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La faculté d'adaptation

Deinococcus radiodurans

Aux extrêmes : les acides et les radiations (VI)

Si les espèces se comptent aujourd'hui par dizaines de millions, elles se différencient avant tout en fonction des mécanismes qu'elles ont développé pour assurer la survie de leur espèce.

Le naturaliste australien Michael Tyler a découvert en 1972 des grenouilles d'eau douce (Rheobatrachus silus) capables de supprimer les sécrétions acides de leur estomac. Un peu à l'instar de la grenouille de Darwin du Chili (Rhinoderma darwinii), cette faculté leur permet d'assurer la gestations des têtards dans leur estomac, les grenouilles entièrement formées naissant par la bouche de leur mère ! Les stratégies de reproduction des grenouilles sont étonnantes. 

Cela fait penser que même si la nature n'a pas doté la grenouille d'une intelligence supérieure, le fait de ne plus pondre d'oeufs et d'avoir une gestation interne lui assure une bonne place dans l'évolution. Cette place serait même enviable si l'on considère que ce petit batracien est capable d'interrompre ses sécrétions gastriques pour assurer la survie de son espèce. Plus d’un parmi nous aimeraient en faire autant lorsque nous avons des ulcères d'estomac ! (bien que son origine soit bactérienne). Peut-être cette découverte conduira-t-elle un jour à un remède. Une voie est en tout cas ouverte du côté des antibiotiques.

A ce propos, rappelons qu'au début du XXeme siècle les médecins n'imaginaient pas que des créatures puissent survivre dans notre estomac, au milieu de sécrétions acides dont le pH est voisin de 2, inférieur à celui du vinaigre (pH de 3). Or nous savons aujourd'hui qu'une bactérie comme Helibacter pylori y est tout à fait à l'aise. Depuis cette découverte, la liste des milieux jugés hostiles pour toute forme de vie s'est rétrécie comme une peau de chagrin.

Des batraciens hors normes

A gauche, un Rheobatrachus silus donnant naissance à sa progéniture... par la bouche ! A droite, la grenouille de Darwin (Rhinoderma darwinii). Documents All About Frogs et Jennifer Patt.

Plus étonnant, certaines bactéries se nourrissent de minéraux, se développent parfaitement dans des solutions d'acide borique, d'acide sulfurique (vitriol) et d'acide nitrique. Seules différences avec leurs cousines "ordinaires", elles métabolisent le soufre, les nitrates ou les dérivés du bore... Elles peuvent se passer de tout rayonnement solaire direct et vivre sous des pressions jusqu'à 1200 atmosphères, l'équivalent de 12 km d'eau, et même temporairement jusqu'à 8000 atmosphères ! Oui, tout ce petit monde vit sur Terre...

Les métazoaires montrent également des capacités étonnantes. Dans la région de l'Utah, le Grand lac salé voit évoluer des bactéries, des algues et même des mouches d'eau. Inversement, il faut savoir qu'une créature d'eau salée, inadaptée à l'eau douce et halophile verra sa pression osmotique - la pression qui maintient un juste rapport de la salinité - augmenter. Accumulant trop rapidement l'eau de l'extérieur, ses cellules éclateront. L'animal en mourra.

Jusqu'à présent les scientifiques pensaient que la vie extrémophile ne concernait que les bactéries et autres champignons. Or dans les années 1980, on a découvert dans plusieurs cénotes du Yucatan, au Mexique ainsi que dans l'Ouest des Etats-Unis, des lacs souterrains et des rivières d'acide sulfurique. En plongeant dans ces grottes partiellement inondées, les scientifiques découvrirent tout un monde vivant dont on ignorait l'existence. Non seulement ces cénotes ont préservé une vie originale durant des milliers de générations mais elles abritent une population cavernicole de bactéries mangeuses de pierre ainsi que des snottites (bactéries extrémophiles) ressemblant à du mucus dont les sécrétions sont aussi corrosives que de l'acide. A quelques mètres de là, des poissons évoluent parfaitement dans de l'acide sulfurique et une eau très pauvre en oxygène.

Il y a quelques années, des chercheurs du Laboratoire Souterrain Moulis dépendant du CNRS ont découvert dans la grotte souterraine et à moitié inondée de Movilé[10] située en bordure de la mer Noire, des bactéries, des champignons, des vers, des insectes et des crustacés aveugles et dépigmentés respirant des vapeurs d’acide sulfurique et de méthane. Ici l’oxygène est quasi absent. Des bactéries aquatiques produisent de la matière organique à partir de la décomposition de l’hydrogène sulfureux et cette nourriture, ainsi que les champignons filamenteux servent d’aliments à toute la chaîne de la vie. Ici également la photosynthèse est remplacée par la chimiosynthèse. La grotte de Movilé regroupe 60 espèces vivantes. Avec les grottes de Lechuguilla et de Cueva de Villa Luz, ce sont les rares domaines cavernicoles continentaux au monde offrant des conditions de survie similaires à celles des oasis sulfureux abyssaux.

A voir : Lechuguilla Cave - Snottites de Cueva de Villa Luz

De gauche à droite, la fameuse bactérie photosynthétique Escherichia Coli, le Nococcus janaschii un méthanogène qui réduit les composés carbonés en méthane pour y trouver de l'énergie, une Halobacterium salinarium qui synthétise les caroténoïdes tels le C40 et le C50 et une cellule eocyte Sulfolobus acidocaldarius qui oxyde le sulfure d'hydrogène. C'est une procaryote thermophile qui supporte des températures supérieures à 100°C. Doc Genomics.

Dans un autre domaine, point n'est besoin de citer l'exemple des insecticides toujours plus puissants qui ne parviennent plus à bout du simple anophèle femelle, le moustique qui apporte les épidémies de malaria ou des criquets pèlerins (locustes) qui détruisent les récoltes. 

On rapporte également que si on pique un cafard avec du venin juste sous le seuil létal, à la génération suivante il sera immunisé contre une dose mortelle. Son système immunitaire est peut-être plus performant que le nôtre, qui rappelons-le, reste impuissant à détruire les virus mutant du rhume, de la grippe ou du SIDA.

Quant au scorpion, outre le fait qu’il résiste au gel ou à une décongélation rapide ce petit animal rustique résiste également à l'onde de choc d'une explosion ainsi qu'aux radiations ionisantes atomiques. Il réduit toutefois son métabolisme pour survivre dans de telles conditions.

Le biologiste s'étonne encore quand il apprend que des bactéries résistent aux radiations. Ces êtres unicellulaires nous apportent encore plus d'espoir, puisqu'ils ajoutent encore une autre condition jugée "intolérable" à la liste toujours croissante des milieux hostiles où la vie est soi-disant vouée à l'échec. Par exemple, il semble impossible qu'une forme quelconque de vie puisse survivre quand elle est exposée continuellement au bombardement corpusculaire des radiations a et b qui s'échappent d'un réacteur nucléaire. Cependant des bactéries pseudomonas en pleine vitalité ont été découvertes à quelques centimètres du coeur d'une pile atomique plongée dans une piscine à Los Alamos : elles avaient survécu à des radiations mille fois plus fortes que celles considérées comme mortelles pour ces organismes ! Mais en revanche, un homme tombant dans l'eau de refroidissement du combustible serait condamné à court terme par l'intense radiation qu'il y règne.

Enfin, la bactérie Micrococus radiodurens survit aux radiations ultraviolette là ou E.coli trépasse ! En effet, grâce aux 16 exemplaires de ses chromosomes, cette bactérie est capable de recombiner ses segments intacts… Une nouvelle fois les bactéries nous dépassent sur bien des facultés. 

Les pressions et les accélérations extrêmes

Enfin, pour clôturer cette longue liste qui s'étend décidément en-dehors de toute limite, rappelons que la célèbre bactérie de laboratoire Escherichia coli dont nous venons juste de parler, ce petit bâtonnet insignifiant mesurant moins de 10 microns de longueur et tout velu est vraiment une créature extraordinaire. 

Escherichia coli. Doc Dennis Kunkel.

Non seulement elle est familière de notre gros intestin, mais c'est un sujet de laboratoire très docile et surprenant. Cette bactérie compte parmi les rares organismes à supporter des pressions et des variations de gravité qui tueraient instantanément la plupart des autres créatures.

Si on place une colonie d'E.coli dans un récipient clos on constate qu'elle supporte dans la plus grande indifférence une explosion de nitroglycérine; pratiquement tous les individus survivent à l'onde choc ! Placée dans un plomb de fusil E.coli supporte pratiquement sans aucune mortalité une accélération de 100000 g et une décélération lors de l'impact dans un sac de sable qui atteint 300000 g !

Même l'effet dévastateur d'une centrifugeuse à 1 million de g la laisse indifférente ! En fait il semblerait qu'elle se réorganise très rapidement en fonction de la gravité car en impesanteur elle réagit moins bien à ce régime quelque peu éprouvant.

Ces expériences prouvent déjà que des organismes élémentaires qui seraient présents sur des astéroïdes (NEO) ou des comètes par exemple peuvent parfaitement supporter la chaleur, la pression, les accélérations et les décélérations qui se produisent lorsqu'ils pénètrent dans l'atmosphère terrestre et donc survivre au voyage interplanétaire.

Au vu de ces résultats une "contamination" extraterrestre est tout à fait envisageable d'autant que l'on a déjà découvert des acides aminés dans l'espace et sur plusieurs météorites tombées sur Terre.

Enfin, rappelons que dans la fosse des Mariannes du Pacifique, des poissons et des crevettes nagent avec agilité par 10600 m de profondeur. Leur métabolisme et leur structure se sont adaptés à subir une pression supérieure à 1000 fois la pression atmosphérique, l'équivalent d'une tonne par cm2 !

Les lois de la nature

Bien sûr on ne peut soutenir sans spéculer qu'il existe dans l'univers des carottes pensantes comme l'ont imaginé certains scénaristes de films de fiction et comme encore beaucoup de gens le pensent sans avoir approfondi le sujet. L’éventail de la vie sur Terre nous présente déjà un bel assortiment du potentiel de dame Nature, mais un morceau de cellulose ou de la carotène peut juste brunir, ce qui ne prouve pas qu’il pense !

Les lois de la biochimie impliquent que la vie extraterrestre, si elle existe, sera nécessairement modelée par l'écosystème local et pourra revêtir une remarquable variété de formes qui seront aussi nombreuses que le nombre de niches écologiques que nous connaissons sur Terre et toutes différentes de ce que nous imaginons, tout en respectant les lois de la physique, cette harmonie naturelle qui lie l’inerte au vivant.

Pour savoir si une autre planète peut abriter la vie, il ne suffit pas de mesurer sa température. Si on observe une planète en infrarouge, c'est l'émission des couches superficielles de son atmosphère que l'on détecte et l'analyse biochimique n'est pas optimiste. Ainsi sur Terre 80% de la biosphère présente une température inférieure à 5°C, les cirrus d'altitude évoluent par -50°C, les pôles présentent une température négative quasi permanente, or la vie est parfaitement supportable au sol. Cela dit, on retrouve des microbes jusqu'à plus de 20 km d'altitude mais il existe peu de réactions biochimiques sous -30°C. Inversement, dans le désert où le sable de surface atteint 80°C, une galerie souterraine enfouie à quelque dizaines de centimètres de profondeur ne dépasse pas 16°C et toute une faune peut s'y développer.

Aussi, le jour où nous découvrirons une planète en-dehors du système solaire, nous devrons poser le pied dessus pour nous interroger sérieusement sur ses possibilités de vie.

La biodiversité, c'est la vie !

Division d'une cyanobactérie.

Lymphocytes. Photo CNRI.

Euglène. Photo PitchJ.B.Crumeyrolle.

Algues macrocystis au large de San Diego. Photo IFREMER.

Cyanobactérie

Lymphocytes

Protozoaire

Macrocystis

Corail rouge

Cactus Saguaro du SE de la Californie et du Mexique. Photo Jim Bremner.

Chêne des Smoky Montaisn Nat.Park, TN.

Hypoccampe à queue de tigre (Hypoccampus comes).

Fleur carnivore

Saguaro

Chêne

Hyppocampe

Tortue de mer

Toucan. Photo Smithsonian National Zoological Park.

Baleine franche (de Biscaye)

Document http://eu.art.com/

Grenouille

Toucan

Aigle pêcheur

Baleine

Tigre

Lémurien. Photo Ushuaïa.

Oran-Outang. Photo Ushuaïa.

Bébé. Photo babyglobe.com

Lémurien

Panda géant

Gorille

Orang-Outan

H.s.sapiens

Si nous ne changeons pas nos habitudes, dans 20 minutes l'homme aura provoqué la disparition d'une nouvelle espèce. Agissez !

Quelque part dans l'univers, l'évolution peut donner naissance à des organismes dont les liaisons chimiques moléculaires sont fortes, de façon à ce que les ponts hydrogènes des molécules organiques (les protéines) supportent les variations de température ou la pression des profondeurs marines. Mais les interactions avec le milieu, les associations, seront aussi plus difficiles à établir. On trouve de telles créatures dans nos fonds marins, des radiolaires aux poissons. Inversement, des liaisons chimiques faibles briseraient les ponts hydrogène au moindre choc, à toute température légèrement différente des conditions normales. Cet organisme ne serait pas stable ou sa vie éphémère. La vie n'est pas seulement déterminée par son environnement; elle est plus que jamais liée à la structure biochimique.

Malgré cette contrainte biostructurelle, nous avons constaté que cela n'a pas empêché dame Nature de laisser libre cours à son imagination. Mieux, dans le cadre cosmique de notre quête d'une forme de vie extraterrestre, nous pouvons découvrir combien la nature est féconde. Regardez autour de vous. Tout ce qui existe sur Terre est constitué de carbone. Quel biologiste extraterrestre pourrait dire de prime abord que nous appartenons au même arbre phylogénique qu'un pin de Californie ou qu'une anémone de mer ? Tout nous sépare et paradoxalement tout nous rapproche.

En conclusion, le développement de la vie sur Terre doit nous éclairer de façon critique sur les processus qui portent sur les origines de la vie. Nous ne pouvons pas considérer la vie extraterrestre en nous limitant simplement à ce que nous connaissons sur Terre. Ou si nous le faisons, nous devons tenir compte des facultés d'adaptations des organismes et du "pouvoir" de la sélection naturelle. Il y a là une diversité de stratégies étonnante quand on pense que tout cela s’est produit par hasard, ou presque.

Des cousins éloignés

Nos cousins : de gauche à droite, l'Eucalyptus regnans, une anémone de mer et un aigle pêcheur. Ces trois créatures si différentes les une des autres sont pourtant issues du même arbre phylogénique et se placent dans la même chaîne alimentaire (trophique) de l'écosystème global. Mieux, à des degrés évidemment très éloignés de notre espèce sur le plan génétique comme dans le temps, ce sont aussi nos cousins ! L'homme comme l'oiseau et la fleur ont en commun au moins 25% de leurs gènes et tous formons l'un des maillons de la chaîne du vivant, la biocénose. A une époque très reculée de l'Histoire, animaux, invertébrés, végétaux et moisissures ne formaient qu'une seule espèce. Documents UTAS, Eviau et QSL Factory.

Les contraintes thermodynamiques dans la zone continûment habitable d'un système planétaire existent bien, tout comme l'universalité des lois de la nature semblent indiquer que la chimie du carbone soit la plus propice au développement de la vie. C'est la raison pour laquelle le Nuage Noir de Fred Hoyle ne sera jamais une civilisation extraterrestre car comment construirait-elle son antenne parabolique sans appendices de préhension? A contrario, le monolithe noir d'Arthur C.Clarke est bien le produit d'une civilisation technologiquement avancée. Tous ces arguments reposent sur des lois universelles et non pas seulement sur quelques principes anthropomorphiques. Bien sûr que l'expérience de la Terre est unique. Mais il est encore plus sûr que l'expérience chimique du carbone a réussi, avec le petit coup de pouce du hasard cumulatif. C'est pourquoi nous devons être prudent et qu'en toute rigueur nous ne pouvons pas aller plus loin dans nos déductions sans spéculer. 

La faculté d'adaptation : la symbiose

Qu'il fasse chaud ou froid, sec ou humide, clair ou sombre, que ce soit en altitude ou dans les abysses, que l'eau soit douce ou acide, que la pression soit titanesque ou presque nulle, qu'il faille voler, courir, nager ou ramper peu importe; la vie a conquis tous les milieux. De gauche à droite trois espèces en voie de disparition : une chouette des neiges qui vit dans la tundra Arctique, le tigre de Sumatra et un très impressionnant Mola mola ou poisson-lune photographié au large de San Diego en Californie. Documents Smithsonian National Zoological Park et Phillip Colla.

Malgré notre compréhension toujours plus approfondie des mécanismes de la vie, en possession du catalogue des milieux extrêmes où nous savons à présent que la vie peut exister, notre connaissance de l'évolution s'évanouit lorsque nous remontons jusqu'aux prémices de la vie et nous ignorons tout du passage de la matière inerte au vivant. Le brouillard est décidément tenace. 

Sans plan détaillé de l'évolution nous ne pouvons qu'évaluer, tester la pertinence de nos lois face au monde de l'expérience et de la création. Aujourd'hui, dans l'esprit de la communauté scientifique il paraît acquis que la vie frétillante comme nous l'entendons dut apparaître avec l'apparition des sphérules progénotes, sans noyau (procaryotes). Pour survivre, elles durent s'organiser, se rendant indispensables aux mousses puis aux plantes à fleurs; transformées en chloroplastes, elles se sont chargées de la photosynthèse. Dans le phylum des vertébrés et plus tôt encore, ce sont les mitochondries et d'autres colonies microbiennes qui ont assuré la transformation de l'énergie et des macro-molécules. S'accommodant parfaitement avec leurs hôtes, elles se sont perfectionnées au fil des mutations. Au bout de quelques millions d'années d'adaptation, les mammifères sont apparus et l'homme acquis sa conscience. Sa longue marche ne faisait que commencer.

Pour plus d'informations

Sites de vulgarisation ou professionnels

A.L.I.C.E (AI Foundation)

Astrobiology (Marine Biological Laboratory)

Astrochemistry Lab (NASA)

Commission 51 (UAI)

Exobiology (SSB)

Exobiology (NASA)

Extreme Science

Jame Lovelock's homepage

LISA (CNRS)

Société Française d'Exobiologie (SFE)

Lechuguilla Cave

NASA Astrobiology Institute

NASA Astrobiology Magazine

Panspermia

Spaceref

Snottites de Cueva de Villa Luz

Bioastronomie et biologie (sur ce site)

Le polymorphisme du monde 

La vie sous toutes ses formes

La biologie

La biodiversité

Livres sur la bioastronomie

Catalogues d'images et taxonomie

Encyclopedia of Life (EOL)

Project Noah

Tree of Life web project

Catalogue of Life (ITIS)

Cepolina Photo

NOAA Photo Library

National Geographic (POD)

The Great Barrier Reef - Image Collection 

Musée National d'Histoire Naturelle (F)

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[10] Consulter GEO magazine, 175, Septembre 1993.


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