Avant que bactéries et archées ne deviennent deux grandes branches du vivant, leur ancêtre commun possédait déjà une partie de la chimie nécessaire à la vie. Mais il lui manquait encore de nombreuses enzymes. Selon une nouvelle étude, chacune des deux lignées aurait ensuite complété ce système de son côté.
Ce système est le métabolisme : un réseau de réactions qui permet aux cellules de fabriquer leurs constituants et de transformer l’énergie. Les enzymes sont les protéines qui accélèrent et contrôlent aujourd’hui la plupart de ces réactions. Les archées, elles, sont des microbes distincts des bactéries, même si les deux groupes peuvent se ressembler.
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Pour remonter aussi loin dans le passé, il n’existe évidemment aucun fossile de protéine. Les auteurs ont donc comparé les enzymes présentes dans 552 génomes bactériens et 401 génomes d’archées. Ils ont relié ces protéines à 361 réactions nécessaires pour fabriquer notamment des acides aminés, des bases de l’ADN et divers auxiliaires chimiques des cellules.
Cette comparaison permet de rechercher les enzymes héritées d’un ancêtre très ancien. Les chercheurs en attribuent 166 à LUCA, nom donné au dernier ancêtre commun aux bactéries et aux archées. En revanche, 89 autres seraient apparues plus tard sur la branche menant aux bactéries, et 38 sur celle menant aux archées. Pour 37 enzymes, les données restent trop dispersées pour trancher.
Un point change fortement la manière de lire ce résultat : l’absence d’une enzyme chez LUCA ne signifie pas forcément que la réaction correspondante était impossible. Elle pouvait être réalisée autrement, avant l’apparition de la protéine moderne.
Les auteurs proposent que des métaux présents dans l’environnement aient assuré une partie de ce travail. Du fer, du nickel ou du cobalt peuvent accélérer des réactions chimiques sans enzyme. Plusieurs expériences antérieures ont déjà reproduit, avec de tels métaux et dans des conditions hydrothermales, des réactions correspondant à plus de la moitié du métabolisme central actuel.
Ce scénario renvoie aux sources hydrothermales, où de l’eau circule dans des roches chaudes et déclenche de nombreuses réactions chimiques. Certaines de ces réactions produisent de l’hydrogène et exposent des métaux capables de transformer de petites molécules. La chimie du milieu aurait ainsi pu fournir une partie de ce que les cellules assurent aujourd’hui elles-mêmes.
L’étude apporte aussi un test sur le phosphite, un composé du phosphore présent dans certains milieux hydrothermaux. En présence de métaux, il peut participer à l’ajout d’un groupe phosphate sur l’AMP pour former de l’ADP. Cette molécule appartient au système ATP-ADP utilisé aujourd’hui par les cellules pour leurs échanges d’énergie. Les auteurs relient également 17 auxiliaires chimiques modernes à des fonctions que des métaux peuvent remplacer dans des expériences de laboratoire.
Le scénario proposé n’implique donc pas deux origines indépendantes de la vie. Bactéries et archées auraient hérité d’un même réseau chimique déjà bien avancé, puis remplacé certaines aides minérales par des enzymes différentes. Reste à déterminer jusqu’où ces réactions sans enzymes peuvent fonctionner ensemble dans un même environnement et alimenter durablement un réseau comparable à celui des premières cellules.
