Synthèses : chimie prébiotique

origine et évolution des molécules informatives, acides nucléiques et protéines ;
apparition et évolution du métabolisme assurant l'utilisation des matériaux et de l'énergie de l'environnement pour le fonctionnement cellulaire (approvisionnement énergétique, biosynthèses, reproduction) ;
origine des molécules permettant la compartimentation et de la première cellule limitée par une membrane.

L'origine des molécules prébiotiques dont l'évolution chimique aurait conduit aux polymères aujourd'hui caractéristiques de la vie, comme les polynucléotides et les protéines, n'est pas connue. Diverses hypothèses ont été formulées. Les premières molécules organiques auraient pu se former sur la Terre par réactions chimiques entre certains constituants de l'atmosphère primitive dissous dans l'eau. Diverses expériences ont en effet montré la possibilité de synthèse de constituants organiques à partir des composants de l'atmosphère primitive. Les premières molécules organiques auraient pu aussi se former au fond des océans au niveau des sources hydrothermales. On a en effet montré expérimentalement la possibilité de synthèse de substances organiques à partir de composés soufrés et d'oxyde de carbone libérés par les fumeurs noirs. Enfin, elles auraient pu provenir de l'espace car on a identifié divers précurseurs organiques, notamment des acides aminés, dans des météorites, comètes, etc.
L'évolution chimique ayant permis de passer des molécules prébiotiques aux molécules biologiques nous est inconnue et n'a guère pu laisser de traces fossiles. C'est pourquoi les recherches dans ce domaine explorent essentiellement des chemins possibles d'évolution chimique en tentant d'en établir la possibilité ou l'impossibilité sans qu'il soit possible de considérer un scénario comme acquis simplement parce que certaines étapes en sont réalisables au laboratoire.
Une autre des difficultés posées par le problème de la chimie prébiotique est ce que l'on pourrait appeler le paradoxe de l'œuf et de la poule. Sachant que chez toutes les cellules vivantes actuelles la biosynthèse des protéines codée par l'ADN est le processus fondamental de l'expression de l'information génétique contenue dans l'ADN et que les protéines constituent les outils essentiels de cette biosynthèse, doit-on penser que le code génétique est apparu avant ou après les mécanismes de biosynthèse des protéines ? Comment ces deux éléments indissociables que sont les gènes et les protéines ont-ils pu se mettre en place à la suite d'une évolution chimique ? Pour lever cet apparent paradoxe, on a fait principalement appel à l'hypothèse d'un monde d'ARN. Dans cette hypothèse, les ARN auraient eu initialement à la fois une fonction de catalyseurs, comme c'est le cas pour les protéines enzymatiques, et la possibilité d'être répliqués, comme c'est le cas pour l'ADN. L'ADN aurait évolué ensuite à partir de l'ARN avant de le remplacer comme dépositaire de l'information génétique.
À l'appui de ces hypothèses, on a mis en évidence des propriétés catalytiques chez des ARN, les ribozymes. On n'a cependant pas démontré la possibilité d'une réplication de l'ARN même si certaines étapes en sont réalisables en laboratoire et, de plus, l'origine de ces molécules reste inconnue.

Institut national de recherche pédagogique