Dans le film "Avatar", nous pouvions dire en un coup d'œil que la lune extraterrestre Pandora regorgeait de vie extraterrestre. Il y a 50 millions d'organismes bactériens dans un seul gramme de sol, et la biomasse bactérienne mondiale dépasse celle de toutes les plantes et de tous les animaux. Les microbes peuvent se développer dans des environnements extrêmes de température, salinité, acidité, rayonnement et pression. La forme la plus probable sous laquelle nous rencontrerons la vie ailleurs dans notre système solaire est microbienne.
Les astrobiologistes ont besoin de stratégies pour déduire la présence d'une vie microbienne étrangère ou de ses restes fossilisés. Ils ont besoin de stratégies pour inférer la présence d'une vie extraterrestre sur les planètes lointaines d'autres étoiles, qui sont trop loin pour être explorées avec des vaisseaux spatiaux dans un avenir prévisible. Pour faire ces choses, ils aspirent à une définition de la vie, qui permettrait de distinguer de manière fiable la vie de la non-vie.
Malheureusement, comme nous l'avons vu dans le premier épisode de cette série, malgré l'énorme croissance de notre connaissance des êtres vivants, les philosophes et les scientifiques n'ont pas été en mesure de produire une telle définition. Les astrobiologistes s'en sortent du mieux qu'ils peuvent avec des définitions qui sont partielles et qui ont des exceptions. Leur recherche est axée sur les caractéristiques de la vie sur Terre, la seule vie que nous connaissons actuellement.
Dans le premier épisode, nous avons vu comment la composition de la vie terrestre influence la recherche de la vie extraterrestre. Les astrobiologistes recherchent des environnements qui autrefois contenaient ou contiennent actuellement de l'eau liquide et qui contiennent des molécules complexes à base de carbone. Cependant, de nombreux scientifiques considèrent que les caractéristiques essentielles de la vie sont liées à ses capacités plutôt qu'à sa composition.
En 1994, un comité de la NASA a adopté une définition de la vie comme un «système chimique autonome capable d'évolution darwinienne», sur la base d'une suggestion de Carl Sagan. Cette définition contient deux caractéristiques, le métabolisme et l'évolution, qui sont généralement mentionnées dans les définitions de la vie.
Le métabolisme est l'ensemble des processus chimiques par lesquels les êtres vivants utilisent activement l'énergie pour se maintenir, croître et se développer. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, un système qui n'interagit pas avec son environnement externe deviendra plus désorganisé et uniforme avec le temps. Les êtres vivants construisent et maintiennent leur état improbable et hautement organisé parce qu'ils exploitent des sources d'énergie dans leur environnement externe pour alimenter leur métabolisme.
Les plantes et certaines bactéries utilisent l'énergie du soleil pour fabriquer de plus grosses molécules organiques à partir de sous-unités plus simples. Ces molécules stockent de l'énergie chimique qui peut ensuite être extraite par d'autres réactions chimiques pour alimenter leur métabolisme. Les animaux et certaines bactéries consomment des plantes ou d'autres animaux comme nourriture. Ils décomposent des molécules organiques complexes dans leurs aliments en plus simples, pour extraire leur énergie chimique stockée. Certaines bactéries peuvent utiliser l'énergie contenue dans les produits chimiques dérivés de sources non vivantes au cours de la chimiosynthèse.
Dans un article de 2014 dans Astrobiologie, Lucas John Mix, un biologiste évolutionniste de Harvard, a qualifié la définition métabolique de la vie de Haldane Life d'après le physiologiste pionnier J. B. S. Haldane. La définition de la vie Haldane a ses problèmes. Les tornades et les tourbillons comme le Great Red Spot de Jupiter utilisent l'énergie environnementale pour maintenir leur structure ordonnée, mais ne sont pas vivants. Le feu utilise l'énergie de son environnement pour se maintenir et grandir, mais il n'est pas vivant non plus.
Malgré ses lacunes, les astrobiologistes ont utilisé la définition de Haldane pour concevoir des expériences. Les atterrisseurs Viking Mars ont fait la seule tentative jusqu'à présent de tester directement la vie extraterrestre, en détectant les activités métaboliques supposées des microbes martiens. Ils ont supposé que le métabolisme martien est chimiquement similaire à son homologue terrestre.
Une expérience a cherché à détecter la dégradation métabolique des nutriments en molécules plus simples pour extraire leur énergie. Une seconde visait à détecter l'oxygène comme déchet de la photosynthèse. Un troisième a tenté de montrer la fabrication de molécules organiques complexes à partir de sous-unités plus simples, ce qui se produit également lors de la photosynthèse. Les trois expériences semblaient donner des résultats positifs, mais de nombreux chercheurs pensent que les résultats détaillés peuvent être expliqués sans biologie, par des agents oxydants chimiques dans le sol.
Certains résultats Viking restent controversés à ce jour. À l'époque, de nombreux chercheurs estimaient que l'incapacité à trouver des matières organiques dans le sol martien excluait une interprétation biologique des résultats métaboliques. La découverte la plus récente que le sol martien contient en fait des molécules organiques qui auraient pu être détruites par les perchlorates au cours de l'analyse de Viking, et que l'eau liquide était autrefois abondante à la surface de Mars confère une nouvelle plausibilité à l'affirmation selon laquelle Viking a peut-être réussi à détecter la vie. En eux-mêmes, cependant, les résultats Viking n'ont pas prouvé que la vie existe sur Mars ni ne l'exclut.
Les activités métaboliques de la vie peuvent également laisser leur empreinte sur la composition des atmosphères planétaires. En 2003, le vaisseau spatial européen Mars Express a détecté des traces de méthane dans l'atmosphère martienne. En décembre 2014, une équipe de scientifiques de la NASA a rapporté que le rover Curiosity Mars avait confirmé cette découverte en détectant du méthane atmosphérique provenant de la surface martienne.
La majeure partie du méthane dans l'atmosphère terrestre est libérée par des organismes vivants ou leurs restes. Les écosystèmes bactériens souterrains qui utilisent la chimiosynthèse comme source d'énergie sont courants et produisent du méthane comme déchet métabolique. Malheureusement, il existe également des processus géochimiques non biologiques qui peuvent produire du méthane. Ainsi, une fois de plus, le méthane martien est frustrant et ambigu comme signe de vie.
Les planètes extrasolaires en orbite autour d'autres étoiles sont beaucoup trop éloignées pour être visitées par des vaisseaux spatiaux dans un avenir prévisible. Les astrobiologistes espèrent toujours utiliser la définition de Haldane pour rechercher la vie sur eux. Avec les télescopes spatiaux du futur proche, les astronomes espèrent apprendre la composition des atmosphères de ces planètes en analysant le spectre des longueurs d'onde lumineuses réfléchies ou transmises par leurs atmosphères. Le télescope spatial James Webb, dont le lancement est prévu en 2018, sera le premier à être utile dans ce projet. Les astrobiologistes veulent rechercher des biomarqueurs atmosphériques; les gaz qui sont des déchets métaboliques des organismes vivants.
Une fois de plus, cette quête est guidée par le seul exemple de planète porteuse de vie que nous avons actuellement; Terre. Environ 21% de l'atmosphère de notre planète d'origine est constituée d'oxygène. Cela est surprenant car l'oxygène est un gaz hautement réactif qui a tendance à entrer dans des combinaisons chimiques avec d'autres substances. L'oxygène libre devrait rapidement disparaître de notre air. Elle reste présente car la perte est constamment remplacée par des plantes et des bactéries qui la libèrent en tant que déchet métabolique de la photosynthèse.
Des traces de méthane sont présentes dans l'atmosphère terrestre à cause des bactéries chimiosynthétiques. Étant donné que le méthane et l'oxygène réagissent l'un avec l'autre, aucun ne resterait longtemps sans que les organismes vivants réapprovisionnent constamment l'approvisionnement. L’atmosphère terrestre contient également des traces d’autres gaz qui sont des sous-produits métaboliques.
En général, les êtres vivants utilisent l'énergie pour maintenir l'atmosphère terrestre dans un état loin de l'équilibre thermodynamique qu'elle atteindrait sans vie. Les astrobiologistes soupçonneraient n'importe quelle planète avec une atmosphère dans un état similaire de vie. Mais, comme pour les autres cas, il serait difficile d'exclure complètement les possibilités non biologiques.
Outre le métabolisme, le comité de la NASA a identifié l'évolution comme une capacité fondamentale des êtres vivants. Pour qu'un processus évolutif se produise, il doit y avoir un groupe de systèmes, où chacun est capable de se reproduire de manière fiable. Malgré la fiabilité générale de la reproduction, il doit également y avoir des erreurs de copie aléatoires occasionnelles dans le processus de reproduction afin que les systèmes aient des caractéristiques différentes. Enfin, les systèmes doivent différer dans leur capacité à survivre et à se reproduire en fonction des avantages ou des responsabilités de leurs traits distinctifs dans leur environnement. Lorsque ce processus se répétera encore et encore au fil des générations, les caractéristiques des systèmes deviendront mieux adaptées à leur environnement. Des traits très complexes peuvent parfois évoluer pas à pas.
Mélangez ce nom La vie de Darwin définition, après le naturaliste du XIXe siècle Charles Darwin, qui a formulé la théorie de l'évolution. Comme la définition de Haldane, la définition de la vie de Darwin présente d'importantes lacunes. Il a du mal à inclure tout ce que nous pourrions penser comme vivant. Les mules, par exemple, ne peuvent pas se reproduire, et donc, selon cette définition, ne comptent pas comme étant en vie.
Malgré de telles lacunes, la définition de la vie de Darwin est d'une importance cruciale, à la fois pour les scientifiques qui étudient l'origine de la vie et les astrobiologistes. La version moderne de la théorie de Darwin peut expliquer comment des formes de vie diverses et complexes peuvent évoluer à partir d’une forme simple initiale. Une théorie de l'origine de la vie est nécessaire pour expliquer comment la forme simple initiale a acquis la capacité d'évoluer en premier lieu.
Les systèmes chimiques ou les formes de vie trouvés sur d'autres planètes ou lunes de notre système solaire pourraient être si simples qu'ils sont proches de la frontière entre la vie et la non-vie que la définition de Darwin établit. La définition pourrait s'avérer vitale pour les astrobiologistes qui tentent de décider si un système chimique qu'ils ont trouvé est vraiment qualifié de forme de vie. Les biologistes ne savent toujours pas d'où vient la vie. Si les astrobiologistes peuvent trouver des systèmes près de la frontière de Darwin, leurs découvertes peuvent être cruciales pour comprendre l'origine de la vie.
Les astrobiologistes peuvent-ils utiliser la définition de Darwin pour trouver et étudier la vie extraterrestre? Il est peu probable qu'un vaisseau spatial en visite puisse détecter le processus d'évolution lui-même. Mais, il pourrait être capable de détecter les structures moléculaires dont les organismes vivants ont besoin pour participer à un processus évolutif. Le philosophe Mark Bedau a proposé qu'un système minimal capable de subir une évolution devrait avoir trois choses: 1) un processus métabolique chimique, 2) un récipient, comme une membrane cellulaire, pour établir les limites du système, et 3) un produit chimique «Programme» capable de diriger les activités métaboliques.
Ici sur Terre, le programme chimique est basé sur l'ADN de la molécule génétique. De nombreux théoriciens de l'origine de la vie pensent que la molécule génétique des premières formes de vie terrestres pourrait être la molécule d'acide ribonucléique (ARN) la plus simple. Le programme génétique est important pour un processus évolutif car il rend le processus de reproduction reproductif stable, avec seulement des erreurs occasionnelles.
L'ADN et l'ARN sont tous deux des biopolymères; de longues molécules en forme de chaîne avec de nombreuses sous-unités répétitives. La séquence spécifique des sous-unités de bases nucléotidiques de ces molécules code pour les informations génétiques qu'elles portent. Pour que la molécule puisse coder toutes les séquences possibles d'informations génétiques, les sous-unités doivent pouvoir se produire dans n'importe quel ordre.
Steven Benner, un chercheur en génomique informatique, pense que nous pourrons peut-être développer des expériences de vaisseaux spatiaux pour détecter des biopolymères génétiques exotiques. Il note que l'ADN et l'ARN sont des biopolymères très inhabituels parce que changer la séquence dans laquelle leurs sous-unités se produisent ne change pas leurs propriétés chimiques. C'est cette propriété inhabituelle qui permet à ces molécules d'être des porteurs stables de toute séquence de code génétique possible.
L'ADN et l'ARN sont tous deux des polyélectrolytes; molécules avec des zones de charge électrique négative qui se répètent régulièrement. Benner pense que c'est ce qui explique leur stabilité remarquable. Il pense que tout biopolymère génétique étranger devrait également être un polyélectrolyte, et que des tests chimiques pourraient être conçus par lesquels un vaisseau spatial pourrait détecter de telles molécules de polyélectrolyte. Trouver l'homologue étranger de l'ADN est une perspective très excitante, et une autre pièce du puzzle de l'identification de la vie extraterrestre.
En 1996, le président Clinton a fait une annonce spectaculaire de la découverte possible de la vie sur Mars. Le discours de Clinton a été motivé par les conclusions de l'équipe de David McKay avec la météorite d'Alan Hills. En fait, les découvertes de McKay se sont avérées n'être qu'une pièce du plus grand puzzle de la vie martienne possible. À moins qu'un étranger ne passe un jour devant nos caméras en attente, la question de savoir si la vie extraterrestre existe ou non est peu susceptible d'être résolue par une seule expérience ou une percée dramatique soudaine. Les philosophes et les scientifiques n’ont pas une définition unique et sûre de la vie. Les astrobiologistes n'ont donc pas un seul test de tir sûr qui résoudra le problème. Si des formes de vie simples existent sur Mars, ou ailleurs dans le système solaire, il semble désormais probable que ce fait émergera progressivement, sur la base de nombreuses preuves convergentes. Nous ne saurons pas vraiment ce que nous recherchons tant que nous ne le trouverons pas.
Références et lectures complémentaires:
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Les atterrisseurs Viking Mars ont-ils trouvé les éléments constitutifs de la vie? La pièce manquante inspire un nouveau regard sur le puzzle. Science Daily Featured Research 5 septembre 2010
Le rover de la NASA trouve la chimie organique active et ancienne sur Mars, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, News, 16 décembre 2014.
