La théorie de l’assemblage place la chimie au centre de la scène pour expliquer la complexité moléculaire et les origines de la vie

Des chercheurs du Royaume-Uni et des États-Unis ont formellement posé les bases d’une théorie qui, selon eux, pourrait potentiellement résoudre l’énigme de longue date de la façon dont la vie est née à partir de produits chimiques non vivants. L’équipe à l’origine de ce projet affirme que cela pourrait également aider à détecter les signatures d’une vie possible au-delà de la Terre, à faire évoluer des produits chimiques afin d’accélérer la découverte de nouveaux médicaments et matériaux, ou même à créer une nouvelle vie en laboratoire. Cependant, le document dans Nature a rapidement été critiqué pour la manière dont il était rédigé et dont les idées étaient présentées.

Appelée théorie de l’assemblage, elle place les concepts de complexité moléculaire et de « mémoire chimique » au cœur de la façon dont les objets, y compris la vie, s’assemblent avec une complexité croissante au fil du temps, à travers le monde physique. «Cela me semble tellement évident», déclare Lee Cronin de l’Université de Glasgow, au Royaume-Uni, qui a conçu et développé la théorie avec Sara Walker de l’Arizona State University, aux États-Unis. « Fondamentalement, il fournit un mécanisme moléculaire par lequel l’émergence de la vie peut être expliquée par la chimie. »

Cela nous aidera à comprendre le lien entre la physique et la biologie à travers la chimie

Lee Cronin, Université de Glasgow

Cronin, Walker et ses collègues ont publié pour la première fois des travaux sur la théorie de l’assemblage en 2021. Ils ont montré comment la complexité des molécules peut être prédite par des algorithmes et mesurée par spectrométrie de masse pour déterminer si une molécule est susceptible d’être le produit de la vie ou non. La mesure, appelée indice d’assemblage, est basée sur le nombre minimum d’étapes nécessaires pour construire une molécule donnée.

Les travaux ont révélé un seuil d’indice d’assemblage pour la vie, ce qui signifie que toute molécule présentant une complexité supérieure à ce seuil devait avoir été formée par un processus vivant ou semblable à la vie. Cela suggère un nouveau type de biosignature qui pourrait être utilisée pour rechercher une vie extraterrestre, ou du moins des processus réalistes, qui pourraient ne ressembler en rien à la vie que nous connaissons sur Terre.

Du hasard à la sélection

Aujourd’hui, les chercheurs ont avancé leur modèle de théorie de l’assemblage pour expliquer comment la sélection et l’évolution – termes qu’ils utilisent dans un sens plus large et plus général que ceux utilisés en biologie – peuvent conduire les produits chimiques vers des formes de plus en plus complexes en un minimum d’étapes. Ce faisant, cela pourrait également expliquer comment une matière inerte et non vivante en interaction aléatoire est passée d’une manière ou d’une autre aux molécules de la vie via une certaine forme de processus de sélection.

« La théorie de l’assemblage détermine l’échelle de l’univers à laquelle la vie peut émerger, et c’est à l’échelle de la liaison chimique », explique Cronin. «Cela offre une toute nouvelle manière d’appréhender la matière qui constitue notre monde, tel qu’il est défini non seulement par des particules immuables, mais aussi par la «mémoire» nécessaire à la construction d’objets par sélection au fil du temps.» Cette « mémoire » de l’histoire de la formation d’un objet, explique Cronin, est « stockée » dans la variété et la complexité de ses liaisons chimiques, qui correspondent à son niveau de complexité. Cette histoire de formation est la manière dont la théorie de l’assemblage définit un objet, ce qui signifie que le degré de sélection parmi un ensemble d’objets peut être mesuré si la complexité moléculaire, ou indice d’assemblage, est connue.

Cependant, pour effectuer cette mesure de la sélection, l’équipe s’est rendu compte qu’une autre variable, outre l’indice d’assemblage, était nécessaire : l’abondance ou le nombre de copies d’un objet donné dans un ensemble, et elle est cruciale. « Les objets complexes avec des copies identiques sont des marqueurs absolument précieux pour la sélection », déclare Cronin. En effet, plus un objet devient complexe, plus la probabilité qu’une copie identique existe diminue sans la sélection d’un mécanisme basé sur l’information pour le créer. C’est pourquoi un objet complexe ne naît pas par hasard : il est défini par l’histoire de ce qui l’a créé grâce à la sélection.

En formulant une équation qui prend en compte à la fois l’indice d’assemblage et le nombre de copies, l’équipe a pu calculer une quantité, appelée assemblage, qui décrit le degré de sélection dans un ensemble d’objets. « En travaillant sur cela, la théorie de l’assemblage est passée d’une sorte de signature de la vie à une compréhension réelle du processus de construction de la vie », ajoute Cronin.

Horaires des tests

Les chercheurs ont mené des expériences pour tester la théorie montrant qu’elle peut quantifier la sélection et l’évolution de systèmes comprenant le phtalate de diéthyle, les polypeptides courts et les structures cellulaires. Bien que développé au niveau moléculaire observable afin de mesurer l’assemblage avec des techniques de spectroscopie, le concept, selon l’équipe, pourrait également être utilisé de manière plus générale pour modéliser l’évolution de toutes sortes de complexité, y compris le langage et la technologie.

«Une caractéristique clé de cette théorie est qu’elle est testable expérimentalement», explique Cronin. « Cela ouvre la possibilité passionnante d’utiliser la théorie de l’assemblage pour concevoir de nouvelles expériences qui pourraient résoudre l’origine de la vie en créant des systèmes vivants à partir de zéro en laboratoire. »

Cependant, la théorie a rencontré une réponse mitigée. Dans les jours qui ont suivi la publication de l’article, les scientifiques ont publiquement exprimé leurs points de vue. Les réactions ont varié d’un véritable débat, enquête et accord à l’indignation et aux insultes proférées contre les auteurs pour avoir prétendument remis en question ou mal compris l’évolution biologique.

En réponse à certaines réactions négatives, Walker a suggéré dans un fil de commentaires que certaines personnes étaient trop occupées à se concentrer sur la sémantique et non sur le contenu technique. « Nous travaillons pour répondre aux critiques valables et réfléchir aux bonnes, mais ces discussions ne sont pas celles de Twitter », écrit-elle.

L’un de ceux qui ont pesé sur ces commentaires était Palli Thordarson, qui étudie l’auto-assemblage chimique à l’Université de Nouvelle-Galles du Sud, en Australie. D’un œil critique, il s’est montré ouvert aux idées présentées, racontant Monde de la chimie: « La théorie de l’assemblage, à mon avis, a clairement du mérite et a déjà fait progresser notre réflexion sur les systèmes chimiques complexes, en particulier dans le contexte de la recherche sur l’origine de la vie et de l’astrobiologie. »

Avantages et inconvénients de l’article sur la théorie de l’assemblage dans @Nature TL;DR Les gens sont bouleversés mais pas à 100 % à juste titre, OMI et certains semblent provenir du ciblage de l’un des auteurs principaux. @leecronin tout en ignorant (surprise-une femme !) l’autre @Sara_Imari . Le papier a des mérites mais certaines affirmations sont fausses 1/19 https://t.co/G6vb2tiu6T

– Palli Thordarson (@PalliThordarson) 10 octobre 2023

« Les travaux de spectrométrie de masse présentés dans l’article de 2021 démontrent qu’il ne s’agit pas d’absurdités », ajoute Thordarson. « Cependant, je pense que cela doit être mieux confirmé expérimentalement dans le contexte de la chimie prébiotique avant que nous puissions accepter que la théorie de l’assemblage joue un rôle fondamental beaucoup plus profond à l’interface de la chimie, de la biologie et de la physique. »

« La théorie pourrait-elle être fausse ? Peut-être. C’est le but de toutes les théories», dit Cronin. «Mais c’est peut-être moins faux que notre compréhension actuelle et cela nous aidera à comprendre le lien entre la physique et la biologie à travers la chimie.» Nous devons essayer et nous pensons que nous sommes sur quelque chose.