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La contamination extraterrestre

L'exobiologie (I)

L'exobiologie est la science qui s'intéresse à la vie dans l'univers. Son objet consiste à découvrir dans l'espace des molécules prébiotiques et des sites où s'organiserait une chimie extraterrestre.

Si certaines annonces hardies font penser que certaines terres du ciel seraient propices au développement de la vie, à l'heure actuelle seule la Terre est dépositaire de cette source vitale germe de l'Humanité.

Avant d'étudier les formes de vie présentes sur Terre, en attendant de lui trouver un modèle prébiotique valable et sans évidence qu'une telle chimie se soit développée sur Terre depuis le stade abiotique, demandons-nous quelle est la chance de trouver des traces de vie ailleurs dans le système solaire ? Grâce à l'exploration spatiale, principalement grâce aux sondes Voyager, Viking, Giotto, Mars Exploration Rover et Cassini-Huygens, nous avons découvert de nombreux sites prébiotiques qui sont encore le siège d'une activité biochimique.

Bien entendu cette activité bien que spontanée et émise par des entités autonomes, n'est pas provoquée par des organismes vivants. Ces composants sont dans une phase intermédiaire entre l'inerte et le vivant. Plus tout à fait inerte car ils incorporent de la matière organique mais pas encore vivant car certains mettent en jeu des substances minérales; plus tout à fait inerte car cette matière est capable de s'auto-organiser mais pas encore vivante car elle ne se multiplie pas par sélection naturelle et s'adapte difficilement; enfin plus tout à fait inerte car ces réactions se déroulent loin de l’état d'équilibre thermodynamique mais pas encore vivantes dans le sens où il n'y a pas de métabolisme au sens vital.

Nous sommes encore loin de découvrir des petits hommes verts ou même des lucioles ou des bactéries ailleurs que sur Terre. Mais si un jour nous découvrons ne fut-ce qu'un seul astre abritant un seul organisme primitif nous pourrons sans trop nous tromper faire l'hypothèse que la vie a conquis l'univers.

Mais avant de nous prononcer faisons un échantillonnage dans le système solaire.

La Lune sans atmosphère

Parmi les centaines de kilos d'échantillons lunaires ramenés par les équipages des missions Apollo, on a découvert 200 matériaux organiques dont des hydrocarbures, du monoxyde de carbone, mais pas d'acides aminés ou de sucres. Il semble n'exister aucune molécule qui puisse être utile à la chimique prébiotique. Les échantillons sont des roches de surface; l'exposition à la lumière ultraviolette et le bombardement micrométéoritique ont détruit les chaînes carbonées.

Ceci dit quelques bactéries peuvent survivre aux rigueurs de l'espace. Dans ces conditions, il n'est pas étonnant que malgré tous nos efforts pour stériliser le matériel déposé sur la Lune notamment, certains microbes parviennent à y survivre plusieurs années. Nous y reviendrons quand nous aborderons la question de la vie sur Mars.

Concernant l'activité lunaire, certains sites, tel le cratère Aristarchus ou Alphonsus sont sujets à des luminescences provoquées par des dégagements occasionnels de carbone (C2). Une centaine de sites sont ainsi étudiés dans le cadre du programme sur les Phénomènes Lunaires Transitoires (LTP) de la NASA. Ces dégazages seraient en relation avec le lever du Soleil sur leurs remparts. Nous y reviendrons en détails.

Les météorites carbonées

L'analyse des grandes météorites de la catégorie des chondrites carbonées - des météorites pierreuses du type C ayant des inclusions de carbone et d'eau cristallisées - tombées à Murchison en Australie, à Murray aux Etats-Unis, à Allende au Mexique et à Orgueil[1] en France révélèrent jusqu'à 6% de matière organique. Elles contenaient des hydrocarbures et des acides aminés protéiniques et non protéiniques non contaminés, c'est-à-dire tant lévogyres que dextrogyres. Au total, sur 55 acides aminés différents, 8 se retrouvaient dans les chaînes prébiotiques. Il y a donc une évidence, il existe de l'acide aminé extraterrestre.

A consulter : Histoires d'impacts

Inclusions (chondres) dans les météorites de Murchison (CM2) et d'Allende (C3). Documents New England Meteoritical Services.

Quand le ciel nous tombe sur la tête

L'exploration Antarctique par les Japonais a également eu sa part de gloire avec la découverte par Keizo Yanai de météorites restées inviolées de toute contamination terrestre. Ces roches que l'on a récoltées par milliers sur le sol Antarctique proviennent de la ceinture des astéroïdes, quelques unes vraisemblablement de Mars[2], et leur analyse apporte suffisamment de preuves sur l'évolution prébiotique, confirmant que la formation des molécules organiques a pu se produire quelque part à l'extérieur de la Terre. La collecte continue, des profondeurs de l'océan Pacifique jusque dans la stratosphère, à 20 km d'altitude. La station spatiale soviétique Mir retrouva même cette poussière interplanétaire autour de l'orbite terrestre. Ces "germes" que l'on retrouve un peu partout relancent l'idée de la panspermie d'Arrhénius et formulée par Ponnamperuma.

Les astronomes gardent l'espoir de percer les mystères de cette chimie extraterrestre. Ce ne sont probablement pas les grandes météorites qui contaminèrent la Terre, mais au contraire les micrométéorites d'une dimension de l'ordre du dixième de millimètre, pesant entre 100 et 1000 mg. Quand on évalue la quantité de matière qu'elles représentent au mètre carré, nous trouvons un apport 500 fois plus important qu'avec les grandes météorites. Selon Anders, Sagan et leurs collègues[3], 1014 tonnes de matière organique a ainsi pu recouvrir la Terre en 100 millions d’années, l’équivalent de 20 g /cm2. Ces micrométéorites contiennent 150 fois plus de carbone que les organismes vivants.

A gauche, une météorite martienne récoltée en Antarctique. Celle-ci pèse 8 kg. Document NASA/JSC. A droite, le Dr Keizo Yanai observant une coupe microscopique en lumière polarisée.

Une équipe de chercheurs découvrit également dans les lacs peu profonds du Groenland que la petite taille des micrométéorites leur permettait d'éviter l'échauffement pendant la rentrée dans l'atmosphère, leur offrant la possibilité d'ensemencer la Terre de métaux et d'acides aminés, certains allant jusqu'à parler de contamination par des virus mais ici il s'agit de spéculation sans fondement.

Un passé liquide sur Mars

Par sa proximité de la Terre, le fait qu’elle présente des calottes polaires, des changements saisonniers et un cycle de 24 heures, Mars a toujours suscité l'intérêt des exobiologistes. Pour des générations de scientifiques, d’écrivains et de curieux, Mars rassemblaient toutes les conditions pour abriter une vie extraterrestre.

Mais lorsque les sondes spatiales Viking 1 et 2 atterrirent sur la planète Rouge en 1976 équipées de leur laboratoire de biochimie portatif, les quelques pelletées du sol martien n'ont pas permis de détecter une forme d'activité biologique. Durant les expériences biologiques, il y avait bien eu des échanges gazeux (expérience GEX), la matière organique avait été oxydée et le gaz carbonique fut dissout dans le sol mais les chercheurs n’ont pas directement fait de corrélation entre ces résultats et la vie.

Honneur aux pionniers. A gauche, le bras manipulateur de la sonde Viking 1 Lander après avoir récolté quelques échantillons du sol sur le site de Chryse Planitia en 1976 par 22°N et 50°O, horizon ESE. A droite, la sonde Viking 2 Lander sur le site d'Utopia Planitia le 26 septembre 1976 regardant l'horizon SSO. Les couleurs de l'image ont été rectifiées. Outre les mires de calibrage couleur on reconnaît l'antenne bande S, le générateur radiothermique RTG et une partie de la caméra. L'image couvre un angle de 70° en azimut. Documents NASA/NSSDC etNASA/JPL corrigés par l'auteur.

En effet, les supposés processus métaboliques microbiens que l’on a détecté se produisaient dans une grande variétés de conditions : humides et sèches, claires ou sombres, chaudes et froides, nourricière et stérile. L'expérience par pyrolyse (PR) par exemple devait vérifier si le phénomène de photosynthèse se produisait dans les échantillons. Les résultats montrèrent bien qu’une certaine quantité de carbone atmosphérique avait été fixée dans l’échantillon, mais même stérilisé, l’échantillon produisait la même assimilation.

Il en était de même pour l’expérience GEX d'échanges gazeux qui reposait sur le principe que la matière vivante devait échanger des gaz avec l’atmosphère, trahissant la présence de matière nutritive dans le sol. Les échantillons furent posés dans une enceinte en présence de vapeur d’eau, puis on ajouta un milieu nutritif composé d’hélium, de krypton et de gaz carbonique. Le prélèvement une fois humidifié dégageait rapidement de l’oxygène pendant quelques temps, puis la réaction s’arrêta, à l’instar d’une activité métabolique. Mais même la stérilisation des prélèvements n’empêchait pas la production d’oxygène lors d’une nouvelle humidification.

Enfin, l’expérience par marquage radioactif (LR) devait préciser si les échantillons assimilaient ou non les molécules organiques comme le font les micro-organismes. Une soupe nourricière devait être absorbée par l’échantillon qui devait rejeter du gaz carbonique. A peine la solution était-elle injectée que l’échantillon devenait radioactif. L’expérience fut répétée plusieurs fois avec les mêmes résultats, ce qui faisait penser qu’il existait une culture microbienne dans le sol martien.

Les résultats des expériences biologiques de Viking. A gauche, le laboratoire de biologie utilisé par les Viking Lander. Il contient 40000 composants. A droite, le résultat de l'expérience par marquage radioactif (Labeled release). Même stérilisé l'échantillon de sol continue à émettre de la radioactivité. Documents TRW Space & Electronics/Spacecom et Biospherics.

Malheureusement les trois expériences se sont contredites du point de vue biologique, bien que certaines conclusions laissaient planer un certain doute. Pour les microbiologistes il est très peu probable que les microbes martiens aient été capables de s’adapter à toutes ces conditions. Une autre raison de ne pas y croire est qu’une autre expérience visant à rechercher des molécules organiques dans le sol martien a toujours donné des résultats négatifs, alors que l’on sait que la sensibilité des instruments leur permettait de détecter une partie par milliard.

Cela dit, sous le seuil de détection des appareils de mesure, des milliers de bactéries peuvent exister. Les chercheurs s’attendaient à ce que la vie martienne épouse la vie terrestre et soit fondée sur la chimie du carbone. Sans aucune preuve de cet ordre, les exobiologistes ont perdu leur optimisme mais ils ne désespèrent pas. Tous attendent avec impatience les résultats des successeurs des Viking qui poursuivent actuellement leur mission sur la surface de Mars et des prochains robots qui se poseront sur la planète Rouge dans les années qui viennent.

Mais comme l’a suggéré Fred Hoyle[4], les échantillons prélevés par les deux sondes Viking devraient conduire à une conclusion négative : “L’approche la plus aisée des conditions martiennes peut se faire sur notre Terre dans les vallées sèches de l’Antarctique, vallées sans glace dont le sol est connu pour abriter la vie. La procédure logique, lors de la préparation de la mission Viking, eût été de tester les deux expériences de détection de la vie au moyen d’échantillons du sol de l’Antarctique. Les deux expériences auraient donné des résultats tangibles. Cette vérification ne fut réalisée qu’après que la mission ait eu lieu. Le bilan, à l’évidence, est que la vie est bel et bien présente sur Mars. Cette conclusion est soutenue par les tests qui ont été effectués dans les laboratoires de biologie pour reproduire l’information positive de l’expérience par marquage (LR) avec des moyens artificiels qui employaient des échantillons de sol stérile contenant des matériaux biologiquement inertes tels que le peroxyde d’hydrogène. Ces essais n’ont pas réussi à donner des indications de vie. Pour l’heure, la seule façon de reproduire le résultat du LR est de procéder dans des conditions propices à la vie”.

A gauche, des ravines (gullies) formées par un liquide sur les remparts du cratère Newton dans Sirenum Terra par 39°S et 166.1°O. A droite, des îlots de sédiments dans la région d'Ares Vallis par 22°N et 50°O non loin du site d'atterrissage de Mars Pathfinder. Ils suggèrent fortement qu'un fluide pouvant être de l'eau a coulé en abondance dans le passé. Documents MGS et NASA/JPL/MGS/NSSDC.

Cela étant, la surface de Mars révéla aux sondes Orbiter des détails stupéfiants : l'eau liquide a probablement coulé en abondance durant le premier milliard d'année et peut-être par la suite de manière sporadique. On retrouve dans la Valles Marineris notamment des traces d'écoulements qui ont creusé des chenaux semblables à nos réseaux fluviaux et déposé des alluvions.

Certains planétologues pensent également que Mars disposait dans le passé d'une atmosphère dense et chaude[5]. Mais le Dr Jonathan Lunine et des scientifiques de l'Université de Washington ne sont pas de cet avis, jugeant au vu des résultats des dernières missions que Mars aurait plutôt connu un passé froid et sec même si sa surface fut vraisemblablement recouverte d'eau avant de la perdre par évaporation.

Il y a de la vie sur Mars

Quand nous évoquons la question de trouver des traces de vie extraterrestre sur Mars, on ne peut l'isoler du problème de la contamination du milieu par des bactéries d'origine terrestre. Aujourd'hui nous savons que les Martiens existent : ils s'appellent Bacillus lichenformis, Bacillus cerus et Lactobacillus brevis. Ce sont des bactéries déposées par... les robots d'exploration sur la planète Rouge depuis 1971 !

Or ces organismes peuvent survivre dans l'environnement martien; privés d'eau liquide, ils résistent au froid, au rayonnement UV et aux effets des particules chargées émises par le Soleil. Ces bacilles sont capables de se fabriquer une spore, une enveloppe ultra-résistante pour résister à ces agressions. Protégés par ce bouclier, ces organismes peuvent survivre ainsi des centaines, des milliers voire des millions d'années dans un milieu extrême pour revenir à la vie lorsque l'environnement se fait plus clément.

Ceci peut un jour constituer un problème sur le plan scientifique car comment discerner l'éventuel organisme martien de son homologue terrestre ? Il suffirait que l'un de ces organismes importés atteigne une poche d'eau liquide pour qu'il prolifère et contamine toute une région !

Actuellement le problème ne se pose pas encore, du moins le pense-t-on dans les laboratoires d'exobiologie du CNES et du centre Ames de la NASA où les normes de stérilisation ont été durcies ces dernières années. Aujourd'hui, un robot conçu pour détecter des traces de vie ne doit pas comporter plus de 30 spores/m2, la tolérance est de 300 spores/m2 pour un robot mobile et de 300000 spores/m2 pour un robot statique (ce qui reste malgré tout 1 million de fois plus propre que la peau de l'homme).

Prochain chapitre

La météorite ALH84001

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[1] La météorite d'Orgueil fera aussi l'objet de canulars. Un mystificateur incorpora des graines de céréales dans un morceau du météorite pour confirmer l'existence d'une vie extraterrestre aux yeux des scientifiques. Mais l'échantillon ne sera analysé qu'un siècle plus tard et la supercherie fut de suite démasquée.

[2] Les géologues ont récolté en Antarctique 12 météorites caractéristiques de la surface de Mars. Ces roches remontent à 4.5 milliards d’années et contiennent des hydrocarbures polycycliques.

[3] E.Anders, Nature, 342, 1989, p255 - C.Sagan et al., Science, 249, 1990, p366.

[4] F.Hoyle, “The Intelligent Universe”, Holt Reinhart Winston, NY, 1984, p103.

[5] S.Nedell, Icarus, 70, 1987, p409 - J.Pollack, Icarus, 71, 1987, p203 - M.Walter et D.Des Marais, Icarus, 101, 1993, p129 - Lire également le compte rendu de l'exploration de Mars par les sondes spatiales Viking dans R.Gore/NASA, National Geographic, 151, jan.1977, p3.


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