Alors que de nouveaux télescopes plus puissants clignotent au cours des prochaines années, les astronomes pourront pointer les mégascopes sur les exoplanètes proches, scrutant leurs atmosphères pour déchiffrer leur composition et rechercher des signes de vie extraterrestre. Mais imaginez si, dans notre recherche, nous avons rencontré des organismes extraterrestres, mais nous n'avons pas réussi à les reconnaître comme une vie réelle.

C'est une perspective que des astronomes comme Sara Seager espèrent éviter. Seager, la classe de 1941 professeur de sciences planétaires, La physique, et Aéronautique et Astronautique au MIT, regarde au-delà d'une vision "terra-centrique" de la vie et jette un filet plus large pour savoir quels types d'environnements au-delà du nôtre pourraient réellement être habitables.

Dans un article publié aujourd'hui dans la revue Astronomie de la nature , elle et ses collègues ont observé dans des études en laboratoire que les microbes peuvent survivre et prospérer dans des atmosphères dominées par l'hydrogène, un environnement très différent de l'atmosphère terrestre riche en azote et en oxygène.

L'hydrogène est un gaz beaucoup plus léger que l'azote ou l'oxygène, et une atmosphère riche en hydrogène s'étendrait beaucoup plus loin d'une planète rocheuse. Il pourrait donc être plus facilement repéré et étudié par de puissants télescopes, par rapport aux planètes plus compactes, Atmosphères semblables à la Terre.

Les résultats de Seager montrent que des formes de vie simples pourraient habiter des planètes avec des atmosphères riches en hydrogène, suggérant qu'une fois que les télescopes de nouvelle génération tels que le télescope spatial James Webb de la NASA commenceront à fonctionner, les astronomes pourraient vouloir rechercher d'abord des exoplanètes dominées par l'hydrogène pour des signes de vie.

"Il y a une diversité de mondes habitables là-bas, et nous avons confirmé que la vie terrestre peut survivre dans des atmosphères riches en hydrogène, " Dit Seager. " Nous devrions certainement ajouter ce genre de planètes au menu d'options lorsque nous pensons à la vie sur d'autres mondes, et en fait essayer de le trouver."

Les co-auteurs MIT de Seager sur le papier sont Jingcheng Huang, Janusz Petkowski, et Mihkel Pajusalu.

Ambiance évolutive

Dans la Terre primitive, il y a des milliards d'années, l'atmosphère était très différente de l'air que nous respirons aujourd'hui. La planète enfant n'avait pas encore hébergé d'oxygène, et était composé d'une soupe de gaz, y compris le dioxyde de carbone, méthane, et une très petite fraction d'hydrogène. L'hydrogène gazeux s'est attardé dans l'atmosphère pendant peut-être des milliards d'années, jusqu'à ce qu'on appelle le grand événement d'oxydation, et l'accumulation progressive d'oxygène.

La petite quantité d'hydrogène qui reste aujourd'hui est consommée par certaines lignées anciennes de micro-organismes, y compris les méthanogènes - les organismes qui vivent dans des climats extrêmes tels que profondément sous la glace, ou dans le sol désertique, et engloutir l'hydrogène, avec le dioxyde de carbone, pour produire du méthane.

Les scientifiques étudient régulièrement l'activité des méthanogènes cultivés dans des conditions de laboratoire avec 80 pour cent d'hydrogène. Mais il y a très peu d'études qui explorent la tolérance d'autres microbes aux environnements riches en hydrogène.

"Nous voulions démontrer que la vie survit et peut se développer dans une atmosphère d'hydrogène, " dit Seager.

Un espace de tête hydrogène

L'équipe s'est rendue au laboratoire pour étudier la viabilité de deux types de microbes dans un environnement à 100 % d'hydrogène. Les organismes qu'ils ont choisis étaient les bactéries Escherichia coli, un simple procaryote, et levure, un eucaryote plus complexe, qui n'avaient pas été étudiées dans des environnements dominés par l'hydrogène.

Les deux microbes sont des organismes modèles standard que les scientifiques ont longtemps étudiés et caractérisés, qui a aidé les chercheurs à concevoir leur expérience et à comprendre leurs résultats. Quoi de plus, E.coli et les levures peuvent survivre avec et sans oxygène, un avantage pour les chercheurs, car ils pouvaient préparer leurs expériences avec l'un ou l'autre organisme à l'air libre avant de les transférer dans un environnement riche en hydrogène.

Dans leurs expériences, ils ont cultivé séparément des cultures de levure et d'E. coli, puis injecté les cultures avec les microbes dans des flacons séparés, rempli d'un "bouillon, " ou une culture riche en nutriments dont les microbes pourraient se nourrir. Ils ont ensuite évacué l'air riche en oxygène dans les bouteilles et ont rempli "l'espace libre" restant avec un certain gaz d'intérêt, tel qu'un gaz à 100 pour cent d'hydrogène. Ils ont ensuite placé les bouteilles dans un incubateur, où ils ont été doucement et continuellement secoués pour favoriser le mélange entre les microbes et les nutriments.

Toutes les heures, un membre de l'équipe a prélevé des échantillons de chaque bouteille et a compté les microbes vivants. Ils ont continué à échantillonner jusqu'à 80 heures. Leurs résultats représentaient une courbe de croissance classique :Au début de l'essai, les microbes se sont multipliés rapidement, se nourrir des nutriments et peupler la culture. Finalement, le nombre de microbes s'est stabilisé. La population, toujours florissant, était stable, alors que de nouveaux microbes continuaient de croître, remplacer ceux qui sont morts.

Seager reconnaît que les biologistes ne trouvent pas les résultats surprenants. Après tout, l'hydrogène est un gaz inerte, et en tant que tel n'est pas intrinsèquement toxique pour les organismes.

"Ce n'est pas comme si nous remplissions l'espace libre d'un poison, " dit Seager. " Mais voir c'est croire, droit? Si personne ne les a jamais étudiés, surtout les eucaryotes, dans un environnement dominé par l'hydrogène, vous voudriez faire l'expérience pour le croire.

Elle précise également que l'expérience n'a pas été conçue pour montrer si les microbes peuvent dépendre de l'hydrogène comme source d'énergie. Plutôt, il s'agissait plutôt de démontrer qu'une atmosphère à 100 % d'hydrogène ne nuirait pas ou ne tuerait pas certaines formes de vie.

"Je ne pense pas que les astronomes aient pensé qu'il pourrait y avoir de la vie dans un environnement d'hydrogène, " dit Seager, qui espère que l'étude encouragera les échanges entre astronomes et biologistes, notamment la recherche de planètes habitables, et la vie extraterrestre, monte en puissance.

Un monde à hydrogène

Les astronomes ne sont pas tout à fait capables d'étudier les atmosphères de petits, exoplanètes rocheuses avec les outils disponibles aujourd'hui. Le peu, les planètes rocheuses voisines qu'ils ont examinées n'ont pas d'atmosphère ou peuvent simplement être trop petites pour être détectées avec les télescopes actuellement disponibles. Et tandis que les scientifiques ont émis l'hypothèse que les planètes devraient abriter des atmosphères riches en hydrogène, aucun télescope en état de marche n'a la résolution de les repérer.

Mais si les observatoires de nouvelle génération identifient de tels mondes terrestres dominés par l'hydrogène, Les résultats de Seager montrent qu'il y a une chance que la vie puisse prospérer à l'intérieur.

Quant à quel rocher, planète riche en hydrogène ressemblerait, elle évoque une comparaison avec le plus haut sommet de la Terre, Mont Everest. Les randonneurs qui tentent de se rendre au sommet manquent d'air, en raison du fait que la densité de toutes les atmosphères diminue de façon exponentielle avec la hauteur, et basé sur la distance de chute de notre atmosphère dominée par l'azote et l'oxygène. Si un randonneur gravissait l'Everest dans une atmosphère dominée par l'hydrogène, un gaz 14 fois plus léger que l'azote, il serait capable de monter 14 fois plus haut avant de manquer d'air.

"C'est un peu difficile de se faire une idée, mais ce gaz léger rend l'atmosphère plus expansive, " explique Seager. " Et pour les télescopes, plus l'atmosphère est grande par rapport à la toile de fond d'une étoile planétaire, plus c'est facile à détecter."

Si les scientifiques ont un jour la chance d'échantillonner une planète aussi riche en hydrogène, Seager imagine qu'ils pourraient découvrir une surface différente, mais pas méconnaissable du nôtre.

"Nous imaginons que si vous forez dans la surface, il aurait probablement des minéraux riches en hydrogène plutôt que ce que nous appelons des minéraux oxydés, et aussi les océans, comme nous pensons que toute vie a besoin d'un liquide quelconque, et vous pourriez probablement encore voir un ciel bleu, " dit Seager. "Nous n'avons pas pensé à l'ensemble de l'écosystème. Mais cela ne doit pas nécessairement être un monde différent."