Pour la plupart des espèces vivantes de l'univers, l'oxygène peut être un poison mortel. Mais, curieusement, cela peut considérablement simplifier la recherche d'une telle vie pour les astrobiologistes. Imaginez que vous entrez dans une machine à voyager dans le temps qui peut non seulement voyager pendant des milliards d'années, mais aussi surmonter des objectifs de lumière dans l'espace extra-atmosphérique, le tout afin de trouver la vie dans l'univers. Comment commenceriez-vous votre recherche? Les recommandations des scientifiques peuvent vous surprendre.
Au début, vous pourriez penser que la vie peut être comme la vie familière sur terre: l'herbe, les arbres, les animaux qui batifolent dans un point d'eau sous le ciel bleu et le soleil jaune. Mais ce n'est pas la bonne ligne de pensée. Les astronomes censurant les planètes de la Voie lactée ont tendance à croire que la plus grande partie de la vie dans l'univers existe sur des mondes en orbite autour d'étoiles naines rouges, qui sont plus petites mais plus nombreuses que les étoiles comme notre Soleil. En partie à cause de cette abondance, les astronomes doivent les étudier avec une grande diligence. Prenez, par exemple, la naine rouge TRAPPIST-1, qui n'est qu'à 40 années-lumière. En 2017, les astronomes ont découvert qu'au moins sept planètes semblables à la Terre tournaient autour d'elle. De nombreux nouveaux observatoires - dirigés par une étoile de la NASA,avec le télescope spatial James Webb - à partir de 2019 et pourra mieux connaître les planètes du système TRAPPIST-1, ainsi que de nombreuses autres planètes proches de naines rouges en quête de vie.
Pendant ce temps, personne ne sait avec certitude ce que vous trouverez lorsque vous visiterez l'un de ces mondes étranges dans votre machine spatio-temporelle, mais si la planète ressemble à la Terre, il y a de fortes chances que vous trouviez des microbes, et non une mégafaune attrayante. L'étude, publiée le 24 janvier dans Science Advances, démontre ce que ce fait curieux pourrait signifier pour la recherche d'extraterrestres. L'un des auteurs de l'ouvrage, David Cutling, chimiste atmosphérique à l'Université de Washington à Seattle, se penche sur l'histoire de notre planète pour développer une nouvelle recette pour la recherche d'une vie unicellulaire sur des mondes lointains dans un avenir proche.
La plupart de la vie sur Terre aujourd'hui est microbienne, et une lecture attentive des données fossiles et géochimiques de la planète montre que cela a toujours été le cas. Les organismes tels que les animaux et les plantes - et l'oxygène que ces plantes produisent pour respirer les animaux - sont des phénomènes relativement nouveaux qui sont apparus au cours du dernier demi-milliard d'années. Avant cela, sur quatre milliards d'années d'histoire de la Terre, notre planète a passé les deux premiers milliards d'années dans le rôle d'un «monde boueux» sous le contrôle de microbes se nourrissant de méthane, pour lequel l'oxygène n'était pas un gaz vital, mais un poison mortel. Le développement des cyanobactéries photosynthétiques a déterminé le sort des deux milliards d'années à venir, et des microbes «méthanogènes» ont été chassés dans des endroits sombres où l'oxygène ne pouvait pas pénétrer - grottes souterraines, marécages profonds et autres territoires sombres dans lesquels ils vivent encore. Les cyanobactéries ont progressivement verdi notre planète, ont lentement rempli son atmosphère d'oxygène et ont jeté les bases du monde moderne. Si vous visitiez notre planète dans votre machine à remonter le temps toutes ces années, alors neuf fois sur dix, vous ne trouveriez que des algues unicellulaires, et vous risqueriez également de suffoquer dans un air pauvre en oxygène.
Cela pose un défi aux scientifiques qui espèrent utiliser le télescope James Webb (plutôt qu'une machine à remonter le temps) pour rechercher d'autres mondes de la vie. Les molécules de l'atmosphère d'une planète peuvent absorber la lumière transmise des étoiles, ce qui donne des impressions de lumière que les astronomes peuvent détecter. L'abondance d'oxygène dans l'atmosphère de la planète est l'un des indicateurs les plus évidents de la vie possible, car il n'est pas très facile de la créer sans biologie. Selon les astrobiologistes, ce gaz hautement réactif peut être une «biosignature» car à des concentrations élevées, il «se déséquilibre» avec l'environnement. En règle générale, l'oxygène tombe de l'air sous forme de rouille et d'autres oxydations sur les métaux et ne reste pas à l'état gazeux, donc s'il y en a beaucoup, quelque chose - peut-être la photosynthèse de la vie - doit constamment le reconstituer. Mais si vous prenez notre planète comme exemple, les astrobiologistes admettent que l'oxygène est peut-être la dernière chose qu'ils trouvent - la génétique dit que la photosynthèse complexe en tant que processus de production d'oxygène a été inventée par les cyanobactéries comme une innovation évolutive inhabituelle qui n'a été trouvée qu'une seule fois dans la longue histoire de la Terre. biosphère. Par conséquent, tout chasseur de la vie sur d'autres planètes verra à travers la lentille d'un télescope, très probablement, une planète sans oxygène. Quelles autres biosignatures un tel chasseur peut-il rechercher?tout chasseur de vie sur d'autres planètes verra à travers la lentille d'un télescope, probablement une planète sans oxygène. Quelles autres biosignatures un tel chasseur peut-il rechercher?tout chasseur de vie sur d'autres planètes verra à travers la lentille d'un télescope, probablement une planète sans oxygène. Quelles autres biosignatures un tel chasseur peut-il rechercher?
Actuellement, le meilleur moyen de trouver la réponse est de revenir à notre machine à remonter le temps. Seulement cette fois, il s'agira d'un modèle informatique virtuel qui plonge dans les profondeurs inaccessibles du passé anoxique de la Terre (ou du monde extraterrestre actuel), explorant la possible chimie des gaz dans l'atmosphère et l'océan qui pourrait avoir lieu. En utilisant des données provenant d'anciennes roches et d'autres modèles pour sélectionner les meilleures hypothèses sur la chimie de l'environnement terrestre il y a trois milliards d'années, un ordinateur peut voir des déséquilibres évidents - des biosignatures possibles. En fait, c'est ce qu'a fait Cutling, en collaboration avec Joshua Chrissansen-Totton et Stephanie Olson de l'Université de Californie à Riverside.
Leur "machine à remonter le temps" est une approximation numérique d'un énorme volume d'air emprisonné dans une grande boîte transparente avec un océan ouvert à la base de la boîte; l'ordinateur calcule simplement comment les gaz dans la boîte vont réagir et se mélanger au fil du temps. En fin de compte, les gaz en interaction utilisent toute «l'énergie libre» dans la boîte et atteignent l'équilibre - lorsque la réaction nécessite une énergie supplémentaire de l'extérieur, comme si la soude était épuisée. En comparant un cocktail de gaz épuisés au mélange revitalisé enfermé à l'origine dans la boîte, les scientifiques peuvent calculer exactement comment et quand l'atmosphère du monde était en équilibre. Cette approche pourrait reproduire l'exemple le plus évident de déséquilibre atmosphérique de notre planète - la présence d'oxygène et de traces de méthane. Spectacles de chimie simplesque ces gaz ne devraient pas coexister pendant longtemps, mais qu'ils coexistent sur Terre, ce qui montre clairement que quelque chose sur notre planète respire et vit. Mais pour une Terre ancienne sans oxygène, le modèle présenterait un comportement complètement différent.
«Notre recherche apporte une réponse» à la question de savoir comment trouver une vie anoxique sur une planète semblable à la Terre, dit Cutling. La plupart de la vie est simple - comme les microbes - et la plupart des planètes n'ont pas encore atteint le stade des atmosphères riches en oxygène. La combinaison de dioxyde de carbone et de méthane relativement abondants (en l'absence de monoxyde de carbone) est la biosignature d'un tel monde.
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Chrissansen-Totton explique plus en détail: «La présence simultanée de méthane et de dioxyde de carbone est inhabituelle, car le dioxyde de carbone est l'état le plus oxydé du carbone et le méthane (constitué d'un atome de carbone lié à quatre atomes d'hydrogène) est le contraire. Il est très difficile de produire ces deux formes extrêmes d'oxydation dans l'atmosphère en même temps en l'absence de vie. Une planète solide avec un océan et plus de 0,1% de méthane dans l'atmosphère devrait être considérée comme une planète potentiellement habitable, selon les scientifiques. Et si le méthane atmosphérique atteint un niveau de 1% ou plus, alors dans ce cas, la planète ne sera pas «potentiellement», mais «très probablement» habitable.
Jim Casting, chimiste atmosphérique à l'Université de Pennsylvanie, dit que ces résultats sont «sur la bonne voie», bien que «l'idée que le méthane puisse être une biosignature dans une atmosphère anoxyde soit relativement ancienne».
De plus, Cutling et ses co-auteurs ont compris comment leur signature méthane devait se manifester et comment la distinguer des sources non vivantes. Selon leur modèle, le méthane dans l'atmosphère d'une planète anoxique de type terrestre devrait généralement réagir avec le dioxyde de carbone, qui est toujours dans l'air, se mélanger à l'azote et à la vapeur d'eau et pleuvoir sous forme de composé lourd. D'autres calculs ont montré qu'aucune source abiotique (c'est-à-dire non vivante) de méthane sur une planète solide ne sera en mesure de produire suffisamment de gaz pour interférer avec ce processus - que ce soit la pollution par les gaz volcaniques, les réactions chimiques dans les évents en eau profonde et même les chutes d'astéroïdes. Seule une population vivante de bactéries mangeuses de méthane peut expliquer le gaz. Plus important encore, même si les sources abiotiques fournissent suffisamment de méthane,ils produiront presque inévitablement beaucoup de monoxyde de carbone, un gaz toxique pour les animaux mais aimé par de nombreux microbes. Ensemble, le méthane et le dioxyde de carbone, en l'absence de monoxyde de carbone, sur une planète solide avec un océan pourraient bien être interprétés comme un signe de vie indépendante de l'oxygène.
C'est une bonne nouvelle pour les astronomes. Le télescope James Webb aura du mal à détecter directement la présence d'oxygène sur toute planète potentiellement habitable qu'il voit au cours de sa mission. Tout comme vos yeux peuvent distinguer la lumière visible, mais ne peuvent pas voir la radio ou les rayons X, la vision de Webb est réglée sur le spectre infrarouge - une partie du spectre qui est idéale pour étudier les étoiles et les galaxies anciennes, mais ne supporte pas bien les raies d'absorption d'oxygène, où elles sont dispersées et rares. … Certains scientifiques craignent que la recherche de la vie doive être reportée jusqu'à ce que d'autres télescopes plus performants soient disponibles. Mais alors que Webb ne peut pas voir facilement l'oxygène, ses yeux infrarouges peuvent parfaitement voir les signes d'une vie sans oxygène. Le télescope est capable de détecter simultanément du méthane,le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone dans l'atmosphère de certaines planètes proches des étoiles naines rouges. Par exemple, dans le système TRAPPIST-1.
Pourtant, il est peu probable que Webb maîtrise la partie la plus importante des critères de Cutling - déterminer la quantité relative de chaque gaz - et ne peut pas comprendre, par exemple, si les volcans ou les microbes pétants produisent du méthane sur une planète donnée. Il est peu probable que Webb trouve une biosphère d'anoxyde sur une planète sous un soleil rouge.
Une autre chose est importante. La vie est plus importante à rechercher que l'oxygène.
Ilya Khel
