Recherches sur l’origine de la vie : synthèse prébiotique de composés organiques simples dans des conditions simulant des sources hydrothermales sous-marines

Researches on the origin of life : Prebiotic synthesis of simple organic compounds under conditions simulating submarine hydrothermal vents

• Auteur / Autrice : Aurélie Loison
• Direction : Pierre Adam, Pierre Albrecht
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie organique

Vie (biologie)

Prébiotiques

Bouches hydrothermales

Acides aminés

Acides carboxyliques

Nickel

Analyse

Composés organiques volatils

Liaisons carbone-carbone

Soufre -- Composés

Origine de la vie

Mots clés libres

Chimie prébiotique

Résumé

L’objectif de cette thèse était d’évaluer le potentiel, pour la chimie prébiotique, des conditions régnant au niveau des sources hydrothermales sous-marines de type fumeurs noirs, des environnements riches en H2S et en sulfures métalliques. Nous avons étudié et mis en évidence un processus complexe, susceptible d’être impliqué dans les premières étapes de la vie sur Terre, à l’aide d’expériences de laboratoire en milieu aqueux mettant en jeu les constituants émis par ces évents hydrothermaux, CO, H2S, NiS et NH4+, des matières premières simples et prébiotiquement vraisemblables. Ce processus permet la formation de composés organiques d’intérêt prébiotique, mono ou bifonctionnalisés, en principe de toutes longueurs, tels que des thiols, des sulfures, des aldéhydes, des cétones, des thioesters, des thioacides, des dithioacétals, des dérivés d’acides carboxyliques soufrés en α, mais surtout des acides aminés possédant des chaînes alkyles diverses et des acides carboxyliques linéaires ou ramifiés. Nous contribuons, d’ailleurs, par la synthèse d’acides carboxyliques, pour l’instant limitée à quatre atomes de carbone, aux recherches sur l’origine des composés lipidiques linéaires amphiphiles, précurseurs potentiels de constituants membranaires. Par ailleurs, sur la base d’expériences incluant des substrats organiques possédant des fonctions chimiques clés, en plus de CO, H2S, NiS et NH4+, nous proposons un mécanisme itératif de catalyse homogène, basé sur des complexes de carbonyles de nickel et dont l’étape cruciale permet la formation abiotique de liaisons C-C par l’insertion de CO au sein de liaisons C-S. Les aldéhydes et cétones sont les intermédiaires clés de ce processus.

The aim of this thesis was to evaluate the potential for prebiotic chemistry of the conditions prevailing in the vicinity of black smoker-type hydrothermal vents, which are deep sea environments rich in H2S and transition metal sulfides. We have studied and disclosed a complex pathway, which could be involved in the first steps of life on earth, by means of laboratory simulation experiments involving the constituents of the fluids emitted at these vents, CO, H2S, NiS and NH4+, some simple raw materials and prebiotic plausible compounds. The abiotic synthetic process elucidated in this thesis leads to organic compounds of prebiotic interest comprising mono or bi-functionalized molecules, potentially with any chain length, such as thiols, alkyl sulfides, aldehydes, ketones, thioesters, thioacids, dithioacetals, alpha-sulfido carboxylic acid derivatives, amino acids with various alkyl chains and carboxylic acids with linear or branched chains. Besides, the highlighted synthesis of n-carboxylic acids containing up to four carbon atoms opens a pathway for the prebiotic formation of linear lipidic amphiphilic compounds, which are potential precursors of membrane constituents. On the basis of experiments involving organic compounds with key chemical functionalities, in addition to CO, H2S, NiS and NH4+, we suggest an iterative mechanism based on homogeneous catalysis with nickel carbonyl complexes. The crucial step of the disclosed synthetic process leads to the abiotic C-C bond formation, via the insertion of CO in C-S bonds. Aldehydes and ketones are the key intermediates of this pathway.