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La simulation des premiers évents océaniques montre que les blocs de construction de la vie se forment sous pression

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Un évent du fond marin appelé "fumeur blanc" rejette de l'eau riche en minéraux dans l'océan et sert de plaque tournante énergétique aux créatures vivantes. Certains scientifiques pensent que la vie sur Terre a peut-être commencé autour d'évents similaires sur le plancher océanique il y a des milliards d'années. Crédit: NOAA / C. Allemand (WHOI)

Où la vie s'est-elle d'abord formée sur Terre? Certains scientifiques pensent qu'il pourrait s'agir de bouches hydrothermales qui auraient pu exister au fond de l'océan il y a 4,5 milliards d'années. Dans un nouvel article de la revue Astrobiologie, des scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA décrivent comment ils ont imité des environnements sous-marins anciens possibles avec une configuration expérimentale complexe. Ils ont montré que sous une pression extrême, le fluide de ces anciennes fissures du fond marin mélangé à l'eau de l'océan aurait pu réagir avec les minéraux des évents hydrothermaux pour produire des molécules organiques – les éléments constitutifs qui composent presque toute la vie sur Terre.


En particulier, la recherche jette des bases importantes pour des études approfondies de mondes océaniques comme la lune de Saturne Encelade et la lune Europa de Jupiter, qui sont tous deux censés avoir des océans d'eau liquide enfouis sous d'épaisses croûtes glacées et peuvent héberger une activité hydrothermale similaire à ce qui est en cours simulé au JPL. Ce domaine de recherche appartient à un domaine d'étude connu sous le nom d'astrobiologie, et le travail a été effectué par l'équipe JPL Icy Worlds dans le cadre de l'ancien NASA Astrobiology Institute.

Sous la mer antique

Pour simuler les conditions qui auraient pu exister au fond de l'océan d'une Terre nouvellement formée, avant que la mer ne regorge de vie, l'étudiante diplômée de l'époque Lauren White et ses collègues ont mené une expérience qui a réuni trois ingrédients clés: de l'eau riche en hydrogène, comme le genre qui aurait pu s'écouler sous le fond marin par des évents; eau de mer enrichie en dioxyde de carbone, comme cela aurait été de l'atmosphère ancienne; et quelques minéraux qui auraient pu se former dans cet environnement.

White et ses collègues – y compris son conseiller diplômé, le scientifique à la retraite du JPL, Michael Russell – ont simulé des évents qui n'ont pas craché d'eau particulièrement chaude (c'était seulement environ 212 degrés Fahrenheit, ou 100 degrés Celsius). L'un des défis majeurs de la création de la configuration expérimentale était de maintenir la même pression trouvée à 0,6 mile (1 kilomètre) sous la surface de l'océan, soit environ 100 fois la pression atmosphérique au niveau de la mer. Des expériences précédentes ont testé des réactions chimiques similaires dans des chambres individuelles à haute pression, mais White et ses collègues voulaient reproduire plus complètement les propriétés physiques de ces environnements, y compris la façon dont les fluides coulent et se mélangent. Cela nécessiterait de maintenir la haute pression dans plusieurs chambres, ce qui a ajouté à la complexité du projet. (Parce qu'une fissure ou une fuite, même dans une seule chambre à haute pression, constitue une menace d'explosion, il est normal dans ces cas de procéder à une protection contre les explosions entre l'appareil et les scientifiques.)

Certains scientifiques pensent que l'histoire de la vie sur Terre a peut-être commencé autour des évents hydrothermaux au fond de l'océan il y a 4,5 milliards d'années. Les scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA ont imité ces anciens environnements sous-marins avec une configuration expérimentale complexe. Crédit: Jet Propulsion Laboratory

Les scientifiques voulaient déterminer si de telles conditions anciennes auraient pu produire des molécules organiques – celles contenant des atomes de carbone en boucles ou en chaînes, ainsi qu'avec d'autres atomes, le plus souvent l'hydrogène. Des exemples de molécules organiques complexes comprennent les acides aminés, qui peuvent éventuellement former de l'ADN et de l'ARN.

Mais tout comme les œufs, la farine, le beurre et le sucre ne sont pas la même chose qu'un gâteau, la présence de carbone et d'hydrogène dans les premiers océans ne garantit pas la formation de molécules organiques. Bien qu'un carbone et un atome d'hydrogène puissent raisonnablement se croiser dans cet océan préhistorique, ils ne se rejoindraient pas automatiquement pour former un composé organique. Ce processus nécessite de l'énergie et, tout comme une balle ne roulera pas toute seule, le carbone et l'hydrogène ne se lieront pas sans une poussée énergique.

Une étude antérieure de White et ses collègues a montré que l'eau pulsant à travers les évents hydrothermaux pouvait avoir formé des sulfures de fer. En agissant comme un catalyseur, les sulfures de fer pourraient fournir cette poussée énergétique, en réduisant la quantité d'énergie requise pour que le carbone et l'hydrogène réagissent ensemble, et en augmentant la probabilité qu'ils formeraient des matières organiques.

La nouvelle expérience a testé si cette réaction aurait pu se produire dans les conditions physiques autour des anciens évents du fond marin, si de tels évents existaient à l'époque. La réponse? Oui. L'équipe a créé du formiate et des traces de méthane, deux molécules organiques.

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Lauren White, scientifique au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, ajuste une expérience qui simule comment l'eau de mer antique et le fluide des évents hydrothermaux auraient pu réagir avec des minéraux du fond marin pour créer des molécules organiques il y a 4,5 milliards d'années. L'image a été prise au JPL en 2014. Crédit: NASA / JPL-Caltech

Les signes de vie

Le méthane d'origine naturelle sur Terre est produit en grande partie par des organismes vivants ou par la décomposition de matériel biologique, y compris les plantes et les animaux. Le méthane sur d'autres planètes pourrait-il également être un signe d'activité biologique? Pour utiliser le méthane pour rechercher la vie sur d'autres mondes, les scientifiques doivent comprendre à la fois ses sources biologiques et non biologiques, comme celle identifiée par White et ses collègues.

"Je pense qu'il est vraiment significatif que nous ayons montré que ces réactions se produisent en présence de ces facteurs physiques, comme la pression et le débit", a déclaré White. "Nous sommes encore loin de démontrer que la vie aurait pu se former dans ces environnements. Mais si quelqu'un veut le faire, je pense que nous devrons avoir démontré la faisabilité de chaque étape du processus; nous ne pouvons pas prendre quoi que ce soit pour acquis. "

Les travaux s'appuient sur l'hypothèse de Michael Russell selon laquelle la vie sur Terre pourrait s'être formée au fond de l'océan primitif de la Terre. La formation de molécules organiques serait une étape majeure de ce processus. Les scientifiques du même groupe de recherche du JPL ont exploré d'autres aspects de ce travail, tels que la réplication des conditions chimiques dans les premiers océans pour démontrer comment les acides aminés pourraient s'y former. Cependant, la nouvelle étude est unique dans la façon dont elle a recréé les conditions physiques de ces environnements.

Au cours des prochaines années, la NASA lancera Europa Clipper, qui orbitera autour de Jupiter et effectuera plusieurs survols de la lune glacée Europa. Les scientifiques pensent que les panaches là-bas peuvent cracher de l'eau dans l'espace depuis l'océan de la Lune, qui se trouve sous environ deux à 20 milles (trois à 30 kilomètres) de glace. Ces panaches pourraient fournir des informations sur d'éventuels processus hydrothermaux au fond de l'océan, qui auraient une profondeur d'environ 80 kilomètres. Le nouvel article contribue à une compréhension croissante de la chimie qui pourrait avoir lieu dans des océans autres que le nôtre, ce qui aidera les scientifiques à interpréter les résultats de cette mission et d'autres à venir.


Une étude de la NASA reproduit les origines de la vie au fond de l'océan


Fourni par
Laboratoire de propulsion par jet

Citation:
                                                 La simulation des premiers évents océaniques montre que les éléments constitutifs de la vie se forment sous pression (2020, 16 avril)
                                                 récupéré le 16 avril 2020
                                                 depuis https://phys.org/news/2020-04-simulating-early-ocean-vents-life.html

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