Supernova Remnant N 63A. Crédit d'image: Hubble Cliquez pour agrandir
La vie sur Terre a été rendue possible par la mort des étoiles. Des atomes comme le carbone et l'oxygène ont été expulsés au cours des derniers halètements d'étoiles mourantes après que leurs réserves finales d'hydrogène ont été épuisées.
La façon dont cette substance stellaire s'est réunie pour former la vie est toujours un mystère, mais les scientifiques savent que certaines combinaisons atomiques étaient nécessaires. L'eau - deux atomes d'hydrogène liés à un atome d'oxygène - était vitale pour le développement de la vie sur Terre, et donc les missions de la NASA cherchent maintenant de l'eau sur d'autres mondes dans l'espoir de trouver de la vie ailleurs. Les molécules organiques constituées principalement d'atomes de carbone sont également considérées comme importantes, car toute vie sur Terre est à base de carbone.
Les théories les plus populaires sur l'origine de la vie disent que la chimie nécessaire s'est produite dans les évents hydrothermaux au fond de l'océan ou dans une piscine peu profonde ensoleillée. Cependant, les découvertes des dernières années ont montré que de nombreux matériaux de base pour la vie se forment dans les profondeurs froides de l'espace, où la vie telle que nous la connaissons n'est pas possible.
Après que les étoiles mourantes ont érodé le carbone, certains des atomes de carbone se combinent avec l'hydrogène pour former des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Les HAP - une sorte de suie de carbone similaire aux portions brûlées de pain grillé - sont les composés organiques les plus abondants dans l'espace et un ingrédient principal des météorites chondrites carbonées. Bien que les HAP ne se trouvent pas dans les cellules vivantes, ils peuvent être convertis en quinones, molécules impliquées dans les processus énergétiques cellulaires. Par exemple, les quinones jouent un rôle essentiel dans la photosynthèse, aidant les plantes à transformer la lumière en énergie chimique.
La transformation des HAP se produit dans des nuages interstellaires de glace et de poussière. Après avoir flotté dans l'espace, la suie de HAP se condense finalement dans ces «nuages moléculaires denses». Le matériau de ces nuages bloque une partie, mais pas la totalité, du rayonnement brutal de l'espace. Le rayonnement qui filtre ne fait que modifier les HAP et autres matières dans les nuages.
Les observations infrarouges et radio-télescopes des nuages ont détecté les HAP, ainsi que les acides gras, les sucres simples, de faibles quantités de glycine d'acide aminé et plus de 100 autres molécules, dont l'eau, le monoxyde de carbone, l'ammoniac, le formaldéhyde et le cyanure d'hydrogène.
Les nuages n'ont jamais été échantillonnés directement - ils sont trop éloignés - afin de confirmer ce qui se produit chimiquement dans les nuages, une équipe de recherche dirigée par Max Bernstein et Scott Sandford au Astrochemistry Laboratory du Ames Research Center de la NASA a mis en place des expériences pour imiter les conditions nuageuses.
Dans une expérience, un mélange HAP / eau est déposé en phase vapeur sur du sel puis bombardé de rayons ultraviolets (UV). Cela permet aux chercheurs d'observer comment le squelette de base des HAP se transforme en quinones. L'irradiation d'un mélange congelé d'eau, d'ammoniac, de cyanure d'hydrogène et de méthanol (un précurseur chimique du formaldéhyde) génère les acides aminés glycine, alanine et sérine - les trois acides aminés les plus abondants dans les systèmes vivants.
Les scientifiques ont créé des structures organiques primitives ressemblant à des cellules, ou vésicules.
Parce que les UV ne sont pas le seul type de rayonnement dans l'espace, les chercheurs ont également utilisé un générateur Van de Graaff pour bombarder les HAP avec des protons méga-électron-volt (MeV), qui ont des énergies similaires aux rayons cosmiques. Les résultats MeV pour les HAP étaient similaires mais pas identiques au bombardement UV. Une étude MeV pour les acides aminés n'a pas encore été menée.
Ces expériences suggèrent que les UV et d'autres formes de rayonnement fournissent l'énergie nécessaire pour briser les liaisons chimiques dans les basses températures et pressions des nuages denses. Parce que les atomes sont toujours enfermés dans la glace, les molécules ne se séparent pas, mais se recombinent à la place en structures plus complexes.
Dans une autre expérience menée par Jason Dworkin, un mélange congelé d'eau, de méthanol, d'ammoniac et de monoxyde de carbone a été soumis à un rayonnement UV. Cette combinaison a produit une matière organique qui a formé des bulles lorsqu'elle a été immergée dans l'eau. Ces bulles rappellent les membranes cellulaires qui renferment et concentrent la chimie de la vie, la séparant du monde extérieur.
Les bulles produites dans cette expérience mesuraient entre 10 et 40 micromètres, soit environ la taille des globules rouges. Remarquablement, les bulles fluorescentes ou brillaient lorsqu'elles étaient exposées aux rayons UV. Absorber les UV et les convertir en lumière visible de cette manière pourrait fournir de l'énergie à une cellule primitive. Si ces bulles avaient joué un rôle dans l'origine de la vie, la fluorescence aurait pu être un précurseur de la photosynthèse.
La fluorescence pourrait également agir comme un écran solaire, diffusant tout dommage qui autrement serait infligé par le rayonnement UV. Une telle fonction de protection aurait été vitale pour la vie sur la Terre primitive, car la couche d'ozone, qui bloque les rayons UV les plus destructeurs du soleil, ne s'est formée qu'après que la vie photosynthétique a commencé à produire de l'oxygène.
Des nuages spatiaux aux germes de la vie
Des nuages moléculaires denses dans l'espace finissent par s'effondrer gravitationnellement pour former de nouvelles étoiles. Une partie de la poussière restante s'agglomère plus tard pour former des astéroïdes et des comètes, et certains de ces astéroïdes s'agglutinent pour former des noyaux planétaires. Sur notre planète, la vie est alors née de tous les matériaux de base à portée de main.
Les grosses molécules nécessaires à la construction des cellules vivantes sont:
* Protéines
* Glucides (sucres)
* Lipides (graisses)
* Acides nucléiques
Les météorites contiennent des acides aminés (les éléments constitutifs des protéines), des sucres, des acides gras (les éléments constitutifs des lipides) et des bases d'acide nucléique. La météorite de Murchison, par exemple, contient des chaînes d'acides gras, divers types de sucres, les cinq bases d'acide nucléique et plus de 70 acides aminés différents (la vie utilise 20 acides aminés, dont seulement six se trouvent dans la météorite de Murchison).
Parce que ces météorites carbonées sont généralement de composition uniforme, on pense qu'elles sont représentatives du nuage de poussière initial duquel le soleil et le système solaire sont nés. Il semble donc que presque tout ce qui était nécessaire à la vie était disponible au début, et les météorites et les comètes effectuent ensuite de nouvelles livraisons de ces matériaux aux planètes au fil du temps.
Si cela est vrai et si les nuages de poussières moléculaires sont chimiquement similaires dans toute la galaxie, les ingrédients de la vie devraient être répandus.
L'inconvénient de la production abiotique des ingrédients pour la vie est qu'aucun d'entre eux ne peut être utilisé comme «biomarqueurs», indicateurs que la vie existe dans un environnement particulier.
Max Bernstein désigne la météorite Alan Hills 84001 comme un exemple de biomarqueurs qui n'ont pas fourni de preuve de vie. En 1996, Dave McKay du Johnson Space Center de la NASA et ses collègues ont annoncé qu'il y avait quatre biomarqueurs possibles dans cette météorite martienne. ALH84001 avait des globules de carbone contenant des HAP, une distribution minérale suggérant la chimie biologique, des cristaux de magnétite ressemblant à ceux produits par des bactéries et des formes de type bactérien. Bien que chacun d'eux ne soit pas considéré comme une preuve à vie, les quatre conjugués semblaient convaincants.
Après l'annonce de McKay, des études ultérieures ont révélé que chacun de ces soi-disant biomarqueurs pouvait également être produit par des moyens non vivants. La plupart des scientifiques ont donc tendance à croire que la météorite ne contient pas de vie extraterrestre fossilisée.
«Dès qu’ils ont obtenu le résultat, les gens se sont mis à tirer sur eux parce que c’est ainsi que cela fonctionne», explique Bernstein. "Nos chances de ne pas commettre d'erreur lorsque nous trouverons un biomarqueur sur Mars ou sur Europa seront bien meilleures si nous avons déjà fait l'équivalent de ce que ces gars-là ont fait après que McKay, et al., Ont publié leur article."
Bernstein dit qu'en simulant les conditions sur d'autres planètes, les scientifiques peuvent comprendre ce qui devrait s'y produire chimiquement et géologiquement. Ensuite, lorsque nous visitons une planète, nous pouvons voir à quel point la réalité correspond aux prédictions. S'il y a quelque chose sur la planète que nous ne nous attendions pas à trouver, cela pourrait être une indication que les processus de la vie ont modifié l'image.
«Ce que vous avez sur Mars ou sur Europa est du matériel qui a été livré», explique Bernstein. «De plus, vous avez tout ce qui s'est formé par la suite, quelles que soient les conditions. Donc (pour chercher la vie), vous devez regarder les molécules qui sont là et garder à l'esprit la chimie qui a pu se produire avec le temps. »
Bernstein pense que la chiralité, ou la «neutralité» d'une molécule, pourrait être un biomarqueur dans d'autres mondes. Les molécules biologiques se présentent souvent sous deux formes qui, tout en étant chimiquement identiques, ont des formes opposées: une «gaucher» et son image miroir, une «droitière». La neutralité d'une molécule est due à la façon dont les atomes se lient. Alors que la neutralité est uniformément dispersée dans la nature, dans la plupart des cas, les systèmes vivants sur Terre ont des acides aminés gauchers et des sucres droitiers. Si les molécules sur d'autres planètes montrent une préférence différente pour la neutralité, dit Bernstein, cela pourrait être une indication de la vie extraterrestre.
"Si vous alliez sur Mars ou en Europe et que vous voyiez un biais identique au nôtre, avec des sucres ou des acides aminés ayant notre chiralité, alors les gens soupçonneraient simplement qu'il s'agissait d'une contamination", explique Bernstein. "Mais si vous voyiez un acide aminé avec un biais vers la droite, ou si vous voyiez un sucre qui avait un biais vers la gauche - en d'autres termes, pas notre forme - ce serait vraiment convaincant."
Cependant, Bernstein note que les formes chirales trouvées dans les météorites reflètent ce qui est vu sur Terre: les météorites contiennent des acides aminés gauchers et des sucres droitiers. Si les météorites représentent le modèle de la vie sur Terre, la vie ailleurs dans le système solaire peut également refléter ce même biais dans la neutralité. Ainsi, quelque chose de plus que la chiralité peut être nécessaire pour prouver la vie. Bernstein dit que la découverte de chaînes de molécules, "comme un couple d'acides aminés liés entre eux", pourrait également être une preuve pour la vie, "parce que dans les météorites, nous avons tendance à ne voir que des molécules uniques."
Source d'origine: NASA Astrobiology
