Exobiologie : une base de l'ADN peut naître dans les nébuleuses

Une équipe française d'astrochimistes a montré qu'au moins une des bases de l'ADN pouvait se former à la surface des poussières glacées dans la nébuleuse protosolaire où est né le Système solaire il y a 4,56 milliards d'années environ. Cette brique de la Vie pouvait donc se retrouver plus tard sur la Terre primitive.

Le prix Nobel de physique 2019 a récompensé les pionniers de la découverte des exoplanètes. Au 7 février 2020, la noosphère du géochimiste Vladimir Vernadsky et du géologue et paléontologue Pierre Teilhard de Chardin, l'esprit collectif en quelque sorte de l'Humanité, en a identifié 4.177. Mais d'autres candidats à ce titre sont en cours de vérification et on s'attend à une nouvelle moisson de résultats avec le satellite Tess, le successeur de Kepler. Il semble clair désormais que la formation planétaire est un processus aussi universel que la formation des étoiles, au moins dans la Voie lactée. Mais qu'en est-il de la vie telle que nous la connaissons sur Terre ?

Ces dernières décennies, les cosmochimistes et les astrochimistes ne sont pas restés inactifs de leur côté non plus. De nombreuses molécules organiques relevant d'une chimie prébiotique pouvant faire naître la vie ont été repérées dans les nuages moléculaires et poussiéreux où naissent les pouponnières d'étoiles partout dans notre Galaxie, mais aussi dans les météorites (des acides aminés, des sucres, des bases azotées) et les comètes du Système solaire issues d'un de ces nuages. Récemment d'ailleurs, les données du radiotélescope Alma avec celles de la composition de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko ont permis de dresser une sorte d'arbre généalogique cosmique des atomes de phosphore composant l'ADN et les membranes de nos cellules.

Comme l'expliquait Futura, dans le précédent article ci-dessous, on a ainsi toutes les raisons de penser que le bombardement météoritique et cométaire intense qui s'est produit sur Terre au cours de l'Hadéen, le premier éon de son histoire il y a plus de 4 milliards d'années, a donc amené sur notre Planète d'importantes quantités de matériaux rendant possible l'apparition de la Vie. Ce processus pourrait avoir aussi été universel avec des exoplanètes potentiellement habitables.

« La géochimie et la cosmochimie, c'est l'étude des éléments chimiques pour comprendre l'histoire de la Terre et des planètes... ». Entretiens avec Manuel Moreira, professeur à l'Université Paris Diderot, et des membres de l'équipe. © Chaîne IPGP

Des glaces interstellaires fertiles en réactions chimiques prébiotiques

De multiples travaux et expériences sont menés pour comprendre comment sont nées les molécules prébiotiques, en particulier dans les enveloppes de glace des poussières du nuage interstellaire qui contenait la nébuleuse protosolaire. Aujourd'hui, un communiqué du CNRS nous apprend que des chimistes et des astrophysiciens du laboratoire Physique des interactions ioniques et moléculaires (PIIM, CNRS/Aix-Marseille Université) et de l'Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers (IC2MP, CNRS/Université de Poitiers) ont démontré que l'une des cinq bases nucléiques qui servent de briques à l'ADN, en l'occurrence la cytosine, pouvait bien être synthétisée dans les gangues de glace des poussières occupant les régions froides de la nébuleuse protosolaire, d'où a émergé le disque protoplanétaire du Système solaire primitif. L'article exposant leur travail vient d'être publié dans la revue The Astrophysical Journal Letters.

Les astrochimistes ont reproduit dans un réacteur chimique les conditions régnant dans cette nébuleuse parcourue par les particules des rayons cosmiques et les photons ultraviolets des jeunes étoiles. Ces rayonnements sont responsables d'une chimie active en brisant en radicaux libres les molécules initialement contenues dans les glaces d'eau, de méthanol et d'ammoniac qui se sont formées à basse température (77 K) et basse pression (10^-7 mbar) autour d'analogues des poussières interstellaires présentes dans le réacteur chimique.

Les chercheurs pensent qu'il n'est pas seulement possible d'obtenir de la cytosine mais aussi les quatre autres bases nucléiques qui forment les nucléotides composant l'ADN et l'ARN, à savoir l'adénine, la guanine, la thymine et l'uracile.

En effet, les techniques de spectrométrie de masse, utilisées pour identifier les molécules produites par les réarrangements très actifs entre les radicaux libres produits par les rayonnements dans les gangues de glace, ont permis d'identifier des isomères de ces quatre bases nucléiques. Elles pourraient même s'être formées dans les expériences conduites mais la précision des mesures n'est pas encore suffisante pour affirmer que tel a bien été le cas.

POUR EN SAVOIR PLUS

Exobiologie : des bases de l'ADN peuvent naître dans l'espace

Article de Laurent Sacco du 01/10/2019

Une équipe de chercheurs japonais a montré que plusieurs des bases azotées qui sont des constituants fondamentaux de l'ADN pouvaient se former dans le milieu interstellaire et ensuite être incorporées dans les météorites et comètes frappant la jeune Terre. Cela renforce la thèse qu'une chimie prébiotique universelle peut faire naître la Vie partout dans la Voie lactée et au-delà.

On aura probablement de la peine à croire que le modèle de la formation des planètes du Système solaire à partir d'une nébuleuse protosolaire, qui s'effondre en donnant un disque protoplanétaire, n'était pas le principal modèle considéré par les cosmogonistes avant le début des années 1970. Au début du XX^e siècle par exemple, c'était l'idée que les planètes s'étaient formées à partir d'un lambeau de matière solaire arraché par le passage rapproché d'une étoile qui était avancée. Plus généralement, plusieurs des modèles proposés, de ceux de James Jeans à Fred Hoyle en passant par celui de Thomas Chamberlin et Forest Moulton, impliquaient que la formation des systèmes planétaires devaient être rare dans la Voie lactée, notamment parce que les étoiles passent rarement suffisamment près les unes des autres pour qu'opèrent plusieurs des scénarios envisagés.

Depuis le début du XXI^e siècle nous savons désormais, comme on pouvait le croire facilement depuis 50 ans avec le retour en grâce de l'hypothèse de la nébuleuse de Kant-Laplace, que la formation planétaire est un processus universel et inévitable. Dans la quête de nos origines, la prochaine étape est donc celle de l'origine de la Vie proprement dite. S'agit-il également d'un processus universel, comme on peut le croire là aussi du fait de la découverte des molécules organiques interstellaires et de la présence de briques de la Vie dans les météorites, ou a contrario d'un évènement rare, ce qui donnerait une solution simple au paradoxe de Fermi ?

Pour tenter de le savoir, comme Futura l'avait expliqué dans plusieurs des articles précédents ci-dessous, les astrochimistes reproduisent en laboratoire les conditions régnantes dans les nuages moléculaires denses et froids où naissent de jeunes étoiles émettant un rayonnement ultraviolet intense, comme le montre l'exemple des Piliers de la création situés dans la nébuleuse de l'Aigle, au cœur de l'amas ouvert M16.

Les années passant, on découvre de plus en plus que des briques de la Vie et de l'ADN peuvent apparaître sur la poussière du milieu interstellaire et finalement dans les météorites à l'aube de l'histoire du Système solaire. Cette vidéo de la Nasa en est un bon exemple. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa Goddard

Les nuages moléculaires et le début de la chimie prébiotique

Plusieurs des météorites trouvées sur Terre contiennent des acides aminés, des sucres, et mêmes des bases azotées de l'ADN et de l'ARN. Le bombardement météoritique et cométaire intense de l'Hadéen, il y a plus de 4 milliards d'années a donc amené sur Terre d'importantes quantités de matériaux rendant possible une chimie prébiotique (ces matériaux ont de toute façon pu être synthétisés in situ comme le laissent penser des expériences comme celle de Miller). Or, ces météorites et ces comètes sont nées à partir des molécules et des poussières du nuage interstellaire qui contenait la nébuleuse protosolaire.

On peut donc raisonnablement penser que ces phénomènes se sont produits également lors de la formation d'exoplanètes de type terrestre. On prend donc toute la mesure de l'annonce d'une équipe japonaise publiée dans un article du journal Nature Communications. Pour la première fois, des astrochimistes ont démontré que des bases azotées de l'ADN et de l'ARN pouvaient être synthétisées par les nuages interstellaires soumis au rayonnement ultraviolet des étoiles (les expériences précédentes ayant fourni des résultats similaires n'avaient pas été faites à basse température de l'ordre de 10 kelvins dans ces nuages).

Ces molécules sont apparues dans des expériences en laboratoire de simulation de ces nuages similaires à celles ayant déjà conduit à la formation des sucres et phosphates que l'on trouve, avec des bases azotées, à l'origine des nucléotides, les composants fondamentaux de l'ADN et de l'ARN.

En l'occurrence, Yasuhiro Oba et ses collègues de l'université de Hokkaido, de l'université de Kyushu et de l'Agence japonaise pour la science et la technologie de la Terre et de la Terre (Jamstec) ont mené des expériences dans une chambre de réaction à ultra-vide où un mélange gazeux d'eau, de monoxyde de carbone, d'ammoniac et de méthanol a été alimenté en continu sur un analogue des poussières cosmiques à une température de -263 °C. Deux lampes à décharge de deutérium fixées fournissaient une lumière ultraviolette pour provoquer des réactions chimiques dans le film glacé qui s'est formé autour des analogues de poussière, comme, on le suppose, autour des grains des nuages moléculaires.

Un spectromètre de masse à haute résolution et un chromatographe en phase liquide à haute performance ont permis de détecter la présence des nucléobases cytosine, uracile, thymine, adénine, xanthine et hypoxanthine. Ils ont également détecté des acides aminés et plusieurs types de dipeptides, ou dimères d'acides aminés, initiant donc la formation de protéines.

Exobiologie : le sucre de l'ADN peut naître dans le milieu interstellaire

Article de Laurent Sacco publié le 21/12/2018

Une équipe de chercheurs de la Nasa a montré que le 2-désoxyribose, un sucre qui est un constituant fondamental de l'acide désoxyribonucléique - le mythique ADN -, pouvait se former dans le milieu interstellaire et ensuite être incorporées dans les météorites et comètes frappant la jeune Terre. Cela renforce la thèse qu'une chimie prébiotique universelle peut faire naître la Vie partout dans la Voie lactée et au-delà.

Il y a plus de 60 ans, alors que la conquête spatiale commençait vraiment, tous les astrochimistes, ou peu s'en faut, s'attendaient à trouver des molécules organiques à la surface des planètes comme Mars, ou des satellites comme la Lune, mais certainement pas dans l'environnement froid et hostile du milieu interstellaire. On savait déjà qu'il était parcouru par des rayons cosmiques très énergétiques, dont certains sont même des particules d'