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8.2B : Biosignatures martiennes - Biologie

8.2B : Biosignatures martiennes - Biologie


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Objectifs d'apprentissage

  • Décrire les biosignatures

Une biosignature est toute substance – telle qu'un élément, un isotope, une molécule ou un phénomène – qui fournit des preuves scientifiques de la vie passée ou présente. Il est important de comprendre que bien que la présence de ces substances ou événements puisse être le résultat d'une vie passée ou présente, ils ne constituent pas une preuve définitive et ne doivent pas être traités comme tels. Les scientifiques déterminent l'importance d'une biosignature non seulement en examinant la probabilité que la vie la crée, mais surtout par l'improbabilité des processus abiotiques qui la produisent.

Biosignatures martiennes

Sur Terre, le fonctionnement normal des mammifères a produit un brouillard de produits chimiques qui n'est reproduit par aucun processus chimique. Ce brouillard est composé de grandes quantités d'oxygène et de petites quantités de méthane. Ce mélange de gaz a également été observé dans l'atmosphère de la planète Mars. En raison de la pensée scientifique selon laquelle ce brouillard ne peut pas être formé par un processus chimique, la logique conclut qu'il doit y avoir une source de vie sur la planète.

Les scientifiques estiment qu'il est nécessaire d'explorer leurs hypothèses. Ainsi, dans les années 1970, deux sondes américaines appelées Viking I et II ont été envoyées sur Mars pour explorer la vie. Les sondes ont pris des images de la planète en orbite et aussi à la surface de Mars. Les atterrisseurs Viking ont effectué trois expériences de détection de vie qui recherchaient des signes de métabolisme. Malheureusement, les résultats d'imagerie et de détection de la vie n'étaient pas concluants. Il existe des plans pour de futures missions vers Mars, le Mars Science Laboratory et ExoMars, qui non seulement rechercheront des biosignatures, mais tenteront également de détecter des environnements habitables.

Points clés

  • Une biosignature est toute substance – telle qu'un élément, un isotope, une molécule ou un phénomène – qui fournit des preuves scientifiques de la vie passée ou présente.
  • Sur Terre, le fonctionnement normal des mammifères a produit un brouillard de produits chimiques qui n'est reproduit par aucun processus chimique. Ce mélange de gaz a également été observé dans l'atmosphère de la planète Mars.
  • Dans les années 1970, deux sondes américaines appelées Viking I et II ont été envoyées sur Mars pour explorer la planète pour la vie. Les atterrisseurs Viking ont effectué trois expériences de détection de vie qui recherchaient des signes de métabolisme, mais les résultats d'imagerie et de détection de vie n'étaient pas concluants.
  • Il existe des plans pour de futures missions sur Mars pour rechercher plus de preuves de biosignatures et d'environnements habitables pour la vie.

Mots clés

  • biosignature: Tout phénomène mesurable qui indique la présence de la vie.
  • métabolisme: L'ensemble complet des réactions chimiques qui se produisent dans les cellules vivantes.
  • abiotique: Non vivant, inanimé, caractérisé par l'absence de vie ; de matière inorganique.

Des chercheurs hongrois prétendent voir des biosignatures dans la météorite martienne

ALH-77005, une roche martienne trouvée en Antarctique, contient de nombreuses « biosignatures » minéralisées, notamment des structures coccoïdales et filamenteuses et de la matière organique, selon une équipe de scientifiques hongrois.

Vue d'artiste de Mars habitable. Crédit image : Daein Ballard / CC BY-SA 3.0.

« Notre travail est important pour un large public car il intègre les sciences planétaires, terrestres, biologiques, chimiques et environnementales et intéressera de nombreux chercheurs dans ces domaines », a déclaré le chef d'équipe Dr. Ildiko Gyollai, chercheur à la HAS Research. Centre d'astronomie et des sciences de la Terre à Budapest.

"La recherche intéressera également les planétologues, les experts en météorite et en astrobiologie ainsi que les chercheurs sur l'origine de la vie, et le grand public car elle offre un exemple d'un nouvel aspect de la médiation microbienne dans les météorites de pierre."

Lame mince d'ALH-77005 : texture poïkilite d'olivine avec des grains de cumulat de pyroxène, la poche fondue étudiée (rectangle) majoritairement composée d'olivine. Crédit image : Gyollai et al, doi: 10.1155/astro-2019-0002.

La météorite achondrite ALH-77005 a été trouvée partiellement incrustée dans la glace sur le site d'Allan Hills dans le sud de Victoria Land lors de la mission de l'Institut national japonais de recherche polaire en 1977-1978.

Il avait une forme arrondie et sa surface était partiellement ablée et grossièrement polie par la glace soufflée par le vent.

Son âge est estimé à environ 175 millions d'années, avec une exposition aux rayons cosmiques d'environ 3 millions d'années.

Section mince de ALH-77005 en lumière polarisée plane : la zone étudiée par spectroscopie FTIR est marquée par un rectangle, où la forte altération putative à médiation microbienne a été observée. Crédit image : Gyollai et al, doi: 10.1155/astro-2019-0002.

Le Dr Gyollai et ses co-auteurs ont analysé une section mince d'ALH-77005 par microscopie optique et FTIR-ATR.

Ils ont pu détecter la présence de structures coccoïdales et filamenteuses (probablement construites par des microbes oxydant le fer), des minéraux biogènes de matériaux organiques, comme la ferrihydrite, la goethite et l'hématite.

"Les autres signatures pour la biogénicité de l'ALH-77005 sont un fort 13C négatif, un enrichissement en fer, manganèse, phosphore, zinc dans un scénario de support de fusion de choc", ont déclaré les chercheurs.

"Notre étude propose la présence d'une médiation microbienne sur Mars."

L'article de l'équipe a été publié en ligne dans la revue Astronomie ouverte.

Ildiko Gyollai et al. 2019. Biosignatures minéralisées dans ALH-77005 Shergottite – Des indices sur la vie martienne? Astronomie ouverte 28 (1) : 32-39 doi : 10.1155/astro-2019-0002


Contenu

Le terme a été proposé pour la première fois par l'astronome russe (soviétique) Gavriil Tikhov en 1953. [28] Astrobiologie est étymologiquement dérivé du grec ἄστρον , astro, "constellation, étoile" βίος , biographie, "vie" et -λογία , -logia, étudier. Les synonymes de l'astrobiologie sont divers cependant, les synonymes ont été structurés par rapport aux sciences les plus importantes impliquées dans son développement : l'astronomie et la biologie. Un synonyme proche est exobiologie du grec Έξω , "externe" Βίος, biographie, "vie" et , -logia, étudier. Le terme exobiologie a été inventé par le biologiste moléculaire et lauréat du prix Nobel Joshua Lederberg. [29] L'exobiologie est considérée comme ayant une portée étroite limitée à la recherche de la vie extérieure à la Terre, tandis que le domaine de l'astrobiologie est plus large et étudie le lien entre la vie et l'univers, ce qui inclut la recherche de la vie extraterrestre, mais comprend également l'étude de la vie sur Terre, son origine, son évolution et ses limites.

Un autre terme utilisé dans le passé est la xénobiologie, ("biologie des étrangers") un mot utilisé en 1954 par l'écrivain de science-fiction Robert Heinlein dans son ouvrage La bête étoilée. [31] Le terme xénobiologie est maintenant utilisé dans un sens plus spécialisé, pour signifier « biologie basée sur la chimie étrangère », qu'elle soit d'origine extraterrestre ou terrestre (éventuellement synthétique). Depuis que des analogues chimiques alternatifs de certains processus de la vie ont été créés en laboratoire, la xénobiologie est maintenant considérée comme un sujet existant. [32]

Bien qu'il s'agisse d'un domaine émergent et en développement, la question de savoir si la vie existe ailleurs dans l'univers est une hypothèse vérifiable et donc une ligne de recherche scientifique valide. [33] [34] Bien qu'une fois considérée en dehors du courant dominant de la recherche scientifique, l'astrobiologie est devenue un domaine d'étude formalisé. Le planétologue David Grinspoon appelle l'astrobiologie un domaine de la philosophie naturelle, fondant la spéculation sur l'inconnu, dans une théorie scientifique connue. [35] L'intérêt de la NASA pour l'exobiologie a commencé avec le développement du programme spatial américain. En 1959, la NASA a financé son premier projet d'exobiologie, et en 1960, la NASA a fondé un programme d'exobiologie, qui est maintenant l'un des quatre principaux éléments du programme d'astrobiologie actuel de la NASA. [2] [36] En 1971, la NASA a financé la recherche d'intelligence extraterrestre (SETI) pour rechercher des fréquences radio du spectre électromagnétique pour les communications interstellaires transmises par la vie extraterrestre en dehors du système solaire. Les missions Viking de la NASA sur Mars, lancées en 1976, comprenaient trois expériences de biologie conçues pour rechercher le métabolisme de la vie actuelle sur Mars.

Les progrès dans les domaines de l'astrobiologie, de l'astronomie d'observation et de la découverte de grandes variétés d'extrêmophiles dotés d'une capacité extraordinaire à prospérer dans les environnements les plus difficiles de la Terre, ont conduit à spéculer que la vie pourrait éventuellement prospérer sur de nombreux corps extraterrestres de l'univers. [12] Un objectif particulier de la recherche actuelle en astrobiologie est la recherche de la vie sur Mars en raison de la proximité de cette planète avec la Terre et l'histoire géologique. Il existe de plus en plus de preuves suggérant que Mars a déjà eu une quantité considérable d'eau à sa surface, [37] [38] l'eau étant considérée comme un précurseur essentiel au développement de la vie à base de carbone. [39]

Les missions spécifiquement conçues pour rechercher la vie actuelle sur Mars étaient le programme Viking et les sondes Beagle 2. Les résultats de Viking n'ont pas été concluants [40] et Beagle 2 a échoué quelques minutes après l'atterrissage. [41] Une future mission avec un fort rôle d'astrobiologie aurait été le Jupiter Icy Moons Orbiter, conçu pour étudier les lunes gelées de Jupiter - dont certaines peuvent avoir de l'eau liquide - si elle n'avait pas été annulée. À la fin de 2008, l'atterrisseur Phoenix a sondé l'environnement pour l'habitabilité planétaire passée et présente de la vie microbienne sur Mars, et a étudié l'histoire de l'eau là-bas.

La feuille de route d'astrobiologie de l'Agence spatiale européenne de 2016 a identifié cinq thèmes de recherche principaux et précise plusieurs objectifs scientifiques clés pour chaque thème. Les cinq thèmes de recherche sont : [42] 1) Origine et évolution des systèmes planétaires 2) Origines des composés organiques dans l'espace 3) Interactions roche-eau-carbone, synthèse organique sur Terre et étapes de la vie 4) Vie et habitabilité 5) Les biosignatures comme facilitant la détection de la vie.

En novembre 2011, la NASA a lancé la mission Mars Science Laboratory transportant le Curiosité rover, qui a atterri sur Mars au Gale Crater en août 2012. [43] [44] [45] Le Curiosité Le rover sonde actuellement l'environnement pour déterminer l'habitabilité planétaire passée et présente de la vie microbienne sur Mars. Le 9 décembre 2013, la NASA a signalé que, sur la base de preuves de Curiosité étudiant Aeolis Palus, le cratère Gale contenait un ancien lac d'eau douce qui aurait pu être un environnement hospitalier pour la vie microbienne. [46] [25]

L'Agence spatiale européenne collabore actuellement avec l'Agence spatiale fédérale russe (Roscosmos) et développe le rover d'astrobiologie ExoMars, qui devait être lancé en juillet 2020, mais a été reporté à 2022. [47] Pendant ce temps, la NASA a lancé l'astrobiologie Mars 2020 rover et échantillonner le cacher pour un retour ultérieur sur Terre.

Habitabilité planétaire Modifier

Lorsqu'on cherche la vie sur d'autres planètes comme la Terre, certaines hypothèses simplificatrices sont utiles pour réduire la taille de la tâche de l'astrobiologiste. L'une est l'hypothèse éclairée que la grande majorité des formes de vie dans notre galaxie sont basées sur la chimie du carbone, comme le sont toutes les formes de vie sur Terre. [48] ​​Le carbone est bien connu pour la variété inhabituellement large de molécules qui peuvent se former autour de lui. Le carbone est le quatrième élément le plus abondant dans l'univers et l'énergie nécessaire pour établir ou rompre une liaison est juste au niveau approprié pour construire des molécules qui sont non seulement stables, mais aussi réactives. Le fait que les atomes de carbone se lient facilement à d'autres atomes de carbone permet la construction de molécules extrêmement longues et complexes.

La présence d'eau liquide est une exigence supposée, car il s'agit d'une molécule commune et fournit un excellent environnement pour la formation de molécules complexes à base de carbone qui pourraient éventuellement conduire à l'émergence de la vie. [49] [50] Certains chercheurs postulent des environnements de mélanges eau-ammoniac comme solvants possibles pour des types hypothétiques de biochimie. [51]

Une troisième hypothèse est de se concentrer sur les planètes en orbite autour d'étoiles semblables au Soleil pour augmenter les probabilités d'habitabilité planétaire. [52] Les très grandes étoiles ont des durées de vie relativement courtes, ce qui signifie que la vie pourrait ne pas avoir le temps d'émerger sur les planètes en orbite autour d'elles. Les très petites étoiles fournissent si peu de chaleur et de chaleur que seules les planètes sur des orbites très proches autour d'elles ne seraient pas gelées, et sur des orbites si proches, ces planètes seraient "verrouillées" par la marée à l'étoile. [53] Les longues durées de vie des naines rouges pourraient permettre le développement d'environnements habitables sur des planètes aux atmosphères épaisses. Ceci est important, car les naines rouges sont extrêmement courantes. (Voir Habitabilité des systèmes naines rouges).

Puisque la Terre est la seule planète connue pour abriter la vie, il n'y a aucun moyen évident de savoir si l'une de ces hypothèses simplificatrices est correcte.

Tentatives de communication Modifier

Les recherches sur la communication avec l'intelligence extraterrestre (CETI) se concentrent sur la composition et le déchiffrement de messages qui pourraient théoriquement être compris par une autre civilisation technologique. Les tentatives de communication par les humains ont inclus la diffusion de langages mathématiques, de systèmes picturaux tels que le message d'Arecibo et d'approches informatiques pour détecter et déchiffrer la communication linguistique «naturelle». Le programme SETI, par exemple, utilise à la fois des radiotélescopes et des télescopes optiques pour rechercher des signaux délibérés d'une intelligence extraterrestre.

Alors que certains scientifiques de haut niveau, tels que Carl Sagan, ont préconisé la transmission de messages, [54] [55] le scientifique Stephen Hawking a mis en garde contre cela, suggérant que les extraterrestres pourraient simplement piller la Terre pour ses ressources et ensuite passer à autre chose. [56]

Éléments d'astrobiologie Modifier

Astronomie Modifier

La plupart des recherches en astrobiologie liées à l'astronomie entrent dans la catégorie de la détection de planètes extrasolaires (exoplanètes), l'hypothèse étant que si la vie survenait sur Terre, elle pourrait également survenir sur d'autres planètes présentant des caractéristiques similaires. À cette fin, un certain nombre d'instruments conçus pour détecter des exoplanètes de la taille de la Terre ont été envisagés, notamment les programmes Terrestrial Planet Finder (TPF) de la NASA et Darwin de l'ESA, qui ont tous deux été annulés. La NASA a lancé le Kepler mission spatiale en mars 2009, et l'Agence spatiale française a lancé la mission spatiale COROT en 2006. [57] [58] Il y a aussi plusieurs efforts au sol moins ambitieux en cours.

Le but de ces missions n'est pas seulement de détecter des planètes de la taille de la Terre, mais aussi de détecter directement la lumière de la planète afin qu'elle puisse être étudiée par spectroscopie. En examinant les spectres planétaires, il serait possible de déterminer la composition de base de l'atmosphère et/ou de la surface d'une planète extrasolaire. Compte tenu de ces connaissances, il est peut-être possible d'évaluer la probabilité de trouver de la vie sur cette planète. Un groupe de recherche de la NASA, le Virtual Planet Laboratory [59], utilise la modélisation informatique pour générer une grande variété de planètes virtuelles afin de voir à quoi elles ressembleraient si elles étaient vues par TPF ou Darwin. On espère qu'une fois ces missions en ligne, leurs spectres pourront être recoupés avec ces spectres planétaires virtuels pour rechercher des caractéristiques qui pourraient indiquer la présence de vie.

Une estimation du nombre de planètes intelligentes communicatif la vie extraterrestre peut être glanée à partir de l'équation de Drake, essentiellement une équation exprimant la probabilité d'une vie intelligente en tant que produit de facteurs tels que la fraction de planètes qui pourraient être habitables et la fraction de planètes sur lesquelles la vie pourrait apparaître : [60]

N = R ∗ × f p × n e × f l × f i × f c × L

  • N = Le nombre de civilisations communicatives
  • R* = Le taux de formation d'étoiles appropriées (étoiles comme notre Soleil)
  • Fp = La fraction de ces étoiles avec des planètes (les preuves actuelles indiquent que les systèmes planétaires peuvent être communs pour des étoiles comme le Soleil)
  • me = Le nombre de mondes de la taille de la Terre par système planétaire
  • Fje = La fraction de ces planètes de la taille de la Terre où la vie se développe réellement
  • Fje = La fraction des sites de vie où l'intelligence se développe
  • Fc = La fraction des planètes communicantes (celles sur lesquelles se développe la technologie des communications électromagnétiques)
  • L = La "vie" des civilisations communicantes

Cependant, bien que la justification de l'équation soit solide, il est peu probable que l'équation soit limitée de sitôt à des limites d'erreur raisonnables. Le problème avec la formule est qu'elle n'est pas utilisée pour générer ou étayer des hypothèses car elle contient des facteurs qui ne peuvent jamais être vérifiés. Le premier terme, R*, nombre d'étoiles, est généralement limité à quelques ordres de grandeur. Les deuxième et troisième termes, Fp, étoiles avec des planètes et Fe, planètes habitables, sont en cours d'évaluation pour le voisinage de l'étoile. Drake a à l'origine formulé l'équation simplement comme un ordre du jour de discussion à la conférence de Green Bank, [61] mais certaines applications de la formule avaient été prises au pied de la lettre et liées à des arguments simplistes ou pseudoscientifiques. [62] Un autre sujet associé est le paradoxe de Fermi, qui suggère que si la vie intelligente est commune dans l'univers, alors il devrait y avoir des signes évidents de cela.

Un autre domaine de recherche actif en astrobiologie est la formation du système planétaire. Il a été suggéré que les particularités du système solaire (par exemple, la présence de Jupiter comme bouclier protecteur) [63] peuvent avoir considérablement augmenté la probabilité d'apparition d'une vie intelligente sur notre planète. [64] [65]

Biologie Modifier

La biologie ne peut pas affirmer qu'un processus ou un phénomène, en étant mathématiquement possible, doit exister de force dans un corps extraterrestre. Les biologistes précisent ce qui est spéculatif et ce qui ne l'est pas. [62] La découverte des extrêmophiles, des organismes capables de survivre dans des environnements extrêmes, est devenue un élément de recherche central pour les astrobiologistes, car ils sont importants pour comprendre quatre domaines dans les limites de la vie dans le contexte planétaire : le potentiel de panspermie, la contamination directe due à les entreprises d'exploration humaine, la colonisation planétaire par les humains et l'exploration de la vie extraterrestre éteinte et existante. [66]

Jusque dans les années 1970, on pensait que la vie dépendait entièrement de l'énergie du Soleil. Les plantes à la surface de la Terre captent l'énergie de la lumière du soleil pour photosynthétiser les sucres du dioxyde de carbone et de l'eau, libérant de l'oxygène au cours du processus qui est ensuite consommé par les organismes respirant l'oxygène, transmettant leur énergie dans la chaîne alimentaire. Même la vie dans les profondeurs de l'océan, où la lumière du soleil ne peut pas atteindre, était censée se nourrir soit en consommant des détritus organiques provenant des eaux de surface, soit en mangeant des animaux qui l'ont fait. [67] On pensait que la capacité du monde à soutenir la vie dépendait de son accès à la lumière du soleil. Cependant, en 1977, lors d'une plongée exploratoire dans le rift des Galapagos dans le submersible d'exploration sous-marine Alvin, les scientifiques ont découvert des colonies de vers tubicoles géants, de palourdes, de crustacés, de moules et d'autres créatures assorties regroupées autour de caractéristiques volcaniques sous-marines connues sous le nom de fumeurs noirs. [67] Ces créatures prospèrent bien qu'elles n'aient pas accès à la lumière du soleil, et on a vite découvert qu'elles constituent un écosystème entièrement indépendant. Bien que la plupart de ces formes de vie multicellulaires aient besoin d'oxygène dissous (produit par la photosynthèse oxygénée) pour leur respiration cellulaire aérobie et ne soient donc pas complètement indépendantes de la lumière du soleil par elles-mêmes, la base de leur chaîne alimentaire est une forme de bactérie qui tire son énergie de l'oxydation de réactifs. des produits chimiques, tels que l'hydrogène ou le sulfure d'hydrogène, qui bouillonnent de l'intérieur de la Terre. D'autres formes de vie entièrement découplées de l'énergie solaire sont les bactéries vertes sulfureuses qui captent la lumière géothermique pour la photosynthèse anoxygénique ou les bactéries exécutant une chimiolithoautotrophie basée sur la désintégration radioactive de l'uranium. [68] Cette chimiosynthèse a révolutionné l'étude de la biologie et de l'astrobiologie en révélant que la vie n'a pas besoin d'être dépendante du soleil, elle ne nécessite que de l'eau et un gradient d'énergie pour exister.

Les biologistes ont trouvé des extrêmophiles qui prospèrent dans la glace, l'eau bouillante, l'acide, les alcalis, le noyau d'eau des réacteurs nucléaires, les cristaux de sel, les déchets toxiques et dans une gamme d'autres habitats extrêmes qui étaient auparavant considérés comme inhospitaliers pour la vie. [69] [70] Cela a ouvert une nouvelle voie en astrobiologie en augmentant massivement le nombre d'habitats extraterrestres possibles. La caractérisation de ces organismes, de leurs environnements et de leurs voies évolutives est considérée comme un élément crucial pour comprendre comment la vie pourrait évoluer ailleurs dans l'univers. Par exemple, certains organismes capables de résister à l'exposition au vide et aux radiations de l'espace comprennent les champignons lichens Rhizocarpon geographique et Xanthoria elegans, [71] la bactérie Bacillus safensis, [72] Déinocoque radiodurans, [72] Bacillus subtilis, [72] levure Saccharomyces cerevisiae, [72] graines de Arabidopsis thaliana (« mouse-ear cress »), [72] ainsi que l'animal invertébré Tardigrade. [72] Alors que les tardigrades ne sont pas considérés comme de vrais extrémophiles, ils sont considérés comme des micro-organismes extrémotolérances qui ont contribué au domaine de l'astrobiologie. Leur extrême tolérance aux radiations et la présence de protéines de protection de l'ADN peuvent fournir des réponses quant à savoir si la vie peut survivre loin de la protection de l'atmosphère terrestre. [73]

La lune de Jupiter, Europe, [70] [74] [75] [76] [77] [78] et la lune de Saturne, Encelade, [79] [80] sont maintenant considérées comme les emplacements les plus probables pour la vie extraterrestre existante dans le système solaire en raison de leurs océans d'eau souterraine où le chauffage radiogénique et marémotrice permet à l'eau liquide d'exister. [68]

L'origine de la vie, connue sous le nom d'abiogenèse, distincte de l'évolution de la vie, est un autre domaine de recherche en cours. Oparin et Haldane ont postulé que les conditions sur la Terre primitive étaient propices à la formation de composés organiques à partir d'éléments inorganiques et donc à la formation de nombreux produits chimiques communs à toutes les formes de vie que nous voyons aujourd'hui. L'étude de ce processus, connu sous le nom de chimie prébiotique, a fait quelques progrès, mais on ne sait toujours pas si la vie a pu se former de cette manière sur Terre. L'hypothèse alternative de la panspermie est que les premiers éléments de la vie se sont peut-être formés sur une autre planète avec des conditions encore plus favorables (ou même dans l'espace interstellaire, les astéroïdes, etc.) et ont ensuite été transférés sur Terre - l'hypothèse de la panspermie.

La poussière cosmique qui imprègne l'univers contient des composés organiques complexes ("solides organiques amorphes avec une structure mixte aromatique-aliphatique") qui pourraient être créés naturellement et rapidement par les étoiles. [81] [82] [83] En outre, un scientifique a suggéré que ces composés pourraient avoir été liés au développement de la vie sur Terre et a déclaré que, "Si tel est le cas, la vie sur Terre aurait peut-être eu plus de facilité à démarrer car ces produits organiques peuvent servir d'ingrédients de base pour la vie." [81]

Plus de 20 % du carbone de l'univers peut être associé à des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), matières premières possibles pour la formation de la vie. Les HAP semblent s'être formés peu après le Big Bang, sont répandus dans tout l'univers et sont associés à de nouvelles étoiles et exoplanètes. [84] Les HAP sont soumis à des conditions de milieu interstellaire et sont transformés par hydrogénation, oxygénation et hydroxylation, en substances organiques plus complexes - "une étape sur la voie des acides aminés et des nucléotides, les matières premières des protéines et de l'ADN, respectivement". [85] [86]

En octobre 2020, des astronomes ont proposé l'idée de détecter la vie sur des planètes lointaines en étudiant les ombres des arbres à certains moments de la journée pour trouver des modèles qui pourraient être détectés grâce à l'observation d'exoplanètes. [87] [88]

Astroécologie Modifier

L'astroécologie concerne les interactions de la vie avec les environnements et les ressources spatiaux, dans les planètes, les astéroïdes et les comètes. À plus grande échelle, l'astroécologie concerne les ressources pour la vie des étoiles de la galaxie à travers le futur cosmologique. L'astroécologie tente de quantifier la vie future dans l'espace, en abordant ce domaine de l'astrobiologie.

L'astroécologie expérimentale étudie les ressources dans les sols planétaires, en utilisant des matériaux spatiaux réels dans des météorites. [89] Les résultats suggèrent que les matériaux martiens et de chondrite carbonée peuvent soutenir des cultures de bactéries, d'algues et de plantes (asperges, pommes de terre), avec une fertilité élevée des sols. Les résultats confirment que la vie aurait pu survivre dans les premiers astéroïdes aqueux et sur des matériaux similaires importés sur Terre par la poussière, les comètes et les météorites, et que ces matériaux d'astéroïdes peuvent être utilisés comme sol pour les futures colonies spatiales. [89] [90]

À plus grande échelle, la cosmoécologie concerne la vie dans l'univers au cours des temps cosmologiques. Les principales sources d'énergie peuvent être les étoiles géantes rouges et les étoiles naines blanches et rouges, soutenant la vie pendant 10 à 20 ans. [89] [91] Les astroécologues suggèrent que leurs modèles mathématiques peuvent quantifier les quantités potentielles de vie future dans l'espace, permettant une expansion comparable de la biodiversité, conduisant potentiellement à diverses formes de vie intelligentes. [92]

Astrogéologie Modifier

L'astrogéologie est une discipline des sciences planétaires qui s'intéresse à la géologie des corps célestes tels que les planètes et leurs lunes, les astéroïdes, les comètes et les météorites. Les informations recueillies par cette discipline permettent de mesurer le potentiel d'une planète ou d'un satellite naturel à développer et maintenir la vie, ou l'habitabilité planétaire.

Une discipline supplémentaire de l'astrogéologie est la géochimie, qui implique l'étude de la composition chimique de la Terre et d'autres planètes, des processus chimiques et des réactions qui régissent la composition des roches et des sols, les cycles de la matière et de l'énergie et leur interaction avec l'hydrosphère et l'atmosphère. de la planète. Les spécialisations comprennent la cosmochimie, la biochimie et la géochimie organique.

Les archives fossiles fournissent la plus ancienne preuve connue de la vie sur Terre. [93] En examinant les preuves fossiles, les paléontologues sont en mesure de mieux comprendre les types d'organismes apparus sur la Terre primitive. Certaines régions de la Terre, telles que le Pilbara en Australie occidentale et les McMurdo Dry Valleys de l'Antarctique, sont également considérées comme des analogues géologiques des régions de Mars et, en tant que telles, pourraient fournir des indices sur la façon de rechercher une vie passée sur Mars.

Les divers groupes fonctionnels organiques, composés d'hydrogène, d'oxygène, d'azote, de phosphore, de soufre et d'une multitude de métaux tels que le fer, le magnésium et le zinc, fournissent l'énorme diversité des réactions chimiques nécessairement catalysées par un organisme vivant. Le silicium, en revanche, n'interagit qu'avec quelques autres atomes, et les grosses molécules de silicium sont monotones par rapport à l'univers combinatoire des macromolécules organiques. [62] [94] En effet, il semble probable que les éléments constitutifs de base de la vie, où que ce soit, seront similaires à ceux de la Terre, en général sinon dans les détails. [94] Bien que la vie terrestre et la vie qui pourraient survenir indépendamment de la Terre soient censées utiliser de nombreux éléments constitutifs similaires, sinon identiques, elles devraient également avoir des qualités biochimiques uniques. Si la vie a eu un impact comparable ailleurs dans le système solaire, les abondances relatives de produits chimiques essentiels à sa survie, quelles qu'elles soient, pourraient trahir sa présence. Quelle que soit la vie extraterrestre, sa tendance à modifier chimiquement son environnement pourrait bien la trahir. [95]

Les gens ont longtemps spéculé sur la possibilité de la vie dans des environnements autres que la Terre, cependant, la spéculation sur la nature de la vie ailleurs a souvent accordé peu d'attention aux contraintes imposées par la nature de la biochimie. [94] La probabilité que la vie dans l'univers soit probablement basée sur le carbone est suggérée par le fait que le carbone est l'un des éléments supérieurs les plus abondants. Seuls deux des atomes naturels, le carbone et le silicium, sont connus pour servir de colonne vertébrale à des molécules suffisamment grandes pour véhiculer des informations biologiques. En tant que base structurelle de la vie, l'une des caractéristiques importantes du carbone est que, contrairement au silicium, il peut facilement s'engager dans la formation de liaisons chimiques avec de nombreux autres atomes, permettant ainsi la polyvalence chimique requise pour conduire les réactions du métabolisme biologique et de la propagation.

La discussion sur l'endroit où la vie pourrait se produire dans le système solaire était historiquement limitée par la compréhension que la vie dépend en fin de compte de la lumière et de la chaleur du Soleil et, par conséquent, est limitée à la surface des planètes. [94] Les quatre candidats les plus probables à la vie dans le système solaire sont la planète Mars, la lune jovienne Europa et les lunes de Saturne Titan [96] [97] [98] [99] [100] et Encelade. [80] [101]

Mars, Encelade et Europe sont considérés comme des candidats probables dans la recherche de la vie, principalement parce qu'ils peuvent avoir de l'eau liquide souterraine, une molécule essentielle à la vie telle que nous la connaissons pour son utilisation comme solvant dans les cellules. [39] L'eau sur Mars se trouve gelée dans ses calottes glaciaires polaires, et les ravins nouvellement sculptés récemment observés sur Mars suggèrent que de l'eau liquide peut exister, au moins temporairement, à la surface de la planète. [102] [103] Aux basses températures martiennes et à la basse pression, l'eau liquide est susceptible d'être fortement saline. [104] Quant à Europe et Encelade, de grands océans mondiaux d'eau liquide existent sous les croûtes extérieures glacées de ces lunes. [75] [96] [97] Cette eau peut être réchauffée à l'état liquide par les évents volcaniques au fond de l'océan, mais la principale source de chaleur est probablement le chauffage des marées. [105] Le 11 décembre 2013, la NASA a signalé la détection de « minéraux argileux » (en particulier, des phyllosilicates), souvent associés à des matières organiques, sur la croûte glacée d'Europe. [106] La présence des minéraux peut avoir été le résultat d'une collision avec un astéroïde ou une comète selon les scientifiques. [106] De plus, le 27 juin 2018, des astronomes ont signalé la détection de composés organiques macromoléculaires complexes sur Encelade [107] et, selon des scientifiques de la NASA en mai 2011, « est en train de devenir l'endroit le plus habitable au-delà de la Terre dans le système solaire pour la vie comme nous le savons". [80] [101]

Un autre corps planétaire qui pourrait potentiellement soutenir la vie extraterrestre est la plus grande lune de Saturne, Titan. [100] Titan a été décrit comme ayant des conditions similaires à celles de la Terre primitive. [108] À sa surface, les scientifiques ont découvert les premiers lacs liquides en dehors de la Terre, mais ces lacs semblent être composés d'éthane et/ou de méthane, pas d'eau. [109] Certains scientifiques pensent qu'il est possible que ces hydrocarbures liquides remplacent l'eau dans des cellules vivantes différentes de celles de la Terre. [110] [111] Après que les données Cassini aient été étudiées, il a été rapporté en mars 2008 que Titan peut aussi avoir un océan souterrain composé d'eau liquide et d'ammoniac. [112]

De la phosphine a été détectée dans l'atmosphère de la planète Vénus. Il n'y a aucun processus abiotique connu sur la planète qui pourrait causer sa présence. [113] Étant donné que Vénus a la température de surface la plus chaude de toutes les planètes du système solaire, la vie vénusienne, si elle existe, est très probablement limitée aux micro-organismes extrémophiles qui flottent dans la haute atmosphère de la planète, où les conditions sont presque terrestres. [114]

Mesurer le rapport des niveaux d'hydrogène et de méthane sur Mars peut aider à déterminer la probabilité de vie sur Mars. [115] [116] Selon les scientifiques, « . faible H2/CH4 les rapports (moins d'environ 40) indiquent que la vie est probablement présente et active." [115] D'autres scientifiques ont récemment rapporté des méthodes de détection de l'hydrogène et du méthane dans les atmosphères extraterrestres. [117] [118]

Des composés organiques complexes de la vie, y compris l'uracile, la cytosine et la thymine, ont été formés en laboratoire dans des conditions spatiales, en utilisant des produits chimiques de départ tels que la pyrimidine, trouvés dans les météorites. La pyrimidine, comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), est la substance chimique la plus riche en carbone trouvée dans l'univers. [119]

L'hypothèse de la Terre Rare postule que les formes de vie multicellulaires trouvées sur Terre peuvent en fait être plus rares que les scientifiques ne le supposent. Il fournit une réponse possible au paradoxe de Fermi qui suggère : « Si les extraterrestres sont communs, pourquoi ne sont-ils pas évidents ? C'est apparemment en opposition au principe de médiocrité, assumé par les astronomes célèbres Frank Drake, Carl Sagan et d'autres. Le principe de médiocrité suggère que la vie sur Terre n'est pas exceptionnelle et qu'elle est plus que susceptible de se trouver sur d'innombrables autres mondes.

La recherche systématique d'une vie possible en dehors de la Terre est une entreprise scientifique multidisciplinaire valable. [120] Cependant, les hypothèses et les prédictions quant à son existence et son origine varient considérablement, et à l'heure actuelle, le développement d'hypothèses fermement fondées sur la science peut être considéré comme l'application pratique la plus concrète de l'astrobiologie. Il a été proposé que les virus soient susceptibles d'être rencontrés sur d'autres planètes porteuses de vie, [121] [122] et peuvent être présents même s'il n'y a pas de cellules biologiques. [123]

Résultats de la recherche Modifier

En date de 2019 [mise à jour], aucune preuve de vie extraterrestre n'a été identifiée. [126] L'examen de la météorite Allan Hills 84001, qui a été récupérée en Antarctique en 1984 et originaire de Mars, est pensé par David McKay, ainsi que quelques autres scientifiques, pour contenir des microfossiles d'origine extraterrestre, cette interprétation est controversée. [127] [128] [129]

Yamato 000593, la deuxième plus grande météorite de Mars, a été trouvée sur Terre en 2000. À un niveau microscopique, on trouve dans la météorite des sphères riches en carbone par rapport aux zones environnantes dépourvues de telles sphères. Les sphères riches en carbone pourraient avoir été formées par l'activité biotique selon certains scientifiques de la NASA. [130] [131] [132]

Le 5 mars 2011, Richard B. Hoover, un scientifique du Marshall Space Flight Center, a spéculé sur la découverte de prétendus microfossiles similaires aux cyanobactéries dans les météorites carbonées CI1 de la frange. Journal de cosmologie, une histoire largement relayée par les médias grand public. [133] [134] Cependant, la NASA s'est formellement éloignée de l'affirmation de Hoover. [135] Selon l'astrophysicien américain Neil deGrasse Tyson : "Pour le moment, la vie sur Terre est la seule vie connue dans l'univers, mais il existe des arguments convaincants pour suggérer que nous ne sommes pas seuls." [136]

Environnements extrêmes sur Terre

Le 17 mars 2013, des chercheurs ont signalé que des formes de vie microbiennes se développent dans la fosse des Mariannes, l'endroit le plus profond de la Terre. [137] [138] D'autres chercheurs ont rapporté que les microbes se développent à l'intérieur des roches jusqu'à 1 900 pieds (580 m) sous le fond marin sous 8 500 pieds (2 600 m) d'océan au large des côtes du nord-ouest des États-Unis. [137] [139] Selon l'un des chercheurs, "Vous pouvez trouver des microbes partout, ils sont extrêmement adaptables aux conditions et survivent où qu'ils soient." [137] Des preuves de perchlorates ont été trouvées dans tout le système solaire, et en particulier sur Mars. Le Dr Kennda Lynch a découvert le premier cas connu de perchlorates et de microbes réducteurs de perchlorates dans un paléolake de Pilot Valley, dans l'Utah. [140] [141] Ces découvertes élargissent l'habitabilité potentielle de certaines niches d'autres planètes.

En 2004, la signature spectrale du méthane ( CH
4 ) a été détectée dans l'atmosphère martienne par les deux télescopes terrestres ainsi que par le Mars Express orbiteur. En raison du rayonnement solaire et du rayonnement cosmique, le méthane devrait disparaître de l'atmosphère martienne d'ici plusieurs années, de sorte que le gaz doit être activement reconstitué afin de maintenir la concentration actuelle. [142] [143] Le 7 juin 2018, la NASA a annoncé une variation saisonnière cyclique du méthane atmosphérique, qui peut être produit par des sources géologiques ou biologiques. [144] [145] [146] L'orbiteur européen ExoMars Trace Gas Orbiter mesure et cartographie actuellement le méthane atmosphérique.

Il est possible que certaines exoplanètes aient des lunes avec des surfaces solides ou des océans liquides hospitaliers. La plupart des planètes découvertes jusqu'à présent en dehors du système solaire sont des géantes gazeuses chaudes considérées comme inhospitalières à la vie, on ne sait donc pas encore si le système solaire, avec une planète intérieure chaude, rocheuse et riche en métaux comme la Terre, est de une composition aberrante. Des méthodes de détection améliorées et un temps d'observation accru permettront sans aucun doute de découvrir davantage de systèmes planétaires, et peut-être d'autres comme le nôtre. Par exemple, la mission Kepler de la NASA cherche à découvrir des planètes de la taille de la Terre autour d'autres étoiles en mesurant des changements infimes dans la courbe de lumière de l'étoile lorsque la planète passe entre l'étoile et le vaisseau spatial. Les progrès de l'astronomie infrarouge et de l'astronomie submillimétrique ont révélé les constituants d'autres systèmes stellaires.

Les efforts pour répondre à des questions telles que l'abondance de planètes potentiellement habitables dans les zones habitables et les précurseurs chimiques ont eu beaucoup de succès. De nombreuses planètes extrasolaires ont été détectées à l'aide de la méthode de l'oscillation et de la méthode de transit, montrant que les planètes autour d'autres étoiles sont plus nombreuses qu'on ne le supposait auparavant. La première planète extrasolaire de la taille de la Terre à être découverte dans la zone habitable de son étoile est Gliese 581 c. [147]

Extrémophiles Modifier

L'étude des extrêmophiles est utile pour comprendre l'origine possible de la vie sur Terre ainsi que pour trouver les candidats les plus probables à une future colonisation d'autres planètes. L'objectif est de détecter les organismes capables de survivre aux conditions de voyage dans l'espace et de maintenir leur capacité de prolifération. Les meilleurs candidats sont les extrêmophiles, car ils se sont adaptés pour survivre dans différents types de conditions extrêmes sur terre. Au cours de l'évolution, les extrêmophiles ont développé diverses stratégies pour survivre aux différentes conditions de stress de différents environnements extrêmes.Ces réponses au stress pourraient également leur permettre de survivre dans des conditions spatiales difficiles, bien que l'évolution impose également certaines restrictions à leur utilisation comme analogues à la vie extraterrestre. [148]

L'espèce thermophile G. thermantarcticus est un bon exemple de micro-organisme qui pourrait survivre aux voyages spatiaux. C'est une bactérie du genre sporulé Bacillus. La formation de spores lui permet de survivre à des environnements extrêmes tout en étant capable de redémarrer la croissance cellulaire. Il est capable de protéger efficacement l'intégrité de son ADN, de sa membrane et de ses protéines dans différentes conditions extrêmes (dessiccation, températures jusqu'à -196°C, rayonnement UVC et rayons C. ). Il est également capable de réparer les dommages produits par l'environnement spatial.

En comprenant comment les organismes extrêmophiles peuvent survivre aux environnements extrêmes de la Terre, nous pouvons également comprendre comment les micro-organismes auraient pu survivre aux voyages dans l'espace et comment l'hypothèse de la panspermie pourrait être possible. [149]

Des recherches sur les limites environnementales de la vie et le fonctionnement des écosystèmes extrêmes sont en cours, permettant aux chercheurs de mieux prédire quels environnements planétaires pourraient être les plus susceptibles d'abriter la vie. Des missions telles que la Phénix atterrisseur, Mars Science Laboratory, ExoMars, le rover Mars 2020 vers Mars et le Cassini sonde vers les lunes de Saturne visent à explorer davantage les possibilités de vie sur d'autres planètes du système solaire.

Les deux atterrisseurs vikings ont chacun effectué quatre types d'expériences biologiques à la surface de Mars à la fin des années 1970. Ce sont les seuls atterrisseurs martiens à avoir mené des expériences visant spécifiquement le métabolisme de la vie microbienne actuelle sur Mars. Les atterrisseurs ont utilisé un bras robotisé pour collecter des échantillons de sol dans des conteneurs de test scellés sur l'engin. Les deux atterrisseurs étaient identiques, donc les mêmes tests ont été effectués à deux endroits sur la surface de Mars Viking 1 près de l'équateur et Viking 2 plus au nord. [150] Le résultat n'a pas été concluant, [151] et est encore contesté par certains scientifiques. [152] [153] [154] [155]

Norman Horowitz était le chef de la section de biosciences du Jet Propulsion Laboratory pour les missions Mariner et Viking de 1965 à 1976. Horowitz considérait que la grande polyvalence de l'atome de carbone en fait l'élément le plus susceptible d'apporter des solutions, même exotiques, aux problèmes. de survie de la vie sur d'autres planètes. [156] Cependant, il a également considéré que les conditions trouvées sur Mars étaient incompatibles avec la vie basée sur le carbone.

Beagle 2 était un atterrisseur britannique infructueux qui faisait partie de la mission Mars Express 2003 de l'Agence spatiale européenne. Son objectif principal était de rechercher des signes de vie sur Mars, passés ou présents. Bien qu'il ait atterri en toute sécurité, il n'a pas pu déployer correctement ses panneaux solaires et son antenne de télécommunications. [157]

EXPOSE est une installation multi-utilisateurs montée en 2008 à l'extérieur de la Station spatiale internationale dédiée à l'astrobiologie. [158] [159] EXPOSE a été développé par l'Agence spatiale européenne (ESA) pour les vols spatiaux à long terme qui permettent l'exposition de produits chimiques organiques et d'échantillons biologiques à l'espace extra-atmosphérique en orbite terrestre basse. [160]

La mission Mars Science Laboratory (MSL) a fait atterrir le Curiosité rover actuellement en service sur Mars. [161] Il a été lancé le 26 novembre 2011 et a atterri au cratère Gale le 6 août 2012. [45] Les objectifs de la mission sont d'aider à évaluer l'habitabilité de Mars et, ce faisant, de déterminer si Mars est ou a jamais été capable de supporter la vie, [162] collectent des données pour une future mission humaine, étudient la géologie martienne, son climat et évaluent davantage le rôle que l'eau, un ingrédient essentiel à la vie telle que nous la connaissons, a joué dans la formation des minéraux sur Mars.

Les Tanpopo La mission est une expérience d'astrobiologie orbitale qui étudie le transfert interplanétaire potentiel de la vie, des composés organiques et des particules terrestres possibles dans l'orbite terrestre basse. L'objectif est d'évaluer l'hypothèse de la panspermie et la possibilité d'un transport interplanétaire naturel de la vie microbienne ainsi que des composés organiques prébiotiques. Les premiers résultats de la mission montrent que certains amas de micro-organismes peuvent survivre pendant au moins un an dans l'espace. [163] Cela peut soutenir l'idée que des amas de plus de 0,5 millimètre de micro-organismes pourraient être un moyen pour la vie de se propager d'une planète à l'autre. [163]

ExoMars est une mission robotique vers Mars pour rechercher d'éventuelles biosignatures de la vie martienne, passée ou présente. Cette mission astrobiologique est actuellement en cours de développement par l'Agence spatiale européenne (ESA) en partenariat avec l'Agence spatiale fédérale russe (Roscosmos) elle est prévue pour un lancement en 2022. [164] [165] [166]

Mars 2020 a atterri avec succès son rover Perseverance dans le cratère de Jezero le 18 février 2021. Il étudiera les environnements sur Mars pertinents pour l'astrobiologie, étudiera ses processus géologiques de surface et son histoire, y compris l'évaluation de son habitabilité passée et son potentiel de préservation des biosignatures et des biomolécules dans des matériaux géologiques accessibles . [167] L'équipe de définition scientifique propose au rover de collecter et d'emballer au moins 31 échantillons de carottes rocheuses et de sol pour une mission ultérieure afin de les ramener pour une analyse plus définitive dans des laboratoires sur Terre. Le rover pourrait effectuer des mesures et des démonstrations technologiques pour aider les concepteurs d'une expédition humaine à comprendre les dangers posés par la poussière martienne et montrer comment collecter le dioxyde de carbone (CO2), qui pourrait être une ressource pour fabriquer de l'oxygène moléculaire (O2) et du carburant de fusée. [168] [169]

Tondeuse Europe est une mission prévue par la NASA pour un lancement en 2025 qui effectuera une reconnaissance détaillée de la lune Europa de Jupiter et étudiera si son océan interne pourrait abriter des conditions propices à la vie. [170] [171] Cela facilitera également la sélection des futurs sites d'atterrissage. [172] [173]

Concepts proposés Modifier

La vie brise-glace est une mission d'atterrisseur proposée pour le programme de découverte de la NASA pour l'opportunité de lancement de 2021, [174] mais elle n'a pas été sélectionnée pour le développement. Il aurait eu un atterrisseur stationnaire qui serait une copie proche du succès 2008 Phénix et il aurait transporté une charge utile scientifique d'astrobiologie améliorée, y compris une carotteuse de 1 mètre de long pour échantillonner le sol cimenté par la glace dans les plaines du nord afin de rechercher des molécules organiques et des preuves de la vie actuelle ou passée sur Mars. [175] [176] L'un des principaux objectifs de la La vie brise-glace mission est de tester l'hypothèse que le sol riche en glace dans les régions polaires a des concentrations importantes de matières organiques en raison de la protection par la glace contre les oxydants et les radiations.

Voyage vers Encelade et Titan

Voyage vers Encelade et Titan (JET) est un concept de mission d'astrobiologie pour évaluer le potentiel d'habitabilité des lunes Encelade et Titan de Saturne au moyen d'un orbiteur. [177] [178] [179]

Recherche de vie Encelade

Recherche de vie Encelade (ELFE) est un concept de mission d'astrobiologie proposé pour une sonde spatiale destinée à évaluer l'habitabilité de l'océan aquatique interne d'Encelade, la sixième plus grande lune de Saturne. [180] [181]

Enquête sur la vie pour Encelade

Enquête sur la vie pour Encelade (LA VIE) est un concept proposé de mission de retour d'échantillons d'astrobiologie. Le vaisseau spatial entrerait en orbite de Saturne et permettrait de multiples survols à travers les panaches glacés d'Encelade pour collecter des particules de panache glacial et des volatiles et les renvoyer sur Terre sur une capsule. Le vaisseau spatial peut échantillonner les panaches d'Encelade, l'anneau E de Saturne et la haute atmosphère de Titan. [182] [183] ​​[184]

Océanus est un orbiteur proposé en 2017 pour la mission New Frontiers n°4. Il se rendrait sur la lune de Saturne, Titan, pour évaluer son habitabilité. [185] Océanus Les objectifs sont de révéler la chimie organique, la géologie, la gravité, la topographie de Titan, de collecter des données de reconnaissance 3D, de cataloguer les matières organiques et de déterminer où elles peuvent interagir avec l'eau liquide. [186]

Explorateur d'Encelade et Titan

Explorateur d'Encelade et Titan (E 2 T) est un concept de mission d'orbiteur qui étudierait l'évolution et l'habitabilité des satellites saturniens Encelade et Titan. Le concept de mission a été proposé en 2017 par l'Agence spatiale européenne. [187]


Aurons-nous bientôt la preuve de la vie martienne ?

Mars a-t-il jamais eu la vie ? Parmi les fans de l'espace, cette question rivalise probablement avec "qu'est-ce qu'il y a pour le dîner?" en popularité. Mais contrairement à vos options alimentaires, la question de la vie martienne est difficile à aborder. Franchement, c'est un défi de klaxon de rechercher des organismes qui sont loin, très loin et qui ont peut-être disparu il y a très, très longtemps.

Mais voici la bonne nouvelle : les scientifiques auront bientôt un allié high-tech dans la chasse martienne. Le 30 juillet, la mission Mars 2020 sera lancée dans l'espace depuis Cap Canaveral, à bord du rover Perseverance. Ce robot d'une tonne parcourra la planète rouge à la recherche d'endroits où la biologie aurait pu exister. De plus, il collectera des échantillons intéressants qui pourront éventuellement être renvoyés sur Terre pour une analyse plus approfondie.

Jusqu'à présent, la recherche la plus ambitieuse de Martiens était l'expédition Viking au milieu des années 1970. Deux atterrisseurs, hérissés d'instruments, ont mené plusieurs expériences à la recherche de la vie - y compris la vie microbienne. Beaucoup parmi le public ont été déçus lorsque l'équipe de biologie Viking a conclu que les atterrisseurs n'avaient trouvé aucune preuve convaincante de la vie. Mais étant donné la sensibilité limitée des instruments et le fait qu'ils étaient collés sur la petite parcelle de terrain où ils ont atterri, il serait imprudent de conclure que la planète entière est, ou était, toujours stérile.

La nouvelle recherche sera meilleure à plusieurs égards. La persévérance est équipée d'instruments plus sensibles, armée des connaissances acquises par des décennies d'observations d'orbiteurs, et a l'énorme avantage de la mobilité. Il a également une stratégie différente : plutôt que de rechercher la vie existante sur Mars, il essaiera de trouver des preuves d'organismes qui vivaient à l'époque des salades de la planète, il y a des milliards d'années, alors que c'était un endroit meilleur et plus humide. Après tout, quelle que soit l'histoire de la vie sur Mars, il y aura plus d'organismes morts que vivants.

Bien sûr, aucun rover ne peut inspecter les 36 milliards d'acres de gazon martien. Ainsi, la clé pour trouver des preuves des anciens résidents de la planète rouge est de connaître le territoire, explique Adrian Brown, ancien chercheur principal du SETI Institute et maintenant scientifique à Plancius Research dans le Maryland.

"Nous voulons regarder dans des endroits où nous pensons qu'il y avait autrefois de l'eau liquide, et pas seulement des piscines qui sont restées quelques mois ou quelques années, mais des corps plus grands qui ont existé pendant très longtemps", dit-il.

Par conséquent, Persévérance dirigera son attention vers une caractéristique de 30 milles de diamètre connue sous le nom de cratère Jezero. Ce cratère a été creusé par un météore il y a des milliards d'années et a finalement servi de bassin de captage à deux rivières. Pendant des millions d'années, le cratère Jezero, arrosé par ces rivières, a existé sous le nom de lac Jezero. Comme tout le monde le sait, les lacs sur Terre abritent une myriade de petits organismes, alors peut-être qu'il en était de même sur Mars. Les restes de ces anciens habitants pourraient encore être présents dans la boue séchée du fond du cratère.

En fait, des indices de leur présence ont peut-être déjà été détectés d'en haut. Brown note qu'un spectromètre sur Mars Reconnaissance Orbiter a trouvé des preuves de composés carbonatés dans le cratère Jezero. Sur Terre, les carbonates sont produits par de petits animaux aquatiques, comme les coraux ou les foraminifères. Le panneau mural de votre maison est composé de ces créatures mortes.

Bien que l'on ne puisse pas être certain que les carbonates trouvés par spectroscopie par Brown et ses collègues soient dus à la vie, c'est un pistolet avec plus qu'une bouffée de fumée. En effet, c'est un indice si convaincant de la possibilité de vie sur Mars que la NASA a parié 2 milliards de dollars pour envoyer Persévérance sur son chemin. Il commencera ses recherches après son arrivée en février.

La mission de Persévérance va bien au-delà de la simple inspection des carbonates. Une autre découverte possible, qui ferait la journée de chaque astrobiologiste, serait de trouver des caractéristiques rocheuses en couches appelées stromatolites – les restes structurels de générations de bactéries qui ont vécu et sont mortes les unes sur les autres.

Ce seraient des preuves de la biologie, pas seulement de la chimie. Les organismes unicellulaires ne laissent pas beaucoup de fossiles, ils manquent d'os et de dents. Mais les stromatolites sont macroscopiques et durs. Dans le nord-ouest de l'Australie, dans le craton aride de Pilbara, on peut trouver des affleurements rocheux de stromatolites terrestres qui remontent à 3 milliards et demi d'années, parmi les premières preuves de la biologie terrestre. Peut-être que quelque chose de similaire peut être trouvé dans le cratère Jezero.

La course à la détection des biosignatures martiennes ne se terminera pas avec la mission Mars 2020. La NASA a élaboré un plan pour restituer les roches collectées par Persévérance à l'aide de systèmes robotiques et d'une fusée. L'espoir est que les échantillons de Jezero soient dans des laboratoires terrestres d'ici 2031. Ensuite, avec les meilleurs instruments du monde qui les séparent atome par atome, nous aurons notre meilleure chance de trouver des signes de vie sur une autre planète.

"Pendant des siècles, les scientifiques se sont cognés la tête en essayant de savoir si Mars s'était déjà épanouie avec la biologie", note Brown. « Cette expérience est peut-être notre meilleure chance de la trouver jusqu'à présent. Et bien sûr, il serait à la fois important et excitant d'apprendre que la Terre n'est pas la seule planète de notre système solaire à avoir concocté la vie. »


Une stratégie d'astrobiologie pour l'exploration de Mars (2007)

La vie telle que nous la connaissons (c'est-à-dire la vie terrane, comme discuté au chapitre 1) est basée sur la chimie organique et est constituée de composés carbonés. Ces matières organiques sont omniprésentes dans la croûte terrestre et constituent un vaste enregistrement chimique et isotopique de la vie passée qui dépasse de loin ce qui est enregistré par les fossiles visibles. 1 L'omniprésence du charbon, des schistes noirs riches en matières organiques et des hydrocarbures pétroliers, par exemple, est une manifestation des activités de la vie qui s'étend profondément dans les archives géologiques et peut être utilisée pour observer l'activité et les événements biologiques passés. 2 En fait, la matière organique biogénique est si omniprésente et écrasante dans son abondance qu'il est extrêmement difficile d'identifier les composés organiques et la matière organique d'origine sans ambiguïté non biologique. Les exceptions notables sont les composés organiques dans les météorites et les synthétiques. 3

L'expérience des études de matériaux terrestres suggère que de toutes les diverses techniques de détection de vie disponibles, l'analyse de la chimie du carbone est la première parmi ses pairs. L'imagerie et d'autres techniques de détection de la vie sont importantes et feront toujours partie intégrante de l'exploration planétaire, mais rares sont ceux qui affirmeraient qu'une seule méthodologie fournit un moyen plus robuste de trouver la vie extraterrestre que l'analyse organique. En conséquence, l'accent principal est mis ici sur les méthodes chimiques pour la détection de la vie. Cependant, l'analyse organique seule est insuffisante pour détecter la vie. Les résultats d'un ensemble de toutes les méthodologies pertinentes, combinés à des considérations de plausibilité géologique et environnementale, fourniront probablement la meilleure preuve de la présence ou de l'absence de vie dans un échantillon.

Bien que toutes les caractéristiques supposées des formes de vie martiennes hypothétiques discutées au chapitre 1 puissent informer et guider la recherche globale de biosignatures, l'hypothèse concernant le rôle clé susceptible d'être joué par la chimie organique s'avérera particulièrement importante. Cette hypothèse implique que les organismes martiens produiraient et utiliseraient une large gamme de petites molécules et de polymères organiques qui pourraient servir de biosignatures chimiques dans leurs états intacts ou fragmentaires. Mais pour appliquer ces connaissances à des expériences de télédétection sur Mars ou d'autres corps planétaires, les astrobologues doivent faire une distinction fiable entre les molécules biologiques et celles qui ne sont pas d'origine biologique. La discussion suivante identifie les caractéristiques spécifiques qui distinguent les composés abiotiques des composés ou des modèles produits par la vie actuelle sur Terre. Pour aborder la focalisation géocentrique passée, la discussion

considère certaines caractéristiques génériques qui ne pourraient pas être générées biologiquement et qui seraient le fondement d'une approche saine de la reconnaissance de la vie non-terraine.

CHIMIE ABIOTIQUE

La chimie abiotique, à la fois organique et inorganique, fournit des informations importantes sur les voies qui pourraient avoir conduit à une origine de la vie. Malheureusement, dans les scénarios d'origine de la vie, il n'y a pas de consensus sur la synthèse des matières organiques sur la Terre primitive ou ailleurs, et les astrobiologistes ne peuvent donc pas rechercher une chimie spécifique. Parmi les modèles suggérés comme pouvant être pertinents pour l'origine de la vie figurent les décharges électriques atmosphériques, telles que proposées par Miller et Urey, 4 qui se sont avérées synthétiser une gamme de composés organiques, y compris des acides aminés, à partir de mélanges de méthane, d'ammoniac et d'eau. . Les expériences de décharge produisent peu de composés organiques lorsqu'elles sont réalisées dans les types de mélanges gazeux oxydés de dioxyde de carbone qui auraient prédominé au début de Mars. Des processus supplémentaires qui pourraient avoir contribué à l'inventaire des composés organiques sur Mars précoce comprennent ceux associés aux effets transitoires des impacts de bolides 5 et, plus important encore, une variété de réactions chimiques catalysées par des minéraux, y compris les réactions eau-roche (par exemple, la serpentinisation) et Strecker, Fischer-Tropsch et synthèse organique pilotée par FeS. 6 Les réactions eau-roche produisent de grandes quantités d'hydrogène qui pourraient conduire à la formation souterraine d'hydrocarbures à partir de dioxyde de carbone. La synthèse de Strecker est la réaction de l'ammoniac, du cyanure d'hydrogène et des aldéhydes pour donner des acides aminés et des produits apparentés. La chimie de Fischer-Tropsch est la réaction à haute température catalysée par des minéraux du monoxyde de carbone et de l'hydrogène pour donner des hydrocarbures. La synthèse organique dirigée par FeS, proposée pour la première fois par Wächtershäuser, 8, 9 n'a été démontrée expérimentalement que pour un ensemble relativement limité de synthèses.

Il est prudent de supposer que des composés organiques qui auraient pu contribuer au potentiel prébiotique de la planète auraient pu être synthétisés ailleurs dans le système solaire ou dans l'espace interstellaire, puis transportés à la surface de Mars via des chondrites carbonées et des particules de poussière interplanétaires. Puisqu'il n'y a pas de consensus sur l'histoire passée des processus prébiotiques sur Mars, il est plus constructif de considérer d'abord la disponibilité des éléments qui constituent la matière organique.

Carbone. Le C se trouve sous forme de dioxyde de carbone gazeux dans l'atmosphère martienne, sous forme de glace de dioxyde de carbone et de minéraux carbonatés. Des carbonates ont été trouvés en petites quantités dans les météorites martiennes mais n'ont pas été détectés en quantités significatives par les techniques de télédétection orbitale ou dans les analyses chimiques du régolithe martien par les atterrisseurs.

Hydrogène. H est présent sous forme de glace et de vapeur d'eau et dans les minéraux hydratés, et peut être présent dans la croûte sous forme d'eau liquide.Les rapports D/H élevés de l'eau martienne montrent que Mars a perdu une fraction de son eau dans l'espace depuis la haute atmosphère. En raison de la faible pression atmosphérique, l'eau liquide n'est pas stable à la surface de Mars moderne. On pense que les calottes glaciaires polaires contiennent des quantités importantes de glace d'eau, et le spectromètre à rayons gamma du vaisseau spatial Mars Odyssey a détecté des quantités importantes d'hydrogène sous la surface, vraisemblablement sous forme de glace d'eau. 10 Ainsi, l'abondance d'hydrogène n'aurait entravé la vie sur Mars à aucun moment de son histoire.

Azote. N est mal retenu par les planètes intérieures en raison de sa volatilité et de sa stabilité comme N2 ainsi qu'à l'instabilité et à la solubilité relatives de ses formes volatiles. Actuellement, 2,7% de l'atmosphère martienne est constituée d'azote. Bien que l'azote soit crucial pour la vie, il peut être rare sur Mars. 11 Le rapport observé de 15 N/ 14 N suggère qu'une grande partie de l'inventaire d'azote de la planète a été perdue dans l'espace. Aucune mesure n'a encore identifié l'azote stocké dans les minéraux de surface ou de sous-surface.

Oxygène. O est présent dans H2O et CO2, dans les oxydes et les minéraux sulfatés sur la surface fortement oxydée, et dans les silicates et autres minéraux à l'intérieur de la croûte.

Phosphore. Les minéraux phosphatés sont en fait plus abondants dans les météorites que dans la plupart des roches ignées sur Terre. Les composés volatils du phosphore (pentoxyde de phosphore et phosphine) sont rares, ce qui rend les minéraux phosphatés plus précieux comme sources de phosphore pour les organismes que d'autres éléments biotiques avec des formes volatiles courantes.

Soufre. Le S est très abondant sous forme de sulfates à la surface martienne, et les sulfures sont des minéraux accessoires courants dans les météorites martiennes et, vraisemblablement, la croûte martienne. Les mesures isotopiques suggèrent que des espèces soufrées sont également présentes dans l'atmosphère martienne. 12

Autres métaux. Les ions métalliques tels que ceux requis par les systèmes biologiques&mdashMg, Ca, Na, K, et les éléments de transition&mdapart abondent dans les roches de surface martiennes et, vraisemblablement, dans les roches souterraines également.

BIOSIGNATURES TERRANES ET BIOSIGNATURES MARTIENNES POTENTIELLES

Biosignatures moléculaires

La chimie du carbone des organismes terriens est bien comprise. Les chercheurs ont une connaissance détaillée des mécanismes métaboliques et reproducteurs de nombreux organismes vivants et peuvent reconnaître les produits chimiques résiduels longtemps après la fin de la vie. La chimie fournit de nombreux outils pour identifier la vie existante et fossile basée sur le carbone sur Terre et, potentiellement, dans tout l'univers.

Au niveau le plus élémentaire, les chercheurs peuvent examiner la composition élémentaire de la matière organique en vrac conservée sur Mars ou dans des échantillons de Mars retournés en tant qu'indicateur de biogénicité. Sur Terre, tous les organismes sont composés en grande partie des six éléments&mdashC, H, N, O, P et S&mdash dont les abondances sont discutées ci-dessus et au chapitre 2. Leurs proportions varient selon les organismes et les écosystèmes. 13 Les mécanismes et les voies impliqués dans la préservation peuvent modifier ces rapports, par exemple, N et P diminuent de manière significative pendant la fossilisation. Néanmoins, la découverte dans un échantillon de sédiment de Mars de matière organique avec des abondances significatives de N, O, P et S indiquerait une similitude avec le matériel biologique sur Terre. La rareté relative de l'azote (voir section précédente) combinée au rôle clé qu'il joue dans les processus biologiques suggère que les composés organiques azotés seraient une biosignature potentielle importante. 14

Les géochimistes organiques ont inventé le terme & ldquobiological marqueur composé&rdquo ou &ldquobiomarker&rdquo pour décrire des composés organiques individuels qui servent de biosignatures moléculaires. 15 & ndash 17 Les biomarqueurs comprennent un éventail de biomolécules couvrant celles qui sont présentes dans les systèmes vivants (biomarqueurs pour la vie existante), les dérivés fossiles structurellement liés qui ont été conservés dans les sédiments (biomarqueurs pour la vie passée) ou les produits chimiques complexes qui ont des traits génériques caractéristiques de la biologie mais pour lesquels aucun organisme précurseur n'est connu (parfois appelés biomarqueurs orphelins). Le dernier ensemble pourrait inclure des molécules dérivées de la vie terrane non reconnue (présente ou passée) ou de la vie extraterrestre.

Les biomolécules présentent généralement une grande diversité de structures chimiques. Cependant, l'identification sans ambiguïté de quelque chose d'aussi chimiquement complexe et biologiquement spécifique que l'ADN, une protéine, un phospholipide, un stéroïde ou même un ensemble sélectionné de petites molécules serait difficile à réfuter en tant qu'expérience de détection de vie réussie. Un tel ensemble de petites molécules sélectionnées pourrait inclure certains des 20 acides aminés protéiques en grand excès par rapport à leurs homologues non protéiques, certains sucres ou un groupe sélectionné d'acides gras tels que ceux qui pourraient être trouvés dans les lipides polaires des organismes contemporains. Alors que les acides nucléiques, les protéines, les glucides et les métabolites intermédiaires sont des composants essentiels de la vie, et évidemment des biosignatures moléculaires potentielles, les composés de ces classes sont rapidement recyclés par d'autres systèmes vivants et sont chimiquement fragiles. Sur Terre, ils ne sont pas connus pour leur capacité à survivre intacts sur des échelles de temps géologiques.

Les lipides et les biopolymères structuraux sont des classes de composés biologiquement essentiels réputés pour leur stabilité dans des conditions environnementales difficiles. 18 Les hydrocarbures, par exemple, sont une classe de lipides connus pour être stables sur Terre sur des échelles de temps de plusieurs milliards d'années. 19, 20 De plus, leurs structures chimiques peuvent être aussi diagnostiques pour la biologie que celles des acides aminés ou d'autres biomolécules. Les arguments thermodynamiques suggèrent que les températures plus basses sur Mars aideraient à la préservation des hydrocarbures. La preuve empirique spécifique de cela provient des observations de gisements de pétrole sur Terre : les réservoirs à haute température montrent un craquage des hydrocarbures amélioré (c'est-à-dire plus d'hydrocarbures de qualité gazeuse et essence) par rapport aux réservoirs équivalents à basse température.

Plusieurs biosignatures moléculaires importantes résultent de la propension des molécules contenant seulement quelques atomes de carbone à exister dans différentes configurations chimiques et structurelles, appelées isomères. En d'autres termes, les isomères sont des molécules ayant le même nombre d'atomes de chaque élément (c'est-à-dire que leurs formules chimiques sont les mêmes), mais présentant des connectivités différentes et/ou des arrangements spatiaux de leurs atomes constitutifs. Dans le cas le plus simple, les isomères du même composé peuvent être chimiquement identiques mais diffèrent dans leur capacité à faire tourner la lumière polarisée (par exemple, la chiralité des acides aminés, comme décrit dans l'encadré 3.1). Dans des exemples plus complexes, la connectivité et

les arrangements spatiaux des atomes dans les molécules organiques pourraient donner naissance à des composés ayant des caractéristiques chimiques et physiques très différentes (par exemple, les diastéréoisomères et les isomères structuraux décrits dans les encadrés 3.2 et 3.3, respectivement). Toutes ces propriétés peuvent indiquer sans ambiguïté des origines biologiques car les systèmes vivants utilisent fréquemment un seul des multiples isomères qui peuvent exister pour une molécule donnée. 21 , 22

Un autre ensemble important de biosignatures moléculaires peut être identifié, basé sur l'observation que tous les organismes connus utilisent un sous-ensemble universel de petits métabolites comme blocs de construction génériques pour la construction de biomasse et de biomolécules plus complexes. 23 Les 20 acides aminés des protéines, les quatre nucléotides de l'ADN et le précurseur acétate de la plupart des lipides sont d'excellents exemples de blocs de construction génériques. Ce simple fait, si fondamental à la vie sur Terre, conduit à des modèles dans les molécules de la vie et dans les restes moléculaires de la vie passée. Cela contraste fortement avec les composés organiques produits dans les processus abiotiques, qui ont des structures et des distributions avec des modèles nettement différents plus susceptibles de refléter les contrôles thermodynamiques. Pour n'importe quelle classe de composés organiques, la biosynthèse entraîne des motifs récurrents, facilement reconnaissables pour les chimistes organiques. Détection de modèles particuliers (par exemple, des biomolécules avec une préférence pour les nombres pairs ou impairs d'atomes de carbone, comme décrit dans l'encadré 3.4) et de thèmes récurrents (par exemple, les familles de molécules apparentées avec un sous-ensemble limité de tous les nombres possibles d'atomes de carbone, comme décrit dans l'encadré 3.5) dans des molécules organiques de taille petite à moyenne pourrait conduire à la validation des biosignatures pour la vie terrestre et, éventuellement, non-terraine.

Ensemble, ces diverses caractéristiques chimiques ont conduit les chercheurs à identifier les biosignatures moléculaires génériques suivantes pour la vie à base de carbone :

Préférence diastéréoisomérique (voir encadré 3.2),

Préférence pour les isomères structurels (voir encadré 3.3),

Répétition des sous-unités structurelles ou des rapports atomiques (voir encadré 3.4), et

Modèles de distribution inégaux ou groupes de composés structurellement apparentés (voir encadré 3.5).

En résumé, toute famille de molécules organiques communes à la vie terrestre (par exemple, les lipides) si elle est découverte sur Mars serait d'importants marqueurs biologiques. Cependant, à un niveau plus basique, des modèles de nombre de carbones, ou des distributions limitées d'isomères, ou, une composition isotopique (voir la section suivante), compatibles avec la synthèse à partir de petites molécules précurseurs répétitives peuvent ouvrir la voie à la détection de la vie extraterrestre, qu'elle soit terrestre. ou non-terran dans son architecture biologique.

Biosignatures isotopiques

Les éléments les plus importants en chimie organique ont tous plusieurs isotopes. Les patrons isotopiques de ces éléments et, de plus en plus, des métaux de transition peuvent constituer des biosignatures dans les échantillons terrans. C'est le cas parce que les fractionnements isotopiques cinétiquement contrôlés sont courants en biologie et peuvent être importants et dominants par rapport au fractionnement à l'équilibre. Bien que les processus géologiques fractionnent ces isotopes, les processus biologiques ont tendance à produire des effets différents, et parfois diagnostiques. Par exemple, les enzymes impliquées dans la fixation du carbone, la méthanogenèse, l'oxydation du méthane, la réduction des sulfates et la dénitrification imposent des fractionnements importants entre le précurseur et le produit pour le carbone, l'hydrogène, le soufre et l'azote. Les déplétions ou enrichissements de certains isotopes à partir des valeurs attendues peuvent être utilisés comme biosignatures. Cependant, de tels fractionnements ne peuvent révéler une activité biologique que si tous les divers composants d'un système sont disponibles pour la mesure et si le comportement du système ouvert a fonctionné.

Aucun fractionnement ne sera observé si la totalité d'un précurseur est convertie en un produit, que des fractionnements à l'équilibre ou cinétiques opèrent. De plus, pour qu'une biosignature isotopique soit solide, les composants du système doivent être conservés intacts sans fractionnement ultérieur par des processus physiques ou chimiques. Un mythe couramment perpétué est qu'une signature isotopique C dans les composés de carbone organique de &moins20&permil à &moins80&permil est un diagnostic de la biologie indépendamment de tout autre facteur. La composition du 13 C dans les composés organiques ne peut être une biosignature que si la composition isotopique de la source de carbone précurseur est également connue et, surtout, si le pedigree des matériaux est également cohérent avec les processus biologiques. Ces questions ont fait des interprétations biologiques de

Une propriété importante des composés carbonés est que les mêmes atomes peuvent se lier de la même manière tout en prenant des configurations différentes dans l'espace. Les différents arrangements tridimensionnels de molécules organiques ayant les mêmes formules chimiques et structurelles peuvent conduire à un certain nombre de propriétés importantes pertinentes pour l'étude des biomarqueurs. L'une de ces propriétés est la chiralité. C'est-à-dire que certaines molécules ont leurs atomes composants disposés dans deux configurations spatiales différentes qui sont des images miroir l'une de l'autre. Si les images miroir ne sont pas superposables l'une sur l'autre, alors la molécule est dite chirale et ses deux formes structurelles sont appelées énantiomères (figure 3.1.1).

La vaste prépondérance des composés chiraux formés biologiquement sont synthétisés exclusivement sous la forme de l'un ou l'autre énantiomère, par exemple, les sucres droitiers et les acides aminés gauchers sont la norme dans les systèmes biologiques. Ce phénomène est connu sous le nom d'homochiralité. Certains organismes, des bactéries par exemple, peuvent synthétiser le même composé chiral sous différentes formes énantiomères. Une fois que l'organisme meurt et que ses produits biochimiques sont libérés dans l'environnement, leur pureté chirale peut persister ou non en fonction de la stabilité relative des liaisons chimiques dans les énantiomères. Divers processus chimiques naturels peuvent conduire à la racémisation, la formation de mélanges des deux énantiomères. Bien que la racémisation puisse entraîner la perte ou la corruption d'une signature biologique, la vitesse à laquelle elle se produit peut également avoir une application pratique, comme dans la datation de la matière organique fossile en utilisant le degré de racémisation des acides aminés. Des acides aminés avec un léger excès chiral, vraisemblablement d'origine abiotique, sont présents dans les météorites. 1, 2 Néanmoins, la biologie est la source la plus probable de composés qui se présentent purement ou principalement sous forme d'un énantiomère.

L'excès énantiomérique peut être détecté de plusieurs manières. Les composés chiraux sont optiquement actifs. C'est-à-dire qu'ils font tourner le plan de lumière polarisée qui les traverse lorsqu'ils sont en solution. L'observation directe de l'activité optique est lourde. La détection biochimique de l'excès énantiomérique est possible, mais les méthodologies sont généralement spécifiques à des composés individuels ou à des types de composés. Les techniques les plus largement applicables et les plus sensibles impliquent la mesure indirecte par chromatographie en phase gazeuse ou chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse.

1 J.R. Cronin et S. Pizzarello, &ldquoExcès énantiomériques dans les acides aminés météoritiques,&rdquo Science 275:951-955, 1997.

2 M.H. Engel et S.A. Macko, éd., Principes et applications de la géochimie organique, Plenum Press, New York, 1993.

FIGURE 3.1.1 Les atomes de l'acide alpha-aminé alanine peuvent prendre deux configurations différentes dans l'espace tridimensionnel. Les deux formes, L-alanine et D-alanine, sont appelées énantiomères car ce sont des images miroir non superposables l'une de l'autre. Les processus abiotiques produisent des mélanges égaux d'énantiomères L et D, mais la vie terrestre utilise préférentiellement la forme L ou D. Par exemple, la plupart des organismes sur Terre utilisent exclusivement la forme L des &alpha-aminoacides. Les liaisons chimiques orientées hors et dans le plan de la page sont représentées respectivement par des coins pleins ou en pointillés. Avec l'aimable autorisation de Roger E. Summons, Massachusetts Institute of Technology.

Préférence diastéréomère

La préférence diastéréomérique est une autre manifestation de la capacité des atomes de certaines molécules à adopter des orientations différentes dans l'espace. Si les deux arrangements spatiaux des atomes ne sont pas des images miroir l'un de l'autre, alors les différentes formes moléculaires sont appelées diastéréoisomères ou diastéréoisomères (figure 3.2.1). Contrairement aux énantiomères, les diastéréoisomères ont des propriétés physiques et chimiques différentes et peuvent être séparés par chromatographie ou d'autres processus qui exploitent de subtiles différences de polarité. Les sucres simples sont de bons exemples de diastéréoisomères et plus la molécule est complexe, plus il y a de possibilités de former des diastéréoisomères. Ainsi, par exemple, le cholestérol stéroïdien (voir Figure 3.2.2) peut exister dans 256 configurations structurelles différentes, mais les systèmes vivants n'utilisent qu'une seule d'entre elles. 1

1 K.E. Peters, J.M. Moldowan et C.C. Walters, Le guide des biomarqueurs, Cambridge University Press, 2004.

FIGURE 3.2.1 La capacité des atomes dans les molécules organiques à adopter des configurations multiples dans l'espace tridimensionnel est démontrée par ces trois formes d'acide tartrique. Les structures A et B et A et C sont des images miroir superposables l'une de l'autre et sont donc appelées diastéréoisomères. Les structures B et C sont des images miroir non superposables l'une de l'autre et sont donc des énantiomères (voir encadré 3.1). Avec l'aimable autorisation de Roger E. Summons, Massachusetts Institute of Technology.

FIGURE 3.2.2 Structure du cholestérol avec ses huit atomes de carbone asymétriques identifiés par leur numéro de position. Théoriquement, ce composé pourrait exister dans autant que 256 (2 8 ) stéréoisomères possibles, et pourtant la biosynthèse ne produit que celui illustré.

les données isotopiques du carbone, de l'azote ou du soufre dans les sédiments archéens, par exemple, sont sujettes à débat. 24 &ndash 27 Bien qu'elles ne soient pas susceptibles de produire des biosignatures univoques dans un avenir proche, les analyses isotopiques des sédiments martiens et des gaz atmosphériques seront importantes pour discerner leur évolution et pour établir des données comparatives, comme elles le font sur Terre. L'identification d'une série de données isotopiques à l'appui d'une voie de réaction et de son contexte environnemental est l'approche la plus efficace pour identifier une biosignature isotopique. Élucidation de la systématique isotopique de

Isomères structurels

La propension des composés carbonés à exister avec des systèmes cycliques multiples et des insaturations signifie que le composé organique générique CpHqNrOsPtSvous, peut prendre une énorme variété de structures possibles, connues sous le nom d'isomères structuraux. 1 Malgré le potentiel de variété, les chercheurs observent que les produits biochimiques synthétisés naturellement se répartissent en modèles, et le nombre de composés connus n'est qu'un petit sous-ensemble de ce qui est chimiquement faisable. De plus, la biomolécule peut être la structure thermodynamiquement la moins favorisée au sein d'un ensemble d'isomères possibles si cet aspect améliore sa capacité fonctionnelle.

Les isomères structuraux sont facilement séparés par chromatographie. Dans de nombreux cas, mais pas tous, leurs spectres de masse sont également distinctifs. Comme avec d'autres formes d'isomérie, les instruments combinatoires tels que les chromatographes en phase gazeuse-spectromètres de masse et les chromatographes en phase liquide-spectromètres de masse fournissent les outils les plus sensibles et les plus diagnostiques pour l'analyse des traces.

1 E.L. Eliel, S.H. Wilen et L.N. Mander, Stéréochimie des composés organiques, Wiley, New York, 1994.

le cycle C sur Terre est en cours depuis plus de 50 ans et il reste encore beaucoup à comprendre. 28, 29 Une complication supplémentaire pour les études de Mars est le degré inconnu auquel les processus atmosphériques non biologiques fractionnent les isotopes.

Un exemple de biomarqueur isotopique qui pourrait être utilisé dans la recherche de la vie sur Mars est le rapport 18 O/16 O dans les phosphates. 30 Phosphore sous forme de phosphates (PO4 3&ndash ) est utilisé dans le matériel génétique et les membranes cellulaires, et comme cofacteur et molécule de transport d'énergie en biologie terrane. Sur Terre, la source ultime de PO4 3&ndash est une apatite dissoute, traitée biologiquement et redéposée sous forme de divers PO sédimentaires4 3&ndash phases et en tant que dépôts de phosphate de calcium biogène (phosphorites). PO transformés biologiquement4 3&ndash sur Terre a une forte signature biotique O-isotopique qui est fortement évoluée à partir des valeurs de base de l'apatite abiotique. Sur Mars, l'évolution des rapports 18 O/16 O dans les phosphates à partir de cette ligne de base abiotique pourrait être utilisée comme biomarqueur. De plus, le rapport 18 O/16 O de PO4 3&ndash enregistre la température et les réactions d'échange à haute température avec l'eau, faisant également du PO4 3&ndash un indicateur potentiel de l'activité hydrothermale passée sur Mars. 31

Un autre exemple d'effet isotopique concerne la tendance des processus biologiques à synthétiser de grosses molécules par l'addition répétée de sous-unités de deux ou cinq atomes de carbone (voir encadré 3.4). L'acétate de blocs de construction lipidique (C2) et l'isopentényl pyrolphosphate (C5) sont, par exemple, isotopiquement inhomogènes. L'acétate fournit l'un des meilleurs exemples car il montre des différences très significatives dans les teneurs en 13 C de ses carbones méthyle et carboxyle. 32 Les conséquences les plus évidentes sont l'ordre isotopique des acides gras et une différence isotopique majeure entre les lipides acétogènes et polyisoprénoïdes. Dans un seul organisme, les différences isotopiques entre les lipides acétogènes et polyisoprénoïdes dépendent du nombre d'atomes de carbone polyisoprénoïdes résultant du métabolisme de l'acétate par rapport au métabolisme des glucides. 33

Biosignatures morphologiques

Les biosignatures morphologiques représentent la classe d'objets qui peuvent être interprétés comme indicatifs de la vie en fonction de leur taille, leur distribution de forme et leur provenance. Les caractéristiques d'intérêt se produisent à la fois à l'échelle macroscopique (par exemple, les stromatolites et les structures sédimentaires induites par des microbes) et à l'échelle microscopique (par exemple, les microfossiles). S'ils étaient découverts sur Mars, des caractéristiques morphologiques à grande échelle telles que les stromatolites, bien qu'elles fassent l'objet d'une controverse en tant qu'indicateur définitif de la biogénicité, 34 s'avéreraient être des cibles hautement souhaitables pour une étude plus approfondie et/ou un retour d'échantillon. 35 &ndash 37

Sous-unités et blocs de construction de molécules organiques complexes

Pratiquement toutes les biomolécules sont construites à partir d'un nombre limité de sous-unités génériques ou de blocs de construction, les exemples les plus connus étant les protéines et les acides nucléiques. Les lipides, qui sont formés à partir de seulement deux blocs de construction de base, sont des polymères de précurseurs acétate ou isopentényldiphosphate. Les produits finaux manquent d'une fonctionnalité hydrolysable (par exemple, des liaisons peptidiques) au point où les sous-unités se rejoignent et, contrairement à d'autres protéines et acides nucléiques, les lipides ne peuvent pas être dépolymérisés.

Un exemple classique de lipides est celui que l'on trouve dans les bicouches lipidiques membranaires des bactéries et des eucaryas et qui sont constitués d'acides gras estérifiés en glycérol. Les acides gras les plus courants sont des produits entièrement en acétate et ont donc un nombre pair de carbones (par exemple, C14, C16, C18, et C20). Les membres à nombre impair de carbone, généralement synthétisés à partir d'un starter non acétyle, existent mais sont moins abondants. L'allongement de la longueur de la chaîne d'acide gras se fait par l'ajout d'unités acétate supplémentaires. Les réactions de terminaison et de modification telles que la désaturation, la réduction ou la décarboxylation donnent des séries de produits de poids moléculaire intermédiaire courants tels que les cires végétales et algales composées d'alcools pairs (par exemple, C26, C28, C30, C32) et les hydrocarbures impairs (par exemple, C25, C27, C29, C31).

Une illustration supplémentaire du principe du bloc de construction est affichée par les terpénoïdes. Ces polymères de &Delta3-isopentényldiphosphate ont des origines un peu plus complexes et des structures beaucoup plus complexes (figure 3.4.1). En raison de la biosynthèse des isoprénoïdes et de son évolution au cours des temps géologiques, la vie terrane contient un énorme éventail de molécules complexes liées par leur C5 architecture. La multiplicité des voies de biosynthèse des isoprénoïdes, leur distribution dans différents groupes phylogénétiques, leur besoin ou non d'oxygène moléculaire et les types de modification post-synthèse sont généralement considérés comme une puissante biosignature d'origine évolutive. Par exemple, les molécules résultant de la voie illustrée à la figure 3.4.1 sont hautement diagnostiques de la biosynthèse car, individuellement, elles présentent de nombreuses caractéristiques de la biosynthèse (par exemple, le nombre de carbones, la chiralité et des sous-ensembles d'isomères).

Le crocétane, le 2,6,10-triméthyl-7-(3-méthylbutyl)-dodécane, le squalène et le biphytane sont des composés irrégulièrement ramifiés, tandis que le phytane, le labdane et le kaurane sont réguliers et sont construits à partir de quatre unités isoprène liées tête-queue. Ces composés illustrent également comment différentes structures peuvent être diagnostiques pour des physiologies spécifiques (phytol et farnesol pour la photosynthèse, phytane pour diverses archées, crocétane pour la méthanotrophie) ou des organismes spécifiques (2,6,10-triméthyl-7-(3-méthylbutyl)-dodécane pour les diatomées biphytane pour crenarchaeota labdane et kaurane pour les conifères).

1 G. Ourisson et P. Albrecht, &ldquoHopanoids. 1. Geohopanoids : Les produits naturels les plus abondants sur Terre ?, & rdquo Comptes de la recherche chimique 25:398-402, 1992.

Les caméras et les imageurs spectraux des missions de détection de vie précédentes, continues et prévues sur Mars sont capables d'identifier des structures et des objets allant du macroscopique au minuscule qui, sur Terre, sont considérés comme des signatures visibles pour l'activité biologique passée ou présente. Ces objets et structures comprennent des microbes intacts, des métazoaires et des métaphytes, des stromatolites, des tapis microbiens et d'autres structures à grande échelle composées d'agrégats de cellules, ainsi que des éléments constitutifs d'organismes multicellulaires tels que des kystes, du pollen, des embryons, des organes, etc. . Sur Terre, ces objets sont omniprésents dans les environnements de surface et dans le sous-sol profond et ne laissent aucun doute sur l'abondance et la ténacité de la vie. Les chercheurs peuvent également, dans une certaine mesure, identifier visuellement dans les sédiments terrestres une riche vie fossile dont l'âge s'étend sur plus de 2 milliards d'années. Jusqu'à présent, aucun de ces objets &ldquobiologiques&rdquo visibles n'a été identifié de manière convaincante sur Mars ou dans des météorites martiennes. Si la vie existe, ou a existé dans le passé, sur Mars ou autre

FIGURE 3.4.1 Structures de certains C réguliers, irréguliers et cycliques2O (diterpénoïde) et C3O (triterpénopide) et C4Hydrocarbures O (tétraterpénoïdes) qui ont été identifiés dans les sédiments et qui illustrent une variété de modèles biosynthétiques basés sur la répétition de sous-unités à cinq carbones (d'après J.M. Hayes, &ldquoFractionation of Carbon and Hydrogen Isotopes in Biosynthetic Processes,&rdquo Avis en Minéralogie et Géochimie 43: 225-277, 2001).

corps planétaires, la preuve n'a pas été fournie. À bien des égards, la recherche de la vie martienne reflète la recherche de la première vie sur Terre et se heurte à des obstacles similaires. Tentant de reconstituer l'histoire de la vie terrane dans les temps lointains, les chercheurs sont confrontés au problème d'un enregistrement rendu de plus en plus cryptique par les processus géochimiques et géologiques qui refont continuellement surface la Terre et modifient l'enregistrement rocheux.

La mauvaise conservation et l'ambiguïté sur ce qui constitue une biosignature ont compliqué la recherche de preuves visibles de la vie microbienne précoce sur Terre 38 &ndash 45 et dans la météorite martienne ALH 84001 en particulier. 46 Des rapports connexes, et certaines des controverses qui en découlent, enseignent aux chercheurs que tirer une inférence de la biogénicité basée sur la morphologie est semé d'embûches. Si la caractéristique observée est manifestement syngénétique avec la roche hôte et présente une distribution de taille (longueur et largeur) limitée, montre des signes de

Amas et modèles de distribution inégale de composés structurellement apparentés

La biosynthèse de grosses molécules organiques à partir de molécules plus petites, comme discuté dans l'encadré 3.4, conduit à des conséquences plus larges, dont les preuves peuvent, en principe, être utilisées comme biomarqueurs. La synthèse des lipides par les organismes, par exemple, à partir de C2 ou C5 blocs de construction crée des groupes de composés qui diffèrent par m C2 (lipides acétogènes) ou m C5 (polyisoprénoïdes) unités, où m est un entier positif. Dans un échantillon typique de lipides terrestres, les chercheurs trouvent, par exemple, une prédominance d'acides gras à nombre de carbone pair et d'hydrocarbures à nombre de carbone impair dans la cire de feuille C15, C20, et C25 isoprénoïdes acycliques C20 et C30 terpénoïdes cycliques, y compris les stéroïdes et C40 caroténoïdes. Des sous-ensembles de ces traits sont même identifiables dans des matériaux hautement altérés ou transformés tels que le pétrole, où m-les alcanes peuvent présenter des préférences pour les nombres de carbone impairs sur pairs ou pairs sur impairs. Les grappes de nombres de carbones ont le potentiel d'être des biosignatures, car elles indiquent la biosynthèse à partir de blocs de construction universels.

En plus des modèles évidents de composés apparentés différant par deux ou cinq atomes de carbone, l'action de l'addition répétée de C2 ou C5 sous-unités conduit à une biosignature supplémentaire importante. Les produits biochimiques fonctionnels, tels que les lipides, ont tendance à présenter des regroupements de composés apparentés dans des gammes de poids moléculaires discrètes. Voici des exemples de clusters observés :

C15-C17 et C25-C33, respectivement, pour les hydrocarbures associés, par exemple, à des bactéries et des plantes

C26-C30 pour les stérols associés à la plupart des eucaryotes

C30 pour les triterpénoïdes associés aux plantes et bactéries et

C20, C25, C30, et C40 pour les lipides associés aux archées.

Un biomarqueur supplémentaire lié au clustering et au fractionnement isotopique est décrit dans la sous-section &ldquoIsotopic Biosignatures.&rdquo

Un facteur compliquant l'utilisation de ces biosignatures est le fait que la plupart des échantillons de matière organique produite biologiquement proviennent d'organismes qui existent dans des écosystèmes complexes. Les composants volatils d'un tapis microbien, par exemple, présenteront des classes de composés avec des nombres de carbones distribués approximativement comme décrit ci-dessus et dans l'encadré 3.4. De même, les lipides dans les biofilms des cheminées hydrothermales présentent une distribution inégale du nombre de carbone. 1 Les archives géologiques regorgent d'exemples supplémentaires. 2 De plus, le C25-C30 fraction peut contenir plus de matière que le C15-C20 fraction. Cette « qualité » contraste fortement avec ce que l'on voit dans les assemblages de molécules fabriqués de manière abiotique. 3 , 4 Le procédé Fischer-Tropsch utilisé pour synthétiser des hydrocarbures, par exemple, crée des molécules avec une distribution exponentielle des tailles, avec C1 > C2 > C3 > C4, et ainsi de suite, tombant à presque zéro par C30. De même, les acides aminés observés dans les météorites présentent plus de C1 que C2 que C3 que C4 etc. 5 - 8

1 L.L. Jahnke, W. Eder, R. Huber, J.M. Hope, K.U. Hinrichs, J.M. Hayes, D.J. Des Marais, S.L. Cady et R.E. Summons, &ldquoAnalyses des lipides de signature et des isotopes stables du carbone des communautés hyperthermophiles de Octopus Spring par rapport à celles des représentants d'Aquificales,&rdquo Microbiologie appliquée et environnementale 67:5179-5189, 2001.

2 K.E. Peters, J.M. Moldowan et C.C. Walters, Le guide des biomarqueurs, Cambridge University Press, Cambridge, Royaume-Uni, 2004.

3 Voir, par exemple, B. Sherwood Lollar, T.D. Westgate, J.A. Ward, G.F. Slater, et G. Lacrampe-Couloume, &ldquoLa formation abiogénique d'alcanes dans la croûte terrestre&rsquo comme source mineure des réservoirs mondiaux d'hydrocarbures» La nature 416:522-524, 2002.

4 Voir, par exemple, M. Allen, B. Sherwood-Lollar, B. Runnegar, D.Z. Oehler, J.R. Lyons, C.E. Manning et M.E. Summers, &ldquoIs Mars Alive?,&rdquo Éos 87:433 et 439, 2006.

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dégradation, ou fait partie d'une population discernable qui se produit en phases discrètes dans les échantillons sur Terre qui sont pertinentes pour le contexte de l'échantillon, alors une enquête plus approfondie est justifiée. 47 Les débats sur la petite enfance et ALH 84001 (voir chapitre 2) ont montré que la morphologie doit être combinée à la fois à la chimie et au contexte pour permettre une détection sans ambiguïté de la vie. Cependant, la morphologie est extrêmement précieuse pour détecter des cibles d'intérêt pour une enquête plus approfondie, en particulier des structures macroscopiques telles que des stromatolites, des tapis microbiens et d'autres agrégats à grande échelle créés par des communautés de micro-organismes.

Biosignatures minérales et chimiques inorganiques

La minéralogie et la chimie des matériaux terrestres peuvent constituer une biosignature dans certains systèmes où les organismes accélèrent ou inhibent des réactions thermodynamiquement possibles. De plus, les organismes peuvent modifier la chimie des roches, des fluides et des gaz à travers les processus de sécrétion, d'assimilation et de transfert d'électrons, créant parfois des gradients minéralogiques ou chimiques qui diffèrent de ceux qui seraient établis dans un environnement abiotique. Bien qu'il existe quelques exemples de biosignatures minéralogiques sur Terre qui identifient sans ambiguïté une origine biotique (par exemple, les coccolithes et les diatomées), il est peu probable qu'ils soient applicables à Mars. 48 La plupart des autres types de biosignatures chimiques inorganiques ne peuvent fournir qu'une preuve indirecte de la présence de la vie et constitueraient donc très probablement des preuves à l'appui accompagnant d'autres critères plus diagnostiques. Des exemples de biosignatures inorganiques sont discutés ci-dessous.

Le biote peut affecter l'identité des phases manifestées dans l'enregistrement de la roche. Par exemple, certaines bactéries transforment la mackinawite en greigite (sulfures), 49 et certains champignons favorisent la formation de weddellite (Ca oxalate) dans les sols. Ces effets sont liés à la capacité biologique de nucléer des minéraux sur des matrices organiques, ou à la production de ligands organiques qui solubilisent les éléments, affectent les mécanismes de croissance ou précipitent sous forme de sels. L'inclusion de molécules organiques ou d'impuretés de micronutriments dans les précipités minéraux pourrait également être le signe d'une activité biologique.

Les propriétés physiques des minéraux pourraient également fournir des preuves indirectes, bien qu'ambiguës, de processus biologiques. Par exemple, la distribution granulométrique des précipités pourrait suggérer indirectement une origine biotique, étant donné que de nombreux sous-produits minéralogiques du métabolisme sont nanocristallins car ils se forment dans des conditions de sursaturation élevée. 50 La gravure de surface ou l'habitude cristalline, qui peuvent être affectées par des exsudats biologiques ou la formation de biofilm, pourraient également être des indicateurs indirects du biote. Les phénomènes biologiques peuvent également être inférés dans certains cas à partir des caractéristiques des agrégations de minéraux. L'agrégation caractéristique des minéraux de Fe précipités par les bactéries présente un intérêt possible pour Mars. Par exemple, la distribution de la taille et l'agrégation des cristaux de magnétite ont été présentées comme des biosignatures, 51, 52 bien que ces caractéristiques aient également été attribuées à des processus abiotiques, 53 soulignant ainsi la nature ambiguë des propriétés minéralogiques en tant que biosignatures.

Les gradients de concentration d'éléments enregistrés dans les matériaux terrestres peuvent également être un diagnostic de phénomènes biologiques. Une manifestation bien connue des gradients élémentaires entraînés par des processus biologiques est certains horizons du sol dans lesquels l'exsudation de complexants organiques mobilise des éléments et produit des motifs indiquant la présence de biote. 54 La formation de gradients de concentration en éléments à l'échelle du mètre dans les horizons pédologiques et à l'échelle du micron sur les surfaces minérales ou dans les communautés endolithiques pourrait donc être importante. 55 &ndash 57 L'assimilation d'oligo-éléments à faible concentration par des micro-organismes ou la séquestration d'éléments toxiques dans des précipités à médiation biologique pourraient également créer des distributions d'oligo-éléments qui enregistrent la présence préalable de biote dans les régolithes ou les environnements sédimentaires.

Des anomalies dans la concentration de phosphore ont également été suggérées comme biomarqueurs possibles qui pourraient être utilisés dans la recherche de vie sur Mars. 58 Phosphore comme PO4 Le 3&ndash est utilisé dans une grande variété de processus et de matériaux biologiques. La source ultime de PO4 3&ndash sur Terre est de l'apatite ignée, qui est biologiquement traitée et redéposée sous forme de phosphates de calcium biogéniques (phosphorites). Sur Terre, PO4 Le 3&ndash est fortement adsorbé sur les oxydes et oxyhydroxydes de fer et d'aluminium dans des conditions aqueuses. Les phases de phosphore trouvées dans les sols martiens, les environnements sédimentaires et en association avec les oxydes de fer abondants sur Mars pourraient être une bonne cible dans une recherche de phosphore comme biosignature. De plus, les schémas de concentration de phosphore pourraient être utilisés pour guider la recherche de PO potentiels.4 3&ndash biosignatures et autres types de fossiles.

Sur la base de ces considérations, les approches passées et présentes de l'exploration astrobiologique de Mars ont fortement mis l'accent sur des ensembles d'instruments capables de détecter les signatures chimiques de la vie, en particulier les composés carbonés, les signatures isotopiques et divers autres produits du métabolisme. L'atelier de 2001 sur les biosignatures organisé par le NASA Biomarker Task Force a établi des objectifs complets pour développer une meilleure compréhension des biosignatures. Malheureusement, cependant, les résultats des délibérations du groupe de travail n'ont jamais été publiés dans leur intégralité. 59 Parce qu'ils représentent un point de départ important pour les discussions futures, ces objectifs sont reproduits à l'annexe C.

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8.2B : Biosignatures martiennes - Biologie

Les gisements de printemps et d'évaporites sont considérés comme deux des environnements les plus prometteurs pour l'habitabilité passée sur Mars et la préservation des biosignatures. Le Manitoba, au Canada, abrite le complexe de sources hypersalines East German Creek (EGC) et les lits de gypse évaporitique post-impact de l'impact du lac Saint-Martin (LSM). Le complexe EGC a des tapis microbiens, des sédiments, des algues et des biotissus, tandis que les communautés endolithiques sont omniprésentes dans les lits de gypse LSM. Ces communautés sont détectables spectralement sur la base en grande partie de la présence d'une bande d'absorption de la chlorophylle à 670 nm, cependant, la robustesse de cette caractéristique dans les conditions de surface martiennes n'était pas claire. Des échantillons biologiques et biologiques provenant d'EGC et de LSM ont été exposés à des conditions similaires à celles de la surface de Mars actuelle (flux UV élevé, 100 mbar, anoxique, riche en CO 2 ) jusqu'à 44 jours, et préservation de la caractéristique de la chlorophylle à 670 nm et une bordure rouge de chlorophylle a été observée. Une diminution de la profondeur de la bande de 670 nm allant de

De 16 à 80 % en ont résulté, avec des corrélations observées dans le degré de conservation et la proximité spatiale des échantillons avec les effets du monticule de printemps et du blindage minéral. Les spectres ont été déconvolués aux bandes passantes du filtre scientifique Mars Exploration Rover (MER) Pancam et Mars Science Laboratory (MSL) Mastcam pour étudier la détectabilité de la caractéristique de 670 nm et pour comparer avec les caractéristiques minérales communes. La caractéristique de bord rouge et de 670 nm associée à la chlorophylle peut être distinguée des spectres de minéraux avec des caractéristiques ci-dessous

1000 nm, comme l'hématite et la jarosite. Cependant, distinguer la goethite des échantillons présentant la caractéristique chlorophyllienne est plus problématique, et l'interprétation quantitative utilisant les données de profondeur de bande fait peu de distinction entre les oxyhydroxydes de fer et la caractéristique chlorophyllienne de 670 nm. La caractéristique spectrale de la chlorophylle est observable à la fois dans Pancam et Mastcam, et nous proposons que parmi les filtres EXOMARS Pancam proposés, le filtre PHYLL est le mieux adapté pour sa détection.


8.2B : Biosignatures martiennes - Biologie

Sur Mars, la décharge d'eau souterraine, chauffée par des processus géologiques en profondeur, représente un réservoir probable d'eau liquide à un stade avancé disponible pour l'activité biologique. Les observations photo-géologiques de la surface martienne soutiennent un écoulement d'eau souterraine relativement jeune sur le plan géologique via des sources de sape et/ou contrôlées par des failles. Notre approche de l'étude du potentiel biologique possible de tels réservoirs a consisté à caractériser des systèmes de sources terrestres analogues. Notre site d'étude est un système de sources de soufre mésophile, entraîné par des failles, entre les failles Hayward et Calaveras en Californie. Nous avons examiné les variables hydrogéologiques, la disponibilité des nutriments pour le métabolisme microbien, les différences dans la structure des communautés existantes et les changements saisonniers associés à ces variables. Les sources à l'étude précipitent également la calcite et forment de gros monticules, offrant le potentiel d'évaluer la préservation des biosignatures. La géochimie et la composition isotopique (2H/18O) des eaux de source indiquent que les diverses eaux de décharge des sources représentent différentes quantités de mélange entre des eaux plus profondes et connées avec des apports météoriques peu profonds. Les bibliothèques de clones d'ADNr 16S et les expériences d'hybridation in situ en fluorescence suggèrent que l'oxydation des composés soufrés par les Epsilon et les gammaprotéobactéries est un processus important se produisant dans les sources, et les analyses des lipides corroborent ces observations. Alors que les sources étudiées subissent des changements saisonniers dans leurs géochimies respectives, seule la communauté microbienne à l'une des sources provoque une variation saisonnière proportionnelle. Pendant la saison sèche, la communauté de ce printemps se transforme en un biofilm rouge en forme de plaque et les organismes cyclant le fer de la classe des Alphaprotéobactéries augmentent considérablement leur abondance relative au sein de la communauté. L'analyse chimique préliminaire des accrétions de calcite indique une abondance de carbone organique et suggère donc un enregistrement possible d'écosystèmes microbiens antérieurs. Des recherches en cours sur les espèces lipidiques récalcitrantes telles que les bactériohopanepolyols (BHP), à la fois dans la biologie existante et dans la calcite accrétée, sont en cours et devraient fournir un aperçu des processus taphonomiques affectant la viabilité des biosignatures lipidiques. Les résultats mettent l'accent sur le rôle de l'histoire géophysique locale dans la structure et la productivité des communautés microbiennes printanières.


Astrobiologie et mondes océaniques

Le programme d'astrobiologie de la NASA aborde trois questions fondamentales : Comment la vie commence-t-elle et évolue-t-elle ? Existe-t-il de la vie au-delà de la Terre et, si oui, comment pouvons-nous la détecter ? Quel est l'avenir de la vie sur Terre et dans l'univers ? Nos chercheurs comprennent des experts dans un large éventail de domaines pour répondre à ces questions cruciales, offrant une compréhension complète et intégrée des phénomènes biologiques, géologiques, chimiques, planétaires et cosmiques. Se concentrer sur les mondes océaniques - des corps contenant un liquide substantiel et stable à leur surface ou sous la surface - nécessite une expertise supplémentaire dans des domaines tels que l'océanographie et la biologie marine, et ouvre les endroits clés de notre système solaire et au-delà où la vie est la plus susceptible d'exister.

Les recherches du groupe Astrobiologie et mondes océaniques couvrent un large éventail de sujets, notamment : l'évaluation de l'habitabilité des planètes et des lunes du système solaire l'utilisation de la morphologie, de la chimie et de la minéralogie pour évaluer les biosignatures, en particulier sur la lune de Jupiter Europa, les lunes de Saturne Encelade et Titan et Triton de la lune de Neptune développement d'instruments et de méthodologies pour détecter la vie éteinte ou existante trouver des corrélations entre les compositions isotopiques du carbone et les microstructures et/ou la taxonomie dans les microfossiles évaluation des théories sur les origines de la vie, y compris le modèle d'évent hydrothermal alcalin et la compréhension de l'histoire géologique de Mars en ce qui concerne l'habitabilité.

De plus, nous travaillons sur tous les aspects des futurs mondes océaniques et des missions basées sur l'astrobiologie, du développement de concepts de mission à long terme au travail sur les instruments et les méthodes qui effectueront l'analyse des plates-formes robotiques et au développement du matériel pour les futures missions. Les chercheurs du JPL sont actuellement impliqués dans une variété de missions et de concepts de mission, tels que le Mars Science Laboratory (alias Curiosity), Mars 2020, Europa Clipper et Dragonfly. Nous sommes également fortement impliqués dans la planification des futures missions sur Mars et les planètes extérieures.


Sommaire

Sur la base du contenu de cette revue et des recherches couvertes ici, nous proposons d'établir un atlas de microfossiles, couvrant tous les aspects connus de l'écologie des habitats volcaniques sur Terre, y compris les informations courantes sur les traces et les fossiles corporels de nature procaryote et eucaryote. Pour ce faire, nous avons besoin des résultats de combinaison de tous les domaines de travail examinés ci-dessus, y compris des informations sur la morphologie microbienne, le contenu en microfossiles organiques (biomarqueurs) et le contenu élémentaire et isotopique des fossiles ignés et de leurs biominéraux associés. Une première classification approximative sera principalement basée sur la morphologie, mais des biomarqueurs et des fractionnements isotopiques pertinents seront ajoutés à ce scénario pour améliorer la classification et la rendre taxonomiquement robuste. Une combinaison de biomarqueurs et d'isotopes permettra de discriminer des groupes de microorganismes en fonction de métabolismes comme par exemple les méthanogènes et les méthanotrophes. La discrimination des espèces est rendue possible par la présence et la détection de différents lipides et valeurs de δ 13 C au sein de micro-organismes fossiles et/ou de biominéraux associés (dans le cas de δ 13 C) (Drake et al., 2015). En fin de compte, cependant, l'atlas des microfossiles volcaniques sera classé en fonction de la taxonomie. Des discriminations grossières entre procaryotes et eucaryotes seront possibles, tout comme, espérons-le, des classifications plus précises, jusqu'au niveau de la classe.

Les charges utiles actuelles des missions Mars 2020 et ExoMars de la NASA sont capables d'analyser des structures 㱠 μm, peut-être un peu plus petites. Par conséquent, les deux missions pourront cibler des structures biogéniques plus grandes à partir de roches volcaniques, telles que des mycéliums fongiques minéralisés de la taille d'un mm, ou des microstromatolites plus grandes dans des vésicules ouvertes.Les caméras ExoMars avec une résolution de 8 μm/px ont plus de chances d'identifier de petites caractéristiques et des hyphes individuels, comme le montre la figure 5B, mais à son tour, la mission de la NASA a la possibilité de collecter des échantillons pour plus tard ex situ enquête sur Terre - une résolution de 15 μm/pixel peut donc être suffisante pour résoudre suffisamment de caractéristiques pour sélectionner des échantillons avec une forte probabilité de contenir des biosignatures. Notre espoir avec l'établissement d'un atlas de microfossiles volcaniques est qu'il puisse servir de complément à des cartes fossiles basées sur les sédiments plus établies en fournissant une évaluation robuste de la diversité microbienne dans la croûte océanique ignée. En plus de fournir des directives générales pour les études de microfossiles sur Terre, nous envisageons l'atlas pour aider spécifiquement à la recherche de sites cibles pertinents pour les missions planétaires, telles que la mission Mars 2020 de la NASA et ExoMars.


8.2B : Biosignatures martiennes - Biologie

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L'article de fond peut être soit un article de recherche original, soit une nouvelle étude de recherche substantielle qui implique souvent plusieurs techniques ou approches, ou un article de synthèse complet avec des mises à jour concises et précises sur les derniers progrès dans le domaine qui passe systématiquement en revue les avancées les plus passionnantes dans le domaine scientifique. Littérature. Ce type d'article donne un aperçu des orientations futures de la recherche ou des applications possibles.

Les articles du Choix de l'éditeur sont basés sur les recommandations des éditeurs scientifiques des revues MDPI du monde entier. Les rédacteurs en chef sélectionnent un petit nombre d'articles récemment publiés dans la revue qui, selon eux, seront particulièrement intéressants pour les auteurs ou importants dans ce domaine. L'objectif est de fournir un aperçu de certains des travaux les plus passionnants publiés dans les différents domaines de recherche de la revue.



Commentaires:

  1. Amwolf

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  3. Madntyre

    Les accessoires de théâtre sortent

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