Image: Shutterstock
Dans l’esprit populaire, cyanure rime avec poison. Pourtant, cet élément pourrait avoir joué un rôle clé dans l’apparition des premiers êtres vivants sur Terre.
Comment la Terre est-elle passée d’une boule de magma incandescente à une planète dotée d’une atmosphère riche en oxygène et où pullule la vie ? Il n’y a toujours pas de réponse claire à cette question, qui a suscité au fil des décennies d’innombrables débats et théories. Et pour cause. Il ne reste aucune trace des premières formes de vie, probablement apparues au fond des océans il y a quatre milliards d’années environ, alors que la surface était le théâtre de pluies d’astéroïdes et d’immenses éruptions volcaniques.
Cela dit, un nouvel élément de réponse pourrait tenir en un mot, paradoxalement plus associé à la mort qu’à la vie : le cyanure. C’est ce qu’avance une étude parue dans Nature Chemistry en février dernier. Selon les auteurs, cet élément toxique (sous forme d’acide cyanhydrique gazeux) aurait joué un rôle primordial dans l’apparition des premières formes de vie, bien avant que l’oxygène s’accumule dans l’atmosphère il y a environ deux milliards d’années.
« Nous pensons que le cyanure a pu transformer les molécules simples en composés chimiques essentiels à la vie », résume le principal auteur, Ramanarayanan Krishnamurthy, chimiste à l’Institut de recherche Scripps, en Californie.
L’émergence de la vie
Pour bien comprendre comment cela peut être possible ou même imaginable, il faut d’abord se pencher sur le processus qui a probablement mené à l’émergence des premières formes de vie sur Terre. Pour résumer, des composés organiques (à base de carbone) ont commencé à s’agglutiner, à créer des réactions nouvelles en utilisant les ressources à leur disposition, jusqu’à devenir des structures plus complexes. C’est lorsque ces structures ont réussi à se reproduire de manière stable que la Terre a hébergé ses premiers « êtres vivants ».
Ces organismes originels ont disparu depuis longtemps, et la Terre a été tellement bouleversée en quatre milliards d’années que les indices de leur ancienne présence sont rares. Les chercheurs doivent donc se baser sur des modèles pour reconstituer l’environnement physicochimique de l’époque et sur des expériences en laboratoire pour vérifier si telle ou telle réaction est plausible.
Le secret ? Ne pas trop intervenir. « Quoi qu’il se soit passé, il a fallu que ce soit spontané. Si nous voulons raconter cette période, il faut laisser faire la nature », indique Joseph Moran, spécialiste canadien de la chimie « prébiotique », aujourd’hui chercheur à l’Université de Strasbourg, en France.
On suppose que l’apparition de la vie a été possible à la suite de plusieurs phases. La plupart des modèles s’entendent sur la présence de molécules simples dans la soupe prébiotique primordiale : de l’eau, bien sûr, mais aussi du dioxyde de carbone, de l’azote sous forme d’ammoniac, du dioxygène et du dihydrogène. Ces molécules, qui se sont d’abord assemblées par des processus encore mystérieux, sont à la base de toutes les molécules organiques : les acides aminés, les sucres, les nucléotides…
Par la suite, ces molécules se sont associées en longues chaînes appelées polymères. Les protéines, par exemple, sont des chaînes d’acides aminés et l’ADN et l’ARN sont de longues chaînes de nucléotides et de sucres. Une dernière phase a consisté en l’assemblage de ces grosses molécules entre elles pour exploiter les ressources alentour comme le carbone et l’hydrogène afin de se répliquer et de former les premières cellules.
Le cycle de Krebs inverse
Plusieurs voies chimiques permettent aujourd’hui de créer de la matière organique à partir de molécules simples comme le dioxyde de carbone. L’une d’elles, utilisée par certains microorganismes, est le « cycle de Krebs inverse » et intéresse particulièrement les adeptes de la chimie prébiotique. Mais il y a un (gros) souci : les macromolécules ne peuvent pas s’assembler seules.
Dans la chimie que l’on connaît, des agents extérieurs comme des enzymes (qui sont des protéines) jouent le rôle de catalyseur et orchestrent ces réactions. D’ailleurs, les bactéries qui ont recours au cycle de Krebs inverse utilisent de nombreuses enzymes pour y parvenir. Autrement dit, il faut des protéines pour fabriquer des protéines et autres macromolécules… C’est l’œuf ou la poule ! Aux origines de la vie, on doit donc supposer qu’autre chose a servi de catalyseur.
Image: Shutterstock
C’est ici que le cyanure, présent dans l’atmosphère primitive, entre en scène. Selon les auteurs de l’étude, l’acide cyanhydrique (HCN) interviendrait dès la première phase du processus, c’est-à-dire lors de la transformation de simples molécules en acides aminés, en permettant des échanges d’électrons et une addition progressive d’atomes de carbone.
« Nous pensons que la chimie qui a guidé les premières formes de vie est différente de celle qui a servi à les faire perdurer. Les conditions, les ressources n’étaient pas les mêmes », note Ramanarayanan Krishnamurthy.
En vérifiant cette hypothèse par des expériences in vitro, l’équipe a constaté qu’en effet les réactions survenaient spontanément en présence du cyanure ! Les auteurs soulignent toutefois que d’autres théories font intervenir différents déclencheurs potentiels, notamment des éclairs, des argiles et des métaux océaniques. Autant d’éléments qui auraient pu ajouter des électrons aux atomes des molécules pour qu’elles amorcent leur transformation.
« Le problème, précise Ramanarayanan Krishnamurthy, c’est que, selon nos expériences en laboratoire, l’apparition de ces molécules à partir de ces déclencheurs n’est possible que dans des conditions extrêmement hostiles, avec une forte chaleur ou une forte acidité. Au point où les molécules auraient dû être détruites à mesure qu’elles étaient produites. » Le cyanure, lui, semble fonctionner dans des conditions plus réalistes, affirme-t-il.
Ce n’est d’ailleurs pas la première fois que ce poison attire l’attention. Dès 2015, John Sutherland, chimiste à l’Université de Cambridge, avait imaginé un tel scénario, arguant que le HCN et le sulfure d’hydrogène, un autre gaz, ont pu donner naissance à toute une variété d’acides aminés. « Cette étude a ouvert la voie en proposant le cyanure comme une source prébiotique de molécules, dit Ramanarayanan Krishnamurthy. Mais nous sommes les premiers à nous en servir comme réducteur naturel [un élément qui cède un électron à une autre espèce chimique lors d’une réaction]. »
Avis divergents
Naturel, vraiment ? Sur ce point, les avis divergent. Pour Joseph Moran, les conditions expérimentales de l’équipe américaine ne sont pas si spontanées. « Le problème, c’est qu’elle a modifié les conditions environnementales au fur et à mesure. Il y a plusieurs étapes avec des conditions et des méthodes différentes, ça n’a plus rien de naturel. »
Pour en voir le détail, il faut éplucher la partie technique de l’étude, un document aride d’une centaine de pages dans lequel les auteurs explicitent leurs expériences. On constate qu’ils chauffent leur préparation à base de cyanure avant d’ajouter d’autres éléments, puis qu’ils la chauffent de nouveau à une autre température… Bref, ces expériences sont dirigées par la main des humains, dans des conditions très contrôlées. « Cela reste intéressant, concède Joseph Moran, et leurs résultats sont solides. Le problème, c’est qu’en aucun cas cela ne peut correspondre à la réalité. »
Pour Ramanarayanan Krishnamurthy, ces concessions à la réalité ne sont pas forcément invalidantes : « Ce qui a été fait en laboratoire, c’est une manière d’accélérer le processus pour que les expériences ne s’étendent pas indéfiniment. Si nous avions laissé les choses agir d’elles-mêmes, ça aurait duré plusieurs mois, ce qui est plus compliqué pour ce type de recherche. »
De plus, des conditions changeantes pourraient finalement être tout à fait réalistes. « Notre planète était à l’époque beaucoup plus instable, les changements de température dans le cycle jour-nuit étaient plus marqués, il y avait de l’humidité, de l’acidité et de nombreuses variables impossibles à prévoir, mais qui ont pu altérer les molécules dans ces instants », ajoute-t-il.
« La vie est un système autoorganisé, reprend Joseph Moran. C’est le fruit de tout un ensemble de réactions complexes et difficiles à cerner, c’est pourquoi le défi est de trouver un cadre dans lequel ces réactions ont pu avoir lieu. » Son équipe penche plutôt vers un rôle majeur joué par des métaux et des ions métalliques comme le fer et le zinc qui auraient réagi avec le dioxyde de carbone et accompli une portion du cycle de Krebs inverse.
Pour Ramanarayanan Krishnamurthy, malgré l’absence de preuves directes, l’hypothèse du cyanure doit être creusée : « C’est un changement de paradigme. Si une simple molécule peut avoir tant de pouvoir, cela redéfinit notre rapport à la biochimie et à l’origine de la vie. C’est en tout cas une piste à explorer. »
Si cette piste est bonne, cela signifierait que la recette de la vie est plus simple qu’on le croit et que, peut-être, celle-ci pourrait apparaître plus facilement sur d’autres planètes, notamment celles où du cyanure a été découvert, ce qui est relativement fréquent.
« Certaines molécules utilisées par les êtres vivants peuvent être retrouvées sur des exoplanètes, rappelle Ramanarayanan Krishnamurthy. Mais elles peuvent très bien être le résultat d’un processus abiotique, sans présence de vie. Lorsque de telles molécules sont trouvées, il serait intéressant de s’interroger sur la présence de cyanure, qui constituerait un argument de plus dans la recherche d’un processus biologique ! »
Bref, il va peut-être falloir élargir nos horizons pour inclure un poison mortel dans la liste des « preuves » potentielles de vie extraterrestre…
