Les premières étapes de l’évolution de l’ADN

Les scientifiques du LMU ont étudié les premières étapes de l’évolution moléculaire à l’intérieur des gouttelettes d’eau de rosée, pour imiter les premiers instants de l’origine de la vie sur Terre. Crédit : Brown / LMU

Une question fondamentale dans le domaine de l’Origine de la Vie est de savoir comment les premières molécules d’ADN se sont répliquées et ont évolué sur la Terre primordiale, il y a plus de 4 milliards d’années. Avant l’émergence des premières cellules ou toute autre forme de compartimentation, les molécules d’ADN et d’ARN étaient probablement dissoutes dans des bassins d’eau ou dans des pores de roche remplis d’eau et de gaz : des conditions omniprésentes sur une Terre volcanique. La forte activité volcanique et les températures élevées étaient responsables d’une atmosphère extrêmement riche en CO2. La concentration de dioxyde de carbone était environ 25 000 fois plus élevée qu’aujourd’hui.

Telles sont les conditions que le Pr. Dieter Braun et son groupe de recherche à la faculté de physique (LMU) recréent : des “pièges thermiques” artificiels pour imiter les pores millimétriques de la roche remplis d’eau et de CO gazeux2. L’équipe de Braun a examiné la réplication et l’évolution de courtes molécules d’ADN dans les conditions primordiales les plus plausibles.

L’étude met en évidence comment les différences de température locales peuvent induire des cycles de l’eau à l’intérieur de petits pores de la roche. L’évaporation et la condensation de l’eau créent de petites gouttelettes de rosée qui s’acidifient dans le CO2-atmosphère riche. Les gouttelettes de rosée agissent comme des compartiments primordiaux sans membrane qui contiennent et concentrent l’ADN. La condensation et l’évaporation périodiques des gouttelettes de rosée forcent les molécules d’ADN dans des cycles de pH neutre-acide, de sels élevés-bas et d’états humides-secs.

De telles fluctuations ont une forte influence sur la réplication des courts brins d’ADN. “Nous avons découvert que des gouttelettes de rosée d’eau acide dans un CO primordial2 l’atmosphère pourrait améliorer la réplication des molécules d’ADN “, déclare Alan Ianeselli, étudiant au doctorat et premier auteur de la recherche.” Via les cycles sel, pH et humide-sec, la rosée a favorisé les mutations et les recombinaisons de l’ADN, créant des brins d’ADN jusqu’à 20 fois plus longs que les premiers.”

Au cours des cycles de réplication dans les gouttelettes de rosée, les molécules d’ADN initialement courtes mutent fortement et deviennent progressivement plus longues, entraînées par les caractéristiques particulières des cycles millimétriques de l’eau. Les conditions physiques de la rosée induisent également un processus de sélection sur les brins d’ADN, créant des molécules d’ADN enrichies en empreintes de séquences spécifiques.

Ces résultats indiquent que les gouttelettes de rosée sont les premiers compartiments primordiaux capables d’héberger la réplication et l’évolution des molécules d’ADN. Le laboratoire du Pr. Dieter Braun prévoit de caractériser les effets de ces cycles de rosée sur une variété de réactions chimiques prébiotiques, de la synthèse abiotique de nucléotides à l’assemblage de grands complexes d’ARN capables d’auto-réplication.


Les bulles de gaz dans les pores des roches étaient une pépinière pour la vie sur la Terre primitive


Plus d’information:
Alan Ianeselli et al, Les cycles de l’eau dans une atmosphère Hadéenne de CO2 conduisent l’évolution de l’ADN long, Physique naturelle (2022). DOI : 10.1038 / s41567-022-01516-z

Fourni par l’Université Ludwig Maximilian de Munich

Citation: Les premières étapes de l’évolution de l’ADN (2022, 21 mars) récupéré le 22 mars 2022 sur https://phys.org/news/2022-03-stages-dna-evolution.html

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