Nous sommes peut-être capables de trouver des microbes dans l'espace, mais si nous le faisions, pourrions-nous dire ce qu'ils étaient, et qu'ils étaient vivants ?

Ce mois-ci le journal Astrobiologie publie un numéro spécial consacré à la recherche de signes de vie sur la lune glacée Encelade de Saturne. Un article de Jay Nadeau et de ses collègues de Caltech offre la preuve qu'une technique appelée microscopie holographique numérique, qui utilise des lasers pour enregistrer des images 3D, peut être notre meilleur pari pour repérer les microbes extraterrestres.

Aucune sonde depuis le programme Viking de la NASA à la fin des années 1970 n'a explicitement recherché la vie extraterrestre, c'est-à-dire pour les organismes vivants réels. Plutôt, l'accent a été mis sur la recherche d'eau. Encelade a beaucoup d'eau - la valeur d'un océan, caché sous une coquille de glace qui recouvre toute la surface. Mais même si la vie y existe d'une manière microbienne, la difficulté pour les scientifiques sur Terre est d'identifier ces microbes à 790 millions de kilomètres de distance.

"Il est plus difficile de faire la distinction entre un microbe et un grain de poussière qu'on ne le pense, " dit Nadeau, professeur-chercheur en génie médical et aérospatial à la Division de l'ingénierie et des sciences appliquées. "Il faut faire la différence entre le mouvement brownien, qui est le mouvement aléatoire de la matière, et l'intentionnel, mouvement auto-dirigé d'un organisme vivant."

Encelade est la sixième plus grosse lune de Saturne, et est de 100, 000 fois moins massive que la Terre. En tant que tel, Encelade a une vitesse de fuite - la vitesse minimale nécessaire pour qu'un objet sur la lune s'échappe de sa surface - de seulement 239 mètres par seconde. C'est une fraction de celle de la Terre, qui est un peu plus de 11, 000 mètres par seconde.

La vitesse de fuite minuscule d'Encelade permet un phénomène inhabituel :d'énormes geysers, évacuer la vapeur d'eau à travers les fissures de la coquille glacée de la lune, régulièrement des jets dans l'espace. Lorsque la sonde Saturne Cassini a survolé Encelade en 2005, il a repéré des panaches de vapeur d'eau dans la région polaire sud projetant des particules glacées à près de 2, 000 kilomètres par heure à une altitude de près de 500 kilomètres au-dessus de la surface. Les scientifiques ont calculé que jusqu'à 250 kilogrammes de vapeur d'eau étaient libérés chaque seconde dans chaque panache. Depuis ces premières observations, plus d'une centaine de geysers ont été repérés. Cette eau est censée reconstituer l'anneau E diaphane de Saturne, qui autrement se dissiperaient rapidement, et a fait l'objet d'une récente annonce de la NASA décrivant Encelade comme un "monde océanique" qui est le plus proche de la NASA pour trouver un endroit avec les ingrédients nécessaires à l'habitabilité.

Le jet d'eau dans l'espace offre une opportunité rare, dit Nadeau. Bien que l'atterrissage sur un corps étranger soit difficile et coûteux, une option moins chère et plus simple pourrait être d'envoyer une sonde à Encelade et de la faire passer à travers les jets, où il recueillerait des échantillons d'eau qui pourraient éventuellement contenir des microbes.

En supposant qu'une sonde le fasse, ça ouvrirait quelques questions à des ingénieurs comme Nadeau, qui étudie les microbes dans des environnements extrêmes. Les microbes pourraient-ils survivre à un voyage dans l'un de ces jets ? Si c'est le cas, comment une sonde pourrait-elle collecter des échantillons sans détruire ces microbes ? Et si des échantillons sont prélevés, comment pourraient-elles être identifiées comme des cellules vivantes ?

Le problème avec la recherche de microbes dans un échantillon d'eau est qu'ils peuvent être difficiles à identifier. "La chose la plus difficile à propos des bactéries est qu'elles n'ont tout simplement pas beaucoup de caractéristiques cellulaires, " Dit Nadeau. Les bactéries sont généralement en forme de goutte et toujours minuscules, de diamètre inférieur à celui d'un cheveu. " Parfois, il est très difficile de faire la différence entre elles et les grains de sable, " dit Nadeau.

Certaines stratégies pour démontrer qu'un grain microscopique est en fait un microbe vivant impliquent la recherche de motifs dans sa structure ou l'étude de sa composition chimique spécifique. Bien que ces méthodes soient utiles, ils doivent être utilisés en conjonction avec des observations directes de microbes potentiels, dit Nadeau.

"Regarder les modèles et la chimie est utile, mais je pense qu'il faut prendre du recul et chercher des caractéristiques plus générales du vivant, comme la présence de mouvement. C'est-à-dire, si vous voyez un E. coli, vous savez qu'il est vivant - et non, dire, un grain de sable - à cause de la façon dont il se déplace, " dit-elle. Dans des travaux antérieurs, Nadeau a suggéré que le mouvement présenté par de nombreux organismes vivants pourrait potentiellement être utilisé comme un solide, biosignature indépendante de la chimie pour la vie extraterrestre. Le mouvement des organismes vivants peut également être déclenché ou amélioré en "nourrissant" les électrons des microbes et en les regardant devenir plus actifs.

Pour étudier le mouvement des microbes potentiels des panaches d'Encelade, Nadeau propose d'utiliser un instrument appelé microscope holographique numérique qui a été modifié spécifiquement pour l'astrobiologie.

En microscopie holographique numérique, un objet est illuminé avec un laser et la lumière qui rebondit sur l'objet et revient vers un détecteur est mesurée. Cette lumière diffusée contient des informations sur l'amplitude (l'intensité) de la lumière diffusée, et sur sa phase (une propriété distincte qui peut être utilisée pour indiquer la distance parcourue par la lumière après sa diffusion). Avec les deux types d'informations, un ordinateur peut reconstruire une image 3-D de l'objet, une image qui peut montrer le mouvement à travers les trois dimensions.

"La microscopie holographique numérique vous permet de voir et de suivre même le plus petit des mouvements, " dit Nadeau. De plus, en marquant des microbes potentiels avec des colorants fluorescents qui se lient à de larges classes de molécules susceptibles d'être des indicateurs de la vie - protéines, sucres, lipides, et les acides nucléiques - "vous pouvez dire de quoi sont faits les microbes, " elle dit.

Pour étudier l'utilité potentielle de la technologie pour l'analyse d'échantillons extraterrestres, Nadeau et ses collègues ont obtenu des échantillons d'eau glaciale de l'Arctique, qui est peu peuplé de bactéries; ceux qui sont présents sont rendus léthargiques par les températures froides.

Avec la microscopie holographique, Nadeau a pu identifier des organismes avec des densités de population de seulement 1, 000 cellules par millilitre de volume, similaire à ce qui existe dans certains des environnements les plus extrêmes sur Terre, comme les lacs sous-glaciaires. En comparaison, l'océan ouvert en contient environ 10, 000 cellules par millilitre et un étang typique peut avoir 1 à 10 millions de cellules par millilitre. Ce seuil bas de détection, couplé à la capacité du système à tester rapidement un grand nombre d'échantillons (à raison d'un millilitre par heure environ) et ses quelques pièces mobiles, le rend idéal pour l'astrobiologie, dit Nadeau.

Prochain, l'équipe tentera de reproduire leurs résultats en utilisant des échantillons d'autres régions pauvres en microbes de la Terre, comme l'Antarctique.