Un lac glacé au Svalbard, Norvège, pris par un véhicule aérien sans pilote. La vie sur Terre a peut-être commencé dans un environnement contenant à la fois de l'eau et de la glace, et les analogues modernes peuvent aider la communauté scientifique à comprendre comment. Crédit :Marjorie D. Cantine
La vie sur Terre pourrait avoir son origine dans des conditions froides près de la surface, avant de se répandre dans des environnements plus chauds, selon des recherches qui analysent les séquences de gènes possibles appartenant à la première vie.
Toute vie sur Terre aujourd'hui provient de deux développements distincts dans l'histoire biologique de notre planète. Ce sont l'émergence des premières formes de vie il y a des milliards d'années, et l'évolution ultérieure du dernier ancêtre commun universel (LUCA) de tous les organismes existants.
Quoi qu'ils soient à l'époque, ces deux espèces éteintes – la première vie et LUCA – occupaient probablement des environnements radicalement différents, suggérant que la première vie a dû subir une série de changements évolutifs dont les traces peuvent encore être détectables dans les organismes vivants aujourd'hui.
"La rencontre précoce d'une telle variabilité environnementale peut être nécessaire pour augmenter le niveau de complexité nécessaire pour que LUCA ait le potentiel évolutif de continuer à diversifier et à coloniser presque tous les habitats sur Terre sur quatre milliards d'années, " Grégoire Fournier, un biologiste évolutionniste au MIT, raconte Astrobiology Magazine.
Fournier et sa collègue Marjorie Cantine ont détaillé leurs découvertes dans la revue Origines de la vie et évolution des biosphères .
Bien qu'aujourd'hui l'ADN règne en maître en tant que modèle de vie, une théorie partagée par de nombreux biologistes évolutionnistes est que les premiers êtres vivants sur Terre ont peut-être utilisé la molécule d'ARN plus simple, qui est capable à la fois de coder des informations génétiques comme l'ADN et de déclencher des réactions chimiques vitales comme de nombreuses protéines.
Les chercheurs ont analysé les enregistrements de séquences de gènes qui se trouvent dans tous les organismes actuellement vivants sur Terre, y compris ceux probablement similaires aux organismes les plus anciens de la Terre, afin de déterminer quelles séquences le début de la vie possédait probablement. Ils ont ensuite examiné des recherches antérieures explorant les performances de ces séquences d'ARN dans diverses conditions, comme la température, l'acidité et le rayonnement pour déduire à quoi aurait pu ressembler l'environnement de la première vie sur Terre.
La lumière ultraviolette peut endommager l'ARN, mais cela a peut-être également déclenché des réactions chimiques qui ont contribué à créer des éléments constitutifs clés de la vie. Au temps des origines de la vie, il y a environ 4,4 milliards d'années, le Soleil émettait plus de rayons ultraviolets qu'aujourd'hui. Les scientifiques ont suggéré que la vie a d'abord émergé près de la surface de la Terre sous une forme de bouclier anti-radiation, comme l'eau, couverture de glace, sédiments ou autres barrières, et avait accès à des environnements non protégés qui pourraient générer des biomolécules clés.
Les températures sur Terre peuvent également avoir été relativement froides à cette époque, étant donné la jeunesse plus fraîche du soleil, assez pour que la glace océanique se forme. Il est plus facile pour les acides aminés (les éléments constitutifs des protéines) et les longues molécules d'ARN de s'assembler à des températures plus froides. De plus, les surfaces glacées et la neige fondante pourraient avoir concentré des biomolécules ensemble pour aider à l'émergence de la vie.
Le dernier bombardement lourd aurait pu provoquer un changement radical du climat et de l'environnement qui a contribué à stimuler la formation de la vie sur Terre. Crédit :NASA/JPL–Caltech
En revanche, le dernier ancêtre commun universel - l'espèce microbienne dont est issue toute la vie qui existe aujourd'hui - a peut-être vécu à des températures modérées, il y a peut-être au moins quatre milliards d'années. Les scientifiques peuvent deviner à quoi ressemblait LUCA en examinant les gènes que les organismes terrestres ont en commun aujourd'hui, analyser comment ces gènes ont changé au cours de l'évolution, et en déduire à quoi auraient pu ressembler les versions ancestrales de ces gènes. Les séquences d'ADN constituant les quelque 600 gènes de LUCA et les acides aminés constituant ses protéines sont généralement les plus stables à des températures modérées, les chercheurs ont dit.
« En s'appuyant sur le travail de beaucoup d'autres, nous suggérons que la vie s'est dispersée et s'est adaptée à de nouveaux environnements très tôt dans son histoire, " déclare Marjorie Cantine, co-auteur de l'étude, un géobiologiste au MIT.
Les scientifiques ont également suggéré que LUCA vivait à la surface de la Terre, contrairement à d'autres études qui suggèrent que LUCA vivait autour de cheminées hydrothermales en mer profonde. Si LUCA est bel et bien apparu à la surface de la Terre, puis il possédait probablement des gènes qui fixaient à la fois le type de dommages causés par la lumière ultraviolette et nécessitaient une lumière proche des ultraviolets pour alimenter ces réparations ; ce sont ces gènes qui suggèrent à Fournier et Cantine que LUCA a été exposé à la lumière ultraviolette solaire près de la surface.
Les chercheurs ont suggéré que puisque la vie est apparemment originaire d'un environnement très différent de celui dans lequel vivait LUCA, les premiers organismes ont probablement évolué pour survivre à des changements radicaux dans leur environnement. De tels changements dramatiques peuvent avoir inclus le dernier bombardement lourd au cours duquel des essaims d'astéroïdes et de comètes sont entrés en collision avec la Terre et le reste du système solaire interne ; la formation de la croûte continentale; et l'émergence généralisée d'eau liquide à la surface de la Terre.
Une adaptation précoce clé incluait probablement la cellularité, c'est-à-dire rassembler tout sur eux-mêmes dans une membrane cellulaire. La cellule aurait été essentielle pour les organismes se dispersant loin de leur environnement d'origine et se diversifiant dans de nouveaux environnements.
En supposant que la première vie s'est adaptée pour survivre dans un échiquier de nombreux types d'environnements différents, « les relations écologiques complexes entre différentes espèces font peut-être partie de la vie sur Terre depuis très près de ses débuts, et LUCA n'est qu'un exemple de la vie qui a pu exister à cette époque, " dit Fournier.
"Peut-être qu'un établissement rapide de relations environnementales et écologiques complexes était même nécessaire pour que la première vie persiste, " ajoute Cantine.
Le tableau dressé par Cantine et Fournier de l'évolution précoce de la vie sur Terre n'est qu'un scénario plausible. "Notre interprétation, comme les autres, repose sur un dossier [génétique] limité et est une contribution à un débat animé, " dit Cantine.
Les chercheurs notent que, à la recherche d'éventuels signes de vie sur Mars, les recherches ne devraient pas être limitées aux environnements probables dans lesquels la vie pourrait avoir pris naissance, puisque la vie sur Mars a pu se déplacer vers d'autres environnements depuis son apparition. Au lieu, Cantine et Fournier proposent que la recherche de la vie sur Mars se concentre sur les environnements les plus susceptibles d'avoir capturé et préservé des traces de vie.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du magazine Astrobiology de la NASA. Explorez la Terre et au-delà sur www.astrobio.net .
