1ère S.2 KHAFIF Linda FERRERO Emilia Une vie possible au-delà des frontières terrestres ? Introduction Sommaire Intro : La vie telle que nous la connaissons aujourd'hui La vie telle que nous la connaissons aujourd'hui La vie telle que nous la connaissons sur Terre est constituée principalement d’eau (H2O), de matières carbonées (composées de CHON (carbone, hydrogène, oxygène et azote, il s’agit entre autres de protides, glucides, lipides, et acides nucléiques) et minérales soit non carbonées comme les sels minéraux, le calcium et le fer. Les principaux éléments chimiques composant le vivant terrestre sont : l’oxygène à hauteur d’environ 66% ; le carbone (~17%) ; l’hydrogène (~12%) ; l’azote (~4%) ; et divers autres gaz (<1%). CHON Il s'agit d'un acronyme pour les 4 éléments chimiques communs aux organismes vivants : soit le Carbone, l’Hydrogène, l’Oxygène, et l’Azote. L’acronyme CHONPS qui tient des 4 atomes cités précédemment ainsi que du phosphore et du soufre, représente les six plus essentiels atomes nécessaires à la vie terrestre, en effet, par combinaisons covalentes ces éléments chimiques permettent de créer des molécules biologiques présentes sur Terre, soit des molécules indispensables à la vie telle que nous la connaissons. Sur Terre, l’évolution chimique naturelle aurait conduit à la formation de structures de plus en plus complexes jusqu’aux premières cellules prébiotiques, par lesquelles la vie est constituée, il s’agit entre autres d’une structure qui parait indispensable à toute forme de vie. La cellule permet en effet des échanges avec le monde extérieur tout en se protégeant, à l’aide d’une membrane, d’éventuelles attaques extérieures. (On note qu’un organisme est dit vivant lorsqu’il échange de la matière et de l’énergie avec son environnement tout en conservant son autonomie, qu’il se reproduit, et que son espèce évolue par sélection naturelle.) Année scolaire 2012-2013 http://tpe.viesureurope.free.fr 1 1ère S.2 KHAFIF Linda FERRERO Emilia La biochimie cellulaire est constituée de deux types de macromolécules : Les acides nucléiques, qui permettent la reproduction cellulaire. Leur structure constitue le support de l’information génétique ; il en existe deux sortes : l’ADN (acide désoxyribonucléique), la molécule de la vie, qui renferme l’information génétique, celle-ci peut se répliquer et subir des modifications ce qui permet à l’espèce d’évoluer, et l’ARN (acide ribonucléique) qui permet le transfert de l’information génétique contenue dans l’ADN jusqu’au cœur de l’usine cellulaire, le ribosome, où a lieu la réplication. Ils sont construits sur le schéma moléculaire suivant : une brique appelée nucléotide composée d’un phosphate, d’un sucre (ou carbohydrate) ribose ou désoxyribose, ainsi que d’une base azotée. Des milliers de nucléotides pourraient être fabriqués en laboratoire, pourtant seule une poignée est utilisée par la chimie du vivant. Les protéines, qui permettent le bon fonctionnement cellulaire, ainsi que l’assimilation de l’énergie et de la nourriture. Ces dernières, créées à partir du code génétique, n’utilisent qu’une vingtaine d’acides aminés différents (identiques pour tous les êtres vivants terrestres ; ils sont composés d’un groupement aminé (NH2), un groupement acide (COOH), d’une portion variable d'un acide aminé à l'autre), alors qu’il en existe des centaines dans la nature et des millions peuvent être chimiquement fabriqués. Protéines et acides nucléiques utilisent les mêmes briques moléculaires élémentaires (Adénine, Thymine, Cytosine, Guanine, Uracile) pour tous les êtres vivants (soit de la simple bactérie à l’être humain). Les séquences des acides aminés (pour les protéines) ou des nucléotides (pour les acides nucléiques) leur donnent leur spécificité. Jusque peu, une question restait ouverte : qui des protéines et des acides nucléiques est apparu en premier ? En effet, sans acide nucléique, pas de réplication, or cette réplication nécessite des protéines, elles-mêmes formées à partir de l’acide nucléique ! Dans les années 1980, ce problème a enfin pu trouver une probable solution : on a constaté le rôle de catalyseur que pouvait jouer l’ARN, rôle qui semblait jusque-là réservé aux protéines. D’où l’idée d’un « monde ARN », ces molécules réplicatives auraient auparavant assuré le fonctionnement de la machinerie cellulaire en l’absence de protéines. Tous les êtres vivants connus sont également basés sur le principe d’homochiralité, soit la propriété que possède un objet de ne pas être superposable à son image dans un miroir. Cela permet notamment, par complémentarité de nucléotides, la reproduction de l’information génétique. Année scolaire 2012-2013 http://tpe.viesureurope.free.fr 2 1ère S.2 KHAFIF Linda FERRERO Emilia Il existe deux types d’organisation nutritionnelle au sein d’organismes : les hétérotrophes qui s’alimentent de matériaux organiques déjà formés, et les autotrophes qui synthétisent leurs briques organiques à partir de carbone minéral, par des processus chimiques ou par la lumière. On appelle ces processus chimiosynthèse ou photosynthèse, c’est à cette dernière que l’on doit le dioxygène présent actuellement dans notre atmosphère. L’ensemble des êtres vivants de notre planète proviendrait d’un ancêtre universel commun : la bactérie LUCA (Last Universal Commun Ancestor). Cette bactérie aurait permis la grande diversité de la vie présente sur notre planète : ainsi connaitre l’origine de la vie revient à comprendre l’origine de LUCA. Ont été nécessaires à la formation de la vie sur Terre une énergie extérieure, soit le Soleil apportant lumière et chaleur, permettant ainsi à notre planète de se stabiliser à une température adéquate, une source de matière carbonée et de l’eau liquide (H2O), solvant planétaire et à priori universel puisque liquide sur un large intervalle de températures. Cependant, divers organismes ont prouvé réussir à survivre en dépit de l’absence de l’un de ces paramètres. Des micro-organismes, appelées extrêmophiles, ont effectivement été découverts se développant dans des conditions extrêmes : par exemple dans les glaces de l’Antarctique, ou encore près de sources hydrothermales appelées « fumeurs noirs ». Ces dernières se situent à 2.500m de profondeur sous la mer, où règnent de fortes pressions (250 bar), des températures environnant les 100°C ainsi qu’une présence importante d’hydrogène sulfuré (H2S). On notera, par ailleurs, que certains environnements terrestres peu adaptés à la vie Année scolaire 2012-2013 http://tpe.viesureurope.free.fr 3 1ère S.2 KHAFIF Linda FERRERO Emilia peuvent présenter des similitudes avec des biotopes extraterrestres (par exemple, le lac sous glaciaire de Vostok, en Antarctique est un modèle terrestre d’océan interne dont on soupçonnerait la présence sous la surface de certains satellites du système solaire). Certaines bactéries peuvent également restaurer leur ADN détérioré notamment grâce à de multiples copies de l’information génétique, ce qui leur permet de résister efficacement aux radiations. Par exemple, la Deinococcus Radiodurans est capable de survivre à des radiations environ 1.000 fois supérieures à la dose mortelle pour l’Homme. Cette résistance exceptionnelle est due à une adaptation vis-à-vis de la sécheresse et donc des rayonnements solaires. En outre, la Terre aux origines de la vie constituait également un environnement hostile, avec des températures dépassant les 80°C, une atmosphère composée essentiellement de méthane (CH4), ainsi qu’une surface instable liée à un fort volcanisme et à de nombreux impacts de météorites. Selon une hypothèse, ce serait par ces dernières que l'H2O, et peut être même la vie seraient arrivées sur Terre : en effet des acides aminés semblables à ceux composant les organismes vivants terrestres ont été retrouvés sur certaines d’entre elles. Bien entendu, si de potentiels corps célestes candidats à l’apparition de la vie il y a, ils présenteront un environnement totalement différent de celui que présentait la Terre des origines. Aussi, les potentiels organismes vivants devront s’adapter à ce biotope. Cela aboutirait forcément à une forme de vie qui nous serait totalement différente et inconnue. Ce serait probablement à l’état de bactéries (soit les organismes vivants les plus résistants que l’on connaisse jusqu’alors), que celle-ci se manifesterait. Certains chercheurs émettent même l’hypothèse qu’une forme de vie différente puisse exister sur Terre mais qu’elle ne nous soit pas visible (les technologies actuelles de reconnaissance des micro-organismes étant basées sur notre propre biochimie, seul véritable exemple de vie dont nous avons certitude de l’existence), ou même qu’elle ait déjà disparu. Nous allons maintenant nous intéresser à une probable vie dans ces mondes au-delà de nos frontières. Année scolaire 2012-2013 http://tpe.viesureurope.free.fr 4