La découverte :

Le 6 août 1996, la NASA annonce la découverte d'une vie fossile martienne dans une météorite provenant de Mars et nommé ALH84001. ALH84001 a été trouvé dans la région d'Allan Hills, en Antarctique, au cours de l'expédition ANSMET de 1984. A l'origine, elle pesait environ 2 kilogrammes et ressemblait vaguement à une brique (17 x 9,5 x 6,5 centimètres). Selon la nomenclature en vigueur pour l'appellation des météorites en provenance de l'Antarctique, ALH indique le site de la découverte (Allan Hills), 84 l'année de la découverte et 001 signifie que cette météorite était la première de la saison de fouilles. Comme cette pierre était inhabituelle, elle fut la première à partir vers le laboratoire du Johnson Space Center. Elle ne ressemblait pas aux autres météorites martiennes et elle a d'abord été classé comme une météorite classique (une diogénite), provenant de la ceinture d'astéroïdes (et plus particulièrement de l'astéroïde Vesta). Les diogénites sont des achondrites pauvres en calcium (moins de 3%), avec des pyroxènes moyennement riches

 en fer (hypersthène). Cette erreur de classification trouve son origine dans la composition minéralogique inhabituelle d'ALH84001 mais aussi parce que la classification alors en vigueur était limitée.

ALH84001. Le cube à droite mesure 1 cm de côté. Un groupe de scientifique du Johnson Space Center (mené par un chercheur maintenant célèbre, David McKay) annonce la découverte d'une éventuelle vie martienne dans cette météorite. Pour la NASA, cette nouvelle est la bienvenue : le Sénat américain doit reconduire ces crédits ! (Crédit photo : droits réservés).

L'histoire d'ALH84001 :

L'âge de cette météorite est assez important, puisqu'il est de 4,5 milliards d'années (alors que l'âge des autres météorites martiennes, les SNC, n'est que de 1,3 milliards d'années en moyenne). ALH84001 provient vraisemblablement de la croûte de Mars et elle a dû se former juste après l'accrétion et la différenciation de la planète. Pour expliquer son expulsion dans l'espace, trois impacts consécutifs sont nécessaires. L'impact qui a éjecté ALH84001 de Mars a eu lieu il y a environ 15 ou 16 millions d'années. Après un long voyage dans l'espace, cette météorite s'est finalement écrasée sur Terre, en Antarctique (il y a environ 13000 ans). Avant son entrée dans l'atmosphère, ALH8401 mesurait 20 cm de diamètre. Sa masse a été réduite de 85 % à cause de l'échauffement important consécutif à la traversée de l'atmosphère (phénomène d'ablation).

Composition :

On connaît différentes variétés de météorites. Même si les plus connues sont métalliques (sidérites), 90 % des météorites sont pierreuses. Parmi celles ci, on distingue les chondrites (qui contiennent des petites inclusions minérales sphériques, les chondres) et les achondrites (sans chondres). ALH84001 est classée parmi les achondrites.

Du point de vue composition, ALH84001 est un orthopyroxène, roche cristalline principalement constitué de pyroxènes ayant cristallisé dans le système orthorhombique. Elle contient un peu de maskelynite, d'olivine, de chromite, de pyrite et d'apatite. Contrairement aux autres météorites SNC, ALH84001 contient des minéraux secondaires comme des carbonates. Notre météorite est relativement friable et présente de nombreuses fractures. C'est dans ces fractures préexistantes que le carbonate s'est déposé.

Des indices en faveur d'une vie martienne :

Les indices en faveur de l'existence d'une éventuelle vie martienne sont au nombre de cinq. Pris séparément, ce ne sont pas des preuves d'une quelconque activité biologique. Mais mis ensemble, ils tendent à prouver que Mars a connu la vie. Il est important de noter que c'est la relation en terme de localisation de ces différents indices (ils sont extrêmement proches les uns des autres) qui constitue la preuve la plus marquante en faveur d'une forme de vie martienne.

Pour rendre compte des structures observées, on peut souvent invoquer d'autres mécanismes (géochimique par exemple) qui n'ont rien à voir avec la vie. Mais il faut reconnaître que l'explication biologique est souvent la plus simple. Enfin, il faut noter que la plupart des découvertes concernant ALH84001 ont été rendues possibles uniquement à cause de l'extrême sophistication des instruments et des moyens d'analyse utilisés (microscope électronique à haute résolution, spectromètre de masse laser).

Les nanofossiles :

L'équipe de David McKay a observé dans la météorite ALH84001 des structures longiformes de 20 à 100 nanomètres de long. Ces structures ressemblent à des bactéries terrestres, mais en 100 fois plus petit. A cette échelle, impossible de pousser les investigations plus loin. Et ces nanofossiles sont loin de faire l'unanimité ! Pour certains, ces éléments allongés ne sont absolument pas d'origine biologique. Il s'agirait de cristaux microscopiques qui ressembleraient fortement, par un curieux hasard, à des micro-organismes. Ces structures pourraient même provenir du traitement que les échantillons subissent pour pouvoir être observé au microscope électronique (ils sont recouvert d'une fine pellicule de métal, de l'or ou un mélange d'or et de palladium). David McKay a répliqué en indiquant que les structures mentionnées par d'autres chercheurs ne correspondaient pas aux nanofossiles observés. Elles seraient trop nombreuses, trop bien ordonnées, trop rapprochés et trop petites. Les nanofossiles martiens sont au contraire isolés, incurvés et se recoupent selon des angles qui varient. De plus, l'équipe de la NASA a procédé à des expérimentations pour comprendre les effets et les conséquences de la métallisation.

Il faut également noter que de nombreux biologistes se sont demandés si des organismes aussi petit que les nanobactéries de ALH84001 pouvaient exister. Or, des recherches récentes ont montré que des organismes de taille similaire existent sur Terre. Des nanobactéries ont été identifiés dans l'eau des sources thermales de Yellowstone ou dans des roches de la croûte terrestre.

Les globules de carbonates :

Les globules de carbonates constituent sans doute les structures les plus importantes d'ALH84001. L'âge estimé (datation isotopique à l'argon) de ces globules est de 3,6 milliards d'années, et ils sont donc antérieurs à la formation de la roche (4 milliards d'années).

On considère qu'à cette époque, Mars était plus chaude et humide (et son atmosphère bien plus dense qu'aujourd'hui). On pense que de l'eau, saturée en CO₂ par l'atmosphère martienne (le dioxyde de carbone étant son principal constituant) a pénétré dans le sous-sol à la faveur de nombreuses fractures et a déposé des carbonates dans les interstices des roches. La contribution d'organismes martiens aux dépôts de carbonates n'est bien sûr pas exclue, et certains ont apparemment été fossilisés !

Les globules de carbonates présentent une structure étonnante. Au centre, on trouve du calcium et du manganèse, puis des anneaux concentriques de fer, de magnésium et de soufre. Cette structure complexe pourrait être le résultat de réactions d'oxydoréductions d'origine biologique. Cependant, une contamination ayant eu lieu dans l'espace ou pendant le séjour de la météorite dans les glaces de l'antarctique n'est pas à exclure (la pierre est quand même restée 13000 ans dans la glace de l'Antarctique !).

Les conditions de formation des carbonates présents dans la météorite ALH84001 est un point très important. Pour ceux qui pensent que la vie est effectivement apparue sur Mars, il y a plutôt intérêt à ce que ces fameux carbonates se soient formés à basse température.

Pour certains, ils se sont formés à haute température (réaction entre

des silicates et un fluide riche en CO₂, à une température supérieure à 600 °C, éventuellement lors de l'impact). Or les hautes températures (> 500° C) sont totalement incompatibles avec la vie.

Pour d'autres, ils se sont déposés à partir d'un liquide, par précipitation, à basse température (< 300°C). Le couple 18O/16O a été utilisé comme thermomètre pour mesurer la température de formation des nodules de carbonates. La température varierait entre 40°C et 250°C. C'est un résultat encourageant, même si la valeur supérieure de la fourchette n'est pas compatible avec la vie telle que nous la connaissons. On le voit, basse température ne signifie par forcément température clémente ! De plus, les bordures des modules de carbonates sont plus riches en oxygène 18 que le cœur, et l'enrichissement en oxygène 18 varie avec les nodules. Et seule une basse température (< 100°C) permet d'expliquer la conservation de ces variations chimiques et isotopiques.

Ces structures découvertes dans la météorite ALH84001 rappellent fortement les bactéries terrestres, mais elles sont 100 fois plus petites, ce qui rend toute confirmation impossible.

 La taille moyenne d'une bactérie terrestre tourne autour d'un ou deux microns. Les structures identifiées par l'équipe de David McKay mesure entre 20 et 100 nanomètres (Crédit photo : droits réservés).

Artefact ou nanofossiles ? (Crédit photo : droits réservés).

La magnétite ... :

ALH84001 contient de nombreuses variétés de cristaux de magnétite (un oxyde de fer de formule Fe3O4). Mais parmi eux, certains sont bien particulier et rappellent ceux synthétisés par des bactéries terrestres vivant en anaérobiose (c'est à dire en absence d'oxygène). Ces cristaux sont structurellement parfaits et ont cristallisé dans le système cubique. Ils seraient identiques en taille, en forme, en composition, à ceux produit par des micro-organismes terrestres. Apparemment, aucun processus non biologique ne serait capable de produire des cristaux de cette forme. Enfin, ces grains de magnétite sont vraiment incorporés dans la roche et ne peuvent donc provenir d'une contamination.

Mais d'autres cristaux présentent des structures cristallines qui ne peuvent se former qu'à des températures supérieures à 500°C, à partir de gaz chauds. Des cristaux de ce type (allongés) peuvent effectivement se former au niveau des fumerolles (émanation gazeuse, assez calme et régulière, sortant de fissures ou de trous dans les zones volcaniques). Dans ces conditions, les carbonates n'auraient pas une origine biologique mais géochimique.

Cependant, la température n'est pas le seul facteur qui contrôle l'apparition de magnétite dans tel ou tel système cristallin. Il semblerait de plus que certaines bactéries terrestres puissent produire des cristaux allongés, et non pas uniquement cubiques.

... et le magnétisme :

Lors de la formation d'ALH84001, certains minéraux ont acquis une orientation particulière, sous l'influence du champ magnétique régnant à l'époque (paléomagnétisme). Mais cette orientation n'est pas permanente. Si la roche dépasse une certaine température, les minéraux perdent leur orientation. Par contre, si cette température seuil n'est pas atteinte, le magnétisme est conservé. Or il se trouve qu'ALH84001 possède un tel magnétisme fossile, conservé par un sulfure de fer, la pyrrhotite. Cela indique que la température de formation d'ALH84001 a été inférieure à 325°C et peut être même à 110°C.

Il faut noter ici que Mars semblait donc posséder un champ magnétique particulièrement fort dans son lointain passé. Or ce champ magnétique a pu protéger la planète rouge à la fois contre les rayons cosmiques (qui sont nocifs à la vie) mais aussi contre le vent solaire. Celui ci est principalement constitué d'électrons et de protons. Ces particules s'entrechoquent avec les atomes atmosphériques et favorisent ainsi l'évaporation dans le milieu interplanétaire de l'atmosphère martienne. Or seule une atmosphère épaisse et dense a pu permettre à Mars de connaître, dans son lointain passé, un climat chaud et humide.

Pour progresser dans l'étude d'une éventuelle vie martienne, il faut essayer de trouver sur Terre des formes de vie dans des environnements similaires à ceux qui existent sur Mars. Certaines bactéries vivent par exemple dans des roches de la croûte terrestre, enfouies à plusieurs kilomètres de profondeur. Ainsi, les basaltes de Columbia River (état de Washington) hébergent peut être des bactéries productrices de méthane (celles ci se nourrissent exclusivement d'eau et de minéraux). Le filament visible sur cette image mesure 2 micromètres de long et 0,1 micromètre de diamètre. A coté, on aperçoit également des sphères de 0,1 à 0,25 micromètres de diamètre. Ces structures sont peut être des nanobactéries ou juste des formations minérales (comme des argiles).

Seule une analyse chimique permettrait de trancher, mais celle-ci est rendue très difficile par la taille infime des objets observés (Crédit photo : droits réservés).

Ces globules de carbonates seraient la preuve d'une activité biologique martienne. Le centre, brun orangé, est riche en calcium et en manganèse, alors que les bandes claires et sombres qui l'entourent contiennent du fer, du magnésium et du soufre (Crédit photo : droits réservés).

Les globules de carbonates présent dans la météorite ALH 84001 ne constituent pas à eux seuls une preuve de l'existence d'une vie martienne, car ils ne sont pas uniques. Cette image montre des globules de carbonate de magnésium (zone claire) et d'oxyde de fer (magnétite, Mt) dans une chondrite carbonée (la météotrite Ivuna).

Les chondrites carbonées proviennent pour la plupart de la ceinture d'astéroïde, et ces météorites n'ont jamais connu la moindre forme de vie.

Elles contiennent pourtant une grande quantité de molécules organiques, celles ci ne présentant pas la signature classique de la vie, tel que nous la connaissons (Crédit photo : droits réservés).

Les PAHs :

Enfin, les chercheurs de la NASA et de l'Université de Standford (Californie) qui étudient cette météorite ont détecté des composés organiques complexes ou PAHs (pour polycyclic aromatic hydrocarbons). Ceux ci sont concentrés autour des grains de carbonates.

Les PAHs proviennent de transformations subies par des organismes vivants et ceux d'ALH84001 résultent peut être de la fossilisation d'anciennes formes de vie martienne. Les PAH de cette météorite ont une composition unique. Ils sont pauvres en molécules de poids faible, comme le naphtalène, ce qui les distinguent des PAH d'autres météorites ou de la glace de l'Antarctique (naphtalène, coronène). De plus, la localisation de ces molécules semble montrer qu'elles ne proviennent pas d'une contamination terrestre. La concentration est nulle près de la surface, au niveau de la croûte de fusion, et augmente progressivement vers l'intérieur (dans le cas d'une contamination, on observerait l'inverse).

Les PAH peuvent se former sans l'intervention de la vie, à partir d'autres composés organiques (à haute température et sur une longue période). La forte concentration des PAH autour des modules de carbonates peut aussi s'expliquer sans faire intervenir la vie. Les PAH pourraient provenir de météorites (comme les chondrites carbonées) qui se seraient abattues sur Mars (le sol lunaire contient par exemple de petites quantités de matières organiques qui proviennent de météorites carbonées). De la même manière, certains ont relevé des similitudes entre les globules de carbonates de ALH84001 et les minéraux présents dans les grains (chondres) d'une certaine classe de chondrites carbonées (CI, Ivuna).

Cette image montre des grains de magnétite dans une vue très agrandie des bandes sombres de la photo précédente (microscope électronique à transmission). Certaines bactéries terrestres fabriquent effectivement des grains similaires et peuvent grâce à eux s'orienter dans le champ magnétique terrestre. Ces bactéries, qui vivent dans des eaux saumâtres, sont dites magnétotactiques. Elles possèdent un compas magnétique naturel formé d'une chaîne de petits cristaux de magnétite, de quelques centièmes de micromètres d'arête. Elles mettent à profit le fait que les lignes de force du champ magnétique font avec l'horizontale un angle qui varie avec la latitude.

Nul à l'équateur, il est de 90° aux pôles. Dans l'hémisphère nord, ce compas permet aux bactéries de s'orienter vers le nord et, ce faisant, de s'enfoncer dans les eaux profondes, appauvries en oxygène (celui ci étant un poison mortel pour ces bactéries anaérobies).

Dans l'hémisphère sud, c'est l'inverse qui se produit : la chaîne des cristaux possède alors une polarité opposée et les bactéries se dirigent vers le sud et le fond !

 Cependant, des structures identiques peuvent apparaître sans l'intervention d'organismes vivants (Crédit photo : droits réservés).

Vue au microscope optique d'une bactérie flagellée montrant une superbe chaîne de cristaux de magnétite (magnétosome). La bactérie utilise ces cristaux comme une boussole, ce qui lui permet de s'orienter par rapport au champ magnétique terrestre (Crédit photo : droits réservés).

La magnétite est un oxyde de fer qui cristallise habituellement dans le système octahédrique (à gauche). Chez les bactéries magnétotactiques, qui utilisent la magnétite pour se guider sur les lignes de force du champ magnétique terrestre, les cristaux sont d’une toute autre nature. Aussi parfaits qu’uniques, ils ont cristallisé dans le système hexa-octahédrique tronqué et différent de tout ce que l’on connaît en géologie. Pour l’instant, ces cristaux semblent typiques du monde vivant, et les scientifiques n’ont pas recensé un seul processus inorganique capable d’en fabriquer. Mais l’absence de preuve n’a jamais été une preuve, et nous avons peut-être simplement mal cherché (Crédit photo : NASA/JSC).

Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques :

Les molécules organiques identifiées dans la météorite ALH 84001 (les PAH, hydrocarbures aromatiques polycycliques) sont très communes sur Terre, et s'observent lors de la décomposition ou du chauffage de plantes ou d'animaux (on en trouve par exemple dans le pétrole ou dans la viande brûlée, qui est une de mes nombreuses spécialités !). Les PAH présent dans cette météorite proviendrait donc de la mort et de la décomposition d'organismes martiens. Mais ces molécules peuvent également se former sans l'intervention de la vie (Crédit photo : droits réservés).

Contamination terrestre !

Deux équipes ont annoncé que la météorite ALH84001 a été contaminée par des composés organiques terrestres. La première équipe (Bada et All, Scripps Institution of Oceanography, San Diego) a analysé les acides aminés présents dans un échantillon d'ALH84001. On peut découvrir l'origine d'un acide aminé en se basant sur le rapport deutérium/hydrogène de ces molécules. Dans l'espace, ce rapport est beaucoup plus élevé que sur Terre. De plus, les acides aminés biologiques sont tous de la forme L, alors que des acides aminés extraterrestres montreraient les deux formes, L et D.

Les acides aminés d'ALH84001, présents en petites quantités, sont d'origine terrestre (forme L) et sont identiques à ceux que l'on trouve dans les glaces de l'Antarctique (DL Sérine, glycine et L Alanine dans un rapport de 3:3:1). Ils suggèrent donc une contamination de la météorite lors de son séjour dans les étendues glacées de l'Antarctique. Cependant, il n'est pas exclut que la météorite contienne également des traces d'acides aminés d'origine extraterrestre (D Alanine).

Il est important de noter que l'équipe de McKay ne s'est pas penchée sur l'étude des acides aminés dans ALH84001. Même si tout les acides aminés (ou presque) de ALH84001 sont d'origine terrestre, ce résultat ne remet pas en cause ceux de l'équipe de la NASA. Bien sur, si l'équipe de Bada avait trouvé des acides aminés d'origine extraterrestre, l'hypothèse de l'existence d'une vie martienne aurait été renforcée.

La deuxième équipe (Jull et All, University of Arizona, Tucson) a déterminé l'origine du carbone minéral (globules de carbonate) et organique (PAH) contenu dans ALH84001. Le carbone minéral présent dans les globules de carbonate est clairement d'origine extraterrestre. Effectivement, la quantité de ¹³C dans les globules est bien supérieure à celle que l'on trouve sur Terre. Mais ce n'est pas le cas des composés organiques, qui contiennent autant de ¹³C que les composés organiques terrestres, à l'exception d'une petite partie de la météorite. La contamination ne fait plus aucun doute. Malgré cela, ALH84001 pourrait quand même contenir une petite quantité de carbone d'origine extraterrestre, qui n'est pas semblable au carbone des modules de carbonates (ce carbone pourrait être du carbone organique martien ou une forme rare et résistante à l'acide de carbone minéral). Il faut quand même préciser que la contamination d'une météorite par des composés terrestres est normale. ALH84001 n'est pas plus contaminé par du carbone d'origine terrestre que les autres météorites.

De plus, les molécules organiques de ALH84001 sont riches en ¹⁴C (contrairement aux globules de carbonates qui n'en contiennent pratiquement pas). Or, si ces molécules s'étaient formées sur Mars, elles ne contiendraient que des traces de ¹⁴C (le carbone 14 ne se forme que sur Terre). De plus, grâce à la présence de carbone 14 (qui permet d'effectuer une datation absolue), on a pu obtenir l'âge de ces composés organiques : entre 11 000 et 5200 ans. Ils sont donc plus jeunes que la météorite (13 000 ans) et leur origine est donc terrestre.

Quand les sulfures interviennent ... :

Une équipe de chercheurs a mesuré l'abondance en sulfure (³⁴S/³²S) dans un minéral de la météorite ALH84001 pour déterminer l'origine (biologique ou non) de ces sulfures. Certaines bactéries sulfato-réductrices sont effectivement capables de réduire des sulfates (SO₄^2-) pour donner des sulfures, de manière à produire de l'énergie. Les sulfures formés contiennent alors moins de ³⁴S que le sulfate d'origine. Le rapport ³⁴S/³²S est donc un bon indicateur de l'origine des sulfures.

Dans un premier temps, cette équipe a étudié des cristaux de pyrite (un sulfure de fer) qui n'étaient pas associés aux traces de forme de vie martienne. Le rapport ³⁴S/³²S était 0,7 % supérieure à la moyenne. L'analyse de cristaux de pyrite situés cette fois au niveau des globules de carbonates a donné le même résultat. Donc, ces cristaux ne sont pas d'origine biologique, car ils sont fortement enrichis en soufre 34 (au lieu d'être appauvris en soufre 34 !).

Mais les résultats ne sont peut être pas si précis que ca. L'étude a été réalisée grâce à l'aide d'une sonde ionique, qui n'a pas seulement analysé les sulfures, mais aussi les carbonates et les oxydes. Dans ces conditions, l'ion ¹⁶O¹⁶O^2- peut se former, et être comptabiliser comme un ion ³²S^2-. Il est également possible que Mars elle même soit plus riche en ³⁴S que la Terre et que des organismes martiens traitent les sulfures différemment.

Source :

Labrot © 1997-2001.