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Au sommaire
- Des molécules de la vie des météorites aux astéroïdes
- Bennu, une mémoire de la chimie prébiotique dans le Système solaire primitif
- Quelle solution pour l’énigme de la chiralité de la vie ?
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Les astéroïdes font peur. On craint toujours qu’ils nous en tombent un sur la tête provoquant des destructions comparables à celle de l’explosion d’une bombe atomique, et même suffisamment puissante pour rivaliser avec l’impact d’un petit corps céleste au Yucatán il y a environ 66 millions d’années et qui a donné le coup de grâce aux dinosaures, déjà sans doute affectés par les éruptions titanesques du Deccan, en Inde.
Pour d’autres, ils sont fascinants car ils constituent avec les comètes des mémoires de la naissance du Système solaire et peut-être même des clés pour comprendre l’origine de la vie. Celle-ci semble être née sur Terre, mais quand ? Il y a un peu plus de 4 milliards d’années ou un peu moins ? À partir de molécules prébiotiques formées sur Terre dans la fameuse soupe chaude primitive d’Oparin, selon un scénario à la Urey-Miller (voir dans les parois des sources hydrothermales de l’Hadéen), ou ailleurs ?
D’ailleurs, sommes-nous sûrs que la vie n’est pas apparue d’abord sur Mars où à l’intérieur des embryons de planètes comme Cérès, avant d’arriver ensuite sur Terre dans des météorites éjectées par des collisions violentes sur Mars selon le scénario de la panspermie ?
On sait que les molécules d’ADN ont la forme d’une double hélice caractérisée par l’alternance de quatre bases azotées, ou nucléobases : adénine et guanine qui appartiennent à la famille des purines, et cytosine et thymine qui, elles, appartiennent aux pyrimidines. Comme on le voit aussi sur le schéma ci-dessus, l’ARN ne forme qu’une hélice et parmi les quatre nucléobases qui le composent, l’uracile remplace la thymine. Rappelons que l’ADN code l’information génétique, quand l’ARN sert de messager pour la transporter et la répliquer. © Yarkee, Adobe Stock
Des molécules de la vie des météorites aux astéroïdes
On sait, depuis longtemps, que certaines météorites contiennent bien des sucres, des molécules organiques complexes. L’un des exemples les plus célèbres est celui de la météorite de Murchison. Tombée près de la petite ville de Murchison, en Australie, en 1969, cette chondrite carbonée a livré aux cosmochimistes au cours des années plus de 70 acides aminés. Ils y ont ainsi découvert, sous forme de traces, l’alanine, la glycine, la valine, la leucine, l’isoleucine, la proline, l’acide aspartique et l’acide glutamique, toutes présentes dans les protéines de la vie telle qu’on la connaît sur Terre.
Des purines et des pyrimidines y ont également été trouvées. Or, ces molécules sont les bases de l’ADN et de l’ARN qui constituent le matériel génétique de tous les êtres vivants sur la Planète bleue.
Rappelons au passage que selon l’hypothèse du monde à ARN (RNA World, en anglais), la molécule d’ARN serait apparue la première sur Terre, présidant aux toutes premières étapes de la vie.
Toutefois, pour tenter d’en savoir plus sur l’origine de la vie, il faudrait pouvoir rapporter sur Terre des échantillons prélevés sur les astéroïdes les plus primitifs connus et c’est bien ce que la Nasa avait entrepris de faire avec la mission Osiris-Rex (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification and Security-Regolith Explorer) qui a permis de collecter des roches et de la poussière de l’astéroïde Bennu.
Le voyage de Bennu est un film d’animation de 6 minutes sur la mission Osirix-REx de la Nasa, l’astéroïde Bennu et la formation de notre Système solaire. Né des décombres d’une violente collision, projeté dans l’espace pendant des millions d’années, l’astéroïde Bennu a eu une vie difficile dans un environnement hostile : le système solaire primitif. Le voyage de Bennu montre ce que l’on sait et ce qui reste mystérieux sur l’évolution de Bennu et des planètes. En récupérant un échantillon de Bennu, Osiris-Rex nous en apprendra davantage sur les ingrédients bruts du Système solaire et sur nos propres origines. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © NASA’s Goddard Space Flight Center
Bennu, une mémoire de la chimie prébiotique dans le Système solaire primitif
Un communiqué de la Nasa fait état de nouveaux résultats obtenus en étudiant ces échantillons et qui sont exposés dans deux articles en accès libre publiés dans la prestigieuse revue Nature Astronomy. Comme le dit dans ce communiqué Nicky Fox, administrateur associé de la Direction des missions scientifiques au siège de la Nasa, à Washington : « La mission Osiris-Rex de la Nasa réécrit déjà les manuels sur ce que nous comprenons des débuts de notre Système solaire. Les astéroïdes offrent une capsule temporelle sur l’histoire de notre Planète natale, et les échantillons de Bennu sont essentiels pour notre compréhension des ingrédients de notre Système solaire qui existaient avant l’apparition de la vie sur Terre. »
Dans tous les cas de figure, que la vie soit apparue d’abord sur Terre ou pas, le bombardement primitif de corps célestes pendant l’Hadéen et l’apparition de la tectonique des plaques ont effacé une bonne partie des premières pages de l’Histoire de la Terre et nous sommes donc largement tributaires de ce que pourraient nous apprendre des missions comme celle d’Osiris-Rex.
C’est ce qu’explique d’ailleurs, toujours dans le communiqué de la Nasa, Danny Glavin, scientifique principal spécialiste des échantillons au Goddard Space Flight Center de la Nasa à Greenbelt, dans le Maryland, et co-auteur principal de l’un des article de Nature Astronomy : « Les indices que nous recherchons sont si minuscules et si facilement détruits ou altérés par l’exposition à l’environnement terrestre. C’est pourquoi certaines de ces nouvelles découvertes ne seraient pas possibles sans une mission de retour d’échantillons, des mesures méticuleuses de contrôle de la contamination et une conservation et un stockage minutieux de ce précieux matériau de Bennu.»
Ne tournons plus autour du pot, qu’ont découvert les cosmochimistes et les planétologues ?
L’origine de la vie est l’un des mystères les plus profonds de la science, mais les indices permettant de le résoudre ont été enfouis dans la tectonique des plaques, le cycle de l’eau et même la vie elle-même. Pour trouver des réponses, les scientifiques cherchent des réponses au-delà de la Terre, vers des astéroïdes primitifs comme Bennu, la cible de l’audacieuse mission de retour d’échantillons Osiris-Rex de la Nasa. Osiris-Rex a recueilli des matériaux intacts de Bennu en 2020 et les a livrés sur Terre en 2023. Aujourd’hui, les roches de Bennu révèlent un monde perdu datant de l’aube du Système solaire, doté des conditions propices aux éléments constitutifs de la vie. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © NASA’s Goddard Space Flight Center
Déjà 14 des 20 acides aminés qu’utilise la vie pour constituer des protéines et les cinq nucléobases que la vie sur Terre utilise pour stocker et transmettre des instructions génétiques sous la forme de l’ADN et de l’ARN.
Les chercheurs ont également découvert des abondances exceptionnellement élevées d’ammoniac (NH3). Or, l’ammoniac est important car cette molécule peut entrer en réaction avec une autre, en l’occurrence celle du formaldéhyde également détecté dans les échantillons de Bennu, pour former les acides aminés.
Dans le second article publié dans Nature Astronomy, Tim McCoy, conservateur des météorites au Musée national d’Histoire naturelle du Smithsonian à Washington, et Sara Russell, minéralogiste cosmique au musée d’Histoire naturelle de Londres, révèlent avec leurs collègues qu’ils ont découvert dans les échantillons de Bennu les preuves de l’existence d’un environnement ancien bien adapté au démarrage de la chimie prébiotique, à savoir des traces de 11 minéraux, tels la halite du sel gemme et à la sylvite.
Sur Terre, ils se forment lorsque l’eau contenant des sels dissous sous forme de saumures s’évapore sur de longues périodes de temps, mais on connaît d’autres exemples de saumures similaires détectées ou suggérées dans tout le Système solaire notamment, et c’est intéressant sur Cérès et Encelade, la lune de Saturne.
Une déception toutefois, si l’on peut dire. On sait qu’en laboratoire sur Terre, les réactions chimiques produisent généralement autant d’acides aminés sous la forme gauche que sous la forme droite, alors que le vivant n’utilise que des molécules d’un seul type. C’est la fameuse énigme de la chiralité en biologie, dont aucune des solutions proposées ne s’est encore révélée convaincante. Les échantillons de Bennu sont silencieux à ce sujet, car on observe bien un mélange racémique, comme disent les chimistes, c’est-à-dire autant d’acides aminés d’un type que de l’autre.
Deux molécules sont dites chirales lorsqu’elles sont l’image l’une de l’autre dans un miroir. Tout comme les mains, elles ne peuvent être superposées. On voit ici deux acides α-aminés avec leurs atomes de carbone, hydrogène, oxygène et azote (C, H, O, N) et un groupe moléculaire quelconque (R). © Société française d’exobiologie
Les exobiologistes sont toujours en quête d’une explication pour l’énigme de la chiralité de la vie et l’une des pistes envisagées implique de se tourner vers l’espace et les conditions régnantes dans les nuages moléculaires et les disques protoplanétaires, avant la naissance d’une planète comme la Terre.
Le saviez-vous ?
Dans l’un de ses plus célèbres ouvrages écrit il y a presque 60 ans, L’univers ambidextre, Martin Gardner exposait au grand public un problème qui intrigue toujours les biologistes et les exobiologistes. Pourquoi les molécules employées par tous les êtres vivants de la Terre sont-elles toujours d’un même type de chiralité, alors que les réactions de synthèses chimiques ne font généralement pas la différence, produisant les deux types possibles ? C’est le fameux problème de l’homochiralité.
Sous ce terme technique se cache un problème très concret et facile à comprendre : les mains sont l’image l’une de l’autre dans un miroir, mais il est impossible de les superposer. On ne peut pas enfiler le gant droit dans la main gauche et réciproquement… De la même manière, une molécule carbonée simple (comme celle d’un acide aminé ou d’un sucre) peut exister sous deux formes, images l’une de l’autre dans un miroir, dites droite et gauche. Lorsqu’une telle symétrie est possible, on parle de molécules chirales (chiral dérive du mot grec χειρ, signifiant main).
Or, comme on l’a dit, les réactions chimiques habituelles ne font pas la différence entre les deux formes chirales. Pourtant, la vie terrestre n’utilise qu’une de ces formes. Les acides aminés, constituant les protéines, n’existent que sous la forme L, et les sucres, par exemple présents dans l’ADN, sont eux uniquement de forme D.
Une cosmochimie avec des molécules lévogyres
Rappelons qu’en chimie, une molécule lévogyre (« qui tourne à gauche », du latin laevus, gauche) a la propriété de faire dévier le plan de polarisation de la lumière polarisée vers la gauche d’un observateur qui reçoit la lumière. Plus précisément, l’observateur en question voit le plan tourner dans le sens contraire à celui des aiguilles d’une montre.
Insistons sur le fait que la nomenclature L et D, dérivée de la molécule d’un sucre, le glycéraldéhyde, également appelée glycérose, qui est effectivement lévogyre pour sa forme L et dextrogyre pour sa forme D, ne signifie pas toujours qu’une molécule est lévogyre quand elle est de type L et inversement. Pour éviter cette méprise courante, on note aujourd’hui (+) les molécules dextrogyres et (-) les molécules lévogyres.
Sommes-nous seuls dans l’Univers ? Vous vous êtes peut-être déjà posé la question… On peut trouver des réponses dans les films, la littérature ou les bandes dessinées de science-fiction et notre imaginaire est peuplé de créatures extraterrestres ! Mais que dit la science à ce sujet ? Le site AstrobioEducation vous propose de partir à la découverte de l’exobiologie, une science interdisciplinaire qui a pour objet l’étude de l’origine de la vie et sa recherche ailleurs dans l’Univers. À travers un parcours pédagogique divisé en 12 étapes, des chercheurs et chercheuses de différentes disciplines vous aideront à comprendre comment la science s’emploie à répondre aux fascinantes questions des origines de la vie et de sa recherche ailleurs que sur la Terre. © Société française d’exobiologie
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