Reproduire à l’ordinateur la formation d’acides aminés dans la soupe primordiale - Alerte presse CNRS du 08/09/2014

Grâce à des simulations numériques à l’échelle atomique, des physiciens ont observé la formation spontanée d’acides animés à partir de molécules simples soumises à des champs électriques intenses. Cette première simulation numérique de l’expérience historique de Miller a permis de reconstituer les mécanismes réactionnels en jeu et de déterminer les conditions nécessaires à ces réactions.

En 1953, le biochimiste Stanley Miller a conduit une expérience célèbre, démontrant la possibilité d’une formation spontanée des molécules de la vie à partir de molécules simples. Après avoir soumis une « soupe primordiale » à une décharge électrique, il a observé la formation de molécules plus complexes et notamment de glycine, un acide aminé. Cette expérience a donné naissance à la chimie prébiotique et à la recherche moderne des origines de la vie ; des scientifiques ont depuis exploré d’autres sources d’énergie potentiellement capables d’initier ces réactions, tels l’irradiation ultra-violette, les sources hydrothermales, l’impact de météorites, et Miller a poursuivi lui-même ce type d’expériences jusqu’en 2002. Toutefois, ces expériences, menées dans des conditions difficilement contrôlables, produisent de nombreuses molécules, ce qui rend difficile leur interprétation.

Pour la première fois, deux physiciens, travaillant respectivement à l’Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (IMPMC, CNRS/UPMC/IRD/MNHN) et à l’lstituto per i Processi Chimico-Fisici/CNR, ont étudié l’effet d’un champ électrique intense sur un mélange de molécules simples à l’aide de simulations numériques permettant le calcul quantique de l’effet d’un champ électrique appliqué à des systèmes moléculaires. Ils ont reproduit la formation d’un acide aminé, la glycine, et déterminé les intermédiaires réactionnels ainsi que les conditions nécessaires à cette réaction. Leurs résultats montrent que le chemin chimique menant à la glycine et aux acides aminés est plus complexe que prévu et met en jeu des composés inattendus, telle la formamide. En outre, les physiciens ont déterminé l’intensité du champ électrique nécessaire pour déclencher les réactions. La valeur obtenue, une cinquantaine de mégavolts par centimètres, est très importante. Toutefois, on trouve de tels champs à la surface deS minéraux. Ce résultat ouvre ainsi de nouvelles perspectives en biogéochimie de la Terre primordiale autant que contemporaine. Ce travail, publié dans la revue PNAS, montre les potentialités des simulations numériques en chimie quantique pour comprendre les mécanismes à l’œuvre dans la formation des molécules prébiotiques et la détermination quantitative de leurs conditions de formation.

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Référence :

"Miller experiments in atomistic computer simulations." A. M. Saitta et F. Saija, PNAS, 2014.

Contact chercheur :

Antonino Marco Saitta, professeur UPMC