Une équipe de l’Institut de Recherche Scripps a découvert un chemin plausible expliquant la formation et l’évolution chimique des protocellules, ces précurseurs des cellules vivantes. Ces découvertes, publiées dans la revue Chem, pourraient éclairer le processus d’évolution précoce et la complexification de la vie sur notre planète.
Remarque préalable
Dans les documents publiés par les auteurs de cette recherche, nous n’avons pas trouvé mention de l’apparition des virus. Rappelons qu’aujourd’hui les virus sont considérés comme ne se multipliant que dans les cellules vivantes. La cellule hôte doit fournir l’énergie et la machinerie de synthèse ainsi que les précurseurs de faible poids moléculaire pour la synthèse des protéines virales et des acides nucléiques.
Il serait donc concevable que les protocellules décrites par l’étude aient pu, très vite après leur apparition, se dégrader pour donner naissance à un sous-produit qui aurait été un protovirus.
Les protocellules, un assemblage sphérique de lipides, sont considérées comme les ancêtres des cellules. Mais comment ces structures simples ont-elles pu se diversifier pour donner naissance à la vie telle que nous la connaissons ? La réponse réside peut-être dans un processus chimique nommé phosphorylation, selon les scientifiques de Scripps. Ce processus, impliquant l’ajout de groupes phosphate aux molécules, aurait favorisé l’émergence de protocellules à double chaîne plus complexes, capables d’abriter des réactions chimiques diverses et de se diviser.
Pour arriver à ces conclusions, l’équipe dirigée par Ramanarayanan Krishnamurthy et Ashok Deniz a recréé des conditions prébiotiques en laboratoire, en utilisant des acides gras et du glycérol, substances probablement présentes sur la Terre primitive. En ajoutant divers composants chimiques et en modifiant l’environnement de réaction (température, pH, ions métalliques), ils ont observé la formation de vésicules, structures semblables aux protocellules. Ces expériences ont montré que les acides gras et le glycérol pouvaient subir une phosphorylation, conduisant à des vésicules plus stables et diversifiées, essentielles à l’évolution de la vie.
Ce travail ne révèle pas seulement un chemin possible pour l’apparition des phospholipides, briques fondamentales de la vie, mais ouvre également la porte à une meilleure compréhension des mécanismes dynamiques derrière la fusion et la division des protocellules. La prochaine étape pour les chercheurs sera d’explorer ces processus dynamiques pour approfondir notre compréhension de l’évolution des premières formes de vie sur Terre.
Référence
Experimentally modeling the emergence of prebiotically plausible phospholipid vesicles
- Sunil Pulletikurti 3
- Kollery S. Veena 3
- Mahipal Yadav
- Ashok A. Deniz
- Ramanarayanan Krishnamurthy 4
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Published:February 29, 2024
DOI:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.02.007
https://www.cell.com/chem/abstract/S2451-9294(24)00069-X
Highlights
- •Emergence of phospholipid-protocells in the context of chemical origins of life
- •Transition from fatty acids to phospholipid-based vesicles via cyclic-phospholipids
- •Heterogeneous vesicle compositions and morphologies stable to a range of conditions
- •Emergence of 1,2-diacylglycerol protocell-compositions coincidental with biology
- Summary
The prebiotic emergence of protocells is an important part of any origins of life scenario. Although fatty-acid-based vesicles are well studied, how they transitioned to phospholipid vesicles is uncertain. Herein, we show that cyclic-phospholipids formed from fatty acids and glycerol could have played a role by generating a heterogeneous library of vesicles with diverse morphologies and tolerance to a range of metal ions, temperature, and pH. The cyclic phosphate moiety facilitates the natural emergence of vesicles composed of diacyl-phospholipids to become part of the chemical evolutionary process. Competing emergent properties of the various systems (facilitated by additives) could have led to an early preference of the sn-1,2-acyl-substitution on the glycerol backbone coincidental with extant biology. Thus, cyclic-phospholipids could have played a significant role not only in early prebiotic protocellular chemistry but also in facilitating the chemical evolution of protocells from the structurally simple to the functionally more complex.
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