Les résultats de la recherche pourraient expliquer comment la vie est apparue sur Terre et pourraient également être appliqués à d’autres planètes et corps du système solaire ainsi qu’à des exoplanètes.
Matériaux carbonés de l’astéroïde Ryugu
Une étude détaillée d’échantillons de l’astéroïde Ryugu a fourni des preuves supplémentaires que les molécules organiques qui ont donné naissance à la vie sur notre planète ont été amenées ici par d’anciennes comètes. Ces échantillons de roches spatiales ont été renvoyés sur Terre par la mission japonaise Hayabusa2, qui a visité la roche spatiale Ryugu en forme de toupie en 2018. Hayabusa2 a passé environ 18 mois à étudier l’astéroïde et à collecter des matériaux de surface qui se sont révélés être un trésor d’informations sur notre système solaire.
Une équipe de scientifiques à l’origine de nouveaux développements dans la recherche des origines de la vie a découvert des « éclaboussures de fonte » allant de 5 à 20 micromètres de large, formées lorsque de la poussière de comète en particulier a frappé la surface de Ryugu. Et à l’intérieur de ces éclaboussures de fonte, les chercheurs ont découvert de petites matières carbonées semblables à de la matière organique primitive. Ryugu, officiellement connu sous le nom de 162173 Ryugu, est un astéroïde géocroiseur de 2 850 pieds de large (870 mètres de large) sans atmosphère protectrice. Cela signifie que sa surface est directement exposée à l’espace et peut collecter de la poussière interplanétaire, ce qui modifie la composition de la surface de l’astéroïde lors de l’impact.
Astéroïde Ryugu. En haut – Des éclaboussures de fonte provenant de la surface de Ryugu, en bas – Une tranche CT de la fonte montrant des vides. JAXA/Megumi Matsumoto et al.
Les éclaboussures de fonte étudiées par l’équipe se sont produites lorsque le matériau de la surface de l’astéroïde est entré en collision avec de la poussière de comète, les deux matériaux fondant et se mélangeant pendant l’échauffement provoqué par l’impact et finalement refroidissant. Les matières carbonées spongieuses trouvées dans les fontes de Ryugu sont chimiquement différentes de la matière organique généralement trouvée dans la matière cométaire car elles manquent d’oxygène et d’azote. Cependant, cela pourrait indiquer comment le matériau s’est formé en premier lieu.
“Cette matière organique pourrait être de petites graines de vie autrefois apportées de l’espace sur Terre”, a déclaré Megumi Matsumoto, membre de l’équipe et professeur agrégé à l’École supérieure des sciences de la vie de l’Université de Tohoku, dans un communiqué.
“Nous pensons que les matériaux carbonés se sont formés à partir de matière organique cométaire à la suite de l’évaporation de substances volatiles telles que l’azote et l’oxygène lors de l’échauffement provoqué par l’impact”, a déclaré Matsumoto. “Cela suggère que du matériel cométaire a été transporté vers la région proche de la Terre depuis le système solaire externe.”
Les tomodensitogrammes montrent du matériel carboné trouvé dans les éclaboussures de fonte de Ryugu. Megumi Matsumoto et coll.
Une autre preuve de l’origine de la matière organique réside dans les minuscules vides créés par les impacts qui ont libéré de la vapeur d’eau provenant des matériaux à la surface de Ryugu; cette eau était ensuite captée par la substance chauffée par impact. “Nos images CT 3D et nos analyses chimiques ont montré que les projections de fusion sont principalement constituées de verres silicatés avec des vides et de petites inclusions de sulfures de fer sphériques”, a ajouté Matsumoto. “La chimie des projections de fusion suggère que les silicates hydratés de Ryugu ont été mélangés à de la poussière de comète.”
Matsumoto et son équipe continuent d’examiner les échantillons de Ryugu collectés par Hayabusa2 dans l’espoir de trouver d’autres matières fondues pouvant contenir des preuves d’impacts de poussières cométaires. On espère que cela permettra de mieux comprendre le transport de la matière organique primordiale dans l’espace autour de la Terre il y a plus de 4 milliards d’années, avant l’émergence de la vie.
Les comètes ont tendance à exister sur de larges orbites autour du Soleil, ce qui signifie qu’elles passent la plupart de leur temps aux confins extérieurs et froids du système solaire. Mais à mesure qu’ils pénètrent dans le système solaire interne, le rayonnement solaire réchauffe leur matière intérieure glacée. Le matériau se transforme alors directement en gaz, un processus appelé sublimation.
Lorsque cette matière gazeuse s’échappe de la comète, elle entraîne avec elle une partie de la matière superficielle de l’objet. Cela crée non seulement les queues et les auras caractéristiques, ou «comas», des comètes, mais laisse également des traînées de poussière cométaire autour du Soleil. Lorsque la Terre suit ces traces, nous assistons à des événements météoritiques alors que des fragments de poussière brûlent dans l’atmosphère de notre planète. Cependant, cette matière cométaire a beaucoup plus de chances de se retrouver à la surface de corps sans atmosphère, comme Ryugu, où elle peut être conservée. Ainsi, l’étude de ces restes de poussière sur les échantillons de Hayabusa2 pourrait fournir des indices sur la matière du premier système solaire.
Agents chélateurs de glace interstellaire
Les astrophysiciens pensent que les premières formes de vie devaient contenir des biomolécules sous forme d’ARN et d’acides aminés. Les ions métalliques jouent un rôle clé dans la stabilisation et la copie de l’ARN. Les cellules modernes utilisent des protéines spéciales pour transporter les ions à travers les membranes, mais elles sont trop grandes et complexes et auraient difficilement pu exister à l’époque des premières protocellules. Selon les scientifiques, les ions pourraient être transportés dans des cellules anciennes à l’aide d’agents chélateurs qui apparaissaient dans la glace interstellaire de l’espace et tombaient sur Terre avec les météorites.
Les astrophysiciens de l’Université Korolev de Samara, en collaboration avec des collègues américains, ont prouvé théoriquement et expérimentalement la possibilité d’apparition de substances organiques dans l’espace, qui sont tombées sur Terre avec des météorites et ont créé des conditions propices au développement de la vie, a rapporté le service de presse de l’université de Samara.
“L’importance scientifique de nos recherches réside dans le fait que, pour la première fois au monde, des agents chélateurs organiques ont été obtenus dans des analogues de la glace interstellaire. Selon de nombreux scientifiques, les agents chélateurs étaient essentiels à l’existence et au développement des premières protocellules biologiques. Ces substances faciliter le transfert d’ions métalliques à travers la membrane cellulaire, et ainsi ils pourraient participer à la catalyse de la réplication de l’ARN, c’est-à-dire à la copie des données d’ARN et à la division des anciennes protocellules», a déclaré l’un des auteurs de l’étude, Associate Professeur du Département de physique de l’Université de Samara Ivan Antonov.
L’université a précisé que la partie théorique de l’étude avait été réalisée à l’Université de Samara et la partie expérimentale à l’Université d’Hawaï aux États-Unis. Antonov a noté que les calculs et les expériences ont montré un mécanisme plausible pour la formation de matière organique complexe à l’intérieur de la glace interstellaire dans l’espace lointain. “Cela élargit fondamentalement les connaissances sur le niveau atteignable de complexité moléculaire des molécules organiques dans l’espace”, a souligné le spécialiste.
Dans la vie de tous les jours, les gens rencontrent presque quotidiennement des agents chélateurs – ils sont utilisés dans divers détergents, lessives, shampoings, cosmétiques, ainsi que dans la restauration de découvertes archéologiques, car ils éliminent facilement la rouille.
forme chélatée d’engrais
Les lacs de soude pourraient ressembler aux «petits étangs chauds» de Darwin, là où la vie sur Terre a commencé
Une équipe de scientifiques de l’Université de Washington a fait cette découverte lorsqu’elle a découvert un «lac de soude» peu profond dans l’ouest du Canada qui semble avoir la chimie et les conditions nécessaires pour qu’une petite masse d’eau facilite la synthèse spontanée de molécules complexes qui ont conduit à l’émergence de la vie sur Terre il y a environ 4 milliards d’années.
Les lacs de soude, comme celui discuté dans cette étude, sont de petites étendues d’eau qui contiennent des niveaux élevés de carbonates dissous et de sodium, similaires aux grandes quantités de bicarbonate de soude qui y sont déversées. Cependant, dans ce cas, les niveaux élevés de sodium et de carbonate dissous sont causés par des réactions entre l’eau et les roches volcaniques.
Le lac Chance, au Canada, est un lac de soude qui pourrait représenter les «petites piscines chaudes» de Darwin, où la vie sur Terre a commencé. Kimberly Poppy Sinclair/Université de Washington
Depuis les années 1950, les chercheurs sont capables de fabriquer des molécules biologiques telles que des acides aminés et les éléments constitutifs de l’ARN à partir de molécules inorganiques, mais il existe depuis longtemps un problème avec la prochaine étape du processus. L’ARN et l’ADN, molécules clés de la vie, ainsi que les membranes des cellules vivantes ont besoin de phosphates. La concentration de phosphates requise pour former les biomolécules utilisées en laboratoire est 1 million de fois supérieure au niveau généralement trouvé dans les rivières, les lacs ou les océans. C’est ce que l’on appelle le « problème du phosphate » dans les théories sur l’origine de la vie sur Terre, et de nouvelles recherches suggèrent que les lacs de soude pourraient être une solution à ce problème.
En plus des niveaux élevés de carbonates dissous et de sodium, les lacs de soude contiennent également des niveaux élevés de phosphates. Une étude de 2019 a révélé que les concentrations de ces molécules dans ces petites masses d’eau pourraient être 1 million de fois plus élevées que dans les masses d’eau typiques. Cela signifie que les lacs de soude pourraient être un endroit idéal pour l’émergence des molécules clés de la vie.
Pour tester cela, l’Université de Washington a commencé à rechercher un tel lac de soude, en s’arrêtant au lac Last Chance, un lac boueux de 30 cm de profondeur trouvé au bout d’un chemin de terre sur le plateau de Cariboo en Colombie-Britannique, au Canada. Ce lac de soude particulier s’est avéré avoir les niveaux de phosphate les plus élevés connus dans les années 1990.
Au fond du lac Last Chance se trouve de la roche basaltique volcanique. Ce lac est situé dans un climat sec et venteux qui maintient les niveaux d’eau bas et les composés dissous concentrés en raison de l’évaporation rapide de l’eau entrante. Les scientifiques à l’origine de cette nouvelle étude ont visité le lac à trois reprises entre 2021 et 2022, en été comme en hiver.
En étudiant des échantillons d’eau, de sédiments lacustres et de croûte de sel trouvés dans le lac Last Chance, l’équipe a découvert que le calcium se combinait avec du carbonate et du magnésium en abondance pour former de la dolomite. Ceci est différent de la situation dans d’autres lacs, où le phosphate se lie généralement au calcium pour former du phosphate de calcium, qui forme, par exemple, l’émail de nos dents et est insoluble, réduisant ainsi les niveaux de phosphate.
Une croûte de sel récupérée du lac Last Chance, avec des algues vertes et des sédiments noirs à la base. David Catling/Université de Washington
En raison du calcium emprisonné dans la dolomite du lac Last Chance, il reste beaucoup de phosphate libre; Si ces conditions avaient été trouvées dans les bassins hydrographiques il y a environ 4 milliards d’années, cela aurait permis aux ingrédients clés responsables de l’émergence de la chimie de la vie d’exister dans les concentrations élevées requises. «Vous avez ce désert de sel apparemment sec, mais il a des coins et recoins. Et entre le sel et les sédiments, il y a de petites poches d’eau avec des niveaux très élevés de phosphate dissous», a déclaré Sebastian Haas, membre de l’équipe et chercheur postdoctoral à l’Université de Washington.
“Nous voulions comprendre pourquoi et quand cela aurait pu se produire sur l’ancienne Terre, comment elle aurait pu devenir le berceau de la vie.” L’équipe a montré que les lacs de soude comme Last Chance sont les endroits les plus probables où la vie sur Terre aurait pu naître. En outre, ils s’attendent à ce que les mêmes conditions soient possibles pour d’autres corps du système solaire et sur toutes les planètes extérieures au système solaire, y compris les exoplanètes.
“Nous étudiions un environnement naturel qui devrait être commun à l’ensemble du système solaire”, a déclaré Haas. «Les surfaces planétaires sont dominées par des roches volcaniques, donc la même chimie de l’eau aurait pu se produire non seulement au début de la Terre, mais aussi au début de Mars et du début de Vénus si de l’eau liquide avait été présente. Ces nouvelles découvertes aideront à éclairer les chercheurs sur les origines de la vie qui reproduisent ces réactions en laboratoire ou recherchent des environnements potentiellement habitables sur d’autres planètes», a conclu Catling.
Les résultats pourraient aider à résoudre un problème de longue date consistant à expliquer l’origine de la vie sur Terre, et pourraient également être appliqués à d’autres planètes du système solaire, telles que Mars et Vénus. “Je pense que ces lacs de soude apportent la réponse au problème du phosphate”, a déclaré David Catling, auteur principal de l’étude et professeur de sciences de la Terre et de l’espace à l’Université de Washington, dans un communiqué. “Notre réponse est encourageante: cet environnement doit être apparu au début de la Terre et peut-être sur d’autres planètes, car il s’agit simplement du résultat naturel de la façon dont les surfaces planétaires sont créées et du fonctionnement de la chimie de l’eau.”
