Hypothèse du monde ARN

L'hypothèse du monde à ARN expliquée

Il est largement admis que la caractéristique la plus cruciale des premières formes de vie était la capacité à se répliquer et à se reproduire. Sinon, une fois l'heure de la forme de vie arrivée, il n'y aurait plus rien pour perpétuer son héritage, et elle n'aurait certainement pas pu donner naissance à la pléthore de biodiversité que l'on trouve aujourd'hui sur terre.

L'hypothèse du monde ARN est basée sur la capacité de l'ARN à s'auto-répliquer. Un simple brin autoréplicatif aurait-il pu être la première forme de vie à émerger ? La capacité de l'ARN à se répliquer sans molécules externes le suggère.

Les étapes de l'hypothèse du monde d'ARN

Puisque toutes les formes de vie descendent d'un ancêtre commun, nous pouvons supposer que les mêmes étapes évolutives ont été franchies par toutes les formes de vie survivantes aux premières origines de la vie, lorsque le modèle du monde de l'ARN s'appliquait. Et ce, jusqu'à l'émergence du dernier ancêtre commun universel (LUCA).

Soupe moléculaire primordiale

Comme beaucoup d'autres théories sur l'origine de la vie, le monde de l'ARN commence dans la soupe primordiale (Fig. 1).

À la suite de réactions chimiques spontanées, la soupe moléculaire primordiale s'est remplie de nucléotides flottants, les éléments constitutifs de l'ADN et de l'ARN.

Ces nucléotides flottants ont donné naissance aux tout premiers brins d'ARN. Cependant, ils ont été rapidement décomposés, puis reconstruits dans un cycle répétitif. Les brins d'ARN plus stables se sont allongés, liant davantage de nucléotides jusqu'à ce qu'ils se développent plus vite qu'ils ne se décomposent.

L'émergence de l'ARN autocopiant

L'ARN autocopiant a fini par apparaître. La structure de l'ARN aurait influencé la rapidité et le succès de sa réplication jusqu'à ce qu'un ARN autocopiant l'emporte sur les autres par le biais de la sélection naturelle.

Lareproduction, qu'elle soit sexuelle ou par autoreproduction, est une exigence cruciale pour les premières formes de vie, de sorte que ces brins autoreproduits pourraient être considérés comme la toute première forme de vie.

Les premières protéines

La première protéine du monde est apparue avec un peu d'aide de l'ARN de capture. Ces ARN sont des ARN simples qui s'accrochent littéralement à d'autres brins ou molécules d'ARN pour former des complexes, modifiant ou améliorant leur fonction au cours du processus. Cette première protéine ou ce premier composé était probablement un ribosome primitif et a donné le coup d'envoi à la synthèse d'autres protéines.

Peu de temps après l'ARN grabataire, lesspliceosomes ont été mis au point.

La capacité de produire une variété de protéines à partir d'un seul brin d'ARN aurait été incroyablement bénéfique pour les premiers organismes, accélérant leur évolution.

L'évolution de l'ADN

Des millions d'années se sont écoulées, et un ARN de plus en plus complexe est apparu, donnant finalement naissance aux protéines contemporaines complexes et plus tard à l'ADN. Puis, de la même manière que tu pourrais déléguer tes tâches à un frère ou une sœur plus jeune, les protéines et l'ADN ont assumé les rôles remplis par l'ARN primitif. Les protéines sont devenues responsables des réactions chimiques au sein des cellules, tandis que l'ADN, plus stable que son homologue l'ARN, était désormais responsable du stockage des informations génétiques.

C'est ainsi que l'hypothèse du monde de l'ARN suggère que l'ADN est le principal matériel génétique et que les protéines sont les principaux moteurs des réactions cellulaires. L'ARN s'est formé et a finalement donné naissance aux prédécesseurs de chacune des fonctions initiales de l'ARN, laissant l'ARN jouer le rôle d'intermédiaire.

Preuves de l'hypothèse du monde à ARN

L'hypothèse du monde à ARN est la théorie la plus largement soutenue parmi les hypothèses actuelles sur l'origine de la vie sur terre, car les scientifiques ont réussi à découvrir des preuves assez convaincantes pour étayer leur thèse...

La Terre en éprouvette :

L'hypothèse du monde de l'ARN repose sur l'existence de nucléotides libres. Dans la soupe primitive, l'ARN était continuellement décomposé.

La formation de brins de plus en plus longs qui croissaient plus vite qu'ils ne se désagrégeaient était le seul moyen d'échapper à une décomposition complète. Par conséquent, une abondance de nucléotides serait un avantage, voire une nécessité, si les brins d'ARN devaient se transformer en une machinerie plus complexe susceptible de sous-tendre la vie. Si l'ARN voulait vraiment réussir, il devrait fabriquer lui-même plus de nucléotides...

De nombreux scientifiques ont recréé les conditions de la terre primitive et de la soupe primordiale dans des tubes à essai. Ces expériences isolées ont fini par faire évoluer des brins d'ARN complexes qui peuvent entraîner des réactions chimiques pour produire certains nucléotides.

L'hypothèse du monde de l'ARN stipule que des ARN construisant des nucléotides seraient nécessaires vers le début des origines de la vie pour fournir les éléments constitutifs de brins d'ARN plus longs et plus complexes. Ces expériences en éprouvette prouvent que l'ARN peut entraîner les réactions de construction de nucléotides nécessaires.

Pourquoi l'ARN et non l'ADN ?

L'ARN peut à la fois conduire des réactions chimiques et transporter des informations génétiques. L'ADN, quant à lui, ne peut faire que cela (figure 2).

Figure 2 : La différence de structure entre l'ARN et l'ADN indique lequel des deux est apparu en premier dans l'évolution de la vie et du matériel génétique, Source : biologydictionary.net

Non seulement la multifonctionnalité de l'ARN suggère qu'il a été la forme initiale de l'information génétique, mais il en va de même pour la structure de l'ARN.

L'un des éléments constitutifs de l'ARN est le ribose, un hydrate de carbone simple qui a été produit dans des conditions primordiales reproduites dans des éprouvettes.

À l'inverse, l'ADN contient du désoxyribose, un sucre plus stable mais complexe qui est souvent produit en utilisant le ribose comme réactif. Dans les cellules modernes, cette réaction nécessite des catalyseurs protéiques, et il est donc peu probable que l'ADN soit apparu avant que l'ARN n'ait eu la possibilité d'entraîner la synthèse des protéines. Cela prouve que l'ARN est le précurseur de l'ADN.

Particules de reconnaissance des signaux :

L'émergence de protéines qui transmettent un avantage quelconque à l'organisme aurait été un avantage massif pour les premières formes de vie à ARN. Cependant, cet avantage n'aurait été possible que si la protéine s'était trouvée au bon endroit au bon moment.

Comme les protéines sont à la base de tous les processus cellulaires, il en va de même pour les cellules modernes. Les cellules modernes contiennent des particules de reconnaissance de signaux (SRP).

Les PRS sont constamment à l'affût de la production de nouvelles protéines par les ribosomes. Lorsque la synthèse d'une nouvelle protéine est enregistrée, les SRP se lient à l'extrémité de la protéine pendant qu'elle est encore en cours de synthèse, interrompant le processus jusqu'à ce que la protéine soit transportée vers son nouveau domicile dans la cellule.

Les SRP sont constitués de protéines et d'ARN, et ce même ARN se retrouve dans tous les organismes vivants actuels. Cela suggère que les SRP ont évolué dès le début de l'origine de la vie, et comme ils sont construits à partir d'ARN, cela confirme l'hypothèse du monde de l'ARN.

Problèmes liés à l'hypothèse du monde à ARN

L'hypothèse du monde de l'ARN est loin d'être parfaite, et bien qu'elle soit considérée par la majorité des scientifiques comme la principale théorie, elle ne manque pas d'opposants.

L'absence de peptides :

Les peptides, courtes chaînes d'acides aminés qui constituent les protéines, facilitent la transcription et la traduction. Ce sont deux processus cruciaux pour le maintien de la vie.

Certains scientifiques doutent de la capacité des peptides à s'être essentiellement créés eux-mêmes (car les peptides sont formés, avec l'aide d'enzymes, au cours de la traduction). Ils suggèrent plutôt la "théorie du monde ARN-Peptide", selon laquelle les peptides étaient présents dans la soupe primitive.

Cependant, les scientifiques qui soutiennent l'hypothèse du monde de l'ARN ont mené des expériences où les peptides se sont formés dans des conditions similaires à celles de la terre primordiale à partir des précurseurs des acides aminés.

L'ARN est une molécule complexe :

La complexité de l'ARN et la probabilité qu'il soit apparu avant la vie suscitent certaines inquiétudes. L'hypothèse du "métabolisme d'abord" propose que les premiers êtres vivants étaient des cycles chimiques qui produisaient des molécules plus complexes.

Bien que les scientifiques favorables à l'hypothèse du monde de l'ARN aient souligné que ces êtres seraient incapables de subir l'évolution darwinienne, l'ARN formé après cette date ne pourrait pas être considéré comme une molécule complexe. Par conséquent, l'ARN formé après cette date serait toujours considéré comme la première apparition de la vie.

Tu as peut-être remarqué que nous avons dit plus haut que seuls quelques nucléotides ont été produits par l'ARN dans des expériences en éprouvette. Certains scientifiques pensent que ce n'est pas suffisant et que les nucléotides restants et la machinerie correspondante de l'ARN sont trop complexes pour se former aussi tôt que l'exige l'hypothèse du monde de l'ARN.

Imprécisions dans la copie de l'ARN :

Ce n'est pas pour rien que nos informations génétiques sont aujourd'hui stockées dans l'ADN. Il est tout simplement beaucoup plus fiable, car l'ARN souffre de fréquentes erreurs de copie. Ces erreurs pourraient être désastreuses pour les débuts de l'évolution, car lorsque le taux d'erreur devient trop élevé, l'évolution darwinienne perd son avantage.

Résumé de l'hypothèse du monde de l'ARN

En résumé, l'hypothèse du monde de l'ARN affirme que le matériel génétique d'origine devait être de l'ARN car il peut remplir les fonctions des protéines et de l'ADN. D'autres caractéristiques importantes de l'ARN en tant que précurseur de l'ADN sont la capacité de l'ARN à s'auto-répliquer, la composition moléculaire (légèrement) plus simple de l'ARN et la structure des ribosomes comme preuve d'un besoin précoce de l'ARN de conduire ses propres réactions chimiques en l'absence de l'ADN et des protéines.

L'hypothèse du monde de l'ARN est la théorie la plus reconnue et la plus solidement étayée par les scientifiques en ce qui concerne l'origine de la vie sur Terre.