Avant il y avait des animaux, des bactéries ou même de l'ADN sur Terre, les molécules auto-répliquantes évoluaient lentement de la simple matière à la vie sous une pluie constante de particules énergétiques venues de l'espace.

Dans un nouveau journal, un professeur de Stanford et un ancien chercheur post-doctoral spéculent que cette interaction entre les anciens proto-organismes et les rayons cosmiques peut être responsable d'une préférence structurelle cruciale, appelé chiralité, dans les molécules biologiques. Si leur idée est correcte, cela suggère que toute la vie dans l'univers pourrait partager la même préférence chirale.

Chiralité, également connu sous le nom de maniabilité, est l'existence de versions miroir des molécules. Comme la main gauche et la main droite, deux formes chirales d'une même molécule se reflètent mutuellement mais ne s'alignent pas si elles sont empilées. Dans chaque biomolécule majeure, les acides aminés, ADN, ARN :la vie n'utilise qu'une seule forme de maniabilité moléculaire. Si la version miroir d'une molécule est substituée à la version régulière dans un système biologique, le système va souvent mal fonctionner ou cesser de fonctionner complètement. Dans le cas de l'ADN, un seul sucre malmené perturberait la structure hélicoïdale stable de la molécule.

Louis Pasteur a découvert cette homochiralité biologique pour la première fois en 1848. Depuis lors, les scientifiques ont débattu pour savoir si le caractère manuel de la vie était dû au hasard ou à une influence déterministe inconnue. Pasteur a émis l'hypothèse que, si la vie est asymétrique, alors cela peut être dû à une asymétrie dans les interactions fondamentales de la physique qui existent dans tout le cosmos.

"Nous proposons que la main biologique dont nous sommes témoins maintenant sur Terre est due à l'évolution au milieu d'un rayonnement magnétiquement polarisé, où une petite différence dans le taux de mutation peut avoir favorisé l'évolution de la vie basée sur l'ADN, plutôt que son image miroir, " a déclaré Noémie Globus, auteure principale de l'article et ancienne Koret Fellow au Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC).

Dans leur papier, publié le 20 mai dans Lettres de revues astrophysiques , les chercheurs détaillent leur argument en faveur des rayons cosmiques comme origine de l'homochiralité. Ils discutent également des expériences potentielles pour tester leur hypothèse.

Polarisation magnétique depuis l'espace

Les rayons cosmiques sont une forme abondante de rayonnement de haute énergie qui provient de diverses sources à travers l'univers, y compris les étoiles et les galaxies lointaines. Après avoir touché l'atmosphère terrestre, les rayons cosmiques finissent par se dégrader en particules fondamentales. Au niveau du sol, la plupart des rayons cosmiques n'existent que sous forme de particules appelées muons.

Les muons sont des particules instables, n'existant que 2 millionièmes de seconde, mais parce qu'ils voyagent près de la vitesse de la lumière, ils ont été détectés à plus de 700 mètres sous la surface de la Terre. Ils sont également polarisés magnétiquement, sens, en moyenne, les muons partagent tous la même orientation magnétique. Quand les muons se désintègrent enfin, ils produisent des électrons de même polarisation magnétique. Les chercheurs pensent que la capacité de pénétration du muon lui permet, ainsi qu'à ses électrons filles, d'affecter potentiellement les molécules chirales sur Terre et partout ailleurs dans l'univers.

"Nous sommes constamment irradiés par les rayons cosmiques, " expliqua Globus, qui est actuellement chercheur post-doctoral à l'Université de New York et au Flatiron Institute de la Simons Foundation. "Leurs effets sont faibles mais constants dans chaque endroit de la planète où la vie pourrait évoluer, et la polarisation magnétique des muons et des électrons est toujours la même. Et même sur d'autres planètes, les rayons cosmiques auraient les mêmes effets."

L'hypothèse des chercheurs est que, au début de la vie sur Terre, ce rayonnement constant et constant a affecté l'évolution des deux formes de vie miroir de différentes manières, aider l'un à l'emporter sur l'autre. Ces minuscules différences de taux de mutation auraient été les plus importantes au début de la vie et les molécules impliquées étaient très simples et plus fragiles. Dans ces circonstances, l'influence chirale faible mais persistante des rayons cosmiques pourrait avoir, sur des milliards de générations d'évolution, produit la seule main biologique que nous voyons aujourd'hui.

"C'est un peu comme une roulette à Vegas, où vous pourriez concevoir une légère préférence pour les poches rouges, plutôt que les poches noires, " a déclaré Roger Blandford, le professeur Luke Blossom à la School of Humanities and Sciences de Stanford et un auteur sur le papier. "Jouer à quelques jeux, vous ne le remarqueriez jamais. Mais si vous jouez avec cette roulette pendant de nombreuses années, ceux qui parient habituellement sur le rouge gagneront de l'argent et ceux qui parient sur le noir perdront et partiront."

Prêt à être surpris

Globus et Blandford suggèrent des expériences qui pourraient aider à prouver ou à réfuter leur hypothèse sur les rayons cosmiques. Par exemple, ils aimeraient tester comment les bactéries réagissent au rayonnement avec différentes polarisations magnétiques.

"De telles expériences n'ont jamais été réalisées et je suis ravi de voir ce qu'elles nous apprennent. Les surprises viennent inévitablement de la poursuite du travail sur des sujets interdisciplinaires, " dit Globus.

Les chercheurs attendent également avec impatience des échantillons organiques de comètes, astéroïdes ou Mars pour voir s'ils présentent eux aussi un biais chiral.

"Cette idée relie la physique fondamentale et l'origine de la vie, " dit Blandford, qui est également professeur de physique et de physique des particules à Stanford et au SLAC et ancien directeur du KIPAC. « Qu'elle soit correcte ou non, faire le pont entre ces domaines très différents est passionnant et une expérience réussie devrait être intéressante. »