L'exobiologie : sur les traces de la Vie

EXOBIOLOGIEEXOBIOLOGIE

Sur les traces de la Vie ...Sur les traces de la Vie ...

Martine Adrian-Scotto

I. Quelques généralitésI. Quelques généralités•TermeTerme ExobiologieExobiologie : :inventé dans les inventé dans les années 1960années 1960 par par Joshua LederbergJoshua Lederberg

généticiengénéticien, , microbiologiste américainmicrobiologiste américain (1925-2008) (1925-2008)pionnier de la biologie moléculairepionnier de la biologie moléculairePrix Nobel de médecine 1958Prix Nobel de médecine 1958

Image credit: National Library of Medicine

=>=> l'étude de l' l'étude de l'origine de la vie sur Terreorigine de la vie sur Terre,, de son de son évolutionévolution et de la et de la distribution de la viedistribution de la vie

dans l'Universdans l'Univers

⇒ Domaine de recherche Domaine de recherche pluridisciplinairepluridisciplinaire par excellence :par excellence :

Biologie, Astrophysique, Astronomie, Biophysique, Biologie, Astrophysique, Astronomie, Biophysique, Chimie, Géologie, Histoire des Sciences ...Chimie, Géologie, Histoire des Sciences ...

=>=> l'étude de l' l'étude de l'origine de la vie terrestreorigine de la vie terrestre,, de son de son évolutionévolution et de la et de la distribution de la viedistribution de la vie

dans l'Universdans l'Univers

⇒ Domaine de recherche Domaine de recherche pluridisciplinairepluridisciplinaire par excellencepar excellence

⇒ autres termes : autres termes : astrobiologieastrobiologie, , bioastronomie,bioastronomie, cosmobiologiecosmobiologie……

•Concept de l'existence d'une Concept de l'existence d'une vievie extraterrestreextraterrestre : extrêmement vieux ! : extrêmement vieux !

=> déjà enseigné en => déjà enseigné en Grèce antiqueGrèce antique……

=> Intérêt pour la question de => Intérêt pour la question de l'l'existence d'une vie existence d'une vie extraterrestreextraterrestre

=>=> jamais démenti ! jamais démenti !

Introspection sur nos Introspection sur nos originesorigines, notre , notre devenirdevenir et notre et notre place dans l'Universplace dans l'Univers : : =>=> plus que jamais d’actualité … plus que jamais d’actualité …

II. La vie terrestreLa vie sur Terre : apparue très rapidement

aussitôt après la fin du refroidissement de la planète

=> traces fossiles dans des roches vieilles de 3,5 Ga

Stromatolithes =>empilements fossiles de cyanobactéries

©Burkhard Plache

=> le bombardement de météorites était encore intense !

Ce qui caractérise la vie sur Terre :

⇒ Auto-reproductionet évolution

Emergence de la vie sur Terre <=> élaboration spontanée d’un automate chimique à partir de pièces détachées !

(crédit A. Brack)

Ce qui caractérise la vie sur Terre :

⇒Auto-reproductionet évolution

+ eau liquide et chimie organique

⇒ Carbone : C ⇒ Hydrogène : H⇒ Oxygène : O⇒ Azote : N

(crédit A. Brack)

Comment résoudre l’énigme du Comment résoudre l’énigme du passage à la vie ?passage à la vie ?

• HH2OO : Terre : Terre couverte d’eaucouverte d’eau peu après sa formation, peu après sa formation,

il y a + de 4 milliards d’annéesil y a + de 4 milliards d’années

=> 1=> 1èresères traces d'eau à 4,4 milliards d'années traces d'eau à 4,4 milliards d'années

=> océans chauds, qq îles volcaniques,=> océans chauds, qq îles volcaniques, eau peu profondeeau peu profonde

• HH2OO : Terre couverte d’eau peu après sa formation, : Terre couverte d’eau peu après sa formation,

il y a + de 4 milliards d’annéesil y a + de 4 milliards d’années

• A quoi ressemblaient A quoi ressemblaient les premiers habitantsles premiers habitants ? ?

HypothèseHypothèse : : BaseBase = Mode de fonctionnement cellulaire = Mode de fonctionnement cellulaire commun à tous les systèmes vivants actuels commun à tous les systèmes vivants actuels

=> => La vie terrestre a pu apparaître sous la La vie terrestre a pu apparaître sous la forme d'une « forme d'une « mini cellulemini cellule » rudimentaire » rudimentaire

• HH2OO : La Terre était couverte d’eau peu après sa : La Terre était couverte d’eau peu après sa formation, il y a + de 4 milliards d’annéesformation, il y a + de 4 milliards d’années

• A quoi ressemblaient A quoi ressemblaient les premiers habitantsles premiers habitants ? ?

• Ce que l’on connaîtCe que l’on connaît : :

– molécules de l’informationmolécules de l’information ( (ADNADN, , ARNARN))– molécules catalytiquesmolécules catalytiques (enzymes protéiques)(enzymes protéiques)– molécules de compartimentationmolécules de compartimentation (membranaires)(membranaires)– molécules organiquesmolécules organiques (C H O N),(C H O N), réduites réduites (les (les CC du squelette sont liés avec des du squelette sont liés avec des HH plutôt que des plutôt que des OO) )

•Analogie avec le monde vivant contemporainAnalogie avec le monde vivant contemporain : :

=> => la vie primitive utilisait déjà des la vie primitive utilisait déjà des molécules organiquesmolécules organiques

•Formes de carbone les + simples conduisant aux Formes de carbone les + simples conduisant aux molécules organiques :molécules organiques :

- - COCO2 2 , , COCO (formes oxydées) (formes oxydées)

- - CHCH44 (forme réduite) (forme réduite)

•Filières possibles il y a 4 milliards d’années ?Filières possibles il y a 4 milliards d’années ?

Les filières terrestresLes filières terrestres

•La Vie est-elle apparuedans l'atmosphère primitive ?

Les filières terrestresLes filières terrestres

1924 : biochimiste russe Alexandre Oparin=> émet l’idée de composés chimiques fabriqués

dans l’atmosphère terrestre=> l’atmosphère primitive était dominée par le

méthane CH4

1929 : hypothèse de l’anglais John Haldane=> les molécules organiques se sont formées

à partir du dioxyde de carbone CO2

19531953 : Expérience de : Expérience de Stanley MillerStanley Miller

* le chercheur de Chicago remplit un ballon d’un mélange gazeux

Image: Dept. of Chemistry and Biochemistry, UCSD

19531953 : Expérience de : Expérience de Stanley MillerStanley Miller

* le chercheur de Chicago remplit un ballon d’un mélange gazeux de méthane (CH4), d’ammoniac (NH3), d’hydrogène (H2)

et d'eau (H2O) (l'eau est chauffée par une résistance => enrichissement de l'atmosphère en vapeur d'eau)

* Il soumet ce mélange à l’action d’un arc électrique simulant les orages de la Terre primitive

Stanley MillerStanley Miller (1930-2007) : (1930-2007) :

Après une semaine de fonctionnement, Après une semaine de fonctionnement, différents différents composés organiquescomposés organiques précipitent au fond du ballon ... précipitent au fond du ballon ...

=> => Le résultat conforte l’hypothèse d’Oparin !Le résultat conforte l’hypothèse d’Oparin !

Composés formés :Composés formés :

•acide cyanhydrique HCN

et formaldéhyde

=>véritables passages obligés conduisant aux molécules biologiques

•plusieurs acides aminés, éléments constitutifs des protéines, dont la glycine, le plus simple des acides aminés

Les Les acides aminésacides aminés : briques de la vie : briques de la vie

L-AlanineL-Alanine L-Arginine L-Arginine L-Asparagine L-Asparagine Acide L-AspartiqueAcide L-Aspartique L-CystéïneL-Cystéïne

Acide L-Glutamique L-GlutamineAcide L-Glutamique L-Glutamine L-Glycine L-Glycine L-Histidine L-Histidine L-Isoleucine L-Isoleucine

L-LeucineL-Leucine L-Lysine L-Lysine L-Méthionine L-Méthionine L-Phénylalanine L-Phénylalanine L-ProlineL-Proline

L-SérineL-Sérine L-Thréonine L-Thréonine L-Tryptophane L-Tryptophane L-ThyrosineL-Thyrosine L-ValineL-Valine

•L’atmosphère primitive était essentiellement neutre, formée majoritairement de :

=> CO2 , H2 , H2O, et H2S d’origine volcanique ou micrométéoritique,

=> d’autres gaz en quantités mineures tels que :

CH4 , CO, et N2

• Pb : Si on refait l’expérience de Miller en passant progressivement du méthane au dioxyde de carbone

=> la formation d’acides aminésdevient de + en + difficile !

Si : atmosphère primitive dominée par le CO2

=> pas la source exclusive de matière organique nécessaire à l’émergence de la vie terrestre !

=> recherche d’autres filières pour la production des pièces d’automates chimiques …

Filière océaniqueFilière océanique

•Sources hydrothermales sous-marines :

=> fumeurs noirs

(sels de Fer et de Manganese)

=> le long des dorsales océaniques

Ifremer/Pico

•Sources hydrothermales sous-marines :

=> environnement favorable aux synthèses prébiotiques

Ifremer/Pico

Sources hydrothermales sous-marines :

=> un milieu exceptionnel qui a peu évoluédepuis 4 milliards d’années

Présence des Présence des élémentséléments indispensables à la fabrication des indispensables à la fabrication des pièces d’automates chimiquespièces d’automates chimiques

++ énergieénergie fournie par le magma fournie par le magma

++ couche d’eau océaniquequi amortit le bombardement météoritique et protège des UV

Record absolu à ce jour pour les bactéries hyperthermophiles qui vivent à des températures > 80°C au voisinage des sources hydrothermales : 113°C

•350°C : température trop élevée pour permettre la survie des automates, voire des pièces d’automates!

Pyrolobus Aquifex aeolicus Thermotoga maritime => se développent à des températures de 85 et 96°C

Analyses génétiques

=> bactéries hyperthermophiles proviennent de bactéries vivant à des températures « + agréables » : < 80°C

=> adaptation aux températures extrêmes relativement récente

Sources hydrothermales = berceau des automates chimiques … => PEU PROBABLE !

•Fumeurs noirs : très acides=> milieu qui ne permet pas de stabiliser les acides

aminés, et donc de former des molécules organiques

Filière spatiale : les météoritesFilière spatiale : les météorites

• Météorite carbonée de Murchison (Australie, 1969)

• Chondrite carbonée d'Orgueil (France, 1864) :

=> de même nature que la matière primitive ayant formé le système solaire

• météorites carbonées : renferment des composés organiques (hydrocarbures aliphatiques et aromatiques)+ hydrocarbures aromatiques polycycliques, kérogènes, fullerènes

• Composés + proches des composés biologiques :

acides carboxyliques, acides aminés, bases nucléiques, amines, amides, alcools, etc…

Filière spatiale : les météoritesFilière spatiale : les météorites

• Météorite carbonée de Murchison (Australie, 1969) :=> + de 14000 molécules organiques différentes détectées

– + de 70 acides aminés différents, dont 8 acides aminés protéiques(55% de formes gauches et 45% de formes droites pour certains)

forme droite et forme gauche comme nos deux mains

• Images l’une de l’autre dans un miroir, et pas superposables !

Chiralité => acides aminés gauches (L) et droits (D)

alanine

• Les systèmes vivants n’utilisent qu’une seule des 2 formes

possibles pour chaque famille de constituants biologiques :

=> les protéines n’utilisent que la

forme gauche des acides aminés (L)

=> les acides nucléiques n’utilisent que la

forme droite des sucres (D)

Formes L et D =>

mêmes propriétés physiques et chimiques

SAUF pour le pouvoir rotatoire

• Les systèmes vivants n’utilisent qu’une seule des 2 formes

possibles pour chaque famille de constituants biologiques :

=> HOMOCHIRALITE

Formes L et D =>

mêmes propriétés physiques et chimiques

SAUF pour le pouvoir rotatoire

• Découverte par les astronomes d’un rayonnement IR fortement polarisé dans un nuage moléculaire de la nébuleuse d’Orion

=> pourrait expliquer l’origine extraterrestre de l'excès de formes gauches …

Vie qui utiliserait indifféremment et simultanément les deux formes, gauches et droites, des molécules biologiques :

=> semble peu probable !

Copyright: Reinhold Wittich

On le soumet à une lumière polarisée circulairement gauche :

=> dégradation progressive et irréversible des molécules de configuration droite

=> les molécules gauches deviennent surnuméraires !

Acide aminé créé en laboratoire : constitué de - 50 % de molécules orientées à gauche - 50 % de molécules orientées à droite

L'inverse est également vrai :dans le cas d’une lumière polarisée circulairement droite, c’est l’énantiomère droit qui est "favorisé"

• quantité de grains interplanétairesgrains interplanétaires arrivant actuellement chaque jour à la surface de la Terre : de 50 à 100 tonnes

=> ≈ 99% de cette masse <= micrométéorites (diamètre compris entre 50 et 500 µm) :=> apparentées aux météorites les plus primitives

• flux total de carbone organique apporté à la Terre => 100 t / an

• pendant la phase active du bombardement terrestre,entre 4,1 et 3,8 milliards d’années :

=> flux micrométéoritique 1000 fois + intense qu’aujourd’hui !

• Au contact de l’eau liquide, les grains ont pu fonctionner comme des microréacteurs chimiques

Micrometeorites collected at Cap–Prudhomme, Antarctica

=> L’apport de molécules organiques => L’apport de molécules organiques extraterrestres reste de loin le + important !extraterrestres reste de loin le + important !

Sondes Véga 1 et 2, Giotto, Suisei et Sakigake (1986):

=> survolent la comète de Halley => riche en matériaux organiques, taux moyen en poids de C présent

dans les grains cométaires ≈14%

Filière spatiale : les comètesFilière spatiale : les comètes

Molécules identifiées : acide cyanhydrique HCN, formaldéhyde H2CO

D'autres molécules d’intérêt prébiotique ont été observées + récemment dans les comètes Hyakutake (1996), Hale-Bopp (1997), Borrely (2001),

Molécules identifiées : acide cyanhydrique HCN, formaldéhyde H2CO

D'autres molécules d’intérêt prébiotique ont été observées + récemment dans les comètes Hyakutake (1996), Hale-Bopp (1997) , Borrely (2001),

Wild 2 (mission Stardust, 2004)et Tempel 1(mission Deep Impact, 2005)

Août 2009 : scoop !!

=> il y a de la Glycine extra-terrestre dans les échantillons ramenés en 2006 par StarDust !

Credit : European Space Agency

Mission Rosetta (mission ESA) => RV en 2014 avec la comète Churyumov Gerasimenko

Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko over the city of Paris

Novembre 2014

=> La sonde européenne s'est placée en orbite autour de la comète et y fait atterrir un petit module, Philae, afin d'en étudier le sol

Copyright Spacecraft: ESA–J. Huart, 2014; Comet image: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Novembre 2014

=> La sonde européenne s'est placée en orbite autour de la comète et y fait atterrir un petit module, Philae, afin d'en étudier le sol

Copyright ESA/ATG medialab

Fig. 26: COSAC – Cometary Sampling and Composition Experiment, will search for extraterrestrial photochemical-induced e.e.

Analyses of surface and sub-surface samples in order to study extraterrestrial photochemical-induced enantiomeric excesses

in situ separation of chiral molecules by enantioselctive Gas Chromatography combined with a TOF-MS

COSAC Experiment onboard ROSETTA - In Search of Life’s molecular Origins

OSIRIS spots Philae drifting across the comet

Credit: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Les comètes sont issues de la matière primitive à l'origine du soleil et des planètes

Leur observation doit permettre de réaliser une « étude archéologique » de notre système solaire en remontant de 4,5 milliards d'années dans le passé

=> Une étude d'autant + intéressante que les comètes ont peut-être influé sur l'évolution de notre planète en y apportant de l'eau et des matières organiques …

Credit & Copyright: John Gleason

D’où viennent les molécules organiques extraterrestres ?

Contrairement aux idées des années 1960 :

Milieu Interstellaire (M.I.S.)=> très grande variété de molécules (+ de 170)

parmi lesquelles de nombreuses molécules organiques (basées sur C), par ex :

- l’acide cyanhydrique HCN, - l’ammoniac NH3

- le formaldéhyde H2CO …

molécules précurseurs des acides aminés

•Détectées et identifiées en phase gazeuse par la spectroscopie (radio, microonde, infrarouge ...)

grain de silicate

(origine : enveloppes d'étoiles en fin de vie)

Surface => glace d'eau amorphe et poreuse + molécules :

=> condensation et réactions

Adsorption et désorption

Majorité des molécules organiques observées dans le MIS

=> se forme à la surface de grains de poussière qui ont un rôle de catalyseur

•La poudre météoritique protège efficacement les La poudre météoritique protège efficacement les acides aminés à partir d'une épaisseur de 5 acides aminés à partir d'une épaisseur de 5 µµmm

=> => toute micrométéorite de rayon > à 5 toute micrométéorite de rayon > à 5 µµmm

est un transporteur potentiel de ces acides est un transporteur potentiel de ces acides dans l'espacedans l'espace

• mini-membranes et mini-protéines reconstituées en laboratoire

• Démontré : c’est l’eau qui permet la structuration en feuillets de par ses propriétés physiques spécifiques

• Argiles : catalysent efficacement la formation des chaînes de nucléotides à partir des nucléotides

• Grande majorité des travaux de reconstitution d’acides nucléiques prébiotiques : porte sur les ARN

(considérés comme étant + anciens,+ primitifs, que les ADN)

A ce jour, la formation prébiotique d’ARN demeure encore inexpliquée, mais …

Où en est-on aujourd'hui ?

14 Mai 2009 : publication dans Nature des résultats de John Sutherland et son groupe de Manchester

=> la formation de ribonucléotides activés (briques de base de l’ARN) est possible à partir d’espèces chimiques très simples probablement présentes dans un monde prébiotique

14 Mai 2009 : publication dans Nature des résultats de John Sutherland et son groupe de Manchester

=> la formation de ribonucléotides activés (briques de base de l’ARN) est possible à partir d’espèces chimiques très simples probablement présentes dans un monde prébiotique

Idée : au lieu d’essayer de coupler sucre et base (ce que les chimistes n’ont pas réussi à faire en 50 ans

d’efforts)

=> partir des précurseurs des sucres et des bases + irradiation avec des UV => pour dégrader les sous-produits indésirables

• Le premier automate …

=> microorganismes fossiles les + anciens : trouvés dans les sédiments de Barberton en Afrique du

Sud et du Pilbara en Australie (3,2 à 3,5 Ga)

=> structures filamenteuses longues de 10 à qq centaines de µm de long,

=> bâtonnets de qq µm de long => structures sphériques et ovoïdes d’~ 1 µm de diamètre

CHONS+ H2O

⇒ catalyseurs ⇒ Monde ARN

Virus?

⇒ Cellules(ARN,

Protéines et membranes)

Emergence du monde de l’ARN : préparée par des systèmes autocatalytiques simples, selon le schéma :

Traces de vie bactérienne …Traces de vie bactérienne …

Sur la Terre : les traces de vie primitive ont été effacées par la tectonique, l’écoulement de l’eau, les rayons UVet ... par la vie elle-même !

http://www.lave.be/main/expeditions/Erta_2006/

juillet 2010 : découverte extraordinaire !

=> Abderrazak El-Albani, géologue au laboratoire HydrASA (UMR 6269 CNRS/Université de Poitiers)

=> + de 250 fossiles en parfait état de conservation, => de 7 mm à ≈ 12 cm

L'endroit => carrière située près de Franceville (Gabon)

L'âge => 2,1 milliards d'années !

=> semblent correspondre à des organismes multicellulaires, complexes et organisés

L'endroit => carrière située près de Franceville (Gabon)

juillet 2010 :

=> + de 250 fossiles

=> de 7 mm à ≈ 12 cm

Reconstruction virtuelle

(par microtomographie) de la morphologie :

- externe (à gauche)

- interne (à droite)

=> beaucoup + anciens que tous les fossiles eucaryotes connus !

( ≈ 600 M d'années )

=> remonteraient bien au-delà du 1er eucaryote théorique

=> à cette époque seules les bactéries étaient censées peupler la Terre

Amas de Procaryotes ?

Eucaryotes monocellulaires ?

Eucaryotes pluricellulaires ?

En mai 2011 : publication dans Nature

=> Martin D. Brasier et al, Department of Earth Sciences, University of Oxford

=> eukaryotes multicellulaires terrestres datant de 1miliard d'années

Malgré les grandes catastrophes, la vie a subsisté sur notre planète

Que dire des autres corps du système solaire ?

III. L’exploration du Système III. L’exploration du Système SolaireSolaire

La Vie existe-t-elle ailleurs dans le système solaire ?

Trouver une forme de vie présente ou passée (même très primitive) sur l’une des planètes de notre système solaire, ou sur un satellite de ces planètes :

=> la vie est un phénomène naturel et fréquent ?

Mars : Reull Vallis, vu parMars Express (ESA)

(High Resolution Stereo Camera) Fin 2003

détecteur infrarouge OMEGA=> confirme la présence de glace d'eau dans la calotte polaire sud

+ Existence d'une zone de permafrost autour de la calotte polaire,pouvant s'étendre sur des centaines de km2

Mars : Mars Express (ESA)

Cratère d'impact sur Vastitas Borealis,plaine de l'hémisphère nord de Mars

Surface claire circulaire : glace d'eau !

Présente toute l'année, même durant l'été martien

Mars :spectro-imageurs embarqués sur ces sondes => ont détecté des minéraux hydratés (argiles et sulfates) formés en présence d’eau

Nouveau scénario (novembre 2011) :Sous-surface :=> sous-sol chaud et humide=> siège d'interactions entre eau liquide et roches => a pu constituer un environnement idéal pour le développement et l’hébergement de systèmes vivants

Surface :=> serait restée à l'inverse froide et aride

Mars … et l'eauMars … et l'eau

Recherche de vie, présente ou passée :

- Opportunity : rebords d’un cratère datant de + de 3,5 milliards d'années autour duquel l’instrument CRISM a détecté des argiles

- Curiosity : (mission Mars Science Laboratory, lancement le 25/11/2011)

=> au sol début août 2012 (cratère Gale)=> analyse des argiles

Mars Science LaboratoryMars Science Laboratory

Image credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Mars … et l'eauMars … et l'eau

Recherche de vie, présente ou passée :- il y a eu à la surface de Mars de grandes

quantités d’eau liquide- (dernières sondes spatiales) probable présence

de systèmes hydrothermaux où ont pu se développer des écosystèmes bactériens

=> Si la vie est apparue sur Mars, il est possible que des traces de vie aient été fossilisées et préservées, et puissent être retrouvées

Vue de Mars … Vue de Mars …

De plus près ...De plus près ...

EXOMARSEXOMARS

=> on envoie sur la surface de Mars un rover automatisé équipé d'instruments de mesures

=> expériences in situ par prélèvement d'échantillons du sol

=> pour déterminer si la planète a, ou a connu dans son passé, une présence de vie biologique

=> programme développé par l'ESA avec l'agence spatiale russe Roscosmos (2016, 2018)

III.2 EuropeIII.2 Europe : recouverte par les glaces : recouverte par les glaces

Europe : le + petit des satellites de Jupiter(rayon légèrement < à celui de la Lune), surface

recouverte de glace, entaillée de crevasses

Hypothèse :

Océan d’eau liquide sous quelques dizaines de km de banquise, chaleur nécessaire au maintien de l’eau à l’état liquide => apportée par les fortes marées internes

En surface : stries en forme d’arcs <= dûes à des marées océaniques sous-glaciaires

Dépôts de sels => observés en surface par spectroscopie (proche IR)

=> pourraient provenir de remontées d’eau océanique salée

• Galileo : détection d'un champ magnétique induit dans le champ magnétique de Jupiter => présence d’un conducteur électrique !

=> Océan d’eau salée ?

Des environnements marins ressemblant aux sources sous-marines terrestres ?

Observations => existence d’un océan sous-glaciaire d’eau salée

Question : existe-t-il sur Europe un magma capable de transférer la chaleur du coeur planétaire vers le fond océanique pour créer des sources hydrothermales et donc des molécules organiques ?

=> mise en évidence d’un magma sur Europe : l'un des objectifs prioritaires de l’exploration d’Europe

Activité de marée + activité hydrothermale sous-glaciaire :=> vie bactérienne passée ou présente ? !

=> Europe apparaît de + en + comme un lieu privilégié du système solaire pouvant héberger de l’eau liquide

et une vie bactérienne en activité

JUICE : prochaine grande mission scientifique de l’Europe

(programme Cosmic Vision de l’ESA)

JUICE = JUpiter ICy moons Explorer

JUICE : prochaine grande mission scientifique de l’Europe

(programme Vision cosmique 2015-2025 de l’ESA)

Objectif : les lunes glacées de Jupiter

=> lancée en 2022 depuis Kourou (Guyane française) par une Ariane 5 => atteindra Jupiter en 2030 : observations pendant au moins 3 ans

=> Europa, Ganymède et Callisto : supposées abriter des océans internes

=> recherche de traces de vie !

ex. : mesure de l’épaisseur de la croute glacée d’Europa

2 questions clés de Vision cosmique :

- quelles sont les conditions qui entourent la formation des planètes et l’émergence de la vie

- comment fonctionne le Système solaire ?

III.3 EnceladeIII.3 Encelade

=> Satellite de Saturne, étudiée par la => Satellite de Saturne, étudiée par la mission Cassinimission Cassini(image du 17 Février 2005 dans le visible, à 20.000 km d'alt.)(image du 17 Février 2005 dans le visible, à 20.000 km d'alt.)

EnceladeEncelade : :

une lune minusculeune lune minuscule(Ø ~ (Ø ~ 500 km), active, 500 km), active,

chaude et chaude et débordante de débordante de produits organiqueproduits organique

Analyses spectrales : Analyses spectrales :

=> banquise de => banquise de plusieurs dizaines de plusieurs dizaines de km d'épaisseurkm d'épaisseur

+ «+ «geysers froidsgeysers froids» » au pôle sudau pôle sud

III.3 TitanIII.3 Titan : réacteur prébiotique ? : réacteur prébiotique ?

• Satellite de Saturne, découvert par l'astronome hollandais Satellite de Saturne, découvert par l'astronome hollandais Christiaan HuygensChristiaan Huygens en en 16551655

• Diamètre de 5150 km => le 2Diamètre de 5150 km => le 2èmeème + gros satellite du système + gros satellite du système solairesolaire

• Etudié par la mission Etudié par la mission Cassini-HuygensCassini-Huygens depuis depuis 20042004

Atmosphère dense de 1,5 bar :

• riche en diazote (+ de 90%)+ méthane et un peu d’hydrogène

• Epais brouillards d’aérosols organiques solides

En surface :

• océans de méthane et d’éthane liquide en équilibre avec les constituants de l’atmosphère

• température très basse (-180°C) en surface => pas d’eau liquide !

Une gigantesque usine de produits organiques à l’échelle planétaire …

IV. La recherche de la vie au-delà du Système Solaire

La Vie existe-t-elle dans d'autres systèmes La Vie existe-t-elle dans d'autres systèmes planétaires ?planétaires ?

=> les => les planètes extrasolaires planètes extrasolaires ouou exoplanètes exoplanètes => => 1853 détectées (4/12/2014)1853 détectées (4/12/2014)

=> Missions spatiales CoRot => Missions spatiales CoRot (CNES) et Kepler (NASA) (CNES) et Kepler (NASA)

=> observations terrestres=> observations terrestres

Author Lucianomendez

IV. La recherche de la vie au-delà du Système Solaire

La Vie existe-t-elle dans d'autres systèmes La Vie existe-t-elle dans d'autres systèmes planétaires ?planétaires ?

=> les => les planètes extrasolaires planètes extrasolaires ouou exoplanètes exoplanètes => => 1853 détectées à ce jour1853 détectées à ce jour

• Si la technologie humaine continue de progresserSi la technologie humaine continue de progresser=> => des missions de télédétection de + en + des missions de télédétection de + en +

sophistiquées seront lancéessophistiquées seront lancées

• => dans un délai relativement court (quelques siècles...)=> dans un délai relativement court (quelques siècles...) => => sondes interstellaires qui iront voir de plus près sondes interstellaires qui iront voir de plus près

ces planètes ces planètes

Exemple de détection spatiale : mission KeplerExemple de détection spatiale : mission Kepler

février 2011février 2011 : découverte de : découverte de Kepler-11Kepler-11 => système stellaire : 1 étoile similaire au Soleil + 6 planètes=> système stellaire : 1 étoile similaire au Soleil + 6 planètes

* à 2000 années lumière de la Terre, dans la constellation du * à 2000 années lumière de la Terre, dans la constellation du Cygne Cygne

* planètes très proches de leur soleil,* planètes très proches de leur soleil, conditions atmosphériques extrêmesconditions atmosphériques extrêmes (chaleurs très élevées)(chaleurs très élevées)

Exemple de détection terrestre :Exemple de détection terrestre :réseau d'antennes ALMA (Chili)réseau d'antennes ALMA (Chili)

novembre 2014novembre 2014 : image d’un système planétaire en cours de : image d’un système planétaire en cours de formation formation (acquise à 1 mm de longueur d’onde)(acquise à 1 mm de longueur d’onde)

=> les planètes se forment très tôt dans le processus, en même => les planètes se forment très tôt dans le processus, en même temps que l’étoile !temps que l’étoile !

Crédits : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Comment détecter la vie sur une exoplanète?

•Par analyse de l'atmosphère :Par analyse de l'atmosphère :

- recherche d'- recherche d'oxygèneoxygène - recherche de vapeur d'eau- recherche de vapeur d'eau - recherche de - recherche de COCO22

=> photosynthèse ?=> photosynthèse ?

• Pb : rien ne garantit que tout processus rien ne garantit que tout processus

chimique complexe producteur d'oxygène est chimique complexe producteur d'oxygène est nécessairement lié à une réplication !nécessairement lié à une réplication !

•Donc si l'on adopte la Donc si l'on adopte la réplicationréplication comme définition de la comme définition de la vie :vie :=> => la production d'oxygène ne sera pas une la production d'oxygène ne sera pas une

preuve suffisante de la découverte de la vie !! preuve suffisante de la découverte de la vie !!

Sur Terre : existence d'organismes unicellulaires et pluricellulaires dans les milieux anaérobies (sans O2)

V. La recherche d’une vie intelligente

* Notre galaxie la Voie Lactée renferme 300 milliards d'étoiles* Notre galaxie la Voie Lactée renferme 300 milliards d'étoiles* Nous pouvons observer plus de 100 milliards de galaxies* Nous pouvons observer plus de 100 milliards de galaxies* Nous ne pouvons voir qu'une (petite?) partie de l'univers !* Nous ne pouvons voir qu'une (petite?) partie de l'univers !* * ≈≈ 1/10 des étoiles semblables au Soleil 1/10 des étoiles semblables au Soleil

=> très grand nombre d'étoiles donc de planètes et de => très grand nombre d'étoiles donc de planètes et de possibilités de vie!possibilités de vie!

Il n’ y a pas de raison de penser que nous sommes les seuls Il n’ y a pas de raison de penser que nous sommes les seuls êtres vivants intelligents de l’Univers !êtres vivants intelligents de l’Univers !

=> 19601960 : programme SETI « Search for Extra-Terrestrial Intelligence » »

Formule de DRAKEFormule de DRAKE : :

N = R*. fN = R*. fpp . n . nee . f . fll . f . fii . f . fcc . L . L

⇒R*R* = taux auquel des étoiles susceptibles d'héberger des planètes = taux auquel des étoiles susceptibles d'héberger des planètes habitables se forment dans la galaxie (environ 4 par an)habitables se forment dans la galaxie (environ 4 par an)

• ffpp = proportion d'étoiles qui ont des planètes = proportion d'étoiles qui ont des planètes (au moins 3 % et peut être beaucoup + )(au moins 3 % et peut être beaucoup + )

• nnee = nombre de planètes qui ont des conditions favorables à la vie = nombre de planètes qui ont des conditions favorables à la vie (on prend habituellement 1 comme valeur)(on prend habituellement 1 comme valeur)

• ffll = nombre de planètes sur lesquelles la vie se développe = nombre de planètes sur lesquelles la vie se développe (sans doute la plupart d'entre elles)(sans doute la plupart d'entre elles)

• ffii = proportion de planètes sur lesquelles la vie intelligente se développe= proportion de planètes sur lesquelles la vie intelligente se développe

• ffcc = proportion de civilisations intelligentes qui possèdent des technologies = proportion de civilisations intelligentes qui possèdent des technologies et en particulier les ondes radios (la plupart d'entre elles)et en particulier les ondes radios (la plupart d'entre elles)

• LL = durée moyenne de vie de ces civilisations (en années) = durée moyenne de vie de ces civilisations (en années)

Grande dépendance du résultat final / dernier paramètre Grande dépendance du résultat final / dernier paramètre (durée de vie d'une civilisation technologiquement (durée de vie d'une civilisation technologiquement

avancée)avancée)

=> Si L grand : Galaxie peuplée de millions de => Si L grand : Galaxie peuplée de millions de civilisations ! civilisations !

=> on devrait trouver N >> 1 => on devrait trouver N >> 1 => ??=> ??

=> Le paradoxe de Fermi => Le paradoxe de Fermi (1950)(1950)

Pourquoi nous ne sommes pas déjà en contact avecPourquoi nous ne sommes pas déjà en contact avec des extraterrestres, compte tenu de la relative jeunesse de notre des extraterrestres, compte tenu de la relative jeunesse de notre étoile, le Soleil, par rapport à toutes celles existant dans l'univers ?étoile, le Soleil, par rapport à toutes celles existant dans l'univers ?

Tentative d'explicationTentative d'explicationdu paradoxe de Fermidu paradoxe de Fermi

Nous sommes les seuls dans l'UniversNous sommes les seuls dans l'Univers ::

Si l'on donne à L une valeur faible (< 100 000 ans) :Si l'on donne à L une valeur faible (< 100 000 ans) :=> on aboutit à un nombre de civilisations dans la Galaxie => on aboutit à un nombre de civilisations dans la Galaxie ≈≈ 1 1

• Il n'existe à un moment donné qu'une seule civilisationIl n'existe à un moment donné qu'une seule civilisation(ou un très petit nombre) dans la Galaxie(ou un très petit nombre) dans la Galaxie

• Les communications deviennent alors quasiment impossibles vues les Les communications deviennent alors quasiment impossibles vues les distances moyennes énormes entre ces quelques civilisations éphémèresdistances moyennes énormes entre ces quelques civilisations éphémères

Conclusion :Conclusion : si les civilisations ne vivent qu'un bref instant avant de si les civilisations ne vivent qu'un bref instant avant de s'auto-détruire, nous sommes les seuls actuellement et la s'auto-détruire, nous sommes les seuls actuellement et la recherche SETI est vaine !recherche SETI est vaine !

Mais toutes les civilisations subissent-elles ce sortMais toutes les civilisations subissent-elles ce sort et sont-elles comparables à la notre ?? et sont-elles comparables à la notre ??

ConclusionConclusion

Même si les recherches ont considérablement avancé, surtout ces dernières années

le problème reste entier :

- la synthèse des ARN primitifs reste encore problématique !

- à ce jour, la vie n’est connue que sur Terre et il n’est pas possible de généraliser à partir d’un seul exemple

=> la recherche d’une “seconde vie” est devenue une priorité scientifique pour les années à venir

ConclusionConclusion

BibliographieBibliographie• L’exobiologie ou l’origine chimique de la vie, A. Brack, Formation

planétaire et exoplanètes, Ecole CNRS de Goutelas XXVIII (2005)• Comment la Vie a commencé, Alexandre Meinesz (Belin, 2009) Alexandre Meinesz (Belin, 2009)• La Vie dans l'UniversLa Vie dans l'Univers, A. Brack, Fiorella Coliolo (La Martinière, 2009), A. Brack, Fiorella Coliolo (La Martinière, 2009)

http://www.exobiologie.frhttp://www.exobiologie.fr http://astrobiology.nasa.govhttp://astrobiology.nasa.gov http://www.esa.int/esaCP/France.htmlhttp://www.esa.int/esaCP/France.html http://smsc.cnes.fr/Fr/HomeFr.htmlhttp://smsc.cnes.fr/Fr/HomeFr.html http://www.astronomes.com/http://www.astronomes.com/ http://exoplanet.eu/http://exoplanet.eu/ http://fr.wikipedia.org/http://fr.wikipedia.org/ http://www.nirgal.net/first_look.htmlhttp://www.nirgal.net/first_look.html http://evolution.biologique.free.frhttp://evolution.biologique.free.fr

L'exobiologie : sur les traces de la Vie

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