La première vie peut avoir surgi des étangs et non des océans

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Une nouvelle étude du MIT révèle que les étangs primitifs ont peut-être créé un environnement propice à la fabrication des premières formes de vie sur Terre, plus que les océans.

Les étangs auraient été de meilleurs endroits pour que naisse la vie

Les chercheurs ont rapporté que des masses d’eau peu profondes, de l’ordre de 10 centimètres de profondeur, auraient pu contenir de fortes concentrations de ce que de nombreux scientifiques pensent être un ingrédient-clé de la vie sur Terre: l’azote.

Dans les étangs peu profonds, l’azote, sous forme d’oxydes d’azote, aurait eu de bonnes chances de s’accumuler suffisamment pour réagir avec d’autres composés et donner naissance aux premiers organismes vivants. Dans les océans beaucoup plus profonds, l’azote aurait eu plus de mal à établir une présence significative, catalysant la vie, affirment les chercheurs.

«Notre message est le suivant: si vous pensez que l’origine de la vie nécessitait de l’azote fixe, comme beaucoup de gens, il est difficile d’avoir l’origine de la vie dans l’océan», déclare l’auteur principal Sukrit Ranjan, postdoc au Département de la Terre du MIT , Sciences atmosphériques et planétaires (EAPS). « C’est beaucoup plus facile que cela se produise dans un étang. »

Ranjan et ses collègues ont publié leurs résultats aujourd’hui dans la revue Geochemistry, Geophysics, Geosystems. Les auteurs du document sont Andrew Babbin, professeur adjoint Doherty en utilisation des océans à l’EAPS, ainsi que Zoe Todd et Dimitar Sasselov de l’Université d’Harvard et Paul Rimmer de l’Université de Cambridge.

Deux hypothèses sur l’origine de la vie

Si la vie primitive résultait effectivement d’une réaction-clé impliquant l’azote, les scientifiques pensent que cela aurait pu se produire de deux manières. La première hypothèse concerne l’océan profond, où l’azote, sous forme d’oxydes d’azote, aurait pu réagir avec le dioxyde de carbone qui jaillissait des bouches hydrothermales pour former les premiers blocs de construction moléculaires de la vie.

La deuxième hypothèse sur l’origine de la vie basée sur l’azote implique l’ARN – l’acide ribonucléique, une molécule qui contribue aujourd’hui à coder nos informations génétiques. Dans sa forme primitive, l’ARN était probablement une molécule flottant librement. Certains scientifiques pensent que l’ARN aurait pu être induit chimiquement pour former les premières chaînes moléculaires de la vie au contact d’oxydes d’azote. Ce processus de formation d’ARN aurait pu se produire dans les océans ou dans les lacs et les étangs peu profonds.

Les oxydes d’azote se sont probablement déposés dans des étendues d’eau, y compris des océans et des étangs, sous forme de restes de la dégradation de l’azote dans l’atmosphère terrestre. L’azote atmosphérique est constitué de deux molécules d’azote, liées par une triple liaison forte, qui ne peut être brisée que par un événement extrêmement énergétique – comme la foudre.

«La foudre est comme une bombe très intense qui se déclenche», dit Ranjan. «Elle produit suffisamment d’énergie pour rompre cette triple liaison dans notre gaz d’azote atmosphérique afin de produire des oxydes d’azote pouvant ensuite s’infiltrer dans les plans d’eau.»

La foudre aurait contribué

Les scientifiques pensent qu’il aurait pu y avoir suffisamment de foudre dans l’atmosphère primitive pour produire beaucoup d’oxydes d’azote afin d’alimenter l’origine de la vie dans les océans. Ranjan dit que les scientifiques ont supposé que cet apport d’oxydes d’azote générés par la foudre était relativement stable une fois que les composés étaient entrés dans les océans.

Cependant, dans cette nouvelle étude, il identifie deux «puits» importants, ou des effets qui pourraient avoir détruit une partie importante des oxydes d’azote, en particulier dans les océans. Ses collègues et lui ont étudié la littérature scientifique et ont découvert que les oxydes d’azote dans l’eau pouvaient être décomposés par le biais d’interactions avec la lumière ultraviolette du Soleil, ainsi qu’avec le fer dissous éliminé par des roches océaniques primitives.

Ranjan affirme que la lumière ultraviolette et le fer dissous pourraient avoir détruit une partie importante des oxydes d’azote dans l’océan, renvoyant les composés dans l’atmosphère sous forme d’azote gazeux.

«Nous avons montré que si vous incluez ces deux nouveaux puits auxquels les gens n’avaient pas pensé auparavant, ils réduisent d’un facteur de 1 000 les concentrations d’oxydes d’azote dans l’océan, par rapport à ce que les gens calculaient auparavant», explique Ranjan.

«Construire une cathédrale»

Dans l’océan, la lumière ultraviolette et le fer dissous auraient rendu les oxydes d’azote beaucoup moins disponibles pour la synthèse d’organismes vivants. Dans les étangs peu profonds, cependant, la vie aurait eu une meilleure chance de s’implanter. Cela tient principalement au fait que les bassins ont beaucoup moins de volume sur lequel les composés peuvent être dilués. En conséquence, les oxydes d’azote auraient accumulé des concentrations beaucoup plus élevées dans les étangs. Tous les «puits», tels que les rayons ultraviolets et le fer dissous, auraient eu un effet moindre sur les concentrations globales du composé.

Selon Ranjan, plus l’étang est peu profond, plus il y a de chances que les oxydes d’azote auraient interagi avec d’autres molécules, notamment l’ARN, pour catalyser les premiers organismes vivants. «Ces étangs pourraient avoir une profondeur de 10 à 100 centimètres et une surface de plusieurs dizaines de mètres carrés ou plus», explique Ranjan. « Ils auraient été semblables à l’étang Don Juan en Antarctique, avec une profondeur saisonnière estivale d’environ 10 centimètres. »

Cela peut ne pas sembler être une masse d’eau importante, mais il dit que c’est précisément le but: dans les environnements plus profonds ou plus grands, les oxydes d’azote auraient simplement été trop dilués, excluant toute participation à la chimie de l’origine de la vie. D’autres groupes ont estimé qu’il y avait environ 3,9 milliards d’années, juste avant l’apparition des premiers signes de vie sur Terre, environ 500 kilomètres carrés d’étangs et de lacs peu profonds dans le monde.

«C’est tout à fait minuscule, comparé à la superficie du lac que nous avons aujourd’hui», dit Ranjan. « Cependant, par rapport à la surface nécessaire aux chimistes prébiotiques, ce postulat est essentiel pour que la vie commence, c’est tout à fait adéquat. »

Une étude qui fournit un élément de preuve convaincant

Ce débat sur la question de savoir si la vie a débuté dans les étangs et les océans n’est pas tout à fait résolu, mais Ranjan affirme que cette nouvelle étude fournit un élément de preuve convaincant pour la première hypothèse.

«Cette discipline revient moins à renverser une rangée de dominos qu’à construire une cathédrale», dit Ranjan. « Il n’y a pas de vrai moment « aha ». C’est plus comme construire patiemment, une observation après l’autre, et l’image qui se dégage est que dans l’ensemble, de nombreuses voies de synthèse des prébiotiques semblent être chimiquement plus faciles dans les étangs que dans les océans. »

Source : MIT
Crédit photo sur Unsplash : bady qb

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