Polymères et membranes primitives, coopération moléculaire et émergence de la vie. De nouvelles approches en chimie verte et matériaux durables sont possibles
Des chercheurs ont identifié une forme simple de coopération moléculaire qui a pu aider les premières briques élémentaires de la vie à gagner en stabilité et en organisation. En associant des acides gras, capables de former des membranes cellulaires primitives, à des hydroxyacides, susceptibles de former de courts polymères, l’équipe a démontré que de courts oligomères peuvent croître directement sur des molécules amphiphiles. Il en résulte des structures hybrides lipide-polymère qui s’assemblent plus aisément et résistent mieux à la dégradation dans l’eau. Ces résultats suggèrent que la coopération entre molécules simples a pu constituer une étape clé dans la transition entre une chimie inerte et les premiers systèmes vivants.
Ces travaux pourraient inspirer de nouvelles approches en chimie verte et dans le domaine des matériaux durables.
Cette nouvelle étude suggère que, sur la Terre primitive, des molécules simples ont pu coopérer pour créer des structures plus stables rappelant des cellules, offrant ainsi de nouveaux indices sur l’une des plus grandes questions scientifiques : l’origine de la vie. Menée par le Dr Moran Frenkel-Pinter, de l’Université Hébraïque de Jérusalem, et sa postdoctorante, le Dr Rotem Edri, cette étude démontre que deux types de molécules simples, les acides gras et les hydroxyacides, peuvent se combiner pour créer des structures plus robustes et plus stables que celles formées par chacune de ces molécules prise isolément. Fait crucial, l’étude établit un lien entre deux domaines souvent étudiés séparément : la formation de compartiments primitifs analogues à des cellules et la croissance abiotique de courts polymères. Ces découvertes suggèrent que la coopération moléculaire a pu jouer un rôle déterminant dans le passage d’une chimie simple aux premières cellules vivantes. Les acides gras sont considérés comme faisant partie des constituants des premières membranes cellulaires, tandis que les hydroxyacides peuvent s’assembler pour former de courtes chaînes. Les scientifiques ont longtemps étudié ces deux types de molécules séparément. Cette étude a soulevé une question inédite : que se passe-t-il lorsqu’elles sont chimiquement couplées, de sorte que des oligomères croissent sur des molécules amphiphiles capables de s’assembler en compartiments ?
La réponse s’est révélée surprenante.
Lorsque les chercheurs ont lié des hydroxyacides à des acides gras dans des conditions simples, telles qu’elles ont pu exister sur la Terre primitive, les nouvelles molécules ont acquis une bien meilleure capacité à s’auto-assembler en minuscules compartiments semblables à des cellules. Elles pouvaient former ces structures à des concentrations bien plus faibles que les acides gras seuls, rendant ainsi le processus plus efficace. L’équipe a également observé des structures microscopiques semblables à des bulles, appelées vésicules, ainsi que d’autres minuscules assemblages rappelant les types de compartiments considérés comme essentiels aux premières formes de vie. Ces nouvelles molécules se sont aussi révélées plus résistantes. En temps normal, les chaînes constituées d’hydroxyacides se désagrègent assez rapidement dans l’eau.
Cependant, lorsqu’elles étaient liées à des acides gras, elles persistaient beaucoup plus longtemps, augmentant ainsi leurs chances de survie dans les environnements humides où la vie est censée être apparue. En d’autres termes, les amphiphiles contribuaient à protéger les oligomères, tandis que ces derniers favorisaient l’assemblage des amphiphiles. « Ces résultats mettent en évidence une forme simple mais puissante de coopération moléculaire », a déclaré le Dr Moran Frenkel-Pinter. «En associant des molécules primitives de type lipide à des polymères d’hydroxyacides, nous voyons émerger des propriétés qu’aucun des deux systèmes ne présente pleinement à lui seul. Les oligomères gagnent en stabilité lorsqu’ils sont liés à des amphiphiles, et ces derniers forment plus efficacement des structures organisées lorsqu’ils sont modifiés par des oligomères. Cela pourrait expliquer comment les premiers systèmes chimiques ont acquis davantage d’organisation et de stabilité, devenant ainsi plus aptes à favoriser l’émergence de la vie. »
L’un des plus grands mystères dans la recherche sur les origines de la vie est de comprendre comment les premières molécules se sont suffisamment organisées pour finir par former des cellules vivantes. Les cellules modernes reposent sur des membranes créant des espaces protégés ainsi que sur de grosses molécules, telles que les protéines et l’ADN, qui assurent les fonctions essentielles à la vie. Cette étude suggère que, bien avant l’existence de ces molécules complexes, des molécules simples s’entraidaient peut-être déjà, créant des systèmes chimiques plus stables susceptibles d’évoluer au fil du temps.
En associant la formation d’oligomères à l’auto-assemblage d’amphiphiles, ces travaux proposent un modèle montrant comment des compartiments et des polymères primitifs ont pu influencer mutuellement leur évolution dès le tout début. Les chercheurs ont constaté que cet effet de coopération ne se limitait pas à une seule paire de molécules. Des résultats similaires ont été observés avec divers acides gras et hydroxyacides, ce qui laisse penser que ce type de collaboration moléculaire était peut-être courant sur la Terre primitive. Au-delà de l’éclairage qu’ils apportent sur les origines de la vie, ces travaux pourraient également inspirer de nouveaux matériaux respectueux de l’environnement. Comme ces molécules sont produites par des réactions simples, sans solvant, et qu’elles sont biodégradables, elles pourraient trouver des applications futures dans le domaine de la chimie verte et des matériaux durables. L’étude apporte de nouvelles preuves que la coopération, et pas seulement la concurrence, a peut-être joué un rôle important au tout début de la vie, permettant à des molécules simples de développer conjointement de nouvelles capacités qu’elles n’auraient pu acquérir seules. Plutôt que de considérer les premiers compartiments et les premiers polymères comme des problèmes distincts, ces résultats suggèrent que leur apparition pourrait avoir été chimiquement liée.
Publication dans Nature 27 juillet 2026
Traduction/adaptation Esther Amar pour Israël Science Info
