Les scientifiques effectuent des simulations informatiques pour les molécules biologiques détectées dans les météorites afin de clarifier l’origine de la vie sur Terre.
Tous les acides aminés biologiques sur Terre apparaissent exclusivement sous leur forme gaucher, mais la raison sous-jacente à cette observation est insaisissable. Récemment, des scientifiques japonais ont découvert de nouveaux indices sur l’origine cosmique de cette asymétrie. Sur la base des propriétés optiques des acides aminés trouvés sur la météorite de Murchison, ils ont effectué des simulations basées sur la physique, révélant que les précurseurs des acides aminés biologiques peuvent avoir déterminé la chiralité des acides aminés au cours de la phase précoce de l’évolution galactique.
Si vous regardez vos mains, vous remarquerez qu’elles sont des images miroir l’une de l’autre. Cependant, peu importe à quel point vous essayez de retourner et de faire pivoter une main, vous ne pourrez jamais la superposer parfaitement sur l’autre. De nombreuses molécules ont une propriété similaire appelée « chiralité », ce qui signifie que la version « gauche » (L) d’une molécule ne peut pas être superposée à sa version d’image miroir « droite » (D). Même si les deux versions d’une molécule chirale, appelées « énantiomères », ont la même formule chimique, la façon dont elles interagissent avec d’autres molécules, en particulier avec d’autres molécules chirales, peut varier énormément.
Fait intéressant, l’un des nombreux mystères entourant l’origine de la vie telle que nous la connaissons a à voir avec la chiralité. Il s’avère que les acides aminés biologiques (AA) – les éléments constitutifs des protéines – n’apparaissent sur Terre que sous l’une de leurs deux formes énantiomériques possibles, à savoir la forme L. Cependant, si vous synthétisez artificiellement des AA, les formes L et D sont produites en quantités égales. Cela suggère que, à un moment donné dans le passé, les L-AA ont dû dominer un monde hétéro-chiral. Ce phénomène est connu sous le nom de « rupture de symétrie chirale ».
Dans ce contexte, une équipe de recherche dirigée par le professeur adjoint Mitsuo Shoji de l’Université de Tsukuba, au Japon, a mené une étude visant à résoudre ce mystère. Comme expliqué dans leur article publié dans Le Journal des lettres de chimie physiquel’équipe a cherché à trouver des preuves à l’appui de l’origine cosmique de l’homochiralité des AA sur Terre, ainsi qu’à aplanir certaines incohérences et contradictions dans notre compréhension antérieure.
« L’idée que l’homochiralité puisse provenir de l’espace a été suggérée après la découverte d’AA dans la météorite Murchison tombée en Australie en 1969 », explique le Dr Shoji. Curieusement, dans les échantillons obtenus à partir de cette météorite, chacun des énantiomères L était plus répandu que son homologue énantiomère D. Une explication populaire à cela suggère que l’asymétrie a été induite par la lumière ultraviolette polarisée circulairement (CPL) dans les régions de formation d’étoiles de notre galaxie. Les scientifiques ont vérifié que ce type de rayonnement peut, en effet, induire des réactions photochimiques asymétriques qui, avec suffisamment de temps, favoriseraient la production de L-AA par rapport aux D-AA. Cependant, les propriétés d’absorption de l’isovaline AA sont opposées à celles des autres AA, ce qui signifie que l’explication basée sur les UV seule est soit insuffisante, soit incorrecte.
Dans ce contexte, l’équipe du Dr Shoji a poursuivi une autre hypothèse. Au lieu du rayonnement UV lointain, ils ont émis l’hypothèse que l’asymétrie chirale était, en fait, induite spécifiquement par la raie d’émission CP Lyman-α (Lyα), une raie spectrale de l’atome d’hydrogène qui a imprégné la Voie lactée primitive. De plus, au lieu de se concentrer uniquement sur les photoréactions dans les AA, les chercheurs ont étudié la possibilité que l’asymétrie chirale commence dans les précurseurs des AA, à savoir les amino propanals (AP) et les amino nitriles (AN).
Grâce à des calculs de mécanique quantique, l’équipe a analysé les réactions induites par Lyα pour produire des AA le long de la voie chimique adoptée dans la synthèse de Strecker. Ils ont ensuite noté les rapports des énantiomères L à D des AA, AP et AN à chaque étape du processus.
Les résultats ont montré que les énantiomères L des AN se forment préférentiellement sous irradiation CP (R-CP) Lyα droite, leurs rapports énantiomériques correspondant à ceux des AA correspondants. « Pris ensemble, nos résultats suggèrent que les AN sont à l’origine de l’homochiralité », remarque le Dr Shoji. « Plus précisément, l’irradiation des précurseurs d’AN avec le rayonnement R-CP Lyα conduit à un rapport plus élevé d’énantiomères L. La prédominance ultérieure des L-AA est possible via des réactions induites par les molécules d’eau et la chaleur. »
L’étude nous rapproche ainsi de la compréhension de l’histoire complexe de notre propre biochimie. L’équipe souligne que davantage d’études axées sur les AN doivent être menées sur de futurs échantillons d’astéroïdes et de comètes pour valider leurs résultats. « Des analyses plus approfondies et des investigations théoriques sur les AN et d’autres molécules prébiotiques liées aux sucres et aux nucléobases fourniront de nouvelles informations sur l’évolution chimique des molécules et, par conséquent, sur l’origine de la vie », conclut un Dr Shoji optimiste.
