Les origines de la vie

Par André Brack

Dans toutes les civilisations, l’homme a été intrigué par son origine et par l’origine de la vie. Pendant des millénaires, la théorie confortable et rassurante de la « génération spontanée » répondit à cette interrogation. Déjà dans la Chine ancienne on pensait que les bambous donnaient spontanément naissance aux pucerons. Les écrits sacrés de l’Inde mentionnent la naissance spontanée de mouches à partir d’ordures et de sueur. Les inscriptions babyloniennes signalent que la boue des canaux pouvait engendrer des vers. Dans l’Egypte antique, on pensait que le limon déposé par le Nil pouvait générer spontanément grenouilles et crapauds. Bien que partant d’observations réelles – la présence d’animaux dans différents milieux – ces civilisations furent incapables d’en dégager une interprétation correcte, faute de pouvoir recourir à la vérification expérimentale.

Pour les philosophes grecs, la vie est propriété même de la matière ; elle est éternelle et apparait spontanément chaque fois que

les conditions sont propices. Ces idées apparaissent clairement dans les écrits de Thalès, de Démocrite, d’Epicure, de Lucrèce et même dans ceux de Platon. Aristote réalise la synthèse des idées précédemment émises. Avec lui, la génération spontanée acquiert la dimension d’une véritable théorie. Celle-ci traverse allègrement le Moyen-Age et la Renaissance ; de grands penseurs comme Newton, Descartes et Bacon la soutiennent. C’est à cette époque qu’apparaissent les premières expérimentations sur la génération spontanée. C’est ainsi qu’au milieu du 17e siècle, Van Helmont, un médecin flamand déclara obtenir des souris avec des grains de blé et une chemise imprégnée de sueur humaine. Van Helmont constate avec surprise que les souris obtenues dans ces conditions sont identiques à celles nées par procréation.

Observation et expérimentation

approximative renforcent l’idée fausse au lieu de la remettre en cause. Les premières attaques expérimentales furent portées par Rédi, un médecin naturaliste toscan. Dans son traité de 1668, il publie une série d’expériences démontrant que les asticots ne sont pas générés spontanément par la viande en putréfaction lorsque l’on prend la précaution de recouvrir les bocaux d’une très fine mousseline. Six ans après la parution du traité de Rédi, le savant hollandais Anton Van Leeuwenhoek effectue les premières observations de microorganismes à travers un microscope de sa fabrication. Dès lors, on trouve des microorganismes partout et les adeptes de la génération spontanée se réfugient dans le monde de l’infiniment petit. Cependant, Van Leeuwenhoek pensait déjà que ces microorganismes provenaient d’une contamination des solutions par l’air ambiant. En 1718, son disciple Louis Joblot démontre expérimentalement que les microorganismes proviennent bien de l’air ambiant. Il ne réussit pas à convaincre les naturalistes qui considéraient le monde des microorganismes comme le bastion le plus significatif de la génération spontanée. Il est vrai que, depuis Rédi, on cessa progressivement de croire à l’intervention de

la génération spontanée dans le cas des êtres vivants hautement organisés. Même Buffon, au milieu du 18e siècle, pense que la nature est pleine de germes de vie capables de s’éparpiller lors du pourissement puis de s’unir pour produire des microbes. John Needham, l’ami gallois de Buffon, réalise de nombreuses expériences pour confirmer cette conception. Il place différentes substances organiques dans une fiole hermétiquement close et chauffe l’ensemble pour stériliser. Après traitement, toutes les solutions foisonnent de microbes. L’abbé italien Lazzaro Spallanzani porte les solutions à des températures plus élevées et contredit Needham. Une vive polémique s’engagea sur l’effet de la température mais Spallanzani n’arriva pas à imposer ses vues. Une fois encore, la notion subjective de la « force vitale » l’emporta sur la démonstration expérimentale.

Cette controverse va atteindre son apothéose un siècle plus tard avec la publication en 1860 du traité de Félix Pouchet  » Hétérogénie ou traité de la génération spontanée ». Dans son ouvrage, Félix Pouchet, correspondant de l’Institut, définit la génération spontanée comme étant la production d’un être organisé nouveau, dénué de parents, et dont tous les éléments primordiaux ont été tirés de la matière ambiante. Louis Pasteur se livre alors à des expériences rigoureuses sur le pouvoir fermentescible et la stabilité à la chaleur des germes de l’air ambiant et réfute tous les arguments de Pouchet. Pour arbitrer le conflit, l’Académie des Sciences charge une Commission de faire reproduire les expériences devant ses membres. Le 22 juin 1864, Louis Pasteur démontre que ce sont les germes de l’air ambiant qui altèrent les solutions aqueuses, étayant ainsi la théorie des germes. Le 20 février 1865, la Commission de l’Académie des Sciences donnait raison à Louis Pasteur contre Félix Pouchet : la matière ambiante ne peut pas générer un être organisé nouveau, dénué de parents. Elle mettait fin à une idée fausse qui dû probablement sa longévité au poids culturel de la notion de vie. Pasteur eut le désir de créer la vie, mais probablement une vie obtenue par synthèse chimique à partir de molécules simples. En 1878 il écrivait : « La génération spontanée, je la cherche sans la découvrir depuis vingt ans. Non, je ne la juge pas impossible ». Formidable encouragement aux chimistes de l’origine de la vie terrestre. En démontrant que la vie ne peut provenir que d’êtres vivants préexistants, Pasteur transforme le mystère en énigme : la vie a une histoire et donc un commencement.

Propriétés fondamentales des systèmes vivants

Des têtes sans jambes, des jambes sans têtes, des bras, des torses, jonchaient autrefois la surface de la Terre. Un jour, par hasard, tous les éléments nécessaires à la constitution d’un être humain se rencontrèrent et s’auto-organisèrent. Ainsi naquit, selon Empédocle, le premier être vivant. L’image d’Empédocle peut être transposée au niveau moléculaire : un certain nombre de molécules s’auto-organisent dans l’eau et forment des structures chimiques, sortes d’automates chimiques, capables d’assembler d’autres molécules pour générer des structures à leur image, produisant ainsi plus d’eux-mêmes par eux-mêmes (Figure 1). C’est l’auto-reproduction. Par suite de légères erreurs de montage, des automates plus aptes à se reproduire apparaissent et deviennent les espèces dominantes. C’est l’évolution. Auto-reproduction et évolution sont donc les deux qualités qui caractérisent, a minima, le passage de la matière à la vie.

Figure 1. Représentation schématique de petits automates chimiques capables d’auto-reproduction et d’évolution (crédit A. Brack)

Comment passer de la matière à la vie

Les scientifiques supposent que les premiers petits automates chimiques apparurent dans l’eau des océans il y a environ 4 milliards d’années. L’eau ne pose pas de problème majeur car la Terre était déjà couverte d’eau peu de temps après sa formation, il y a plus de 4 milliards d’années, comme l’indiquent les rapports des isotopes de l’oxygène mesurés dans des zircons (cristaux de silicate de zirconium contenant des traces d’uranium et de thorium qui permettent de les dater) vieux de 4,4 milliards d’années retrouvés dans des sédiments d’Australie occidentale.

Dès 1953, qui marqua le début de la chimie prébiotique avec l’expérience de Miller, les chimistes ont cherché à reconstituer dans leurs tubes à essais des automates ressemblant à une cellule simplifiée en raison de la remarquable unité du vivant contemporain et de son mode de fonctionnement cellulaire. Pendant des décennies, les chimistes se sont ainsi évertués a reconstituer en laboratoire des molécules indispensables au fonctionnement d’une cellule : les molécules de compartimentation (molécules membranaires), les molécules de l’information (ARN et ADN) et les molécules catalytiques (enzymes protéiques).

La matière première des automates primitifs

Par analogie avec le monde vivant contemporain, on considère généralement que la vie primitive utilisait déjà des molécules organiques, échafaudages d’atomes de carbone liés à des atomes d’hydrogène, d’oxygène, d’azote, de phosphore et de soufre. Les formes de carbone les plus simples capables de conduire aux molécules organiques sont gazeuses : dioxyde de carbone et monoxyde de carbone pour les formes oxydées et méthane pour la forme réduite.

Quand on pense molécules gazeuses, on pense tout naturellement à l’atmosphère terrestre. L’idée de composés chimiques fabriqués dans l’atmosphère terrestre fut d’abord émise par le biochimiste russe Alexandre Oparin en 1924, puis par l’Anglais John Haldane en 1929, indépendamment d’Oparin. Oparin pensait que l’atmosphère primitive était dominée par le méthane, une forme réduite du carbone alors que pour Haldane, les molécules organiques se seraient formées à partir de dioxyde de carbone, une forme oxydée du carbone. L’hypothèse d’Oparin se trouva confortée en 1953 par l’expérience remarquable du jeune chimiste américain Stanley Miller. Ce dernier remplit un ballon d’un mélange gazeux de méthane, d’ammoniac, d’hydrogène et de vapeur d’eau et soumit ce mélange à l’action d’un arc électrique simulant les orages de la Terre primitive. Parmi les composés formés, il identifia l’acide cyanhydrique et le formaldéhyde, précurseurs chimiques des briques du vivant. Il isola également plusieurs acides aminés, dont la glycine, le plus simple des acides aminés protéiques. Depuis l’expérience de Miller, dix-sept des vingt acides aminés protéiques ont été isolés ainsi que certains éléments constitutifs des acides nucléiques. Cependant, les géochimistes affirment aujourd’hui que l’atmosphère terrestre primitive était essentiellement neutre, formée majoritairement de dioxyde de carbone, d’eau, et d’hydrogène sulfuré d’origine volcanique ou micrométéoritique, avec des quantités mineures d’autres gaz tels que méthane, monoxyde de carbone et azote. Lorsque l’on refait l’expérience de Miller en passant progressivement du méthane au dioxyde de carbone, la formation d’acides aminés devient de plus en plus difficile. Si l’atmosphère primitive était réellement dominée par du dioxyde de carbone, elle ne pouvait pas être la source exclusive de la matière organique nécessaire à l’émergence de la vie terrestre et d’autres filières ont dû contribuer à la production de pièces d’automates chimiques, filières océanique et spatiale.

Les sources hydrothermales sous-marines présentent un environnement favorable aux synthèses prébiotiques. Lorsque deux plaques tectoniques s’écartent, le magma remonte et se solidifie pour former les dorsales océaniques. Au cours de son ascension et de son refroidissement, le magma se contracte et se fissure. L’eau de mer s’infiltre sur plusieurs centaines de mètres de profondeur et se réchauffe au contact du basalte chaud jusqu’à atteindre des températures de 350 °C. L’eau se charge en gaz, hydrogène, azote, oxyde de carbone, dioxide de carbone, méthane, anhydride sulfureux, hydrogène sulfuré, puis s’échappe du fond de l’océan sous forme de véritables geysers. Les sources hydrothermales sous-marines constituent un milieu exceptionnel qui a peu évolué depuis quatre milliards d’années. Les éléments indispensables à la fabrication des pièces d’automates chimiques y sont présents : hydrogène, azote, monoxyde et dioxyde de carbone, hydrogène sulfuré, méthane et, bien sûr, eau. Le magma fournit en continu l’énergie nécessaire sous forme de chaleur. Le milieu est protégé des effets destructeurs des rayons ultraviolets par la couche d’eau océanique qui amortit également le bombardement météoritique. Est-ce là le berceau des automates chimiques ? Une température de 350°C est trop élevée pour permettre la survie des automates, voire même des pièces d’automates. Le record pour les bactéries hyperthermophiles qui vivent à des températures supérieures à 80°C au voisinage des sources hydrothermales est actuellement de 113°C. Il semble bien que ces bactéries hyperthermophiles proviennent de bactéries vivant à des températures plus agréables, inférieures à 80°C, qui se seraient adaptées relativement récemment à ces températures extrêmes. Il est donc peu probable que les sources hydrothermales aient été le berceau des automates chimiques mais elles ont très bien pu produire certaines des pièces nécessaires à leur émergence. Pour l’Allemand Günter Wächtershäuser, les molécules organiques primordiales se seraient formées au niveau de ces sources hydrothermales par réduction des oxydes de carbone grâce à la réaction de l’hydrogène sulfuré sur le sulfure de fer. En laboratoire, le sulfure de fer, l’hydrogène sulfuré et le dioxyde de carbone réagissent en milieu anaérobie pour donner de l’hydrogène et une variété de dérivés soufrés. Dans certaines conditions, il se forme des dérivés soufrés particulièrement intéressants, qui ont peut-être constitué, selon le biologiste belge Christian De Duve, le principal moteur chimique d’un monde vivant primitif soufré.

Des molécules organiques d’origine extraterrestre

L’apport de molécules organiques extraterrestres reste de loin le plus important. Les sondes Véga 1 et 2, Giotto, Suisei et Sakigake ont montré que la comète de Halley est riche en matériaux organiquex, le taux moyen en poids de carbone présent dans les grains cométaires étant estimé à 14 %. Parmi les molécules identifiées, on retrouve l’acide cyanhydrique et le formaldéhyde. Ces composés, ainsi que de nombreuses autres molécules d’intérêt prébiotique, ont également été observés dans les comètes Hyakutake en 1996 et Hale-Bopp en 1997.

Les météorites carbonées, représentées typiquement par les météorites d’Orgueil et de Murchison, renferment des composés organiques comme des hydrocarbures aliphatiques et aromatiques. Des hydrocarbures aromatiques polycycliques, des kérogènes et des fullerènes sont également présents. Des composés plus proches des composés biologiques ont été identifiés : acides carboxyliques, acides aminés, bases nucléiques, amines, amides, alcools, etc. La météorite carbonée de Murchison renferme plus de soixante-dix acides aminés différents. Au nombre de ceux-ci on trouve huit acides aminés protéiques. Les atomes de carbone qui constituent l’ossature des systèmes vivants et, très probablement, des automates chimiques primitifs, occupent généralement le centre de tétraèdres. Comme les groupes d’atomes liés aux quatre sommets des tétraèdres sont différents, les atomes de carbone sont asymétriques et se présentent sous deux formes, images l’une de l’autre dans un miroir, non superposables. Il existe donc des acides aminés L et des acides aminés D. Les systèmes vivants n’utilisent qu’une seule des deux formes possibles pour chaque grande famille de constituants biologiques, protéines, ADN, etc.

C’est ainsi que les protéines n’utilisent que la forme L des acides aminés. Une vie qui utiliserait indifféremment et simultanément les deux formes L et D des molécules biologiques semble très improbable. Le minéralogiste américain John Cronin trouva environ 55% de formes L et 45% de formes D pour certains acides aminés présents dans la météorite de Murchison. La découverte par les astronomes d’un rayonnement infrarouge fortement polarisé dans un nuage moléculaire de la nébuleuse d’Orion pourrait expliquer l’origine extraterrestre de cet excès de formes L.

Des collectes de poussières interplanétaires dans les glaces du Groënland et de l’Antarctique par le minéralogiste français Michel Maurette permettent d’évaluer à environ 50 à 100 tonnes la quantité de grains interplanétaires arrivant tous les jours actuellement à la surface de la Terre. Environ 99% de cette masse est apporté par des micrométéorites dont le diamètre est compris entre 50 et 500 µm. Les micrométéorites sont apparentées aux météorites les plus primitives, celles du groupe des météorites carbonées représentées par la météorite de Murchison. Une analyse détaillée des teneurs en carbone de différents groupes de micrométéorites permet d’estimer à cent tonnes le flux total de carbone organique apporté tous les ans à la Terre. La quantité livrée à la Terre pendant la phase active du bombardement terrestre entre 4,1 et 3,8 milliards d’années, quand le flux micrométéoritique était vraisemblablement mille fois plus intense qu’aujourd’hui, est estimée à 1023g. Pour donner un ordre de grandeur, cette valeur représente cent mille fois la valeur actuelle du carbone biologique recyclé aujourd’hui à la surface de la Terre. Ces grains renferment une forte proportion de sulfures métalliques, d’oxydes, d’argiles qui sont autant de catalyseurs. Au contact de l’eau liquide, les grains ont donc pu fonctionner comme des microréacteurs chimiques transformant la matière organique des grains à l’aide des catalyseurs présents.

Près de cent dix molécules différentes ont été identifiées à ce jour dans les nuages denses de gaz et de poussières du milieu interstellaire. Parmi ces molécules, quatre-vingt-trois contiennent du carbone. La présence de glycine, longtemps controversée, a été confirmée récemment dans le milieu interstellaire ainsi que les molécules précurseurs qui conduisent généralement aux acides aminés : acide cyanhydrique, ammoniac et formaldéhyde. Pour vérifier que la synthèse d’acides aminés dans les conditions du milieu interstellaire se fait facilement, un mélange de glaces d’eau, d’ammoniac, de méthanol, de monoxyde et de dioxyde de carbone a été irradié au Laboratoire d’astrophysique de Leyde aux Pays-Bas, dans des conditions mimant celles du milieu interstellaire (vide poussé de 10-7 mbar, température de -261°C). Une fois ramenés à la température ambiante, les échantillons, ont été analysés au Centre de biophysique moléculaire du CNRS à Orléans. Nous y avons identifié seize acides aminés dont six (glycine, alanine, valine, proline, serine, acide aspartique) font partie des vingt acides aminés protéiques.

On sait que les météorites, dont la masse est supérieure à cent grammes, peuvent transporter les acides aminés. Cependant, l’apport en météorites (aujourd’hui de l’ordre de cent tonnes par an) est très minoritaire par rapport à celui des micrométéorites. Il fallait donc vérifier à partir de quelle taille, une micrométéorite devient un transporteur possible d’acides aminés. Des expériences spatiales ont été menées en orbite terrestre pour établir ce point. Dans l’expérience BIOPAN-1, six acides aminés L présents dans la météorite de Murchison ont été exposés aux conditions de l’espace pendant quinze jours en juin 1994 à bord de la capsule automatique russe FOTON-8. Ils ont été exposés nus mais également enrobés dans une argile, la montmorillonite. Après récupération, les acides aminés ont été analysés à l’aide d’une technique qui permet de mesurer le taux de décomposition des acides aminés mais aussi le taux de racémisation, c’est-à-dire la proportion de forme L qui a été éventuellement transformée en forme D au cours de l’exposition. Les analyses effectuées après le vol révèlent des différences nettes de comportement se traduisant notamment par un déficit significatif des acides aminés acides, acide glutamique et acide aspartique dans les échantillons exposés au rayonnement solaire. Aucun déficit n’est constaté lorsque les échantillons sont associés à des argiles. Aucune racémisation n’a été observée. Le second vol de dix jours en 1997 a confirmé les résultats du premier vol et a permis de montrer qu’au-dessous de 5 µm, l’argile n’offrait plus de protection totale contre le rayonnement solaire. Un troisième vol s’est déroulé en 1999 à bord de la station MIR. Pour cette mission, différentes protections minérales ont été utilisées, à différentes épaisseurs : une argile, une poudre de basalt et une poudre de météorite. Après trois mois en orbite terrestre, les acides aminés ont été détruits à hauteur de 50% en l’absence de protection minérale. A épaisseur égale, c’est la poudre de météorite qui a présenté le meilleur pouvoir protecteur. La poudre météoritique protège efficacement à partir d’une épaisseur de 5 µm. En d’autres termes, toute micrométéorite de taille supérieure à 5 µm représente un transporteur possible d’acides aminés dans l’espace.

Les premiers automates chimiques

Comme déjà mentionné, les chimistes ont d’abord pensé que les automates primitifs devaient ressembler à des cellules simplifiées, en s’inspirant du vivant contemporain cellulaire et de l’universalité du code génétique. A partir des petites molécules organiques, les chimistes se sont efforcés de reconstituer en laboratoire les trois familles de biopolymères indispensables au fonctionnement de la cellule. Certaines substances organiques présentes dans les météorites carbonées de Murchison et d’Allende forment dans l’eau des cloisons qui ressemblent à des membranes. Des acides gras sont notamment présents dans ces météorites. Toutefois, les membranes produites à l’aide de ces composés amphiphiles simples ne sont pas très stables, de sorte que des composés chimiques plus complexes ont vraisemblablement été nécessaires pour conférer une bonne stabilité aux membranes primitives.

Des mini-protéines ont été reconstituées en laboratoire. Une équipe de chercheurs japonais, en collaboration avec notre laboratoire à Orléans, a obtenu des chaînes renfermant jusqu’à huit acides aminés en faisant passer alternativement une solution de glycine d’une chambre réactionnelle à 220°C à une chambre à 0°C, mimant ainsi les conditions de trempe thermique qui règnent à proximité des sources chaudes sous-marines. Il a été montré par ailleurs que les argiles permettent d’obtenir de longues chaînes de mini-protéines. Les chimistes à Orléans ont réussi à reproduire les géométries des protéines, hélices-alpha et feuillets-beta. Toute une série de mini-protéines construites sur une alternance stricte d’acides aminés hydrophiles et hydrophobes a été préparée. Elles adoptent toutes une structure en feuillets-beta dans l’eau par agrégation des groupes hydrophobes, à condition que le caractère hydrophobe soit bien marqué. Lorsque l’on ajoute de l’alcool à l’eau, la force des interactions hydrophobes qui génèrent les feuillets-beta s’atténue et les mini-protéines adoptent alors une géométrie en hélice-alpha. C’est donc l’eau qui, par ses propriétés physiques spécifiques, permet la structuration en feuillets-beta. Les mini-protéines à séquence alternée, capables de ce fait de prendre la géométrie en feuillets-beta, sont très résistantes, ce qui a peut-être permis leur sélection sur la Terre primitive. La formation de feuillets-beta requiert l’utilisation d’acides aminés de même chiralité, c’est-à-dire tous L ou tous D. Lorsque les séquences alternées renferment à la fois des formes L et D distribuées au hasard le long des chaînes, seuls les segments contenant au moins six acides aminés L (ou D) consécutifs s’agrègent en feuillets-beta. De nombreux mini-protéines manifestent une activité catalytique. Par exemple, à Orléans, nous avons montré que des mini-protéines basiques ne renfermant que deux acides aminés différents coupent les ARN. La grande majorité des travaux de reconstitution d’acides nucléiques prébiotiques porte sur les ARN car ils sont considérés comme étant plus anciens, plus primitifs, que les ADN. Certaines bases des nucléotides sont obtenues facilement à partir de l’acide cyanhydrique ou en soumettant un mélange gazeux de méthane, d’éthane et d’ammoniac à des décharges électriques. Les bases sont également présentes en très petites quantités dans les météorites et peut-être même dans les comètes. La synthèse des sucres à partir de formaldéhyde fournit un mélange très complexe dans lequel le sucre recherché est très minoritaire. Même si les argiles catalysent efficacement la formation des chaînes de nucléotides, la synthèse des nucléotides, combinaison d’un phosphate, d’un sucre et d’une base, n’a pas pu être reproduite en laboratoire dans des conditions simples simulants l’environnement de la Terre primitive. Les chimistes ont alors cherché à tourner la difficulté en exploitant des analogues, succédanés des ARN. Les travaux, en cours, ont déjà donné des résultats encourageants. Cependant, la formation prébiotique d’ARN demeure encore inexpliquée.

Une vie primitive pré-cellulaire

Dans les années 1980, les biologistes ont découvert que certains ARN, les ribozymes, étaient capables non seulement de véhiculer l’information mais aussi d’exercer une activité catalytique, comme les enzymes protéiques. Très vite s’est développé l’idée d’un monde d’ARN berceau de la vie sur Terre. Le monde d’ARN a constitué vraisemblablement un épisode dans l’histoire de la vie. Le fait que l’étape clé de la formation de la liaison peptidique au cours de la biosynthèse des protéines se fasse par catalyse de l’ARN sans intervention quelconque d’un acide aminé et la découverte récente des Mimivirus à ADN, macrovirus possédant des gènes communs à tous les organismes des trois branches du vivant, eucaryotes, bactéries et archea, étayent l’idée d’un monde d’ARN ancestral. Reste maintenant à comprendre la formation prébiotique de l’ARN qui n’a trouvé, à ce jour, aucune explication convaincante. Il est raisonnable de penser que l’émergence du monde de l’ARN ait été préparée par des systèmes autocatalytiques plus simples ou par des catalyseurs produisant de l’ARN en grande quantités :

CHONS et H2O => Robots ou catalyseurs => Monde viral à ARN => Cellules (avec ARN, protéines et membranes)

Lorsque deux molécules A et B réagissent pour former une nouvelle molécule A-B, il arrive quelques fois que le produit de la réaction A-B reconnaisse et organise les éléments A et B, favorise leur couplage chimique et catalyse ainsi sa propre formation. Ce type d’assistance chimique, appelé autocatalyse, est courant en chimie. Cependant, les molécules A-B reproduites par autocatalyse ne comportent que deux « lettres » car A et B ne peuvent être liés que d’un côté. De ce fait, l’information reste qualitativement pauvre, comme serait pauvre une langue n’utilisant que des mots à deux lettres. Comme pour l’écriture, l’emploi de molécules bifonctionnelles va permettre d’enrichir l’information à l’infini. Se pose alors un évident problème de sélection car maintenant A et B vont pouvoir former A-B, certes, mais également A-A, B-A et B-B. L’auto-reproduction recherchée devra donc obligatoirement associer autocatalyse et sélection, ce qui, en dehors des ARN biologiques et de leurs analogues, n’a pas encore été réalisé en tube à essais.

Certains scientifiques pensent que l’autocatalyse s’est développée sur des surfaces minérales. Ils favorisent l’hypothèse selon laquelle des systèmes chimiques utilisaient directement le dioxyde de carbone comme source de carbone, a l’instar des plantes et de certaines bactéries. Ces organismes vivants primitifs sont décrits comme des molécules organiques autocatalytiques se développant sur des surfaces minérales de pyrite FeS2. Comme mentionné, la réaction du fer ferreux sur l’hydrogène sulfureux produit d’une part de l’hydrogène qui réduit le dioxyde de carbone et de la pyrite qui sert de support minéral à la croissance autocatalytique du réseau organique. De ce fait, il y a croissance simultanée du réseau organique et du support minéral. Le départ des molécules organiques de la surface minérale au profit de molécules mieux adaptées à la surface permet au système d’évoluer en se perfectionnant. L’idée d’une participation active des surfaces minérales, émise dès 1953 par l’Anglais J. Desmond Bernal, connait depuis peu un regain d’intérêt et de nombreux laboratoires se sont lancés dans cette chimie on the rocks.

A la recherche d’automates fossilisés

Les roches les plus anciennes susceptibles de présenter des traces de vie sont des sédiments vieux de quelque 3,75 milliards d’années découverts dans le sud-ouest du Groënland. Ces sédiments témoignent de la présence permanente d’eau liquide, de gaz carbonique dans l’atmosphère et renferment des kérogènes, molécules organiques complexes dont les atomes de carbone sont enrichis en isotope 12. D’une manière générale, les molécules biologiques produites par photosynthèse sont caractérisées par un enrichissement en 12C par rapport aux carbonates minéraux. Ainsi, le rapport 12C/13C passe de 88,99 pour les carbonates minéraux de référence à des valeurs comprises entre 90,8 et 91,7 pour les molécules organiques biologiques. Ce rapport est compris entre 90,2 et 92,4 pour la matière organique des sédiments du Groenland. Ces valeurs suggèrent, mais ne prouvent pas de manière absolue, l’existence d’une activité photo

synthétique, donc d’une vie primitive, il y a 3,8 milliards d’années. En effet, cette matière organique très ancienne (quelques fois réduite à des cristaux de graphite) a subi d’importantes modifications au cours de la diagénèse. Le produit final de cette dégradation, les kérogènes, se composent de macromolécules complexes stables résistantes, qui peuvent même être transformées en graphite pur pendant le métamorphisme. Tous ces traitements ont très bien pu générer les enrichissements en 12C observés. Il faut aussi se méfier terriblement de la contamination éventuelle de ces roches par des microorganismes plus récents, contamination qui va, évidemment, biaiser les analyses. A cause des multiples transformations subies par ces roches, il y a fort peu de chances d’y retrouver des vestiges de microfossiles. Effectivement, aucunes structures ressemblant à des bactéries fossiles n’ont été découvertes dans les sédiments du Groënland.

Les microorganismes fossiles les plus anciens ont été trouvés dans les sédiments de Barberton en Afrique du Sud et du Pilbara en Australie. Ces sédiments, vieux de 3,2 à 3,5 milliards d’années, sont légèrement plus jeunes que les roches du Groënland. Les sédiments sont bien conservés et montrent l’existence d’une vie foisonnante dans des eaux littorales de faible profondeur, et peut-être même proche de la surface de l’eau (certains biofilms présentent une structure lamellée qui semble indiquer une vie bactérienne utilisant déjà l’énergie solaire). Les microfossiles identifiés comprennent des structures filamenteuses longues de dix à quelques centaines de microns de long, des bâtonnets de quelques microns de long et des structures sphériques et ovoïdes d’environ 1 micron de diamètre. Ces structures ont été attribuées à des bactéries fossilisées. La quantité de carbone restant liée à ces microfossiles est généralement très faible (entre 0,01-0,5% avec des pointes exceptionnelles à 1%) ce qui rend l’analyse du carbone organique particulièrement difficile. Les isotopes du carbone ont cependant pu être mesurés et présentent un enrichissement variable mais néanmoins significatif en carbone 12.

Arguant d’une ressemblance entre les cyanobactéries modernes et les microfossiles du Pilbara, William Schopf, de l’université de Los Angeles, a décrit ces derniers comme étant des fossiles de cyanobactéries. Ces bactéries ancestrales auraient donc déjà pratiqué la photosynthèse oxygénée. Interprétation très importante car elle ferait remonter la photosynthèse oxygénée loin en arrière dans les temps géologiques alors que les indices biochimiques les plus anciens de la photosynthèse oxygénée trouvés dans des schistes carbonés, également en Australie, ne remontent qu’à 2,7 milliards d’années. Selon l’Anglais

Martin Brasier, de l’université d’Oxford, les structures seraient bien constituées de matière carbonée organique enrichie en carbone 12 (ce qui habituellement signe une origine biologique), mais la matière organique serait d’origine purement chimique et non biologique. Elle pourrait provenir de la réaction de l’hydrogène sur le monoxyde de carbone (réaction dite de Fischer-Tropsch), deux gaz présents dans les fluides des sources hydrothermales. L’accumulation de la matière organique en microstructures serait due à la cristallisation du quartz dans la veine hydrothermale, l’enrichissement important en carbone 12 résultant de processus purement chimiques. L’explication de Brasier n’est cependant pas totalement convaincante car on voit mal comment la réaction de Fischer-Tropsch pourrait produire des macromolécules aussi complexes que les kérogènes (matière organique complexe, insoluble dans les solvants usuels) déposés dans les veines hydrothermales. Une explication intermédiaire pourrait être apportée par les travaux réalisés à Orléans, au Centre de biophysique moléculaire du CNRS, par Frances Westall. Des morphologies de microfossiles tels que biofilms, polymères, coques, filaments, bâtonnets, ont été observés au microscope électronique dans des échantillons de silice prélevés à Pilbara dans des zones jouxtant les veines hydrothermales de Schopf, mais jamais à l’intérieur même des veines hydrothermales. Ces morphologies contiennent du carbone identifié par microanalyse au microscope électronique. Il semble bien que les bactéries ancestrales vivaient, puis ont été fossilisées, dans des roches sédimentaires au voisinage des veines hydrothermales. Les veines hydrothermales ont très bien pu entraîner la matière organique des bactéries mortes et/ou fossilisées (donc enrichis en carbone

12), matière organique qui aurait été redéposée plus haut dans les veines hydrothermales, pour former les fameuses structures carbonées complexes décrites par Schopf. Les structures de Schopf ne seraient donc que des restes de matière organique bactérienne et non pas des bactéries fossilisées. Cette explication est donc intermédiaire entre le tout bactérien de Schopf et le tout chimique de Brasier. Elle conforte néanmoins la présence de vie bactérienne il y a environ 3,5 milliards d’années.

Il faut hélas se rendre à l’évidence : l’espoir de retrouver des petits automates chimiques fossilisés depuis 4 milliards d’années, ou même des molécules organiques qui constituaient ces automates, est pratiquement nul. En effet,

quatre facteurs ont contribué à effacer leurs indices sur Terre : l’histoire géologique mouvementée de la Terre (et en particulier la tectonique de plaque), l’érosion due à la présence permanente d’eau liquide, les effets délétères du rayonnement solaire en absence d’une couche d’ozone protectrice pendant 2 milliards d’années et la vie elle-même qui produit d’énormes quantités d’oxygène il y a 2 milliards d’années, un poison pour les molécules organiques réduites. Les premières pages du livre de l’histoire de la vie vont probablement rester blanches à tout jamais.

Un automate chimique ne pourra être facilement reconstitué en tube à essais que s’il est simple. La datation des cratères d’impacts lunaires suggère que les planètes du système solaire ont été soumises à un bombardement intense il y a 4 milliards d’années au moment où la vie a probablement fait son apparition sur Terre. Un petit nombre de ces impacts fut capable d’évaporer toute l’eau des océans primitifs. De ce fait, les automates chimiques devaient être suffisamment robustes pour pouvoir survivre aux impacts météoritiques et cométaires et éventuellement redémarrer après les plus gros impacts. Il est raisonable de penser que pour être robuste, la vie primitive devait être relativement simple et capable d’être répétée en plusieurs exemplaires.

Apporter la preuve de la relative simplicité des automates primitifs

La découverte d’autres exemplaires de vies sur d’autres corps célestes conforterait la relative simplicité de l’origine de

la vie en apportant la preuve de son caractère répétitif. En identifiant à ce jour plus de quatre-vingt molécules organiques dans le milieu interstellaire, et en particulier le formaldéhyde et l’acide cyanhydrique, les radioastronomes ont démontré que la chimie organique est universelle. Il ne reste plus maintenant qu’à rechercher la présence permanente d’eau liquide. Présente en surface, elle révèle l’existence d’une atmosphère qui permet l’apport en douceur des molécules organiques par le biais des micrométéorites. Comme les molécules organiques peuvent également se former dans les sources chaudes sous-marines, tout océan extraterrestre présentant les signes d’une activité hydrothermale constitue également un habitat biotique possible.

La planète Mars est l’objet d’une attention toute particulière. Les lits d’écoulements asséchés observés par les missions martiennes Mariner 9, Viking 1 et 2, Mars Pathfinder et Mars Global Surveyor indiquent clairement que Mars a connu dans sa jeunesse des écoulements permanents de fluides. Ecoulement d’eau ? De glaciers ? De neige carbonique ? La sonde martienne Odyssey placée en 2001 en orbite martienne par la Nasa était équipée d’un spectromètre qui mesure les rayons  émis par le sol martien après impact des rayons cosmiques. Ce spectromètre a détecté de très importantes quantités d’atomes d’hydrogène présents en surface aux pôles mais également à soixante centimètres dans le proche sous-sol martien jusqu’à 60° de latitude nord et sud. La présence d’hydrogène signe la présence de glace d’eau, permettant ainsi d’attribuer la formation des lits d’écoulement à la présence d’eau liquide coulant jadis à la surface de Mars. La présence permanente d’eau suppose une température constamment supérieure à 0°C, température atteinte probablement grâce à l’existence d’une atmosphère dense générant

un effet de serre important. Grâce à cette atmosphère, la planète a pu accumuler des micrométéorites à sa surface à l’instar de la Terre. En 1976, les deux sondes Viking ne détectèrent ni molécules organiques ni vie à la surface de Mars sur une profondeur de quelques centimètres. En fait, le sol martien semble renfermer des oxydants puissants produits par le rayonnement solaire dans l’atmosphère et/ou par des processus photochimiques au niveau du sol. La présence d’oxydants exclut toute accumulation de molécules organiques à la surface de la planète. Des calculs de simulation suggèrent que la diffusion des oxydants dans le sous-sol ne devrait pas dépasser une profondeur de trois mètres. L’absence de matière organique à la surface de Mars pourrait également être due à des processus de dégradation directe par les UV solaires, l’atmosphère martienne ne possédant pas de couche protectrice d’ozone. Les sondes Viking n’ont pas trouvé de molécules organiques à la surface de Mars mais on dispose en mai 2005 de 34 météorites qui sont généralement considérées comme provenant de Mars. Ce sont les météorites SNC, dont la fameuse météorite ALH 84001 présentée comme renfermant des nanobactéries martiennes fossilisées. Cette affirmation est aujourd’hui de plus en plus battue en brèche. Les soi-disant « microfossiles » se sont très probablement formés par des processus minéraux consécutifs à des infitration d’eau terrestre. La présence de cristaux de magnétite présentée comme preuve de la présence de vie martienne dans la météorite n’est pas non plus convaincante dans la mesure où des cristaux identiques ont été obtenus en laboratoire, d’une manière non biologique. Cependant, certaines de ces météorites SNC renferment des molécules organiques. Les ingrédients qui ont permis l’apparition de la vie sur Terre étaient donc rassemblées sur Mars. Il est dès lors tentant de penser qu’une vie élémentaire utilisant les mêmes ingrédients que la vie terrestre ait pu apparaître et se développer sur la planète rouge.

En 1997, le robot martien Sojourner a analysé six sols et cinq roches autour du site d’atterrissage dans Ares Vallis. Les sols analysés sont tous identiques et très proches des sols analysés par les sondes Viking. Les roches, analysées sur quelques microns seulement, sont partiellement recouvertes de poussière du sol. La composition des roches rappelle celle de certains granites terrestres et se rapproche de celle de la croûte terrestre. Cependant, les résultats obtenus sont insuffisants pour pouvoir trancher entre une origine volcanique et sédimentaire. En 2004 et 2005, les deux rovers américains, posés dans Gusev Crater et Meridiani Planum, respectivement, ont confirmé la présence passée d’eau liquide à la surface de Mars. Plus particulièrement, Opportunity a révélé des affleurements de roches sédimentaires renfermant de l’hématite et de la jarosite déposées à partir de solutions aqueuses.

Le 2 juin 2003, l’Agence spatiale européenne a lancé la mission martienne Mars Express du pas de tir de Baïkonour. La mission a placé un orbiteur muni de caméras stéréoscopiques, de différents spectromètres pour analyser l’atmosphère et la composition du sol et d’un radar capable de fouiller le sol sur plusieurs kilomètres pour y rechercher l’eau liquide et la glace. Peu après sa mise en orbite en décembre 2003, le spectromètre Oméga de Mars Express, piloté par Jean-Pierre Bibring, a confirmé la présence de glace d’eau au niveau de la calotte polaire Sud et les dépôts de sulfates. La caméra stéréoscopique HRSC à haute résolution de l’Allemand Gerhard Neukum a mis en évidence des terrains volcaniques et glaciaires bien plus jeunes que tout ce que l’on connaissait. Le spectromètre PFS (Planetary Fourier spectrometer) de l’Italien Vittorio Formisano a détecté du méthane et de la vapeur d’eau dans l’atmosphère de Mars à la verticale d’Arabia Terra, un sol riche en glace comme l’a montré Mars Odyssey. La teneur en méthane varierait entre 10 et 30 parties par milliard en volume. Le méthane a aussi été détecté depuis la Terre par les observatoires de Hawaï et du Chili. Comme la durée de vie du méthane n’est que de 300 ans dans les conditions martiennes, il faut envisager une production permanente de ce gaz. Origine géologique due à un volcanisme résiduel ou origine biologique due à des bactéries méthanogènes ?

Pour pouvoir trancher entre ces deux options, il faudrait disposer d’autres biomarqueurs gazeux comme l’ammoniac, et/ou le formaldéhyde dont les durées de vie sont très courtes sous le climat martien. Un atterrisseur, appelée Beagle 2 en hommage au bateau de Charles Darwin, devait poser une station d’analyse martienne d’environ dix kilos à la surface de Mars capablede prélever des échantillons dans le proche sous-sol à l’aide d’une « taupe » auto-enfouisseuse et dans les roches de surface à l’aide d’un bras manipulateur. Le bras manipulateur devait placer contre les roches de surface un broyeur/carottier, une caméra, un microscope, un spectromètre à rayon X (donnant la composition en éléments chimiques) et un spectromètre Mössbauer (donnant le degré d’oxydation du fer). Les échantillons prélevés devaient être analysés par un spectromètre de masse installé sur l’atterrisseur après combustion par pallier de températures, technique permettant d’analyser les molécules organiques en déterminant leur nature, minérale ou organique, ainsi que les distributions isotopiques. La sonde Beagle 2 s’est correctement séparée de l’orbiteur Mars Express en décembre 2003 mais n’a plus jamais donné signe de vie depuis cette date.

Si la vie est apparue sur Mars, la recherche de ses vestiges fossilisés sera rendue plus facile que sur Terre par le fait que les sédiments martiens anciens n’ont pas été détruits par des processus tectoniques, contrairement aux sédiments terrestres.

Au-delà de Mars

Europe, le satellite de Jupiter, pourrait bien présenter des environnements marins ressemblant

aux sources sous-marines terrestres. Europe est le plus petit des satellites de Jupiter avec un rayon légèrement inférieur à celui de la Lune. Il orbite à une

distance d’environ six cent mille kilomètres de Jupiter, donc suffisamment près pour être réchauffé par l’effet de marée dû au champ gravitationnel très important de la planète géante. En 1979 et 1980, la mission Voyager avait déjà photographié Europe et montré que sa surface était recouverte par de la glace entaillée de profondes crevasses. Depuis, le vaisseau spatial Galileo a fourni de très belles images montrant, notamment des blocs de glace ayant pivoté sur eux-mêmes. La surface présente peu de cratères d’impacts ce qui suggère un remodelage continu de la surface par des phénomènes cryovolcaniques ou tectoniques. Selon l’un des modèles de structure interne proposé, il y aurait un océan d’eau liquide sous quelques dizaines de kilomètres de banquise, la chaleur nécessaire au maintien de l’eau à l’état liquide étant apportée par les fortes marées internes. La surface présente également des stries en forme d’arcs, interprétées comme provenant d’un stress dû à des marées océaniques sous-glaciaires. Des dépôts de sels ont été observés à la surface d’Europe par spectroscopie dans le proche infrarouge, dépôts qui pourraient provenir de remontées d’eau océanique salée. Enfin, Galileo a enregistré un champ magnétique induit dans le champ magnétique de Jupiter traduisant la présence d’un conducteur électrique. L’océan d’eau salée pourrait très bien jouer ce rôle de conducteur électrique. Toutes ces observations plaident en faveur de l’existence d’un océan sous-glaciaire d’eau salée. Il est maintenant important de savoir s’il existe sur Europe un magma capable de transférer la chaleur du coeur planétaire vers le fond océanique pour créer des sources hydrothermales et, par conséquent, des molécules organiques. L’énergie de marée induite par Jupiter est-elle suffisante pour fondre les silicates à des températures supérieures à 1200°C ? La mise en évidence d’un magma sur Europe fait partie des objectifs prioritaires de l’exploration d’Europe actuellement à l’étude. Si Europe a maintenu une activité de marée et une activité hydrothermale sous-glaciaire, une vie bactérienne a pu y apparaître et y est peut-être encore active aujourd’hui. Europe apparaît de plus en plus comme un lieu privilégié du système solaire pouvant héberger de l’eau liquide et une vie bactérienne en activité.

Le cas particulier de Titan

Titan, le plus gros satellite de Saturne, possède une atmosphère dense de 1,5 bar constituée essentiellement d’azote (plus de 90%) mais aussi de méthane et d’un peu d’hydrogène. L’atmosphère renferme également d’épais brouillards d’aérosols organiques. Les observations glanées par la mission Voyager et les mesures faites à partir de la Terre indiquent clairement la présence de nombreux hydrocarbures et de nitriles dans ce milieu. Parmi ces composés organiques figurent l’acide cyanhydrique, l’acétylène, le cyanoacétylène, véritables passages obligés de la chimie prébiotique. La modélisation des processus physicochimiques supposés se dérouler à la surface de Titan suggère la présence d’océan(s) de méthane et d’éthane liquide en équilibre avec les constituants de l’atmosphère. Titan représente un véritable laboratoire de production de composés prébiotiques à l’échelle planétaire. Bien que des traces de vapeur d’eau aient été récemment détectées par le satellite ISO dans la haute atmosphère, la température très basse (-180°C) régnant près de la surface interdit la présence d’eau liquide. Les molécules ne peuvent donc pas évoluer vers une vie de type terrestre. La mission NASA-ESA Cassini-Huygens lancée en octobre 1997 a déposé la sonde Huygens à la surface de Titan le 14 janvier 2005 après plus de 7 années d’un voyage interplanétaire d’environ 1,5 milliards de kilomètres. La sonde a photographié des lits d’écoulements asséchés façonnés vraisemblablement par du méthane liquide. Vers quels systèmes complexes évoluent ces molécules en l’absence d’eau ? Existe-t-il une vie exotique basée sur la chimie du carbone et le méthane liquide ? Les instruments de Huygens ont analysé les molécules organiques pendant 150 minutes. Malheureusement, la sonde Huygens ne portait aucun instrument capable de mesurer la chiralité de ces molécules organiques, véritable ligne de démarcation entre matière inerte et matière vivante.

Une vie extra-solaire

La chasse aux planètes extrasolaires se pratique habituellement en mesurant la perturbation apportée à l’étoile par la planète. En effet, lorsqu’une planète gravite autour d’une étoile, l’étoile elle-même se

met à valser autour du centre de gravité commun étoile/planète. Plus la planète est massive et proche de l’étoile, plus la vitesse de rotation de l’étoile est grande. C’est ainsi que la vitesse du Soleil induite par Jupiter est de treize

mètres par seconde tandis que celle induite par la Terre n’est que de dix centimètres par seconde. On peut rechercher une variation de la position de l’étoile dans le ciel mais la précision des instruments de mesure actuels ne permet pas encore une telle mesure. L’Agence spatiale européenne développe actuellement le projet interférométrique Gaia qui devrait détecter les planètes depuis l’espace. Gaia doit cartographier plus d’un milliard d’étoiles de notre galaxie, y compris les étoiles les plus proches du Soleil. On peut également observer des petites variations dans l’éloignement de l’étoile par rapport à l’observateur. Lorsqu’une étoile accompagnée d’une planète décrit un mouvement autour du centre de gravité commun, l’étoile s’éloigne et se rapproche périodiquement de l’observateur et la lumière qu’elle émet varie : la lumière est déplacée vers le bleu lorsque l’étoile se rapproche de l’observateur et vers le rouge lorsqu’elle s’en éloigne. La meilleure précision obtenue avec les instruments actuels est de quelques mètres par seconde, soit une planète de la taille de Jupiter ou supérieure à celle-ci. C’est la méthode qu’utilisèrent Michel Mayor et Didier Queloz à l’Observatoire de Haute-Provence. En septembre 1995, après un suivi systématique des vitesses d’une centaine d’étoiles, ils découvrirent la présence d’un corps de la moitié de Jupiter en orbite autour de l’étoile 51 Pegase. L’objet découvert était très proche de l’étoile et avait une température de 1500°C. Quatre mois plus tard, Marcy et Butler décrivaient deux objets ayant 2,8 et 6,4 fois la masse de Jupiter près des étoiles 70 Virgin dans la constellation de la Vierge et 47 Uma dans la constellation de la Grande Ours. Les objets sont situés plus loin de l’étoile. La planète 70 Virgin, géante et probablement gazeuse, est peu propice à la vie. Elle peut, cependant, à l’instar de Jupiter et Saturne, avoir des satellites de la taille de la Terre avec des températures permettant la présence d’eau liquide. Fin mai 2005, le catalogue comptait 155 planètes géantes extrasolaires,

la plus petite d’entre elles représentant 14 fois la Terre. Enfin, la méthode dite des « transits » consiste à détecter l’ombre d’une planète lorsqu’elle passe devant son étoile et provoque une mini-éclipse. Il s’agit donc de mesurer la faible occultation passagère de l’étoile provoquée par le passage de la planète devant celle-ci. En mars 2005, cinq exoplanètes avaient pu être mises en évidence à l’aide de cette méthode. La mission française COROT, en préparation, a précisément pour objectif de détecter des planètes extrasolaires selon cette méthode, en plus des exoplanètes géantes détectable par la méthode des perturbations décrite plus haut. La variation de luminosité sera directement donnée par le rapport entre la surface apparente de la planète et celle de l’étoile, soit environ 0,01 % pour une planète de la taille de la Terre autour d’une étoile comme le Soleil., COROT devrait donc pouvoir détecter des planètes telluriques en orbite autour d’autres étoiles que notre Soleil.

La recherche de la vie sur les planètes extrasolaires ne peut se faire que par l’analyse spectrale de ses manifestations, singularités dans l’atmosphère et/ou message électromagnétique « intelligent » ([Seti], Search for Extraterrestrial Intelligences). L’atmosphère terrestre renferme en permanence 21% d’oxygène alors que les atmosphères des autres planètes du système solaire n’en renferment que des traces. L’oxygène dans l’atmosphère terrestre est une singularité à deux titres : il est surabondant par rapport à la croûte terrestre et

il devrait normalement disparaître par recombinaison avec les roches. Sa présence permanente est, bien entendu, liée à l’existence d’une vie intense à la surface de la terre et ne manquerait pas d’attirer l’attention de tout observateur extraterrestre à la recherche de la vie. La présence de grandes quantités d’oxygène atmosphérique va être révélée par la raie caractéristique de l’oxygène à 760 nm à l’aide d’un spectrophotomètre dans la spectre visible de la planète. Pour des raisons pratiques, il est plus facile de rechercher la signature de l’ozone O3, dans le spectre infrarouge à 9,6 m. Dans l’hypothèse, extrêmement séduisante, où de l’oxygène atmosphérique extraterrestre serait mis en évidence, les sceptiques ne manqueraient pas de faire remarquer que l’oxygène peut être produit par des mécanismes chimiques non biologiques. Quoi qu’il en soit, la présence simultanée d’ozone (donc d’oxygène), de vapeur d’eau et de dioxyde de carbone apparaît aujourd’hui comme une signature probante d’une vie planétaire exploitant largement la photosynthèse. Vers 2020, deux projets seront dédiés à la recherche d’exoplanètes de type terrestre. Le projet américain TPF (Terrestrial Planet Finder) et le projet européen Darwin/IRSI (Infrared Space Interferometer). Ce dernier consiste à placer une flotille de six télescopes spatiaux qui seront couplés dans l’espace pour analyser les atmosphères planétaires par interférométrie et y rechercher des singularités dues à une activité biologique. Enfin, la détection par radioastronomie d’un signal électromagnétique “intelligent”, signal provenant d’une civilisation extraterrestre ayant atteint un niveau suffisant de développement technologique, apporterait la preuve indéniable de l’existence d’une vie extraterrestre. Le programme d’étude mérite d’être soutenu même si, a priori, la probabilité pour qu’une vie bactérienne extrasolaire évolue vers des systèmes vivants exploitant l’électromagnétisme ou la lumière laser soit extrêmement faible.

Conclusion

L’année 2003 a marqué le cinquantième anniversaire de l’expérience remarquable de Miller. En démontrant qu’il était possible de former des acides aminés – les briques des protéines – à partir de méthane, le représentant le plus simple des molécules organiques, Miller suscita un énorme espoir : les chimistes allaient peut-être pouvoir reconstituer une vie primitive en tube à essais. Force est de constater que le rêve n’a pas encore été réalisé. Pendant de très nombreuses années, les chimistes se sont efforcés de reconstituer en laboratoire les trois familles de molécules indispensables au fonctionnement de la cellule : les molécules de l’information ARN et ADN, les molécules catalytiques et les molécules de compartimentation. Ils ont réussi à reconstituer des précurseurs de membranes et des mini-protéines. Par contre, les chimistes n’ont pas réussi à reconstituer les molécules d’ARN. Même si la vie cellulaire a été précédée par un monde vivant d’ARN capable de fournir à la fois le plan de montage et l’outil pour effectuer l’autoreproduction, le problème reste entier car la synthèse des ARN primitifs reste encore incomprise.

Les chances de succès vont dépendre de la simplicité des automates à construire. Aussi est-il important de découvrir un deuxième exemple de vie qui conforterait l’idée de simplicité en démontrant le caractère ubiquitaire de la vie. Ce nouveau rêve peut-il devenir réalité ? Les biologistes ont montré que la vie bactérienne peut survivre en s’adaptant à des conditions extrêmes (hautes et basses températures, hautes pressions, forte salinité) et à des environnements très diversifiés (fonds océaniques, sous-sol profond, pergélisol, espace), ce qui élargit considérablement l’éventail des niches biologiques extraterrestres. Les planétologues et les astronomes nous ont fait découvrir des habitats possibles dans le système solaire et même au-delà. A ce jour, la vie n’est connue que sur Terre et nul n’a le droit de généraliser à partir d’un seul exemple. C’est la raison pour laquelle la recherche d’une « seconde vie » est devenue une priorité scientifique pour les années à venir. Tant que l’on ne dispose que d’un seul exemplaire de vie, on ne peut

pas exclure l’idée que la vie terrestre résulte de la rencontre extraordinaire et unique d’un très grand nombre de molécules. Si dans plusieurs décennies, aucun autre exemple de vie n’a été découvert dans les nombreux habitats extraterrestres répertoriés, aucun signal intelligent n’a été perçu, ni aucune vie n’a pu être reconstituée en tube à essais, alors il faudra accepter l’idée que la vie terrestre pourrait bien être unique, que nous sommes probablement seuls dans le vaste Univers et que nous ne saurons probablement jamais comment la matière devint vivante, voilà 4 milliards d’années sur une petite planète, ni trop grosse, ni trop petite….

Pour en savoir plus :

• Livres

L’évolution chimique et les origines de la vie, Brack, A. et Raulin, F., Masson (1991).
La chimie du vivant. De la protéine à la photosynthèse, Brack, A. et Mathis, P., Quatre à Quatre, Le Pommier (2000). La vieest-elleuniverselle ?Brack,A.etLeclercq,B., EDP Sciences (2003).
Et la matière devint vivante, Brack, A. Le Collège de la Cité, Editions Le Pommier(2004).

• Chapitres d’ouvrages

Origine de la vie, Brack, A., CD Rom, Encyclopaedia Universalis (1997).
L’asymétrie du vivant, Brack, A., Pour la Science, Dossier Hors-série “Les symétries de la nature”, Juillet 1998, pp.36-43.
Origine de la vie, Brack, A., Supplément de l’Encyclopaedia Universalis, pp.743-750 (1999).
Sommes-nous seuls ? Brack,A., in Le Grand Livre du Ciel, Bordas, pp. 92-115 (1999)
Origine et distribution possible de la vie dans l’Univers, Brack, A., in Qu’est-ce que la vie ? Université de Tous les Savoirs, Odile Jacob, pp.37-46 (2000).
De l’origine de la vie terrestre à la vie dans l’Univers, Brack, A., in L’origine de la vie sur Terre et dans l’Univers : L’Environnement de la Terre primitive, Eds. M. Gargaud, D. Despois et J.P. Parisot, Presses Universitaires de Bordeaux, pp.17-28 (2001).
De la naissance de la vie sur Terre à une vie universelle, Brack, A., in Sur les traces du vivant : de la Terre aux étoiles, Eds. F. Raulin-Cerceau, P. Lena et J. Schneider, Le Pommier, pp. 71-95 (2002). La chime de l’origine de la vie, Brack, A., in L’origine de la vie sur Terre et dans l’Univers : Les traces du vivant, Ed. M. Gargaud, Presses Universitaires de Bordeaux (2003) pp. 61-81.