Avec l’azote et le carbone, le phosphore est un élément essentiel à la vie sur terre. Il est un composant central des molécules - par exemple l’ADN, l’ARN, qui servent à transmettre et à stocker l’information génétique, ou l’ATP (adénosine triphosphate), dont les cellules ont besoin pour produire de l’énergie.
Le phosphore a également joué un rôle clé dans l’origine de la vie. Pour que les processus biochimiques qui précèdent la vie puissent se mettre en place, certaines conditions sont nécessaires. L’une d’entre elles est une quantité suffisante de phosphore. Sa disponibilité régule la croissance et les activités des organismes. Contrairement à l’azote ou au carbone, le phosphore est relativement rare à la surface de la Terre - c’était vrai avant l’apparition de la vie, tout comme aujourd’hui.
C’est justement parce que le phosphore est rare et difficile à obtenir, mais qu’il est très demandé par les êtres vivants, que les scientifiques se demandent depuis longtemps comment la vie a pu apparaître.
Pour répondre à cette question, ils ont notamment mené des expériences en laboratoire. Celles-ci ont montré que la chimie prébiotique nécessite des concentrations de phosphore très élevées - environ 10 000 fois plus de phosphore que ce que l’on trouve naturellement dans l’eau. Cela soulève la question de savoir comment et où de telles concentrations élevées de phosphore étaient présentes dans l’eau sur Terre il y a des milliards d’années.
La chimie a besoin de concentrations de phosphore très élevées
Le scientifique Craig Walton a une nouvelle réponse à cette question : de grands lacs de soude sans écoulement naturel pourraient maintenir les concentrations de phosphore suffisamment longtemps, même si la vie commençait à y exister (et à consommer du phosphore en permanence). Les résultatsDe tels lacs ne libèrent de l’eau que par évaporation. Le phosphore reste donc dans l’eau au lieu d’être évacué par les rivières et les ruisseaux. C’est ainsi que des concentrations très élevées de phosphore ont pu s’accumuler dans ces lacs de natron.
Dès 2020, des chercheurs de l’Université de Washington avaient indiqué que les lacs de natron pourraient être le berceau de la vie. Walton a maintenant continué à tisser le fil. Dans le cadre d’une bourse Nomis au Center for Origin and Prevalence of Life de l’ETH Zurich, le chercheur étudie les questions liées à l’origine de la vie dans une perspective géochimique.
Tous les lacs de natron ne conviennent pas, il exclut les plus petits. "Dès que la vie s’y développe, leur réserve de phosphore s’épuiserait plus vite qu’elle ne se reconstitue. Cela étoufferait à la fois les réactions chimiques et la vie qui s’y développe", explique Walton. En revanche, dans les grands lacs de soude, les concentrations de phosphore sont suffisamment élevées pour alimenter à la fois les réactions chimiques de base et la vie à long terme. De telles concentrations élevées de phosphore sont obtenues par un afflux important d’eau de rivière contenant du phosphore. D’autre part, de tels lacs n’ont pas d’écoulement ; l’eau ne les quitte que par évaporation. Comme le phosphore ne s’évapore pas facilement avec l’eau, il reste dans l’eau du lac et s’accumule.
Le Mono Lake en Californie est un exemple d’un tel grand lac de natron. Il est environ deux fois plus grand que le lac de Zurich. Dans le Mono Lake, la concentration en phosphore reste constamment élevée, ce qui permet à une multitude d’organismes vivants de s’y développer. C’est essentiel, car dans les petits lacs, le phosphore est consommé avant que de nouvelles quantités puissent être ajoutées. Le phosphore du Mono Lake est donc maintenu à des concentrations élevées, ce qui signifie qu’une grande quantité de phosphore s’écoule régulièrement, sans que la teneur en phosphore ne diminue trop rapidement.
Walton et son équipe considèrent donc que les grands lacs de natron avec un apport constant en phosphore élevé au début de l’histoire de la Terre constituent un environnement idéal pour l’apparition de la vie. Les chercheurs partent du principe que la vie est apparue dans de tels grands plans d’eau plutôt que dans de petites mares, comme Charles Darwin l’avait supposé.
L’apparition de la vie pourrait donc avoir été étroitement liée à l’environnement particulier des grands lacs de natron, dont l’environnement géologique et l’équilibre en phosphore offraient des conditions idéales pour la chimie prébiotique. "Cette nouvelle théorie aide à résoudre une autre partie du mystère de l’origine de la vie sur Terre", conclut Walton.
