Où la vie s'est-elle formée pour la première fois sur Terre ? Certains scientifiques pensent qu'il pourrait s'agir de cheminées hydrothermales qui auraient pu exister au fond de l'océan il y a 4,5 milliards d'années. Dans un nouvel article de la revue Astrobiologie , Des scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA décrivent comment ils ont imité d'anciens environnements sous-marins avec une configuration expérimentale complexe. Ils ont montré que sous une pression extrême, le fluide de ces anciennes fissures du fond marin mélangé à de l'eau de mer aurait pu réagir avec les minéraux des cheminées hydrothermales pour produire des molécules organiques, les éléments constitutifs de presque toute la vie sur Terre.

En particulier, la recherche jette des bases importantes pour des études approfondies de mondes océaniques tels que la lune Encelade de Saturne et la lune Europa de Jupiter, qui sont tous deux censés avoir des océans d'eau liquide enfouis sous d'épaisses croûtes glacées et peuvent héberger une activité hydrothermale similaire à ce qui est simulé au JPL. Ce domaine de recherche appartient à un domaine d'étude connu sous le nom d'astrobiologie, et le travail a été effectué par l'équipe JPL Icy Worlds dans le cadre de l'ancien institut d'astrobiologie de la NASA.

Sous la mer antique

Pour simuler des conditions qui auraient pu exister au fond de l'océan d'une Terre nouvellement formée, avant que la mer ne grouille de vie, Lauren White, étudiante diplômée de l'époque, et ses collègues ont mené une expérience qui a réuni trois ingrédients clés :de l'eau riche en hydrogène, comme le genre qui aurait pu s'écouler sous le fond marin par des évents ; eau de mer enrichie en dioxyde de carbone, comme cela aurait été de l'atmosphère antique; et quelques minéraux qui pourraient s'être formés dans cet environnement.

White et ses collègues, y compris son conseiller d'études supérieures, Michael Russell, scientifique à la retraite du JPL, a simulé des évents qui ne crachaient pas d'eau particulièrement chaude (ce n'était que d'environ 212 degrés Fahrenheit, ou 100 degrés Celsius). L'un des principaux défis rencontrés lors de la création de la configuration expérimentale était de maintenir la même pression que celle trouvée à 0,6 mile (1 kilomètre) sous la surface de l'océan, soit environ 100 fois la pression atmosphérique au niveau de la mer. Des expériences précédentes ont testé des réactions chimiques similaires dans des chambres individuelles à haute pression, mais White et ses collègues voulaient reproduire plus complètement les propriétés physiques de ces environnements, y compris la façon dont les fluides s'écoulent et se mélangent. Cela nécessiterait de maintenir la haute pression dans plusieurs chambres, ce qui ajoute à la complexité du projet. (Parce qu'une fissure ou une fuite même dans une seule chambre à haute pression présente un risque d'explosion, c'est la procédure d'exploitation standard dans de tels cas d'installer un bouclier anti-souffle entre l'appareil et les scientifiques.)

Les scientifiques voulaient déterminer si de telles conditions anciennes auraient pu produire des molécules organiques, celles contenant des atomes de carbone en boucles ou en chaînes, ainsi qu'avec d'autres atomes, le plus souvent de l'hydrogène. Des exemples de molécules organiques complexes comprennent les acides aminés, qui peut éventuellement former de l'ADN et de l'ARN.

Mais tout comme les œufs, farine, le beurre et le sucre ne sont pas la même chose qu'un gâteau, la présence à la fois de carbone et d'hydrogène dans les premiers océans ne garantit pas la formation de molécules organiques. Alors qu'un atome de carbone et un atome d'hydrogène pourraient raisonnablement se heurter dans cet océan préhistorique, ils ne se joindraient pas automatiquement pour former un composé organique. Ce processus nécessite de l'énergie, et tout comme une balle ne roule pas toute seule sur une colline, le carbone et l'hydrogène ne se lieront pas sans une poussée énergétique.

Une étude précédente de White et de ses collègues a montré que l'eau pulsée à travers les bouches hydrothermales aurait pu former des sulfures de fer. En agissant comme un catalyseur, les sulfures de fer pourraient fournir cette poussée énergétique, abaisser la quantité d'énergie nécessaire pour que le carbone et l'hydrogène réagissent ensemble, et augmenter la probabilité qu'ils forment des matières organiques.

La nouvelle expérience a testé si cette réaction aurait été susceptible de se produire dans les conditions physiques autour des anciens évents du fond marin, si de tels évents existaient à l'époque. La réponse? Oui. L'équipe a créé du formiate et des traces de méthane, les deux molécules organiques.

Signes de vie

Le méthane naturel sur Terre est produit en grande partie par des organismes vivants ou par la décomposition de matériel biologique, y compris les plantes et les animaux. Le méthane sur d'autres planètes pourrait-il aussi être un signe d'activité biologique ? Utiliser le méthane pour rechercher la vie sur d'autres mondes, les scientifiques doivent comprendre à la fois ses sources biologiques et non biologiques, comme celui identifié par White et ses collègues.

"Je pense qu'il est vraiment significatif que nous ayons montré que ces réactions ont lieu en présence de ces facteurs physiques, comme la pression et le débit, " a déclaré White. "Nous sommes encore loin de démontrer que la vie aurait pu se former dans ces environnements. Mais si quelqu'un veut faire valoir ce cas, Je pense que nous aurons besoin d'avoir démontré la faisabilité de chaque étape du processus; nous ne pouvons rien prendre pour acquis."

Le travail s'appuie sur l'hypothèse de Michael Russell selon laquelle la vie sur Terre pourrait s'être formée au fond de l'océan primitif de la Terre. La formation de molécules organiques serait une étape majeure de ce processus. Les scientifiques du même groupe de recherche du JPL ont exploré d'autres aspects de ce travail, comme reproduire les conditions chimiques dans l'océan primitif pour démontrer comment les acides aminés pourraient s'y former. Cependant, la nouvelle étude est unique dans la façon dont elle a recréé les conditions physiques de ces environnements.

Dans les prochaines années, La NASA lancera Europa Clipper, qui orbitera autour de Jupiter et effectuera plusieurs survols de la lune glacée Europa. Les scientifiques pensent que des panaches là-bas pourraient cracher de l'eau dans l'espace depuis l'océan de la lune, qui se trouve sous environ deux à 20 milles (trois à 30 kilomètres) de glace. Ces panaches pourraient fournir des informations sur d'éventuels processus hydrothermaux au fond de l'océan, estimé à environ 50 miles (80 kilomètres) de profondeur. Le nouvel article contribue à une meilleure compréhension de la chimie qui pourrait avoir lieu dans d'autres océans que le nôtre, qui aidera les scientifiques à interpréter les résultats de cette mission et d'autres à venir.