milliards d'années. Une étude publiée dans Science Advances par des chercheurs de l'Institut d'évolution moléculaire de l'Université Heinrich Heine de Düsseldorf, ainsi que des collaborateurs de plusieurs institutions, présente cette découverte révolutionnaire basée sur des analyses du génome, des études de la structure des protéines et des reconstructions d'anciennes voies métaboliques.

Selon la recherche, les premières formes de vie ont probablement émergé dans des environnements riches en activité hydrothermale, tels que des évents en haute mer. Ces conditions ont fourni un mélange de catalyseurs inorganiques, y compris des métaux, qui ont joué un rôle crucial dans la facilitation des réactions chimiques nécessaires à la vie. L'étude suggère que les étapes initiales du métabolisme cellulaire reposaient fortement sur ces catalyseurs environnementaux plutôt que sur des enzymes, qui sont venus plus tard dans l'histoire de l'évolution. Natalia Mrnjavac, biologiste à l'Université de Düsseldorf et auteure principale de l'étude, a décrit le processus comme similaire à regarder les premières cellules émerger de la soupe primordiale.

"Nous verrions émerger deux types de cellules très différents, des bactéries pionnières et des archées pionnières, qui tenteraient pour la première fois de vivre à l'extérieur des limites d'un évent hydrothermal", a-t-elle expliqué. Les résultats remettent en question l'hypothèse de longue date selon laquelle la vie est née d'une seule voie évolutive et proposent plutôt un scénario où deux origines distinctes ont donné naissance aux deux branches primaires de la vie cellulaire. L'équipe de recherche a examiné les réactions chimiques qui ont permis la synthèse de molécules biologiques fondamentales, telles que les acides aminés, les bases d'ARN et les vitamines, à partir de précurseurs simples tels que l'hydrogène, l'ammoniac et le dioxyde de carbone.

Ils ont identifié un total de 420 réactions enzymatiques qui sont maintenant considérées comme universelles pour tous les organismes vivants. Cependant, l'étude a révélé que les enzymes responsables de ces réactions ne sont pas partagées entre les bactéries et les archées. Au lieu de cela, le dernier ancêtre commun universel (LUCA) de toutes les formes de vie connues ne possédait des enzymes que pour environ la moitié de ces réactions, tandis que le reste était catalysé par des métaux dans l'environnement.

La surprise est que les enzymes qui catalysent ces réactions ne sont pas conservées à travers la fracture évolutive qui sépare les bactéries et les archées, a-t-il déclaré. Nous avons constaté que LUCA ne possédait que des enzymes pour environ la moitié des réactions du métabolisme. Harun Tüysüz, chimiste inorganique du Max-Planck-Institut für Kohlenforschung et de l'IMDEA Materials Institute de Madrid, a ajouté que les métaux communément présents dans les évents hydrothermaux pourraient remplacer efficacement une partie substantielle des enzymes nécessaires au métabolisme. Les métaux qui se produisent naturellement dans les évents hydrothermaux peuvent remplacer un nombre étonnamment élevé d'enzymes dans le métabolisme, a-t-il noté.

Joseph Moran, un chercheur de l'Université d'Ottawa spécialisé dans l'utilisation des métaux pour catalyser les réactions métaboliques, a élaboré davantage les implications de l'étude. " Plus on regarde de près, plus on peut voir clairement que l'évolution biochimique précoce était un hybride de catalyseurs enzymatiques et métalliques ", a-t-il déclaré. Ce système hybride a permis aux premières formes de vie de s'adapter et d'évoluer, conduisant finalement au développement d'enzymes entièrement fonctionnelles capables d'effectuer des tâches métaboliques complexes. Les résultats de l'étude suggèrent que la transition des processus non enzymatiques, catalysés par les métaux, au métabolisme à base d'enzymes s'est produite par étapes.

Les chercheurs ont reconstruit quatre phases clés de la catalyse précoce: une période initiale dominée par des catalyseurs uniquement métalliques, suivie d'une phase de transition impliquant à la fois des métaux et des enzymes, et enfin la diversification des systèmes enzymatiques au sein des lignées bactériennes et archées.