La glace, un milieu protocellulaire favorable à la réplication de l'ARN
Une étape importante permettant d'arriver à l'émergence de la vie est l'apparition de structures portant de l'information capable de s'auto-répliquer et d'évoluer. Une des théories sur l'origine de la vie est que cette première molécule était de l'ARN [1]. Cependant, l'ARN est une molécule assez instable et seul des conditions particulières ont pu permettre son émergence de façon stable pour qu'il puisse perdurer. Il reste à déterminer quelles sont ces conditions et si elles sont compatibles avec celles de la terre à ses débuts. Une hypothèse est que les propriétés physico-chimiques de la glace, qui était probablement assez largement répandu sur la terre à son origine, ont pu permettre cette transition sans pour autant nécessiter la présence de membranes. En effet la glace permet de compartimenter et de concentrer les molécules identiques entre elles, conditions nécessaires à une évolution darwinienne. De plus elle permet d'augmenter la fidélité de la réplication de l'ARN.
Pour leurs expériences, les auteurs ont utilisé un ribozyme avec une activité d'ARN-polymérase, un variant de Round-18(R18) et ont mesuré différents paramètres en fonction des conditions du milieu. Ils ont choisi cette molécule car il est probable qu'elle soit proche de celles qui existaient à l'origine. Dans un premier temps, ils ont cherché à savoir si l'activité de polymérisation et la stabilité des molécules étaient modifiées en fonction de la température. Dans un second temps, après avoir déduit que la polymérisation pouvait avoir lieu à des températures faibles, ils ont regardé si la fidélité était maintenue à ces températures. Ils ont également cherché à savoir si la composition en ions avait une influence sur la réaction. Ils se sont également demandés si la structure complexe de la glace à l'échelle microscopique était capable de favoriser l'évolution des molécules d'ARN en permettant de les compartimenter.
Les auteurs démontrent non seulement que la glace est un milieu permettant des réactions de polymérisation mais qu'en plus elle améliore l'activité des ribozymes. De plus ils montrent que la glace permet de réduire le taux de dégradation des produits tout en maintenant une fidélité de réplication élevée. La structure particulière de la glace dans sa phase eutectique permet de compartimenter les ARN. Ceci leur permet dans un premier temps de s'affranchir de certains substrats et solutés pour avoir leur activité, et dans un second temps d'évoluer. Cet article démontre donc que des structures ont pu se maintenir et évoluer avant qu'il n'y ait des vésicules membranaires. Leurs résultats impliquent également que la glace a du avoir un rôle plus important dans les différentes étapes qui ont permis de passer de la synthèse d'oligomères prébiotiques à l'émergence d'ARN auto-réplicateurs capables d'évolution. Il faudrait revoir la théorie du monde d'ARN comme celle d'un monde froid d'ARN.
L'article est assez rigoureux car il détail précisément les méthodes et le type de molécules utilisées ce qui rend les expériences reproductibles. De plus, le nombre d'expériences réalisées est assez important et les résultats se confirment les uns les autres, ce qui permet d'augmenter la confiance que l'on peut avoir dans leurs résultats.
Cet article permet d'enrichir la théorie du monde d'ARN car il décrit des conditions dans lesquelles cette molécule aurait pu se maintenir, être active et évoluer. De plus il est facile de concevoir que la glace était répandu à l'origine de la terre, ce qui rend cette théorie un peu plus probable.
Bien que les expériences qui reposent sur l'utilisation de techniques de biologie moléculaire soient assez compliquées, les résultats restent claire et facile d'accès notamment grâce aux nombreux graphiques et figures qui sont présentés.
A crucial transition in the origin of life was the emergence of an informational polymer capable of self-replication and its compartmentalization within protocellular structures. We show that the physicochemical properties of ice, a simple medium widespread on a temperate early Earth, could have mediated this transition prior to the advent of membraneous protocells. Ice not only promotes the activity of an RNA polymerase ribozyme but also protects it from hydrolytic degradation, enabling the synthesis of exceptionally long replication products. Ice furthermore relieves the dependence of RNA replication on prebiotically implausible substrate concentrations, while providing quasicellular compartmentalization within the intricate microstructure of the eutectic phase. Eutectic ice phases had previously been shown to promote the de novo synthesis of nucleotide precursors, as well as the condensation of activated nucleotides into random RNA oligomers. Our results support a wider role for ice as a predisposed environment, promoting all the steps from prebiotic synthesis to the emergence of RNA self-replication and precellular Darwinian evolution.
