L`exobiologie : sur les traces de la Vie

EXOBIOLOGIE
Sur les traces de la Vie ...
Martine Adrian-Scotto
© Nasa
I. Quelques généralités
•Terme Exobiologie :
Image credit: National Library of Medicine
inventé dans les années 1960 par Joshua Lederberg
généticien, microbiologiste américain (1925-2008)
pionnier de la biologie moléculaire
Prix Nobel de médecine 1958
I. Quelques généralités
•Terme Exobiologie :
Image credit: National Library of Medicine
inventé dans les années 1960 par Joshua Lederberg
=>
l'étude de l'origine de la vie sur Terre,
de son évolution et de la distribution de la vie
dans l'Univers
⇒ Domaine de recherche pluridisciplinaire
par excellence :
Biologie, Astrophysique, Astronomie, Biophysique,
Chimie, Géologie, Histoire des Sciences ...
I. Quelques généralités
•Terme Exobiologie :
Image credit: National Library of Medicine
inventé dans les années 1960 par Joshua Lederberg
=>
l'étude de l'origine de la vie terrestre,
de son évolution et de la distribution de la vie
dans l'Univers
⇒ Domaine de recherche pluridisciplinaire
par excellence
⇒ autres termes : astrobiologie, bioastronomie,
cosmobiologie…
• Concept de l'existence d'une vie
extraterrestre : extrêmement vieux !
=> déjà enseigné en Grèce antique…
=> Intérêt pour la question de l'existence d'une vie
extraterrestre
=> jamais démenti !
Introspection sur nos origines, notre devenir
et notre place dans l'Univers :
=> plus que jamais d’actualité …
II. La vie terrestre
La vie sur Terre : apparue très rapidement
aussitôt après la fin du refroidissement de la
planète
Stromatolithes
=>empilements fossiles
de cyanobactéries
© Kevin Lepot
=> traces fossiles dans des roches vieilles de 3,5 Ga
II. La vie terrestre
La vie sur Terre : apparue très rapidement
aussitôt après la fin du refroidissement de la
planète
Stromatolithes
=>empilements fossiles
de cyanobactéries
©Burkhard Plache
=> traces fossiles dans des roches vieilles de 3,5 Ga
II. La vie terrestre
La vie sur Terre : apparue très rapidement
aussitôt après la fin du refroidissement de la
planète
=> le bombardement de
météorites était encore
intense !
=> traces fossiles dans des roches vieilles de 3,5 Ga
Ce qui caractérise la vie sur
Terre :
⇒ Auto-reproduction
et évolution
(crédit A. Brack)
Emergence de la vie sur Terre <=> élaboration
spontanée d’un automate chimique à partir de
pièces détachées !
Ce qui caractérise la vie sur
Terre :
⇒Auto-reproduction
et évolution
+ eau liquide
et chimie organique
(crédit A. Brack)
⇒
⇒
⇒
⇒
Carbone : C
Hydrogène : H
Oxygène : O
Azote : N
Comment résoudre l’énigme du
passage à la vie ?
• H2O : Terre couverte d’eau peu après sa formation,
il y a + de 4 milliards d’années
=> 1ères traces d'eau à 4,4 milliards d'années
=> océans chauds, qq îles volcaniques,
eau peu profonde
Comment résoudre l’énigme du
passage à la vie ?
• H2O : Terre couverte d’eau peu après sa formation,
il y a + de 4 milliards d’années
• A quoi ressemblaient les premiers habitants ?
Hypothèse : Base = Mode de fonctionnement cellulaire
commun à tous les systèmes vivants actuels
=> La vie terrestre a pu apparaître sous la
forme d'une « mini cellule » rudimentaire
Comment résoudre l’énigme du
passage à la vie ?
• H2O : La Terre était couverte d’eau peu après sa
formation, il y a + de 4 milliards d’années
• A quoi ressemblaient les premiers habitants ?
• Ce que l’on connaît :
– molécules de l’information (ADN, ARN)
– molécules catalytiques (enzymes protéiques)
– molécules de compartimentation (membranaires)
– molécules organiques (C H O N), réduites
(les C du squelette sont liés avec des H plutôt que des O)
• Analogie avec le monde vivant contemporain :
=> la vie primitive utilisait déjà des
molécules organiques
• Formes de carbone les + simples conduisant aux
molécules organiques :
- CO2 , CO (formes oxydées)
- CH4 (forme réduite)
• Filières possibles il y a 4 milliards d’années ?
Les filières terrestres
• La Vie est-elle apparue
dans l'atmosphère primitive ?
Les filières terrestres
1924 : biochimiste russe Alexandre Oparin
=> émet l’idée de composés chimiques fabriqués
dans l’atmosphère terrestre
=> l’atmosphère primitive était dominée par le
méthane CH4
© Esther M. Zimmer
Lederberg
1929 : hypothèse de l’anglais John Haldane
=> les molécules organiques se sont formées
à partir du dioxyde de carbone CO2
© Hulton-Deutsch Collection/CORBIS
1953 : Expérience de Stanley Miller
* le chercheur de Chicago
remplit un ballon d’un mélange
gazeux
Image: Dept. of Chemistry and Biochemistry, UCSD
1953 : Expérience de Stanley Miller
* le chercheur de Chicago
remplit un ballon d’un mélange
gazeux de méthane (CH4),
d’ammoniac (NH3),
d’hydrogène (H2)
et d'eau (H2O) (l'eau est
chauffée par une résistance
=> enrichissement de
l'atmosphère en vapeur d'eau)
* Il soumet ce mélange à l’action
d’un arc électrique simulant
les orages de la Terre primitive
Stanley Miller (1930-2007) :
Après une semaine de fonctionnement, différents
composés organiques précipitent au fond du ballon ...
=> Le résultat conforte l’hypothèse d’Oparin !
Composés formés :
• acide cyanhydrique HCN
et formaldéhyde
=>véritables passages obligés conduisant aux
molécules biologiques
• plusieurs acides aminés, éléments constitutifs
des protéines, dont la glycine, le plus simple des
acides aminés
Les acides aminés : briques de la vie
L-Alanine
L-Arginine
L-Asparagine
Acide L-Glutamique L-Glutamine
L-Leucine
L-Sérine
L-Lysine
L-Thréonine
L-Glycine
L-Méthionine
L-Tryptophane
Acide L-Aspartique
L-Cystéïne
L-Histidine
L-Isoleucine
L-Phénylalanine
L-Proline
L-Thyrosine
L-Valine
• L’atmosphère primitive était essentiellement
neutre, formée majoritairement de :
=> CO2 , H2 , H2O, et H2S d’origine volcanique
ou micrométéoritique,
=> d’autres gaz en quantités mineures tels que :
CH4 , CO, et N2
• Pb : Si on refait l’expérience de Miller en passant
progressivement du méthane au dioxyde de carbone
=> la formation d’acides aminés
devient de + en + difficile !
Si : atmosphère primitive dominée par le CO2
=> pas la source exclusive de matière organique
nécessaire à l’émergence de la vie terrestre !
=> recherche d’autres filières pour la
production des pièces d’automates chimiques …
Filière océanique
• Sources
hydrothermales
sous-marines :
=> fumeurs noirs
(sels de Fer et
de Manganese)
=> le long des
dorsales océaniques
Ifremer/Pico
Filière océanique
• Sources
hydrothermales sousmarines :
=> environnement
favorable aux synthèses
prébiotiques
Ifremer/Pico
Filière océanique
Sources hydrothermales sous-marines :
=> un milieu exceptionnel qui a peu évolué
depuis 4 milliards d’années
Présence des éléments indispensables à la fabrication des
pièces d’automates chimiques
+ énergie fournie par le magma
+ couche d’eau océanique
qui amortit le bombardement météoritique et protège des UV
Filière océanique
© K.O. Stetter & Reinhard Rachel
Pyrolobus
Aquifex aeolicus
Thermotoga maritime
=> se développent à des températures de 85 et 96°C
Record absolu à ce jour pour les bactéries
hyperthermophiles qui vivent à des températures > 80°C
au voisinage des sources hydrothermales : 113°C
• 350°C : température trop élevée pour permettre la survie
des automates, voire des pièces d’automates!
Filière océanique
Analyses génétiques
=> bactéries hyperthermophiles proviennent de bactéries vivant
à des températures « + agréables » : < 80°C
=> adaptation aux températures extrêmes relativement récente
Sources hydrothermales = berceau des automates
chimiques …
=> PEU
PROBABLE !
• Fumeurs noirs : très acides
=> milieu qui ne permet pas de stabiliser les acides
aminés, et donc de former des molécules organiques
Filière spatiale : les météorites
• Météorite carbonée de Murchison
(Australie, 1969)
• Chondrite carbonée d'Orgueil
(France, 1864) :
=> de même nature que la matière
primitive ayant formé le système
solaire
© Muséum National d'Histoire Naturelle (France)
Filière spatiale : les météorites
• météorites carbonées :
renferment des composés
organiques (hydrocarbures
aliphatiques et aromatiques)
+ hydrocarbures aromatiques
polycycliques, kérogènes,
fullerènes
• Composés + proches des
composés biologiques :
acides carboxyliques, acides
aminés, bases nucléiques,
amines, amides, alcools, etc…
© Muséum National d'Histoire Naturelle (France)
• Météorite carbonée de Murchison (Australie, 1969) :
=> + de 14000 molécules organiques différentes détectées
– + de 70 acides aminés différents,
dont 8 acides aminés protéiques
(55% de formes gauches et 45% de formes droites pour certains)
forme droite
et forme gauche
comme nos deux mains
alanine
• Images l’une de l’autre dans
un miroir, et pas
superposables !
Chiralité => acides aminés
gauches (L) et droits (D)
Formes L et D =>
mêmes propriétés physiques et chimiques
SAUF pour le pouvoir rotatoire
• Les systèmes vivants n’utilisent qu’une seule des 2 formes
possibles pour chaque famille de constituants biologiques :
=> les protéines n’utilisent que la
forme gauche des acides aminés (L)
=> les acides nucléiques n’utilisent que la
forme droite des sucres (D)
Formes L et D =>
mêmes propriétés physiques et chimiques
SAUF pour le pouvoir rotatoire
• Les systèmes vivants n’utilisent qu’une seule des 2 formes
possibles pour chaque famille de constituants biologiques :
=>
HOMOCHIRALITE
Vie qui utiliserait indifféremment et simultanément les
deux formes, gauches et droites, des molécules
biologiques :
=> semble peu probable !
• Découverte par les astronomes d’un
rayonnement IR fortement
polarisé dans un nuage moléculaire
de la nébuleuse d’Orion
=> pourrait expliquer l’origine
extraterrestre de l'excès de formes
gauches …
Copyright: Reinhold Wittich
=>
?
Acide aminé créé en laboratoire : constitué de
- 50 % de molécules orientées à gauche
- 50 % de molécules orientées à droite
On le soumet à une lumière polarisée circulairement
gauche :
=> dégradation progressive et irréversible des molécules
de configuration droite
=> les molécules gauches deviennent surnuméraires !
L'inverse est également vrai :
dans le cas d’une lumière polarisée circulairement droite,
c’est l’énantiomère droit qui est "favorisé"
• quantité de grains interplanétaires arrivant actuellement
chaque jour à la surface de la Terre : de 50 à 100 tonnes
=> ≈ 99% de cette masse <= micrométéorites
(diamètre compris entre 50 et 500 µm) :
=> apparentées aux météorites les plus primitives
• flux total de carbone organique apporté à la Terre
=> 100 t / an
• pendant la phase active du bombardement terrestre,
entre 4,1 et 3,8 milliards d’années :
=> flux micrométéoritique 1000 fois + intense
qu’aujourd’hui !
• Au contact de l’eau liquide, les grains ont pu fonctionner
comme des microréacteurs chimiques
Micrometeorites collected at Cap–Prudhomme, Antarctica
Filière spatiale : les comètes
=> L’apport de molécules organiques
extraterrestres reste de loin le + important !
© NASA/GSFC
Sondes Véga 1 et 2, Giotto, Suisei et Sakigake (1986):
=> survolent la comète de Halley
=> riche en matériaux organiques,
taux moyen en poids de C présent
dans les grains cométaires ≈14%
© MPAe
Filière spatiale : les comètes
Molécules identifiées :
acide cyanhydrique HCN,
formaldéhyde H2CO
D'autres molécules d’intérêt prébiotique ont été observées +
récemment dans les comètes Hyakutake (1996), Hale-Bopp
(1997), Borrely (2001),
© D. Schechter
Filière spatiale : les comètes
Molécules identifiées :
acide cyanhydrique HCN,
formaldéhyde H2CO
D'autres molécules d’intérêt prébiotique ont été observées +
récemment dans les comètes Hyakutake (1996), Hale-Bopp
(1997) , Borrely (2001),
et Tempel 1
Wild 2 (mission Stardust, 2004)
(mission Deep Impact, 2005)
Août 2009 : scoop !!
=> il y a de la Glycine
extra-terrestre dans
les échantillons
ramenés en 2006 par
StarDust !
Filière spatiale : les comètes
Mission Rosetta (mission ESA) => RV en 2014 avec la
comète Churyumov Gerasimenko
Credit : European Space Agency
Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko over the city of Paris
Filière spatiale : les comètes
Mission Rosetta (mission ESA) => RV en 2014 avec la
comète Churyumov Gerasimenko
Novembre 2014
=> La sonde
européenne s'est
placée en orbite
autour de la comète
et y fait atterrir un
petit module,
Philae, afin d'en
étudier le sol
Copyright Spacecraft: ESA–J. Huart, 2014; Comet image: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team
MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA
Filière spatiale : les comètes
Mission Rosetta (mission ESA) => RV en 2014 avec la
comète Churyumov Gerasimenko
Novembre 2014
=> La sonde
européenne s'est
placée en orbite
autour de la comète
et y fait atterrir un
petit module,
Philae, afin d'en
étudier le sol
Copyright ESA/ATG medialab
COSAC Experiment onboard ROSETTA - In Search of Life’s
molecular Origins
Analyses of surface and sub-surface samples in order to
study extraterrestrial photochemical-induced enantiomeric
excesses
in situ separation of chiral molecules by enantioselctive
Gas Chromatography combined with a TOF-MS
Fig. 26: COSAC – Cometary Sampling and Composition
Experiment, will search for extraterrestrial photochemicalinduced e.e.
OSIRIS spots Philae drifting across the comet
Credit: ESA/Rosetta/MPS for
OSIRIS Team
MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/U
PM/DASP/IDA
Filière spatiale : les comètes
Les comètes sont issues de la matière primitive à
l'origine du soleil et des planètes
Leur observation doit permettre de réaliser une
« étude archéologique » de notre système
solaire en remontant de 4,5 milliards d'années
dans le passé
=> Une étude d'autant + intéressante que les
comètes ont peut-être influé sur l'évolution de
notre planète en y apportant de l'eau et des
matières organiques …
Credit & Copyright: John Gleason
D’où viennent les molécules
organiques extraterrestres ?
Contrairement aux idées des années 1960 :
Milieu Interstellaire (M.I.S.)
=> très grande variété de molécules (+ de 170)
parmi lesquelles de nombreuses molécules
organiques (basées sur C), par ex :
- l’acide cyanhydrique HCN,
- l’ammoniac NH3
- le formaldéhyde H2CO …
molécules précurseurs des acides aminés
• Détectées et identifiées en phase gazeuse par la
spectroscopie (radio, microonde, infrarouge ...)
Majorité des molécules organiques observées dans le MIS
=> se forme à la surface de grains de poussière
qui ont un rôle de catalyseur
grain de silicate
(origine : enveloppes d'étoiles en
fin de vie)
Surface => glace d'eau amorphe
et poreuse + molécules :
=> condensation et réactions
Adsorption et désorption
• La poudre météoritique protège efficacement les
acides aminés à partir d'une épaisseur de 5 µm
© US Army cold regions research and engineering laboratory
=> toute micrométéorite de rayon > à 5 µm
est un transporteur potentiel de ces acides
dans l'espace
Où en est-on aujourd'hui ?
• mini-membranes et mini-protéines reconstituées en
laboratoire
• Démontré : c’est l’eau qui permet la structuration en
feuillets de par ses propriétés physiques spécifiques
• Argiles : catalysent efficacement la formation des chaînes
de nucléotides à partir des nucléotides
• Grande majorité des travaux de reconstitution d’acides
nucléiques prébiotiques : porte sur les ARN
(considérés comme étant + anciens,+ primitifs, que les ADN)
A ce jour, la formation prébiotique d’ARN
demeure encore inexpliquée, mais …
14 Mai 2009 : publication dans Nature des résultats de
John Sutherland et son groupe de Manchester
=> la formation de ribonucléotides activés (briques de
base de l’ARN) est possible à partir d’espèces chimiques
très simples probablement présentes dans un monde
prébiotique
14 Mai 2009 : publication dans Nature des résultats de
John Sutherland et son groupe de Manchester
=> la formation de ribonucléotides activés (briques de
base de l’ARN) est possible à partir d’espèces chimiques
très simples probablement présentes dans un monde
prébiotique
Idée : au lieu d’essayer de coupler sucre et base
(ce que les chimistes n’ont pas réussi à faire en 50 ans
d’efforts)
=> partir des précurseurs des sucres et des bases
+ irradiation avec des UV
=> pour dégrader les sous-produits indésirables
Emergence du monde de l’ARN : préparée par des
systèmes autocatalytiques simples, selon le schéma :
CHONS ⇒ catalyseurs ⇒
+ H2 O
Monde
ARN
Virus?
⇒
Cellules
(ARN,
Protéines et
membranes)
• Le premier automate …
=> microorganismes fossiles les + anciens :
trouvés dans les sédiments de Barberton en Afrique du
Sud et du Pilbara en Australie (3,2 à 3,5 Ga)
=> structures filamenteuses longues de 10 à qq centaines
de µm de long,
=> bâtonnets de qq µm de long
=> structures sphériques et ovoïdes d’~ 1 µm de diamètre
Traces de vie bactérienne …
http://www.lave.be/main/expeditions/Erta_2006/
Sur la Terre : les traces de vie primitive ont été
effacées par la tectonique, l’écoulement de l’eau,
les rayons UV
et ... par la vie elle-même !
juillet 2010 : découverte extraordinaire !
=> Abderrazak El-Albani, géologue au laboratoire HydrASA
(UMR 6269 CNRS/Université de Poitiers)
=> + de 250 fossiles en parfait état de conservation,
=> de 7 mm à ≈ 12 cm
juillet 2010 : découverte extraordinaire !
=> Abderrazak El-Albani, géologue au laboratoire HydrASA
(UMR 6269 CNRS/Université de Poitiers)
=> + de 250 fossiles en parfait état de conservation,
=> de 7 mm à ≈ 12 cm
L'endroit => carrière située près de Franceville (Gabon)
juillet 2010 : découverte extraordinaire !
=> Abderrazak El-Albani, géologue au laboratoire HydrASA
(UMR 6269 CNRS/Université de Poitiers)
=> + de 250 fossiles en parfait état de conservation,
=> de 7 mm à ≈ 12 cm
L'endroit => carrière située près de Franceville (Gabon)
L'âge => 2,1 milliards d'années !
=> semblent correspondre à des organismes multicellulaires,
complexes et organisés
juillet 2010 :
=> + de 250 fossiles
=> de 7 mm à ≈ 12 cm
Reconstruction
virtuelle
(par microtomographie)
de la morphologie :
- externe (à gauche)
- interne (à droite)
juillet 2010 : découverte extraordinaire !
Amas de Procaryotes ?
Eucaryotes
monocellulaires ?
Eucaryotes
pluricellulaires ?
=> beaucoup + anciens que tous les fossiles eucaryotes connus !
( ≈ 600 M d'années )
=> remonteraient bien au-delà du 1er eucaryote théorique
=> à cette époque seules les bactéries étaient censées peupler la Terre
En mai 2011 : publication dans Nature
=> Martin D. Brasier et al, Department of Earth Sciences,
University of Oxford
=> eukaryotes multicellulaires terrestres datant de 1miliard d'années
Malgré les grandes catastrophes, la
vie a subsisté sur notre planète
Que dire des autres corps du système
solaire ?
III. L’exploration du Système
Solaire
La Vie existe-t-elle ailleurs dans le
système solaire ?
Trouver une forme de vie présente ou passée
(même très primitive) sur l’une des planètes
de notre système solaire, ou sur un satellite
de ces planètes :
=> la vie est un phénomène naturel et
fréquent ?
Mars :
Reull Vallis, vu par
Mars Express (ESA)
(High Resolution Stereo Camera) Fin 2003
détecteur infrarouge
OMEGA=> confirme la
présence de glace d'eau
dans la calotte polaire sud
+ Existence d'une zone de
permafrost autour de la
calotte polaire,
pouvant s'étendre sur des
centaines de km2
Mars :
Mars Express (ESA)
Cratère d'impact sur Vastitas Borealis,
plaine de l'hémisphère nord de Mars
Surface claire
circulaire : glace d'eau !
Présente toute l'année,
même durant l'été
martien
Mars :
spectro-imageurs embarqués sur ces sondes
=> ont détecté des minéraux hydratés (argiles
et sulfates) formés en présence d’eau
Nouveau scénario (novembre 2011) :
Sous-surface :
=> sous-sol chaud et humide
=> siège d'interactions entre eau liquide et roches
=> a pu constituer un environnement idéal pour le
développement et l’hébergement de systèmes vivants
Surface :
=> serait restée à l'inverse froide et aride
Mars … et l'eau
Recherche de vie, présente ou passée :
- Opportunity : rebords d’un cratère datant
de + de 3,5 milliards d'années autour duquel
l’instrument CRISM a détecté des argiles
- Curiosity : (mission Mars Science Laboratory,
lancement le 25/11/2011)
=> au sol début août 2012 (cratère Gale)
=> analyse des argiles
Mars Science Laboratory
Image credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Mars … et l'eau
Recherche de vie, présente ou passée :
- il y a eu à la surface de Mars de grandes
quantités d’eau liquide
- (dernières sondes spatiales) probable présence
de systèmes hydrothermaux où ont pu se
développer des écosystèmes bactériens
=> Si la vie est apparue sur Mars, il est
possible que des traces de vie aient été
fossilisées et préservées, et puissent être
retrouvées
Vue de Mars …
Image credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS
De plus près ...
Image credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS
EXOMARS
=> programme développé par l'ESA
avec l'agence spatiale russe
Roscosmos (2016, 2018)
=> on envoie sur la surface de Mars un rover automatisé
équipé d'instruments de mesures
=> expériences in situ par prélèvement d'échantillons
du sol
=> pour déterminer si la planète a, ou a connu dans son
passé, une présence de vie biologique
III.2 Europe : recouverte par les glaces
Europe : le + petit des satellites de Jupiter
(rayon légèrement < à celui de la Lune), surface
recouverte de glace, entaillée de crevasses
Des environnements marins ressemblant aux
sources sous-marines terrestres ?
Hypothèse :
Océan d’eau liquide sous quelques dizaines de km de banquise,
chaleur nécessaire au maintien de l’eau à l’état liquide
=> apportée par les fortes marées internes
En surface : stries en forme d’arcs
<= dûes à des marées
océaniques sous-glaciaires
Dépôts de sels => observés en surface par spectroscopie (proche IR)
=> pourraient provenir de remontées d’eau océanique salée
• Galileo : détection d'un champ magnétique induit dans le champ
magnétique de Jupiter => présence d’un conducteur électrique !
=> Océan d’eau salée ?
Observations => existence d’un océan sous-glaciaire
d’eau salée
Question : existe-t-il sur Europe un magma capable de transférer
la chaleur du coeur planétaire vers le fond océanique pour créer
des sources hydrothermales et donc des molécules organiques ?
=> mise en évidence d’un magma sur Europe :
l'un des objectifs prioritaires de l’exploration d’Europe
Activité de marée + activité hydrothermale sous-glaciaire :
=> vie bactérienne passée ou présente ? !
=> Europe apparaît de + en + comme un lieu privilégié
du système solaire pouvant héberger de l’eau liquide
et une vie bactérienne en activité
JUICE : prochaine grande mission scientifique de l’Europe
(programme Cosmic Vision de l’ESA)
JUICE = JUpiter ICy moons Explorer
JUICE : prochaine grande mission scientifique de l’Europe
(programme Vision cosmique 2015-2025 de l’ESA)
Objectif : les lunes glacées de Jupiter
=> lancée en 2022 depuis Kourou (Guyane française) par une Ariane 5
=> atteindra Jupiter en 2030 : observations pendant au moins 3 ans
=> Europa, Ganymède et Callisto : supposées abriter des
océans internes
=> recherche de traces de vie !
ex. : mesure de l’épaisseur de la croute glacée d’Europa
2 questions clés de Vision cosmique :
- quelles sont les conditions qui entourent la formation
des planètes et l’émergence de la vie
- comment fonctionne le Système solaire ?
III.3 Encelade
=> Satellite de Saturne, étudiée par la mission Cassini
(image du 17 Février 2005 dans le visible, à 20.000 km d'alt.)
Encelade :
une lune minuscule
(Ø ~ 500 km), active,
chaude et
débordante de
produits organique
Analyses spectrales :
=> banquise de
plusieurs dizaines de
km d'épaisseur
+ «geysers froids»
au pôle sud
III.3 Titan : réacteur prébiotique ?
• Satellite de Saturne, découvert par l'astronome hollandais
Christiaan Huygens en 1655
• Diamètre de 5150 km => le 2ème + gros satellite du système
solaire
• Etudié par la mission Cassini-Huygens depuis 2004
Une gigantesque usine de produits organiques
à l’échelle planétaire …
Atmosphère dense de 1,5 bar :
• riche en diazote (+ de 90%)
+ méthane et un peu d’hydrogène
• Epais brouillards d’aérosols
organiques solides
En surface :
• océans de méthane et d’éthane
liquide en équilibre avec les
constituants de l’atmosphère
• température très basse (-180°C) en
surface => pas d’eau liquide !
IV. La recherche de la vie
au-delà du Système Solaire
La Vie existe-t-elle dans d'autres systèmes
planétaires ?
=> les planètes extrasolaires ou exoplanètes
=> 1853 détectées (4/12/2014)
=> Missions spatiales CoRot
(CNES) et Kepler (NASA)
=> observations terrestres
Author Lucianomendez
IV. La recherche de la vie
au-delà du Système Solaire
La Vie existe-t-elle dans d'autres systèmes
planétaires ?
=> les planètes extrasolaires ou exoplanètes
=> 1853 détectées à ce jour
• Si la technologie humaine continue de progresser
=> des missions de télédétection de + en +
sophistiquées seront lancées
• => dans un délai relativement court (quelques siècles...)
=> sondes interstellaires qui iront voir de plus près
ces planètes
Exemple de détection spatiale : mission Kepler
février 2011 : découverte de Kepler-11
=> système stellaire : 1 étoile similaire au Soleil + 6 planètes
* à 2000 années lumière de la Terre, dans la constellation du
Cygne
* planètes très proches de leur soleil,
conditions atmosphériques extrêmes
(chaleurs très élevées)
Exemple de détection terrestre :
réseau d'antennes ALMA (Chili)
novembre 2014 : image d’un système planétaire en cours de
formation (acquise à 1 mm de longueur d’onde)
=> les planètes se forment très tôt dans le processus, en même
temps que l’étoile !
Crédits : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Comment détecter la vie sur une
exoplanète?
• Par analyse de l'atmosphère :
- recherche d'oxygène
- recherche de vapeur d'eau
- recherche de CO2
=> photosynthèse ?
• Pb : rien ne garantit que tout processus
chimique complexe producteur d'oxygène est
nécessairement lié à une réplication !
• Donc si l'on adopte la réplication comme définition de la
vie :
=> la production d'oxygène ne sera pas une
preuve suffisante de la découverte de la vie !!
Sur Terre : existence d'organismes unicellulaires et
pluricellulaires dans les milieux anaérobies (sans O2)
V. La recherche d’une vie
intelligente
* Notre galaxie la Voie Lactée renferme 300 milliards d'étoiles
* Nous pouvons observer plus de 100 milliards de galaxies
* Nous ne pouvons voir qu'une (petite?) partie de l'univers !
* ≈ 1/10 des étoiles semblables au Soleil
=> très grand nombre d'étoiles donc de planètes et de
possibilités de vie!
Il n’ y a pas de raison de penser que nous sommes les seuls
êtres vivants intelligents de l’Univers !
=> 1960 : programme SETI
« Search for Extra-Terrestrial Intelligence »
Formule de DRAKE :
N = R*. fp . ne . fl . fi . fc . L
⇒R* = taux auquel des étoiles susceptibles d'héberger des planètes
habitables se forment dans la galaxie (environ 4 par an)
• fp = proportion d'étoiles qui ont des planètes
(au moins 3 % et peut être beaucoup + )
• ne = nombre de planètes qui ont des conditions favorables à la vie
(on prend habituellement 1 comme valeur)
• fl = nombre de planètes sur lesquelles la vie se développe
(sans doute la plupart d'entre elles)
• fi = proportion de planètes sur lesquelles la vie intelligente se développe
• fc = proportion de civilisations intelligentes qui possèdent des technologies
et en particulier les ondes radios (la plupart d'entre elles)
• L = durée moyenne de vie de ces civilisations (en années)
Grande dépendance du résultat final / dernier paramètre
(durée de vie d'une civilisation technologiquement
avancée)
=> Si L grand : Galaxie peuplée de millions de
civilisations !
=> on devrait trouver N >> 1
=> Le paradoxe de Fermi
=> ??
(1950)
Pourquoi nous ne sommes pas déjà en contact avec
des extraterrestres, compte tenu de la relative jeunesse de notre
étoile, le Soleil, par rapport à toutes celles existant dans l'univers ?
Tentative d'explication
du paradoxe de Fermi
Nous sommes les seuls dans l'Univers :
Si l'on donne à L une valeur faible (< 100 000 ans) :
=> on aboutit à un nombre de civilisations dans la Galaxie ≈ 1
• Il n'existe à un moment donné qu'une seule civilisation
(ou un très petit nombre) dans la Galaxie
• Les communications deviennent alors quasiment impossibles vues les
distances moyennes énormes entre ces quelques civilisations éphémères
Conclusion : si les civilisations ne vivent qu'un bref instant avant de
s'auto-détruire, nous sommes les seuls actuellement et la
recherche SETI est vaine !
Mais toutes les civilisations subissent-elles ce sort
et sont-elles comparables à la notre ??
Conclusion
Même si les recherches ont considérablement
avancé, surtout ces dernières années
le problème reste entier :
- la synthèse des ARN primitifs reste encore problématique !
- à ce jour, la vie n’est connue que sur Terre et il n’est
pas possible de généraliser à partir d’un seul exemple
=> la recherche d’une “seconde vie” est devenue
une priorité scientifique pour les années à venir
Conclusion
© Bernard BAILLY / Fotolia
Bibliographie
• L’exobiologie ou l’origine chimique de la vie, A. Brack, Formation
•
•
planétaire et exoplanètes, Ecole CNRS de Goutelas XXVIII (2005)
Comment la Vie a commencé, Alexandre Meinesz (Belin, 2009)
La Vie dans l'Univers, A. Brack, Fiorella Coliolo (La Martinière, 2009)
http://www.exobiologie.fr
http://astrobiology.nasa.gov
http://www.esa.int/esaCP/France.html
http://smsc.cnes.fr/Fr/HomeFr.html
http://www.astronomes.com/
http://exoplanet.eu/
http://fr.wikipedia.org/
http://www.nirgal.net/first_look.html
http://evolution.biologique.free.fr