Quels sont les ingrédients de la vie ?

De la plus puissante baleine bleue à la plus minuscule paramécie, la vie telle que nous la connaissons prend des formes dramatiquement différentes. Néanmoins, tous les organismes sont construits à partir des mêmes six ingrédients élémentaires essentiels : carbone, hydrogène, azote, oxygène, phosphore et soufre (CHNOPS).

Pourquoi ces éléments ? Pour le savoir, Les petits mystères de la vie a consulté Matthew Pasek, biogéochimiste à l’Université de Floride du Sud.

« Tout d’abord, le carbone entre facilement en liaison avec d’autres atomes de carbone. Cela signifie qu’il forme de vastes chaînes qui agissent comme un joli squelette auquel d’autres atomes peuvent se lier », a déclaré Pasek. En d’autres termes, les atomes de carbone sont les blocs de construction parfaits pour les grandes molécules organiques. « Cela se prête à la complexité. »

Mais comment expliquer les cinq autres ingrédients chimiques de la vie ? « Une chose qui rend l’azote, l’hydrogène et l’oxygène bons est qu’ils sont abondants », a déclaré Pasek. « Ils présentent également des effets acide-base, ce qui leur permet de se lier au carbone pour fabriquer des acides aminés, des graisses, des lipides et les nucléobases à partir desquelles l’ADN et l’ARN sont construits. »

« Le soufre fournit un brassage d’électrons », a poursuivi Pasek. « En gros, avec leur surplus d’électrons, les sulfures et les sulfates aident à catalyser les réactions. Certains organismes utilisent le sélénium à la place du soufre dans leurs enzymes, mais pas beaucoup. »

Enfin, le phosphore, que l’on trouve généralement dans la molécule de phosphate, est vital pour le métabolisme, car les molécules de polyphosphate comme l’ATP (adénosine triphosphate) sont capables de stocker une énorme quantité d’énergie dans leurs liaisons chimiques. La rupture de la liaison libère son énergie ; faites cela suffisamment de fois dans, disons, un groupe de cellules musculaires, et vous pouvez bouger votre bras.

La fin de l’année dernière, les scientifiques de la NASA ont découvert la seule exception connue à l’exigence de phosphore dans un lac californien riche en arsenic. Ils ont trouvé une souche de microbes capables de substituer des atomes d’arsenic au phosphore dans leurs molécules lorsque les réserves de phosphore sont faibles. L’arsenic est chimiquement similaire au phosphore, ce qui le rend toxique pour la plupart des formes de vie car il perturbe les voies métaboliques.

En résumé, « à quelques exceptions près, ce dont vous avez besoin pour la vie, c’est du CHNOPS, plus un soupçon de sel et quelques métaux », a déclaré Pasek. « Bien sûr, ces ingrédients doivent être dans la bonne structure de liaison, mais cela semble se produire naturellement. Les acides aminés apparaissent spontanément, tout comme les sucres, les lipides et les nucléobases. »

C’est vrai, du moins, sur Terre. Pour que les structures moléculaires nécessaires se forment, une planète doit être juste à la bonne distance de son soleil ; elle ne peut être ni trop chaude ni trop froide pour que l’eau liquide existe. L’abondance d’eau est également un atout, car elle permet aux ingrédients de se déplacer et de s’entrechoquer plus facilement pour former des composés intéressants. La gravité doit également être au rendez-vous. Enfin, un éclair peut fournir l’énergie indispensable pour catalyser une réaction qui conduira finalement à la production des molécules complexes – acides aminés, protéines, graisses, glucides, ARN et ADN – qui se prêtent à la production de la vie. Du moins telle que nous la connaissons.

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