Introduction
Bien qu’il n’existe pas de définition standardisée de la vie, la plupart des chercheurs s’entendent pour dire qu’elle a besoin de plusieurs composantes, des molécules porteuses d’informations comme l’ADN ou l’ARN, et un moyen de copier ces instructions moléculaires, un moyen de se nourrir et de se maintenir. Enfin, elle devait conserver ces parties disparates ensemble, les gardant séparées de son environnement. Mais cette vie ne s’est pas formée en une seule étape. Au contraire, elle est passée par différents processus physico-chimiques qui ont mené à une chimie prébiotique. Ceci a permis le passage de la chimie à la biologie avec l’émergence des premières cellules. Les produits résultant de cette soupe prébiotique auraient nécessité un site propice à la synthèse des biomolécules:
1)Une origine hydrothermale sous-marine
Les sources chaudes sous-marines peuvent être le site de la synthèse des composés organiques des organismes vivants sur Terre. Ici, l’hypothèse d’une origine abiotique de la vie est discutée. En effet, à partir de 2000m de profondeur, à proximité de la dorsale médio-océanique, se trouvent des sources hydrothermales. Du gaz et de l’eau bouillante jaillissent de crevasses formées par le mouvement des plaques tectoniques qui éloignent les deux flancs de la dorsale de quelques cm par an. Les fluides expulsés précipitent et forment des cheminées hydrothermales, aussi appelées des fumeurs.
Il en existe deux types : les fumeurs blancs et les fumeurs noirs. Tout d’abord, ils se différencient par leur géolocalisation. En effet, les fumeurs blancs se situent dans des zones où le magmatisme est quasiment absent contrairement aux fumeurs noirs. Ils se distinguent par leurs caractéristiques d’eau (pH, température, composition, couleur) très différentes [1]. Malgré ces différences, tous deux sont sujets au phénomène de serpentinisation. La serpentinisation se produit lorsque l’eau de mer est au contact d’un minéral appelé olivine, minéral provenant directement du manteau terrestre. On observe, au niveau des zones de certains sites hydrothermaux, que le manteau riche en olivine est suffisamment proche de la surface (remonté à l’affleurement par l'effet des forces tectoniques et de circulation de chaleur) pour que l’eau de mer puisse s’infiltrer à travers les fissures de la croûte et entre en contact avec l’olivine. Cette action va permettre le déclenchement d’une réaction chimique. En effet, au fur et à mesure que l’eau de mer s’incruste dans les lacunes de la structure de l’olivine, elle se transforme en un autre minéral appelé serpentinite. On observe une association des atomes d’hydrogène pour former de l’hydrogène gazeux (H2). La présence de dioxyde de carbone (CO2) dans l’eau de mer, induit la combinaison des atomes de carbone et des atomes d’hydrogène de la serpentinisation pour former du méthane (CH4).[1][2]
Les structures hydrothermales recensant le phénomène de serpentinisation donnent des indices sur l’origine de la vie terrestre. En effet, le méthane formé lors de la serpentinisation est un hydrocarbure. Ce composé est nécessaire à tous les êtres vivants pour la constitution de molécules essentielles comme les protéines, les graisses, l’amidon… De plus, les hautes teneurs en sulfure de fer (FeS) de l'olivine combinées aux produits de la serpentinisation (H2 et CH4) permettent la création d’acides gras à longues chaînes de façon abiotique [3]. Enfin, les fluides hydrothermaux des fumeurs blancs contiennent de l’ammoniaque (NH3). Il peut donc se former du cyanure d'hydrogène (HCN), pouvant être à la base des molécules azotées organiques (acides aminés) [4]. Ainsi le processus de serpentinisation représente une source importante de molécules organiques dont l’origine est purement chimique. Les évents hydrothermaux (fumeurs blancs notamment car pH basique) représentent une hypothèse importante comme site de l’origine de la vie.
Les sources hydrothermales abritent de nombreux animaux marins, des bactéries et des archées thermophiles. Ces communautés d’êtres vivants vivent dans des conditions extrêmes, où la photosynthèse ne s’effectue pas. L’énergie chimique des systèmes hydrothermaux permet un autre processus : la chimiosynthèse. Les microorganismes chemolithoautotrophes synthétisent la matière organique première à la base de la chaîne trophique en oxydant différents éléments dissous, libérant ainsi de l’énergie. Les bactéries la transforment en ATP et autres molécules, qui leur permettent de transformer le CO2 de l’eau de mer en carbone organique. Un autre débat s’ouvre alors pour savoir si la vie provient des profondeurs océaniques et serait ensuite remontée vers la surface ou inversement. [5] [2]
2)Une origine spatiale
Le terme de panspermie, décrit l’hypothèse selon laquelle l’origine de la vie sur Terre serait due à une contamination extraterrestre, la vie voyageant entre les planètes comme une semence. Ce processus se déroulerait en trois étapes : les micro-organismes devant d’abord (I) échapper à la planète donneuse, (II) survivre au transport dans l'espace entre la planète donneuse à la planète receveuse, et (III) atterrir sur la planète receveuse.
La première phase consistant à échapper à la planète dite donneuse, impliquent l'action de bioaérosols car les microbes doivent être transportés à haute altitude. On sait que cet échappement d'organismes est possible depuis la Terre. La capture de microorganismes marins et terrestres sur l’ISS a pu apporter la preuve que l’espace proche entourant la Terre est contaminé en continu. Les orages, les éruptions volcaniques, les impacts de météorites ou encore les courants électriques sont considérés comme responsables du transport des bioaérosols. Ce phénomène serait donc possible sur d'autres planètes[6].
Afin de savoir si la panspermie est un phénomène possible, les chercheurs se sont attelés à étudier la possibilité et la viabilité du transfert interplanétaire de microorganismes. Lors de chacune des phases, ils seraient soumis à des facteurs limitant pour leur survie tels que l’accélération, la secousse, la pression, la température ou les rayonnements de toutes sortes (UV, X...). L' impact de ces facteurs pourrait être réduit au minimum, lorsque les microbes se retrouvent et se déplacent dans des roches et donc dans les météorites – ce processus est appelé lithopanspermie. Il est considéré comme le scénario le plus probable puisque l'échange de roches interplanétaires (météorites) étant un phénomène naturel et continu qui était plus fréquent au moment de la création de la vie sur Terre. Des microbes ont donc été testés pour leur résistance aux différents facteurs directement dans l’espace via la station spatiale internationale ou dans les conditions spatiales simulées en laboratoire. Le lichen Xanthoria elegans, ou encore la bactérie extrémophile Candida antartica se sont avérés capable de survivre dans des roches dans l’espace un an et demi[7]. Par ailleurs, des biofilms de Deinococcus geothermalis ont survécu à plus de 16 mois en conditions spatiales simulées. Il s’avère que dans des cas exceptionnellement rares, cette période suffit pour qu'un échange de météorites entre Mars et la Terre se produise[8]. En effet, Mars aurait pu un jour, avoir offert des conditions environnementales de survie similaires à ceux présents sur la Terre primitive, si c'est le cas, des événements de lithopanspermie auraient pu survenir entre les deux.
L’hypothèse de la panspermie est néanmoins critiquée, certains scientifiques accusent ceux qui la promeuvent de ne faire que déplacer le problème de l’origine de la vie à une autre planète. Cependant, les hypothèses de panspermie se dirigent aujourd'hui de plus en plus vers l’investigation des molécules organiques complexes dans l’espace. La trouvaille de molécules proches d’acides aminés ou de sucres qui se forment de manière abiotique dans le milieu interstellaire et sur les météorites pourrait indiquer que leur arrivée en masse au début de la formation de la Terre et du système solaire aurait pu jouer à un moment, un rôle dans la création de la vie terrestre[9].
3)Une origine sur les surfaces minérales
L’examen de la question de l’origine de la vie passe par la considération de l’environnement géochimique de la terre prébiotique. 5 aspects auraient contribué à la complexité de cet environnement et joué un rôle dans l’émergence de la vie sur la Terre[10] ; à savoir la complexité chimique, les interfaces, les gradients thermiques et chimiques, les flux générés par la dynamique des fluides et les cycles périodiques (jour /nuit, sec/humide) auxquels s’ajouteraient des événements épisodiques (impacts de météorite ou éruptions volcaniques). Les interfaces entre les minéraux et les solutions aqueuses ou parmi les fluides non miscibles pourraient expliquer les mécanismes de sélection et de concentration de ces biomolécules essentielles.
Plusieurs travaux ont été effectués autour l’hypothèse de l’origine de la vie sur les minéraux. Premièrement les minéraux silicatés comme les argiles qui sont les plus connus et exploités dans la recherche et les exemples sont la montmorillonite ou le mica (muscovite). Ensuite viennent le feldspath et les hydroxydes en doubles couches.
L'hypothèse la plus sérieuse concerne le mica. Durant ces deux dernières décennies, l'hypothèse mica a été développée, et tolère plusieurs scénarios concernant l’origine de la vie.
Cette hypothèse stipule que[11][12][13] :
Conclusion
Tout au long de cette analyse, il a été question de comprendre les processus impliqués dans la formation de biomolécules primaires. La formation de H2 et CH4 par le phénomène de serpentinisation, selon le type de fumeur observé, amène à la création de molécules azotées organiques, acides gras de façon abiotique. Ces sources sous-marines constituent ainsi un environnement propice à la synthèse de la vie. Cependant, ce phénomène a pu être identifié dans d’autres systèmes extraterrestres, et sur la planète Mars notamment. Certains scientifiques spéculent d’ailleurs sur des événements de lithopanspermie et donc d’échanges de la vie entre cette dernière et la planète Terre, d’autant plus que certaines bactéries extrêmophiles ont passé avec succès les tests de survie dans l’espace. Ces hypothèses sont cependant critiquées, plusieurs études suggèrent que l’apparition de la vie nécessite un rayonnement UV pour se former, et que l'environnement aqueux devrait devenir très concentré ou même sécher complètement[15]. Ce fait ne s'aligne pas avec l'hypothèse des sources hydrothermales mais peut s'accorder avec l’hypothèse Mica. Cette hypothèse propose une énergie mécanique et un espace de confinement, l’énergie découle des mouvements de l’eau et l’énergie solaire cyclique tandis que l’espace de confinement se constitue entre les feuilles nanométriques qui auraient joué le rôle de premières membranes. Cette hypothèse autorise l'intégration de biomolécules provenant de l’espace. En outre, on estime que la quantité de matières organiques extraterrestres livrées à la Terre dépasse de plusieurs ordres de grandeur celles créées à partir de sources terrestres. Les hypothèses actuelles s’éloignent donc de la dichotomie de base selon laquelle la vie sur Terre a émergé soit de manière endogène ou exogène.
Somme toute, la rareté des preuves historiques suggère que l'origine de la vie ne pourra pas être découverte à proprement dit, elle doit être réinventée, elle sera donc encore longtemps sujette à controverse.