Recherche thématique : EXOBIOLOGIE

Le défi

Construire les outils expérimentaux pour comprendre la transition du non-vivant au le vivant.

Aperçu

Du milieu interstellaire jusqu’aux océans de la Terre primitive sur laquelle la vie a émergé, une succession d’étapes ont mis en jeu des environnements très différents où la complexité moléculaire à pu être générée et évoluée en partant de composés simples et abondants comme H2O, CH3OH, CO, NH3, H2CO à la surface des grains glacés du nuage moléculaire dense originel, jusqu’à l’émergence de structures biochimiques auto-réplicatives signant l’apparition de la vie sur notre planète Terre. La compréhension de la continuité entre les différentes étapes requiert de nouveaux outils de simulation expérimentale et d’analyse qui sont au cœur des développements de cet axe.

OBJECTIFS
SCIENTIFIQUES

Les enjeux chimie des origines de la vie au 21e siècle

• Simuler l’évolution chimique du milieu interstellaire à la surface de la Terre et dans les sources hydrothermales au fond de ses océans.
• Développer de nouvelles méthodologies analytiques pour cribler efficacement la diversité moléculaire d’un environnement donné pour y identifier des systèmes chimiques particuliers.
• Développer les outils pour comprendre les premiers paramètres permettant une auto-organisation de la matière.

Le cadre scientifique

Du milieu interstellaire à la Terre primitive: de la diversité moléculaire de la chimie abiotique à l’organisation des premiers systèmes biochimiques

Comprendre l’origine de la vie sur notre planète est indispensable pour orienter notre stratégie de recherche de la vie ailleurs. Ceci nécessite une solide synergie interdisciplinaire allant de la physique à la biologie en passant par la chimie et la géologie. Elles s’enrichissent mutuellement pour étudier les hypothèses liées aux conditions d’émergence de la vie sur Terre et à la possibilité d’obtenir la même évolution au-delà.

La vie est le résultat d’une évolution chimique complexe qui interagit fortement avec un environnement planétaire en constante transformation. Le niveau de contingence est donc extraordinairement élevé et peut sembler inaccessible. Cependant, après des décennies de stagnation, les études sur la chimie prébiotique sont aujourd’hui très actives dans le monde et offrent des perspectives prometteuses. Il ne s’agit pas nécessairement de reconstruire en laboratoire la vie telle que nous la connaissons sur Terre, qui dépend fortement de l’histoire de son apparition et de son évolution sur notre planète, mais de développer des systèmes chimiques autocatalytiques stables dans le temps à travers des processus évolutifs. Cette nouvelle approche s’appuie sur une description cohérente de l’ensemble du processus d’auto-organisation, depuis le développement de l’autocatalyse jusqu’à l’évolution biologique (darwinienne), sans discontinuité fondamentale. L’origine de la vie est désormais considérée en termes de processus plutôt que de molécules, ce qui signifie que la formation des biopolymères (c’est-à-dire les peptides et les acides nucléiques) ne doit pas être étudiée comme un processus en deux étapes (formation de monomères puis polymérisation) mais plutôt comme un système global.

Au cours des dix dernières années, les études relatives à la chimie en jeu dans l’origine de la vie ont progressé à un rythme élevé. La prochaine décennie semble être cruciale pour lier les approches interdisciplinaires dans ce domaine. Le PEPR Origins contribuera à développer de nouveaux concepts et expériences pour comprendre la séquence des réactions, depuis la formation de la matière organique (y compris celle apportée sur la Terre primitive par des sources extraterrestres), jusqu’à son auto-assemblage, dans les conditions environnementales de la Terre primitive, pour former les premiers systèmes autocatalytiques. Nous simulerons en laboratoire les différentes étapes de l’évolution de la matière organique à partir d’environnements du milieu interstellaire. La formation de molécules telles que les acides aminés, les nucléobases, les sucres, les voies vers la formation de biopolymères, ainsi que l’origine de l’asymétrie des composés chiraux, seront étudiés et compris grâce à ces travaux de laboratoire.

Ce projet nécessite le développement de nouveaux réacteurs chimiques reproduisant les conditions du milieu interstellaire, du disque protoplanétaire ou des environnements planétaires primitifs, ainsi que la mise en œuvre de nouvelles méthodes analytiques pour identifier les systèmes auto-organisés présentant des similitudes avec des processus tels que ceux des systèmes biochimiques et de leurs traces. Les techniques microfluidiques sont particulièrement adaptées aux études à l’échelle microscopique pour fournir des informations sur la sélection qui s’opère dans des systèmes chimiques particuliers. Des algorithmes d’apprentissage automatique de reconnaissance des formes seront développés pour identifier les systèmes autocatalytiques et autoréplicatifs produits dans les expériences de laboratoire.