Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont identifié un processus appelé graphitisation, qui, selon eux, pourrait produire des molécules essentielles à la vie, telles que des protéines, des phospholipides et des nucléotides, au début de la Terre. Ce processus, mis en évidence dans une étude de la revue Life, suggère que les températures élevées résultant des impacts célestes et des interactions avec le fer et l'eau pourraient simplifier les environnements chimiques, les rendant propices à la formation des composants nécessaires à la vie.
Des chercheurs de l'Université de Cambridge suggèrent que les molécules essentielles au développement de la vie pourraient provenir d'un processus appelé graphitisation. Si cela est confirmé par des expériences en laboratoire, cela pourrait nous permettre de simuler les conditions susceptibles d’avoir conduit à l’émergence de la vie.
Comment les produits chimiques nécessaires à la vie sont-ils arrivés là ?
On débat depuis longtemps de la manière dont les conditions apparemment fortuites de la vie sont apparues dans la nature, de nombreuses hypothèses aboutissant à des impasses. Cependant, des chercheurs de l’Université de Cambridge ont désormais modélisé la manière dont ces conditions pourraient se produire, produisant ainsi les ingrédients nécessaires à la vie en quantités substantielles.
La vie est régie par des molécules appelées protéines, phospholipides et nucléotides. Des recherches antérieures suggèrent que les molécules utiles contenant de l'azote comme les nitriles – cyanoacétylène(HC3N) et cyanure d'hydrogène(HCN) – et isonitriles – isocyanure(HNC) et isocyanure de méthyle(CH3NC) – pourrait être utilisé pour fabriquer ces éléments constitutifs de la vie. Cependant, pour l’instant, il n’existe aucun moyen clair de produire tout cela en quantités substantielles dans le même environnement.
Dans une étude récente publiée dans Vie, le groupe a maintenant découvert que grâce à un processus connu sous le nom de graphitisation, des quantités importantes de ces molécules utiles peuvent théoriquement être produites. Si le modèle peut être vérifié expérimentalement, cela suggère que le processus était probablement une étape probable de la Terre primitive dans son voyage vers la vie.
Pourquoi ce processus est-il plus susceptible de s’être produit que d’autres ?
Une grande partie du problème avec les modèles précédents réside dans le fait qu’une gamme d’autres produits sont créés en même temps que les nitriles. Cela crée un système désordonné qui entrave la formation de la vie.
« Une grande partie de la vie est liée à la simplicité », a déclaré le Dr Paul Rimmer, professeur adjoint d'astrophysique expérimentale au laboratoire Cavendish et co-auteur de l'étude. «C'est l'ordre. Il s'agit de trouver un moyen de se débarrasser d'une partie de la complexité en contrôlant la chimie qui peut se produire.
Nous ne nous attendons pas à ce que la vie soit produite dans un environnement désordonné. Ce qui est donc fascinant, c’est la façon dont la graphitisation elle-même nettoie l’environnement, puisque le processus crée exclusivement ces nitriles et isonitriles, avec des produits secondaires pour la plupart inertes.
Une représentation schématique du scénario que nous proposons ici pour une production propre et à haut rendement de matières premières prébiotiques. Les événements se déplacent dans le sens des aiguilles d'une montre à partir du coin supérieur gauche : Premièrement, la Terre a une atmosphère neutre. Celui-ci est réduit suite à un impact géant à 4,3 Ga par oxydation du noyau métallique de l'impacteur pour produire un H massif.2 atmosphère avec une quantité importante de méthane et d'ammoniac. Cette atmosphère se refroidit rapidement (en <1 kyr), la photochimie produisant une brume riche en tholin qui dépose des matières organiques complexes riches en azote. Ces matières organiques sont progressivement enfouies et graphitées par interaction avec le magma. L'atmosphère s'éclaircit alors que H2 est perdu dans l'espace et redevient neutre. Enfin, les gaz magmatiques interagissent avec le graphite et sont épurés pour produire des rendements élevés de HCN, HC propres.3N et isonitriles. Crédit : Oliver Shorttle
« Au début, nous pensions que cela gâcherait tout, mais en réalité, cela rend tout bien meilleur. Cela nettoie la chimie», a déclaré Rimmer.
Cela signifie que la graphitisation pourrait offrir la simplicité recherchée par les scientifiques et l’environnement propre nécessaire à la vie.
Comment fonctionne le processus?
L’éon hadéen était la première période de l’histoire de la Terre, lorsque la Terre était très différente de notre Terre moderne. Les impacts avec des débris, parfois de la taille d’une planète, n’étaient pas rares. L'étude émet l'hypothèse que lorsque la Terre primitive a été heurtée par un objet à peu près de la taille de la Lune, il y a environ 4,3 milliards d'années, le fer qu'elle contenait a réagi avec l'eau sur Terre.
« Un objet de la taille de la Lune a frappé la Terre au début et aurait déposé une grande quantité de fer et d'autres métaux », a déclaré le co-auteur, le Dr Oliver Shorttle, professeur de philosophie naturelle à l'Institut d'astronomie et au Département des sciences de la Terre de Cambridge.
Les produits de la réaction fer-eau se condensent en goudron à la surface de la Terre. Le goudron réagit ensuite avec le magma à plus de 1 500°C et le carbone contenu dans le goudron devient du graphite – une forme de carbone très stable – et ce que nous utilisons dans les mines de crayons modernes !
«Une fois que le fer réagit avec l'eau, un brouillard se forme qui se serait condensé et mélangé à la croûte terrestre.» Lors du chauffage, ce qui reste, ce sont, et voilà, les composés utiles contenant de l'azote », a déclaré Shorttle.
Quelles preuves existent pour soutenir cette idée ?
Les preuves à l'appui de cette théorie proviennent en partie de la présence de roches komatiitiques. La komatiite est un type de roche volcanique qui se forme lors du refroidissement d'un magma très chaud (> 1 500 °C).
La komatiite a été trouvée à l'origine en Afrique du Sud. Les roches remontent à environ 3,5 milliards d'années », a déclaré Shorttle. « Et surtout, nous savons que ces roches ne se forment qu'à des températures caniculaires, autour de 1 700°C ! Cela signifie que le magma aurait déjà été suffisamment chaud pour chauffer le goudron et créer nos nitriles utiles.
Une fois le lien confirmé, les auteurs suggèrent que des composés contenant de l'azote seraient fabriqués via cette méthode. Puisque nous voyons de la komatiite, nous savons que la température du magma sur la Terre primitive devait parfois dépasser 1 500 °C.
Et ensuite ?
Les expériences doivent désormais tenter de recréer ces conditions en laboratoire et étudier si l'eau, qui est inévitablement présente dans le système, absorbe les composés azotés et les décompose.
« Même si nous ne savons pas avec certitude si ces molécules ont donné naissance à la vie sur Terre, nous savons que les éléments constitutifs de la vie doivent être constitués de molécules qui ont survécu dans l'eau », a déclaré Rimmer. « Si de futures expériences montrent que tous les nitriles se désagrègent, nous devrons alors chercher une autre solution. »
L’étude a été financée par les subventions de recherche Cambridge Planetary Science et Life in the Universe.
