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La première cellule vivante est probablement apparue il y a 3,8 milliards d’années. Comment ? C’est la grande question. Une hypothèse est celle d’une apparition au fond de l’océan, dans des cheminées hydrothermales qui rejettent une eau chaude en provenance des entrailles de la Terre vers une eau plus froide et plus acide. « Nous apportons un argument de plus en faveur de cette hypothèse en montrant qu’un mécanisme clé commun à toutes les cellules vivantes peut s’y produire, dans un environnement purement minéral », souligne Simon Duval, chercheur CNRS au laboratoire Bioénergétique et ingénierie des protéines (Marseille) et coauteur d’un article paru dans Nature Communications.

Cheminée artificielle

Ce mécanisme est celui par lequel les cellules vivantes produisent de l’énergie. Des bactéries aux cellules de tous les animaux, de toutes les plantes… « Il n’existe pas une cellule vivante qui ne le possède pas », insiste le chercheur. Toutes produisent de l’adénosine triphosphate (ATP) – une molécule source d’énergie – via un mécanisme bien rodé : le passage de protons dans les filets d’une enzyme située sur une membrane qui produit un milieu riche en protons (acide) à l’extérieur de la cellule et un autre plus pauvre (basique) à l’intérieur. Maintenue grâce à un apport d’énergie – via de l’oxygène et du glucose, par exemple – pour forcer le transfert de protons d’un côté à l’autre de la membrane, cette différence d’acidité entre les deux milieux entraîne un déséquilibre. Forcément, le système souhaite revenir à l’équilibre. Sauf qu’au moment de retraverser la membrane dans l’autre sens, les protons passent par l’enzyme « ATP synthase » qui produit l’ATP.

En laboratoire, Simon Duval et la post-doctorante Chloé Truong ont reproduit un mécanisme semblable dans une réplique de cheminée hydrothermale avec d’un côté un fluide acide riche en fer (comme l’océan) et de l’autre un fluide basique (comme celui en provenance du sous-sol). À l’interface entre les deux, se forme une membrane minérale faite de différentes formes de fer oxydé, dont du fer métallique. « C’était très surprenant et inattendu, souligne Simon Duval. Il est impossible que du fer métallique se forme sans la présence d’une espèce fortement réductrice -riche en électrons -, à moins que ne se produise un phénomène que nous pensions jusqu’alors spécifique au vivant : la bifurcation des électrons. » Un mécanisme qui repose sur des transferts couplés d’ions et d’électrons au sein de membranes. « Ici, la différence de pH et les propriétés intrinsèques des minéraux suffisent », note le chercheur.

Ce mécanisme clé pour le vivant peut donc exister dans un système purement géologique. Des molécules organiques pourraient-elles s’y former également ? Et de l’ATP ? Et tous les ingrédients nécessaires à l’émergence de la vie ? Apporter des réponses constituera les prochaines étapes.