Fossilisation expérimentale du monde à ARN

Experimental fossilization of the RNA world

• Auteur / Autrice : Pierre Jacquemot
• Direction : Maguy Jaber, Sylvain Bernard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 30/11/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'archéologie moléculaire et structurale (Paris ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Michot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vassilissa Vinogradoff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Daniel, Claude Forano

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diagenèse

ADN fossile

Expériences

Fossilisation

Biomorphes

Mots clés libres

Fossilisation expérimentale

Biosignatures

Monde à ARN

Silice

Montmorillonite

Experimental fossilization

Biosignatures

RNA world

Silica

Montmorillonite

Résumé

L’enregistrement fossile est l’unique témoin direct de l’histoire du vivant. Actuellement, ses toutes premières étapes situées autour de 4 Ga sont très mal connues notamment à cause de la rareté des roches Archéennes et Hadéennes et de la très forte dégradation des biosignatures au cours des temps géologiques. Plusieurs scénarios comme celui d’un « monde à ARN » ont été élaborés pour décrire l’émergence de la vie mais il n’en existe pour l’heure aucune preuve dans l’enregistrement fossile car on ne sait pas quelles traces ces formes de vie primitives ont pu laisser. Au cours de cette thèse, nous développons une approche expérimentale afin d’identifier les traces d’un « monde à ARN » susceptibles d’être conservées au cours de la diagénèse. Cette approche consiste à faire subir en laboratoire des processus de diagénèse à des molécules caractéristiques du vivant primitif en présence de minéraux modèles de la surface de la Terre Hadéenne. De l’ARN, une des premières biomolécules à émerger dans l’hypothèse du « monde à ARN » a donc été placé en conditions de diagénèse durant 20 jours à 200°C en présence de silice sous forme de gel (précurseurs des cherts), de quartz ou de silice fumée. Des expériences similaires ont été conduites en présence de gels de composition montmorillonite (analogues des premières phases d’altération) à différentes quantités d’eau. Les résidus obtenus ont été analysés par des techniques permettant de caractériser leur contenu minéral et organique. Ceci a permis de documenter les caractéristiques attendues pour des traces fossiles des premières formes de vie issues du monde à ARN et de proposer des hypothèses sur les mécanismes de leur formation et les paramètres déterminants pour leur préservation.

Fossil record is the only immediate proof of the history of life. Currently, its first steps around 4 Ga are very poorly known particularly because of the scarcity of Hadean and Archean rocks and the very strong degradation of biosignatures throughout geological times. Several scenarios such as the “RNA world” have been developed to describe the emergence of life but no proof of that exists for now into the fossil record because one does not know what traces these primitive forms of life could leave. During this phD thesis, we developed an experimental approach to identify the traces of an “RNA world” which could be preserved during diagenesis. This approach consists in experimentally submitting typical molecules of primitive life to diagenetic processes in presence of model minerals of the surface of the Hadean Earth. RNA, one of the first biomolecules emerging in the “RNA world” hypothesis, has been placed in diagenetic conditions during 20 days at 200°C in presence of silica as gel (cherts precursor), as quartz or as fumed silica. Similar experiments have been performed in presence of gels of montmorillonite composition at different amounts of water (similar to the first alteration phases). The obtained residues have been further analyzed by techniques allowing the characterization of their mineral and organic content. This allowed to document the expected characteristics of fossil traces of the first forms of life coming from the “RNA world” and to provide hypotheses on their formation mechanisms and the key parameters for their preservation.