Traduit par Maurice A Casimir

Cliquer sur l’image pour l’agrandir L'image du Mars reproduite avec l’aimable authorisation de la NASA; l’image de la Terre reproduite avec l’aimable authorisation du Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

L’énorme impact d’une météorite suivi du vol de substance rocheuse depuis Mars. Est-ce ainsi qu’est apparue la vie sur Terre Cornelia Meyer nous emmène en voyage à travers la théorie de la ‘lithopanspermie’ et nous décrit la manière dont elle la met à l’épreuve avec l’aide de collègues étudiants. Le 7 Août 1996, des scientifiques de la NASA annoncèrent avoir identifié des structures ressemblant à des bactéries fossiles minuscules dans la météorite martienne ALH84001, découverte dans les Allan Hills, en Antarctique. Bien que les scientifiques ne soient pas d’accord sur l’importance de la météorite des Allan Hills, la question se pose: y eut-il de la vie sur Mars?

Lorsque des comètes et des astéroïdes frappent les planètes, elles peuvent déloger des fragments de roche qui sont catapultés dans l’espace et – comme la météorite des Allan Hills – atteignent parfois la Terre et d’autres planètes sous forme de météorites (voir glossaire). Cela a ouvert la voie à de multiples spéculations. Les premières formes de vie auraient-elles pu naître non sur la Terre, mais sur Mars ou peut-être sur quelque autre planète éloignée? Si tel est le cas, les météorites auraient-elles pu amener la vie sur Terre?

En 2007, trois doctorants – Ralf Moeller, Thomas Berger et Jean-Pierre de Vera – et moi décidâmes d’approfondir cette idée, connue sous le nom de lithopanspermie (voir illustration ci-dessus), en trois étapes:

1. Ejection d’organismes vivants dans l’espace par le biais d’une météorite
2. Effet du voyage dans l’espace sur des organismes vivants.
3. Survie de ces organismes lors de leur entrée dans l’atmosphère terrestre et leur atterrissage.

La théorie de la lithopanspermie – d’une solidité de roc?

La théorie de la lithopanspermie (du grec: lithos = roc, pan = tout, sperma = semence) a été proposée en 1903 par le scientifique suédois Svante Arrhenius. Bien que l’idée ne soit pas universellement acceptée, il en existe quelques preuves à l’appui:

L’existence de météorites lunaires et martiennes sur Terre La présence de fossiles organiques minéraux et (peut-être) microbiens sur la météorite des Alloan Hills (voir illustration) Le fait que de grosses comètes ou de gros astéroïdes frappant une planète éjectent des morceaux de roche à une vitesse telle qu’ils surmontent l’influence de la gravité et quittent la planète (sous forme de météorites) La capacité de spores bactériens à survivre aux ondes de choc causées par un tel impact La résistance aux rayons UV des microorganismes aux basses temperatures que l’on trouve dans l’espace La survie sur des millions d’années de spores bactériens dans l’ambre ou le sel

Image d’un microscope électronique à balayage haute résolution montrant un type de structure tubulaire inhabituel de moins du 1/100ème de la largeur d’un cheveu humain en taille, représentant peut-être les vestiges d’une bactérie extraterrestre, découvert dans la météorite ALH84001, une météorite que l’on pense être d’origine martienne Avec l’aimable authorisation de la NASA

• La survie de spores bactériens dans l’espace pendant au moins six ans


• Les preuves paléontologiques et géochimiques de l’existence d’anciens écosystèmes microbiens sur Terre, ayant évolué en seulement environ 400 millions d’années de l’état de simples molécules de précurseurs à la vie cellulaire.

1. Le voyage commence

Nous avons étudié la faisabilité de la première étape dans le cadre de nos thèses de maîtrise et de doctorat: la phase d’éjection, dans laquelle le matériau vivant est lancé dans l’espace par l’impact d’une météorite (Horneck et al, 2008; Stöffler et al, 2007). Pour simuler l’événement, nous avons pris deux lamelles de roche apparemment similaires aux roches martiennes, inséré une couche de microorganismes entre elles, placé ce ‘sandwich’ dans un cylindre métallique et l’avons fait exploser au TNT.

Nous avions de bonnes raisons pour utiliser des microorganismes pour cette expérience. On ne connaît sur Terre que des microbes pour survivre à des environnements extrêmement hostiles, si bien qu’il était probable qu’ils supporteraient le traitement subi. Ils peuvent également en tant qu’organismes élémentaires être similaires aux premières hypothétiques formes de vie sur Mars. Les microorganismes particuliers choisis pour l’expérience sont des spores bactériens, des cyanobactéries et des lichens vivant à l’intérieur ou à la surface des roches, et connus pour survivre à des conditions de vie dans l’espace simulées.

Cornelia Meyer, Ralf Moeller et Jean-Pierre de Vera Avec l’aimable authorisation de Cornelia Meyer

Nous avons également soigneusement choisi les roches. Pour découvrir si une météorite provient de Mars, on compare sa composition avec celle de roches étudiées à la surface de Mars. Les météorites martiennes les plus fréquemment découvertes sur Terre sont connues sous le nom de Shergottites basaltiques et sont formées par activité volcanique. Nous avons donc utilisé du basalte pour notre expérience: très commun sur Terre et similaire à la roche martienne.

Lors de diverses expériences, les explosions de TNT exposèrent les microorganismes à des pressions allant de 50 000 à 500 000 bars. Celles-ci sont équivalentes aux pressions qui seraient exercées par des impacts de météorite sur Mars, qui causeraient des cratères de plus de 75 km de diamètre et éjecteraient des roches martiennes dans l’espace. La compression due au souffle aurait aussi exposé les microorganismes à des températures pouvant atteindre 1000 °C. Bien que l’on s’attende à ce que de telles conditions détruisent toute vie, 0.02% des microorganismes survécurent sous 400 000 bars (400 000 fois la pression atmosphérique normale).

De nos jours, les températures sur Mars vont de -143 °C aux pôles à +27 °C à l’équateur. Bien que la planète Mars ait été plus chaude à l’origine qu’elle l’est aujourd’hui, elle se sera refroidie plus rapidement que la Terre par suite de la perte de son atmosphère. Ceci signifie qu’à l’époque du transfert de la vie de Mars sur la Terre proposé (il y a jusqu’à 20 millions d’années), Mars aurait déjà atteint les basses températures qui y existent aujourd’hui. Par conséquent, pour mieux approcher les conditions sur Mars, nous avons utilisé dans une seconde expérience de la glace sèche (neige carbonique) pour refroidir l’appareil à -80 °C avant de déclencher l’explosion, et avons découvert que certains des microorganismes survivaient même sous 500 000 bars. Dans l’expérience précédente sans refroidissement, aucun n’avait survécu sous cette pression.

Au cours des expériences, les microorganismes ne furent exposés aux hautes températures et pressions que pendant quelques microsecondes, comme ce serait le cas avec un impact de météorite sur Mars. Cela pourrait avoir été le secret de leur survie. Ainsi, la première partie de la théorie de la lithopanspermie semble être plausible: des organismes présents sur des roches pourraient survivre à un lancement dans l’espace.

2. Voyage dans l’espace: le concours ESA SUCCESS

Nous décidâmes ensuite de participer à un concours nous donnant l’opportunité d’étudier l’étape deux de la théorie de la lithopanspermie: des organismes vivants pourraient-ils survivre aux conditions extrêmes de basse température, radiations cosmiques et vide sidéral lors d’un long voyage dans l’espace? Nous avons eu l’opportunité de réaliser un expérience à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS) en Novembre 2009 dans le cadre du concours entre étudiants SUCCESS^w1 organisé par l’Agence Spatiale Européenne (ESA).

Depuis les années 1980, plusieurs expériences ont montré que des microorganismes sont capables de survivre dans l’espace (voir Mileikowsky et al, 2000). Cependant, lors de ces tests, soit les microorganismes ont été protégés des radiations par de l’aluminium, soit ils n’ont passé que peu de jours dans l’espace. Combien de temps pourraient-ils donc survivre dans l’espace? Nous voudrions utiliser l’ISS pour une recherche plus proche de la réalité de l’effet des conditions de l’espace sur des organismes vivants.

Nous avons suggéré de fabriquer une météorite artificielle garnie de microorganismes ainsi que de capteurs pour la mesure des rayons cosmiques et de la température. Un morceau de roche basaltique sera coupé en huit lamelles disposant de trous pour les microorganismes et les capteurs. Les trous seront scellés avec de la roche, et les lamelles réassemblées dans une structure étanche à l’air. La météorite artificielle sera alors transportée dans l’ISS, montée sur une plateforme en aluminium à l’extérieur de la Station et exposée aux conditions prévalant dans l’espace pendant six mois. Une seconde météorite artificielle restera sur Terre à titre de contrôle. Une fois la météorite de retour sur Terre, les biologists Ralf et Jean-Pierre détermineront le taux de survie des microorganismes et examineront les modifications physiologiques induites par les conditions de la vie dans l’espace. En tant que minéralogiste de l’équipe, j’étudierai les effets de l’érosion spatiale sur la météorite artificielle. L’érosion spatiale est un terme passe-partout pour des processus comme les radiations cosmiques, les vents solaires et les bombardements par des météorites qui agissent sur les êtres et les objets dans l’environnement sévère de l’espace. Nous comparerons également les propriétés physiques de la météorite artificielle à celles de la roche restée sur Terre.

Panneaux représentant des expériences à la partie supérieure de l’ISS, du type de la météorite artificielle programmée Avec l’aimable authorisation de Cornelia Meyer

Au delà de la fourniture de preuves venant en appui de la théorie de la lithopanspermie, ces résultats devraient apporter des informations sur l’effet de l’érosion spatiale sur les propriétés optiques de la roche. Ces propriétés sont importantes pour l’observation des astéroïdes, car la spectroscopie optique est utilisée pour déterminer leur composition élémentaire. En savoir davantage sur les effets de l’érosion spatiale pourrait donc aider les scientifiques à déterminer si les météorites découvertes sur la Terre et les astéroïdes observés dans l’espace proviennent des mêmes corps célestes.

3. Une nouvelle expérience? Un atterrissage en douceur

Même si ces deux parties de la théorie de la lithopanspermie sont plausibles – des microorganismes pourraient survivre après avoir quitté leur planète mère pour un long voyage dans l’espace – pourraient-ils survivre sur une autre planète ? Des spécialistes de la biologie extraterrestre du Zentrum für Luft- und Raumfahrt ont suggéré que des microorganismes terriens pourraient survivre quelque temps sur Mars^w2. Cela laisse penser que des formes de vie martiennes pourraient également survivre sur la Terre, dans l’hypothèse où elles supporteraient l’impact du choc à l’arrivée. Jusqu’à présent, toutefois, nous en savons très peu sur ce qui adviendrait si une météorite porteuse d’organismes vivants arrivait sur Terre. Nous avons cependant effectivement des informations nous permettant de faire des spéculations.

Lorsque des objets entrent dans l’atmosphère terrestre à grande vitesse, leurs surfaces sont exposées à de très hautes températures du fait des frottements. Pourtant, bien que les températures des couches extérieures de la météorite soient suffisamment élevées pour qu’elles fondent – ou même se vaporisent – la roche à l’intérieur de la météorite reste à une température proche de -273 °C (0 K), la température de l’espace.

Impact d’une météorite sur la Terre Avec l’aimable authorisation de iStockphoto

Très souvent, les météorites se brisent en heurtant le sol. Si des organismes survivaient à l’intérieur de la météorite – protégés par les températures très élevées de la surface – ils seraient alors libérés et pourraient commencer à coloniser la Terre. Ils ressentiraient un choc thermique en passant des -273 °C du cœur de la météorite à la température ambiante de la Terre, mais les microorganismes sont connus pour être capables de survivre à de rapides changements de température.

La lithopanspermie prouvée?

Bien que des microorganismes aient pu survivre pendant les trois étapes décrites dans la théorie de la lithopanspermie, il n’y aucune preuve de ce que la vie sur Terre ait une origine extraterrestre. Par-dessus tout, nous ne savons finalement pas si la vie existe en dehors de notre planète – mais la recherche d’une vie extraterrestre continue. Et les spéculations sur nos origines continuent également.

Lorsque l’équipe entreprit ses experiences, Cornelia Meyer était en maîtrise de minéralogie au Museum d’Histoire Naturelle^w3 de Berlin, Allemagne. Ralf Moeller (Deutshes Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR – le Centre Aérospatial allemand) et Jean-Pierre de Vera (Université de Düsseldorf, Allemagne) préparaient un doctorat en biologie. Thomas Berger préparait un doctorat en physique au DLR. Cornelia prépare aujourd’hui un doctorat, alors que les autres sont en post doctorat.

Bibliographie

Horneck G et al (2008) Microbial rock inhabitants survive impact and ejection from host planet: first phase of lithopanspermia experimentally tested. Astrobiology 8: 17-44

Mileikowsky C et al (2000) Natural transfer of viable microbes in space. Part 1: From Mars to Earth and Earth to Mars. Icarus 145: 391-427

Stöffler D et al (2007) Experimental evidence for the potential impact ejection of viable micro-organisms from Mars and Mars-like planets. Icarus 186: 585-588

Références internet

w1 – On peut trouver des détails sur le concours pour étudiants ESA SUCCESS sur: www.esa.int/esaHS/SEMU9TGHZTD_education_0.html

w2 – Pour plus d’informations sur le Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, voir: www.dlr.de/en
Pour des détails concernant leur travail sur la survie possible de microorganismes sur Mars, voir: www.dlr.de/me/en/desktopdefault.aspx/tabid-2016

w3 – Pour plus d’informations sur le Museum d’Histoire Naturelle de Berlin, Allemagne, voir: www.naturkundemuseum-berlin.de/index_english.html

Ressources

Réseau d’exposés sur l’astrobiologie: http://streamiss.spaceflight.esa.int/?pg=production&PID=alcn

Pour plus d’informations sur la panspermie, voir:

www.karlsims.com/panspermia.html

et

www.archive.org/details/sims_panspermia_1990

Hartevelt S, Walker C (2008) La Station Spatiale Internationale: l’humanité va prendre pied dans l’espace. Science in School 9. www.scienceinschool.org/2008/issue9/iss/french

Marinova M (2008) La vie sur Mars: terraformer la Planète Rouge. Science in School 8. www.scienceinschool.org/2008/issue8/terraforming/french

Wegener A-L (2008) Laboratoire spatial: interview avec Bernardo Patti. Science in School 8. www.scienceinschool.org/2008/issue8/bernardopatti/french

Warmbein B (2007) Down to Earth: interview avec Thomas Reiter. Science in School 5. www.scienceinschool.org/2007/issue5/thomasreiter/french

Warmbein B (2006) Launching a dream: the first European student satellite in orbit. Science in School 1: 49-51. www.scienceinschool.org/2006/issue1/sseti