De la vie dans les océans d’eau liquide des satellites glacés ?

Par Robert Pascal (www) et Olivier Poch (www)

Plusieurs satellites glacés des planètes géantes hébergent probablement les plus grands océans d’eau liquide du système solaire. Dans les cas d’Encelade et d’Europe, ces réservoirs souterrains d’eau liquide seraient en contact avec des silicates et bénéficieraient d’un apport d’énergie par effet de marée, permettant le développement d’une chimie organique complexe. La sonde Cassini-Huygens a découvert des panaches riches en eau et contenant aussi des sels et des molécules organiques émis depuis l’océan souterrain d’Encelade. Plus récemment, des observations d’Europe menées avec le télescope spatial Hubble ont confirmé la présence de possibles panaches d’eau émis depuis la surface de ce satellite galiléen [1]. La composition des réservoirs souterrains d’Europe pourrait donc aussi être accessible en orbite ou en surface grâce à ces panaches. S’il y a de l’eau liquide, des molécules organiques et des sources d’énergie dans ces environnements, pourrait-on aussi y trouver des formes de vie ?

Panaches d’eau observés sur Encelade par la sonde Cassini-Huygens et possiblement sur Europe par le télescope spatiale Hubble. (crédits : NASA/ESA/W. Sparks STScI)

De la vie dans les océans d’eau liquide des satellites glacés ?

La vie terrestre se développe jusqu’au fond des océans et profondément dans le sous-sol en dépit du fait que, dans ces conditions, les êtres vivants ne reçoivent que des apports limités en énergie et en matière organique. L’environnement des satellites glacés présente une certaine similitude avec de telles conditions par la présence d’eau liquide en profondeur et d’énergie thermique générée par effet de marée ou bien par la disponibilité de gradients de concentration dans des systèmes hydrothermaux. Il est donc logique de considérer que la survie d’espèces vivantes n’est pas impossible dans les profondeurs des océans de ces satellites. Cette hypothèse est basée sur une vision des limites de l’habitabilité correspondant aux environnements les plus extrêmes rencontrés sur Terre dans lesquels le vivant arrive à se maintenir. Mais ces considérations peuvent-elles s’appliquer aux premiers êtres vivants ? Ces derniers sont plus probablement apparus dans des conditions favorables à l’origine de la vie, puis ont ensuite colonisé peu à peu l’ensemble des environnements « habitables » par le truchement de stratégies adaptées mais complexes.

L’émergence de la vie nécessite la persistance de systèmes réplicatifs et cela a un coût énergétique élevé

Rien n’indique que les conditions actuellement présentes sur Europe puissent être favorable à l’origine de la vie. Bien au contraire, la vision de l’origine qui prend forme actuellement en chimie des systèmes [2] met l’accent sur la nécessité d’une source d’énergie  de potentiel suffisant pour maintenir à une grande distance de l’équilibre des systèmes constitués de molécules organiques capables de s’auto-reproduire, soit des systèmes vivants primordiaux. La persistance, c’est-à-dire la stabilité dans le temps, de ces systèmes chimiques nécessiterait une différence de potentiel énergétique bien supérieure à ce que peuvent fournir un gradient de concentration ou bien l’énergie thermique induite par des marées. Il semble que seuls des apports concentrés d’énergie sous la forme de photons aux longueurs d’onde visible ou ultraviolet, ou sous la forme d’éclairs, puissent permettre la persistance de systèmes réplicatifs primordiaux, rendant improbable l’émergence de la vie au sein des océans souterrains des satellites glacés [3]. La présence d’une vie sur ces corps ne pourrait alors être que le résultat de la panspermie, considérée par beaucoup comme une hypothèse très hasardeuse, ou bien d’un changement de conditions environnementales ayant par le passé permis, à la fois, la présence d’eau liquide à leur surface et un apport d’énergie photochimique. Cette hypothèse implique aussi que ces conditions favorables aient suffisamment persisté pour permettre l’apparition de mécanismes très évolués d’assimilation d’énergie thermique ou issue de gradients. Enfin nous pourrions aussi invoquer l’existence hypothétique d’une source d’énergie de nature encore inconnue mais de potentiel élevé dans les océans de ces corps. Ces hypothèses restent toutefois très hasardeuses car elles manquent de justifications nécessaires à fonder un raisonnement scientifique.

L’océan souterrain d’Europe est-il habité ? (crédits : NASA/JPL/Ted Stryk)

Il semble par contre établi que de tels environnements contenant de l’eau à l’état liquide et possédant un caractère réducteur, ou tout au moins non-oxydant, devraient être favorables à la formation de matière organique constituée probablement d’espèces chimiques très diverse. Mais, une telle diversité est-elle suffisante pour initier un processus évolutif ? La réponse est négative puisque d’autres environnements riches en matière organique tels que les comètes n’abritent pas la vie. Plus généralement, la diversité chimique n’est pas un élément suffisant par lui-même à initier le vivant. L’assemblage d’un premier être vivant à partir de ses composants reste archi-improbable (le degré d’improbabilité est tel que sa survenue par les seules lois du hasard reste invraisemblable même à considérer l’échelle de l’univers et la totalité de la durée écoulée depuis son origine). Non seulement les composants doivent être présents mais le métabolisme énergétique responsable de leur formation et de leur transformation doit aussi l’être, ce qui suppose l’établissement d’une coordination constituant toute cellule vivante en un système dynamique plutôt qu’en un objet figé. L’origine a donc nécessité ce caractère de coordination dynamique entre ses éléments dès les premiers stades, nécessitant la présence d’un déséquilibre responsable de l’auto-organisation.

Considérant que l’auto-organisation est le résultat de la dynamique des entités capables de se reproduire, toute contrainte limitant la capacité de reproduction aura des conséquences négatives et c’est cette contrainte qui est quantitativement liée à une distance de l’équilibre. Cela signifie par exemple pour un cycle autocatalytique chimique simple qu’il faut que les réactions se produisant dans le sens opposé à la reproduction aient une vitesse négligeable à l’échelle de temps où le cycle se déroule (croix rouges dans le schéma ci-dessus, gauche). Cette condition implique que la reproduction soit un phénomène irréversible nécessitant une alimentation par une forme d’énergie de potentiel excédant un seuil suffisant et équivalant à celui de la lumière visible (voir schéma ci-dessus, droite et bas). Ce seuil dépasse largement les possibilités des gradients que l’on pense trouver dans l’environnement des océans profonds des satellites glacés, y rendant une origine de la vie improbable.

Pour en savoir plus :

• [1] Sparks, W.B., Hand, K.P., McGrath, M.A., Bergeron, E., Cracraft, M., Deustua, S.E., Probing for evidence of plumes on Europa with HST-STIS, The Astrophysical Journal 829, Septembre 2016
• [2] Pascal, R., Pross, A., & Sutherland, J. D. (2013). Towards an evolutionary theory of the origin of life based on kinetics and thermodynamics. Open biology, 3(11), 130156.
• [3] Pascal, R., Physicochemical Requirements Inferred for Chemical Self-Organization Hardly Support an Emergence of Life in the Deep Oceans of Icy Moons. Astrobiology, 16(5), 328-334, 2016.
• En vidéo : La gestation de la vie et ses premiers pas. Cours donné par Robert Pascal dans le cadre des Rencontres Exobiologiques pour Doctorants en Février 2014 au Teich.