Le choc originel : la naissance de la Lune a favorisé l’apparition de la vie sur Terre

La vie sur Terre est apparue alors que la composition de l’atmosphère était très différente de celle d’aujourd’hui. Ces conditions réductrices auraient d’ailleurs été favorisées par la collision géante avec Théia qui donna naissance à la Lune.

Et si la collision avec Théia il y a 4,45 milliards d’années n’avait pas seulement donné naissance à la Lune, mais également à la vie sur Terre ? Une nouvelle étude révèle en effet que cet impact géant aurait permis la formation d’une atmosphère possédant une composition particulièrement favorable à l’apparition de molécules organiques prébiotiques, ouvrant ainsi la voix à l’émergence de la vie terrestre.

L’IMPACT DE THÉIA AVEC LA TERRE AURAIT FAVORISÉ LA MISE EN PLACE D’UNE ATMOSPHÈRE RÉDUCTRICE FAVORABLE À L’ÉMERGENCE DE LA VIE. © AYAME123, ADOBE STOCK

Une atmosphère primitive sans oxygène

L’atmosphère primitive de la Terre est en effet supposée avoir été bien différente de celle que nous connaissons aujourd’hui. Actuellement, l’atmosphère est dite oxydante car elle contient du dioxygène (O₂) en proportion importante (21 %). Or, l’atmosphère n’a pas toujours contenu cette molécule qui nous est si précieuse. Son apparition dans la composition des océans, puis de l’air, est liée au développement des premières colonies bactériennes photosynthétiques qui, en absorbant du CO₂, rejetèrent du dioxygène.

Cette étape importante dans la composition océanique et atmosphérique est visible dans certaines roches âgées de plus de 3 milliards d’années et que l’on appelle les fers rubanés. L’apparition brutale de ces roches dans les dépôts sédimentaires révèle qu’à partir de cette période, la teneur en oxygène dans les océans a augmenté de façon significative et provoqué l’oxydation du fer ferreux présent dans l’eau. Cela nous indique par ailleurs qu’auparavant, la composition de l’océan mais également de l’atmosphère était dépourvue d’oxygène. On parle de conditions réductrices.

LES FERS RUBANÉS SONT LES TÉMOINS DE L’OXYGÉNATION DE L’ATMOSPHÈRE. © JAMES ST. JOHN, WIKIMEDIA COMMONS, CC BY 2.0

Une collision géante qui a favorisé certaines réactions chimiques

Il y a 4,5 milliards d’années, sous l’effet du dégazage de l’océan de magma, l’atmosphère est en effet riche en H₂O (80 %), CO₂ (12 %) et N₂ (1 à 3 %). La composition de l’atmosphère terrestre est alors directement liée à celle du manteau. Un événement majeur dans l’histoire de la Terre primitive aurait toutefois pu participer de manière significative à la formation d’une atmosphère encore plus réductrice. Il s’agit de la collision géante entre la Terre et un astre de la taille de Mars appelé Théia.

L’ATMOSPHÈRE PRIMITIVE DE LA TERRE ÉTAIT BIEN DIFFÉRENTE DE CELLE D’AUJOURD’HUI QUI EST RICHE EN DIOXYGÈNE. © USTAS, ADOBE STOCK

Certains scénarios suggèrent en effet que cet impact ayant donné naissance à la Lune aurait également induit de nombreuses réactions chimiques entre les composants métalliques de l’impacteur et l’océan de magma terrestre. Une équipe de chercheurs a simulé les réactions chimiques qui se seraient produites entre le noyau métallique ferreux de Théia et les éléments volatiles (H₂O et CO₂) présents dans les roches du manteau terrestre.

Une atmosphère encore plus réductrice

Les résultats, publiés dans la revue Science Advances révèlent que la puissance de l’impact aurait bien entraîné une vaporisation du fer et des éléments volatiles dans l’atmosphère terrestre, où ces éléments auraient ensuite réagi suivant des réactions d’oxydo-réduction. Les simulations montrent en effet la formation d’un oxyde de fer appelé wüstite (FeO) et de gaz réducteurs (H₂ et CO).

MODÈLE PRÉSENTANT LES RÉACTIONS D’OXYDO-RÉDUCTION ENTRAÎNÉES PAR LA VAPORISATION DES ROCHES DU MANTEAU TERRESTRE ET DE THÉIA. © CHOI ET AL., 2023, SCIENCE ADVANCES, DOI: 10.1126/SCIADV.ADI6096

Ces gaz seraient venus renforcer la condition réductrice de l’atmosphère primitive de la Terre. D’un autre côté, les oxydes de fer, en rejoignant l’océan de magma, auraient participé à l’obtention d’un manteau oxydant.

L’ensemble des résultats laisse donc penser que la collision géante avec Théia aurait participé à produire des conditions favorables à l’émergence de la vie terrestre.

L’atmosphère terrestre primitive plus favorable à la vie

La Terre s’est formée il y a environ 4,6 milliards d’années et un faisceau d’indices géologiques tend à montrer que les premières briques du vivant sont apparues un milliard d’années après sa formation. Toutefois, les conditions qui régnaient tant sur la surface que dans l’atmosphère ne sont pas bien connues. Sans cette connaissance précise, les scientifiques sont contraints de faire des hypothèses, remises en cause ou complétées ensuite à chaque découverte significative.

Article de Rémy Decourt publié le 23 avril 2005

De récentes découvertes sur l’atmosphère primitive de la Terre récusent certaines idées acquises sur l’origine du vivant.

Cette étude indique que le modèle d’une atmosphère martienne riche en dioxyde de carbone et pauvre en hydrogène, ainsi que celui d’une atmosphère vénusienne semblable à une Terre primitive, qui ont prévalu durant les 25 dernières années, sont incorrects. En de telles atmosphères, les molécules organiques ne sont pas produites par des réactions photochimiques ou des décharges électriques.

Elle montre que l’atmosphère qui entourait la jeune Terre était composée jusqu’à 40 pourcent de quantité d’hydrogène en plus de ce que l’on pensait jusqu’à aujourd’hui. En fait, il apparaît que la dispersion de l’hydrogène dans l’espace était deux fois plus lente. Cette révision à la baisse s’explique par de nouvelles évaluations des températures des couches supérieures de l’atmosphère. La température serait deux fois plus froide qu’on le pensait. A la frontière de l’espace, elle aurait été de 850 degrés centigrade.

Cela implique un climat beaucoup plus favorable pour la production des composés organiques pré-biotiques, comme les acides aminés considérés comme les briques du vivant.

On a cru que le CO₂ avait été l’élément le plus abondant dans l’atmosphère primitive de la Terre de sorte que les scientifiques en avaient conclu qu’il était plus judicieux de rechercher les premiers éléments du vivant dans les sites hydrothermiques marins, les sources d’eau chaude ou près des points d’impacts de météorites.

Même si les concentrations en CO₂ dans l’atmosphère étaient importantes, les concentrations en hydrogène étaient bien plus grandes de sorte que la production des composés organiques, aidée en cela par des décharges électriques ou des réactions photochimiques devait être bien plus efficace. Les acides animés qui ont probablement formé les premiers éléments organiques ont pu s’accumuler dans les océans ou autres réservoirs d’eau liquide que sont les lacs et marais augmentant ainsi les habitats potentiels du vivant

Note

Cette découverte ne remet pas en cause les travaux de Stanley Miller qui en 1953 réussit à fabriquer des acides aminés (les briques du vivant), qui composent les protéines, en reproduisant les conditions de l’atmosphère primitive telles qu’on les imaginait il y a cinquante ans. Le chercheur avait alors envoyé un courant électrique dans une éprouvette contenant un mélange gazeux de vapeur d’eau, d’ammoniac, de méthane et d’hydrogène.

Seulement, avec ce nouveau scénario, l’hydrogène et le CO₂ dominent dans l’atmosphère primitive et non plus l’ammoniaque et le méthane comme ce fut le cas dans l’expérience de 1953.