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Comment la foudre pourrait expliquer l'origine de la vie - sur Terre et ailleurs
Johannes Plenio/Pexels
La recherche de la vie sur d'autres planètes ressemble beaucoup à la cuisine. (Comprenez-moi une seconde.) Vous pouvez avoir tous les ingrédients au même endroit - de l'eau, un climat chaud et une atmosphère épaisse, les nutriments appropriés, des matières organiques et une source d'énergie - mais si vous n'avez aucun processus ou des conditions qui peuvent réellement faire quelque chose avec ces ingrédients, vous avez juste un tas de matières premières qui ne vont nulle part.
Alors parfois, la vie a besoin d'une étincelle d'inspiration - ou peut-être de plusieurs billions d'entre elles. Une nouvelle étude publiée dans Nature Communications suggère que la foudre a pu être un élément clé dans la mise à disposition du phosphore pour les organismes à utiliser lorsque la vie sur Terre est apparue pour la première fois il y a environ 3,5 milliards d'années. Le phosphore est essentiel à la fabrication de l'ADN, de l'ARN, de l'ATP (la source d'énergie de toute vie connue) et d'autres composants biologiques comme les membranes cellulaires.
Cette étude était en fait une découverte chanceuse, déclare Benjamin Hess, chercheur à l'Université de Yale et auteur principal du nouvel article. Il ouvre de nouvelles possibilités pour trouver la vie sur des planètes semblables à la Terre .
Ce n'est pas la première fois que la foudre est suggérée comme un élément vital de ce qui a rendu la vie possible sur Terre. Des expériences en laboratoire ont démontré que les matériaux organiques produits par la foudre pourraient avoir inclus des composés précurseurs tels que des acides aminés (qui peuvent s'unir pour former des protéines).
Cette nouvelle étude aborde cependant le rôle de la foudre d'une manière différente. Une grande question à laquelle les scientifiques se sont toujours posés concerne la façon dont les premières vies sur Terre ont accédé au phosphore. Bien qu'il y ait eu beaucoup d'eau et de dioxyde de carbone disponibles pour travailler il y a des milliards d'années, le phosphore était enveloppé dans des roches insolubles et non réactives. En d'autres termes, le phosphore était essentiellement enfermé pour de bon.
Comment les organismes ont-ils eu accès à cet élément essentiel ? La théorie dominante est que les météorites ont livré du phosphore à la Terre sous la forme d'un minéral appelé schreibersite, qui peut se dissoudre dans l'eau, ce qui le rend facilement disponible pour les formes de vie. Le gros problème avec cette idée est que lorsque la vie a commencé il y a plus de 3,5 à 4,5 milliards d'années, les impacts de météorites diminuaient de façon exponentielle. La planète avait besoin de beaucoup de schreibersite contenant du phosphore pour maintenir la vie. Et les impacts de météorites auraient également été suffisamment destructeurs pour, eh bien, tuer prématurément la vie naissante (voir: les dinosaures) ou vaporiser la majeure partie du schreibersite livré.
Hess et ses collègues pensent avoir trouvé la solution. La schreibersite se trouve également dans des matériaux en verre appelés fulgurites, qui se forment lorsque l'éclairage frappe la Terre. Lorsque la fulgurite se forme, elle incorpore le phosphore des roches terrestres. Et il est soluble dans l'eau.
Les auteurs de la nouvelle étude ont collecté de la fulgurite qui avait été produite par l'éclairage frappant le sol dans l'Illinois en 2016, initialement juste pour étudier les effets de l'échauffement extrême du flash tel qu'il est conservé dans ce type d'échantillons. Ils ont découvert que l'échantillon de fulgurite était constitué de 0,4 % de schreibersite.
À partir de là, il s'agissait simplement de calculer la quantité de schreibersite qui aurait pu être produite par la foudre il y a des milliards d'années, à peu près au moment où la première vie est apparue sur Terre. Il existe une abondante littérature estimant les anciens niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique, un facteur contribuant aux coups de foudre. Armée d'une compréhension de la corrélation entre les tendances du dioxyde de carbone et la foudre, l'équipe a utilisé ces données pour déterminer la quantité de foudre qui aurait été répandue à l'époque.
Hess et ses collègues ont déterminé que des billions de coups de foudre auraient pu produire 110 à 11 000 kilogrammes de schreibersite chaque année. Au cours de cette période, cette activité aurait dû produire suffisamment de phosphore pour encourager les organismes vivants à se développer et à se reproduire, et bien plus que ce qui aurait été produit par les impacts de météorites.
C'est intéressant pour comprendre l'histoire de la Terre, mais cela ouvre également une nouvelle vision pour penser la vie ailleurs. C'est un mécanisme qui peut fonctionner sur des planètes où les impacts de météorites sont devenus rares, dit Hess. Ce modèle de vie par la foudre est limité aux environnements avec des eaux peu profondes - la foudre doit produire de la fulgurite dans des zones où elle peut se dissoudre correctement pour libérer le phosphore, mais où elle ne se perdra pas dans une vaste étendue d'eau. Mais cette limite n'est pas nécessairement une mauvaise chose. À une époque où l'astrobiologie est obsédée par les mondes océaniques, l'étude remet l'accent sur des endroits comme Mars qui n'ont pas été submergés dans les eaux mondiales.
Pour être clair, l'étude ne suggère pas que les impacts de météorites ne jouent aucun rôle dans l'accessibilité du phosphore à la vie. Et Hess souligne que d'autres mécanismes, comme les évents hydrothermaux, peuvent simplement contourner le besoin de météorites ou de foudre.
Et enfin, il y a plus de 3,5 milliards d'années, la Terre ne ressemblait pas à ce qu'elle est aujourd'hui. Il n'est pas tout à fait clair qu'il y avait suffisamment de roche exposée à l'air - où elle pourrait être frappée par la foudre et conduire à la production de schreibersite - pour rendre le phosphore disponible.
Hess va laisser d'autres scientifiques s'occuper de ces questions, puisque l'étude se situe en dehors de son travail normal. Mais j'espère que cela incitera les gens à prêter attention aux fulgurites et à tester davantage la viabilité de ces mécanismes, dit-il. J'espère que nos recherches nous aideront à déterminer s'il convient de rechercher la vie dans des environnements en eau peu profonde, comme nous le sommes actuellement sur Mars.