Les cellules modernes sont les surperformeurs du monde biologique - échafaudage interne, processus chimiques étroitement contrôlés et manuel d'instructions génétiques pour tout. Mais les premières structures ressemblant à des cellules ? C'étaient essentiellement des bulles graisseuses avec des idées de grandeur. Comprendre comment ces protocellules simples ont évolué en machines cellulaires complexes que nous voyons aujourd'hui a été un casse-tête central dans la recherche sur l'origine de la vie.

Une étude récente de l'Institut des sciences de la vie terrestre (ELSI) à l'Institut des sciences de Tokyo a décidé d'arrêter de deviner et de commencer à geler. Au lieu de proposer une grande théorie, ils ont construit des protocellules modèles - de grandes vésicules unilamellaires (LUV) - en utilisant trois types de phospholipides : POPC (1-palmitoyl-2-oléoyl-glycéro-3-phosphocholine ; 16:0-18:1 PC), PLPC (1-palmitoyl-2-linoléoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine ; 16:0-18:2 PC) et DOPC (1,2-di-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine ; 18:1 (D9-cis) PC). « Nous avons utilisé la phosphatidylcholine (PC) comme composants membranaires, en raison de leur continuité structurelle chimique avec les cellules modernes, de leur disponibilité potentielle dans des conditions prébiotiques et de leur capacité à retenir le contenu essentiel », a déclaré Tatsuya Shinoda, étudiant doctorant à l'ELSI et auteur principal. Des différences subtiles dans les doubles liaisons rendaient certaines membranes rigides (POPC) et d'autres molles (PLPC et DOPC).

Puis sont venus les cycles de gel/dégel (F/T) - imitant les sautes d'humeur de température de la Terre ancienne. Après trois cycles, les vésicules riches en POPC se sont simplement blotties les unes contre les autres sans fusionner. Mais les vésicules PLPC et DOPC ont fusionné en compartiments plus grands. Plus il y avait de PLPC, plus la fusion était importante. « Sous les contraintes de la formation de cristaux de glace, les membranes peuvent devenir instables ou fragmentées, nécessitant une réorganisation structurelle lors du dégel », a expliqué Natsumi Noda, chercheur à l'ELSI. Traduction : les membranes molles fusionnent mieux quand les choses deviennent glacées - et la fusion est la façon dont les molécules organiques dispersées se sont mélangées, ce qui a potentiellement relancé la chimie vers la vie.

L'équipe a également testé la rétention d'ADN. Les vésicules PLPC ont piégé et retenu l'ADN mieux que les vésicules POPC, même avant la congélation. Après des cycles répétés, elles s'accrochaient encore à plus d'ADN. Cela suggère que les environnements glacés - pas seulement les mares d'assèchement ou les sources hydrothermales - auraient pu être un berceau pour la vie. Les cycles de gel/dégel concentrent les molécules et encouragent la fusion, bien que les membranes fluides risquent la fuite. Tout est une question d'équilibre.

« Une sélection récursive de vésicules développées par F/T à travers des générations successives peut être réalisée en intégrant des mécanismes de fission tels que la pression osmotique ou le cisaillement mécanique », a noté Tomoaki Matsuura, professeur à l'ELSI et chercheur principal. En termes simples : le simple gel et dégel aurait pu pousser les bulles basiques vers les premières cellules capables d'évolution darwinienne. Alors la prochaine fois que vous grattez la glace de votre pare-brise, souvenez-vous - vous assistez peut-être à l'histoire de l'origine de toute vie.