La vie sur la Terre primitive semble avoir commencé par un paradoxe :alors que la vie a besoin d'eau comme solvant, les squelettes chimiques essentiels des premières molécules formant la vie se désagrègent dans l'eau. Notre solvant universel, il s'avère, peut être extrêmement corrosif.

Certains ont pointé ce paradoxe comme un signe que la vie, ou le précurseur de la vie, originaire d'ailleurs et a été livré ici via des comètes ou des météorites. D'autres ont cherché des solvants qui pourraient avoir les qualités d'eau nécessaires sans cette corrosivité qui brise les liaisons.

Ces dernières années, le solvant souvent mis en avant comme alternative éligible à l'eau est le formamide, un liquide clair et moyennement irritant constitué d'hydrogène, carbone, l'azote et l'oxygène. Contrairement à l'eau, il ne décompose pas les molécules à longue chaîne nécessaires pour former les acides nucléiques et les protéines qui constituent le manuel d'instructions initial clé de la vie, ARN. Pendant ce temps, il se convertit également via d'autres réactions utiles en composés clés nécessaires pour fabriquer des acides nucléiques en premier lieu.

Bien que le formamide soit courant dans les régions de formation d'étoiles de l'espace, les scientifiques ont eu du mal à trouver des voies pour qu'il soit répandu, voire localement concentré, sur la Terre primitive. En réalité, il n'est pratiquement plus présent sur Terre aujourd'hui, sauf en tant que produit chimique de synthèse pour les entreprises.

Nouvelle recherche présentée par Zachary Adam, un scientifique de la Terre à l'Université de Harvard, et Masashi Aono, un scientifique des systèmes complexes à Earth-Life Science Institute (ELSI) à Tokyo Institute of Technology, a produit du formamide par une voie surprenante et reproductible :le bombardement avec des particules radioactives.

Les deux et leurs collègues ont exposé de l'eau et un mélange de deux produits chimiques connus pour avoir existé sur la Terre primitive (cyanure d'hydrogène et acétonitrile aqueux) aux particules à haute énergie émises par un cylindre de cobalt-60, un isotope radioactif produit artificiellement couramment utilisé dans le traitement du cancer. Le résultat, ils rapportent, était la production de quantités substantielles de formamide plus rapidement que les tentatives précédentes des chercheurs utilisant des modèles théoriques et en laboratoire.

On ne sait toujours pas si la Terre primitive avait suffisamment de matières radioactives aux bons endroits pour produire les réactions chimiques qui ont conduit à la formation de formamide. Et même si les conditions étaient réunies, les scientifiques ne peuvent pas encore conclure que le formamide a joué un rôle important dans l'origine de la vie.

Toujours, la nouvelle recherche renforce la preuve du rôle possible des solvants alternatifs et présente une image différente de la base de la vie. Par ailleurs, cela suggère des processus qui pourraient également être à l'œuvre sur d'autres exoplanètes - où des solvants autres que l'eau pourraient, avec de l'énergie fournie par des sources radioactives, fournir le cadre nécessaire pour que des composés simples soient transformés en blocs de construction beaucoup plus complexes.

"Imaginez que la vie à base d'eau a été précédée par des réseaux complètement uniques de molécules en interaction qui se sont approchées, mais étaient distincts et suivaient des règles chimiques différentes, que la vie telle que nous la connaissons, " dit Adam.

Leurs travaux ont été présentés lors de récents rassemblements de la Société internationale pour l'étude de l'origine de la vie, et la Conférence scientifique sur l'astrobiologie.

Mettre tous ensemble

L'équipe d'Adam et Aono n'est pas la première à avancer l'hypothèse du formamide comme solution au paradoxe de l'eau, et ils ne sont pas non plus les premiers à proposer un rôle pour les hautes énergies, particules radioactives à l'origine de la vie.

Une équipe italienne dirigée par Rafaelle Saladino de l'Université de Tuscia a récemment proposé le formamide comme produit chimique qui fournirait les éléments nécessaires à la vie et éviterait le « paradoxe de l'eau ». Depuis que Marie Curie a décrit le phénomène de la radioactivité, les scientifiques ont proposé d'innombrables façons dont l'émission de noyaux atomiques libérant des particules pourrait avoir joué un rôle, grand ou petit, en initiant la vie sur Terre.

L'association du formamide et de la radioactivité, comme Adam et Aono l'ont fait, est un pas en avant potentiellement significatif, bien que celui qui a besoin d'une étude plus approfondie.

"Si nous avons du formamide comme solvant, ces molécules précurseurs peuvent être maintenues stables, une sorte de berceau pour conserver des produits très intéressants, " dit Aono, qui a déménagé à l'université Keio de Tokyo tout en restant membre de l'ELSI.

L'expérience avec le cobalt-60 n'a pas commencé comme une recherche d'un moyen de concentrer la production de formamide. Plutôt, Adam étudiait plus généralement les effets des rayons gamma sur une variété de molécules et de solvants, tandis qu'Aono explorait des sources radioactives pour un rôle dans l'origine de la vie.

Les deux se sont rencontrés un peu par hasard à ELSI, un centre de recherche sur les origines de la vie créé par le gouvernement japonais. ELSI a été conçu pour être un lieu où les scientifiques du monde entier et de nombreuses disciplines différentes abordent certains des problèmes notoirement difficiles dans la recherche sur les origines de la vie. Chez ELSI, Adam, qui n'avaient pas pu sécuriser des sites pour effectuer des tests de laboratoire aux États-Unis, appris d'Aono sur un laboratoire de cobalt-60 utilisé avec parcimonie (et gratuit) ; ils ont rapidement commencé à collaborer.

Il est bien connu que la Terre primitive a été bombardée par des particules cosmiques de haute énergie et des rayons gamma. Ainsi en est-il du fait que de nombreux éléments (aluminium-26, fer-60, l'iode-129) ont existé sous forme d'isotopes radioactifs qui peuvent émettre des radiations pendant des minutes à des millénaires, et que ces isotopes étaient plus courants sur la Terre primitive qu'aujourd'hui. En effet, les trois énumérés ci-dessus sont maintenant éteints sur Terre, ou presque éteint, dans leurs formes naturelles

Moins connue est la présence de "réacteurs nucléaires naturels" en tant que sites où une forte concentration d'uranium en présence d'eau a conduit à une fission nucléaire auto-entretenue. Un seul de ces endroits a été trouvé - dans la région d'Oklo de la nation africaine du Gabon - où des matières radioactives épuisées ont été identifiées sur 16 sites distincts. Les scientifiques ont finalement conclu que des réactions nucléaires naturelles généralisées se sont produites dans la région il y a environ 2 milliards d'années.

Ce laps de temps signifierait que le site aurait été actif bien après le début de la vie sur Terre, mais c'est une preuve potentielle de concept de ce qui aurait pu exister ailleurs bien avant.

Réactions de près

Adam et Aono ne savent toujours pas d'où viennent les particules radioactives productrices de formamide. Mais ils sont convaincus qu'il est tout à fait possible que de telles réactions aient eu lieu et aient contribué à créer un environnement où chacun des précurseurs du squelette de l'ARN pourrait être facilement trouvé à proximité.

La réflexion scientifique actuelle sur l'apparition du formamide sur Terre se concentre sur une arrivée limitée via des impacts d'astéroïdes ou par la concentration du produit chimique dans des mélanges eau-formamide évaporés dans des conditions désertiques. Adam reconnaît que le consensus scientifique dominant indique de faibles quantités de formamide sur la Terre primitive.

"Nous n'essayons pas de prétendre le contraire, " il a dit, "mais nous essayons de dire que cela peut ne pas avoir d'importance."

Si vous avez un (ou des) endroit(s) unique(s) sur Terre créant des quantités importantes de formamide sur une longue période de temps par radiolyse, alors une opportunité existe pour le début d'une chimie unique qui peut soutenir la production de composés précurseurs essentiels pour la vie, dit Adam.

"Donc, l'argument passe alors à :quelle était la probabilité que ce lieu unique ait existé ? Nous n'avons besoin que d'un endroit spécial sur la planète entière pour faire face à ces circonstances, " il a dit.

Après ça, le système mis en mouvement aurait la capacité de rassembler les éléments chimiques de base de la vie.

"C'est la possibilité que nous avons hâte d'étudier dans les années à venir, " dit Adam.

James Cleaves, un chimiste organique également à ELSI et un co-auteur de l'article cobalt-60, dit alors que la production de formamide à partir de composés beaucoup plus simples représente un progrès, "il n'y a pas de solution miracle à l'origine du travail de la vie. Nous recueillons des faits comme ceux-ci, et ensuite voir où ils mènent.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du magazine Astrobiology de la NASA. Explorez la Terre et au-delà sur www.astrobio.net .