La Vie ou du moins, certaines de ses briques, serait apparue dans certaines sources hydrothermales... Cette hypothèse a été avancée il y a presque trente ans. Elle est de nouveau sur la sellette. Effectuée par des chercheurs français, la découverte de la synthèse abiotique d'un acide aminé dans des roches présentes sous ces sources conforte de nouveau cette hypothèse.
En 1989, le géochimiste britannique Michael Russell émettait une nouvelle proposition concernant l'origine de la Vie, une variante de celle déjà avancée à l'occasion de la découverte des oasis de vie se trouvant au niveau des sources hydrothermales. C'est une alternative à la fameuse expérience de Miller et ses variations ; cette dernière accréditait l'idée que des processus abiotiques existant sur la Terre primitive, il y a plus de 4 milliards d'années, pouvaient avoir produit des bases de la Vie, en particulier des acides aminés et autres molécules organiques nécessaires au métabolisme et au système génétique des cellules ainsi qu'à leurs membranes (bien que l'on ne sache pas exactement lesquels de ces éléments sont apparus en premier). Mais les conditions exactes ayant régné sur la jeune Terre sont incertaines, et ne semblent d'ailleurs pas avoir été celles initialement envisagées par Miller. De surcroît, l'existence de la fameuse soupe de molécules prébiotiques qui se serait formée dans les océans de l'époque n'a pas été prouvée.
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Or, la découverte des premières sources hydrothermales a montré que des conditions permettant une chimiosynthèse active permettaient à des formes de vie d'exister. Faire alors de ces sources, dont des vestiges anciens subsistent, les lieux de l'apparition des premières formes vivantes était tentant. Cependant, selon Russell, c'était plutôt au niveau de sources à relativement basses températures, et surtout crachant des fluides basiques et non acides, qu'il fallait chercher des réponses à l'énigme de l'origine de la vie.
Lost City, un laboratoire pour comprendre l’origine de la Vie
On ne connaissait pas encore de tels évents hydrothermaux. Mais, en décembre 2000, sa théorie a reçu un soutien inattendu avec la découverte sur l'Atlantis Massif, d'un champ de cheminées hydrothermales baptisé « The Lost City » (La cité perdue). Sur ce massif montagneux situé sur la fameuse dorsale média-océanique au milieu de l'Atlantique nord, ces sources diffèrent sensiblement des célèbres fumeurs noirs découverts pour la première fois en 1977.
Les évents de The Lost City résultent des réactions entre l'eau de mer et la péridotite du manteau supérieur sous la croûte océanique à cet endroit. Un processus connu sous le nom de serpentinisation se produit alors. Il en résulte des fluides riches en hydrogène et en méthane, fortement alcalins (pH 9 à 11), avec des températures allant de 40 à 90 °C, précisément ce qu'il fallait pour la théorie de Russell.
L'impressionnant champ de Lost City compte environ trente cheminées de carbonate de calcium de 30 à 60 mètres de hauteur. Ces structures sont d'ailleurs très similaires en composition aux travertins de Yellowstone. L'étude de ce champ a montré plusieurs différences avec les autres connus.
Contrairement à ces derniers, les évents de Lost City ne crachent que de faibles quantités de gaz carbonique, de métaux et de sulfures. C'est d'ailleurs la présence de minéraux riches en fer et en sulfures métalliques qui donne sa teinte à l'eau sortant des fumeurs noirs. Les datations conduites à l'aide d'isotopes d'oxygène, de carbone et de strontium, indiquent que certaines des cheminées sont âgées de 30.000 ans, ce qui, là aussi, contraste avec les cheminées des fumeurs noirs, beaucoup plus éphémères.
Enfin, les évents de Lost City crachent de 10 à 100 fois plus d'hydrogène et de méthane que les fumeurs noirs mais aussi des molécules hydrocarbonées plus complexes et en plus grandes concentrations. Or, ces dernières sont essentielles pour l'apparition de la vie car des membranes cellulaires peuvent être construites à partir de simples chaînes de ces molécules hydrocarbonées. Il suffit de leur ajouter quelques atomes d'azote, d'oxygène, et même de soufre, pour produire des acides aminés, ces briques de la vie.
Il y a quelques années, afin d'éliminer l'atmosphère et les organismes microbiens vivants à proximité des évents comme sources du carbone présents dans les molécules hydrocarbonées détectées, les chercheurs ont effectué des analyses basées sur la géochimie. La signature isotopique caractéristique des atomes de carbone dans l'atmosphère n'avait pas été trouvée ; ce qui signifie que les atomes de carbone composant les molécules ne provenaient pas du dioxyde de carbone atmosphérique qui est dissous dans l'eau des océans. De même, d'autres analyses semblaient avoir exclu une origine biologique et pointent clairement les rochers de Lost City comme sources du carbone.
« Très tôt dans l’histoire de la Terre, on pense qu’il y a eu des micro-organismes qui ont pu se former, et on essaie de trouver ces traces de vie... » Entretiens avec Pascal Philippot, professeur à l’université Paris Diderot, et des membres de l’équipe Géobiosphère actuelle et primitive en 2012. © Chaîne IPGP
Une synthèse abiotique d’un acide aminé sous Lost City
L'origine abiotique des molécules carbonées et leur production au niveau des évents semblaient donc bien établies. Mais aujourd'hui, une équipe de scientifiques européens est allée plus loin en permettant d'apporter de l'eau au moulin de la théorie de Michael Russell ; ces travaux sont publiés dans un article de Nature. La recherche est conduite par Bénédicte Ménez et Céline Pisapia, toutes deux géomicrobiologistes à l'Institut de physique du globe de Paris (IPGP/université Paris Diderot/CNRS) et enseignantes-chercheuses à l'université Paris Diderot. L'équipe est constituée de chercheurs du laboratoire de Géologie de Lyon (université Claude Bernard/ENS Lyon/CNRS), du centre français de rayonnement synchrotron SOLEIL, de l'Institut de chimie des substances naturelles (CNRS), et de l'université Nazarbayev, au Kazakhstan.
Comme l'explique un communiqué de l'Institut de physique du globe de Paris, les chercheurs se sont procuré des carottes de roches prélevées lors d'un profond forage océanique à environ 175 mètres sous la lithosphère océanique au voisinage de Lost City. Ces échantillons ont alors été examinés par des techniques de microscopie à haute résolution utilisant des lignes de lumière fournie par le synchrotron SOLEIL. La présence d'un acide aminé bien connu, le tryptophane, a été démontrée dans une argile.
Des arguments montrent qu'il doit s'agir du résultat d'un processus abiotique associé à l'altération de la croûte océanique. Ainsi, d'autres acides aminés n'ont pas été trouvés, ce qui serait nécessairement le cas s'il y avait une contamination d'origine microbienne des échantillons de roches.
On peut alors raisonnablement penser que c'est la serpentinisation des péridotites du manteau supérieur, ainsi que la structure en feuillet de l'argile en résultant, qui aurait produit les conditions d'apparition de briques de la vie, même si l'apparition de la vie elle-même, probablement dans les sources hydrothermales, reste toujours à comprendre.
En tout état de cause, comme l'explique cette déclaration du communiqué de l'IPGP : « Cette découverte permet aussi de proposer une nouvelle voie de synthèse conduisant à la formation de différentes molécules d'intérêt prébiotique sur la Terre primitive ou d'autres planètes. Cette approche innovante et ces résultats essentiels fournissent également de nouvelles pistes pour de futures recherches dans les champs de la géobiologie et de l'astrobiologie, mais aussi pour toutes les disciplines liées au domaine des énergies renouvelables et des procédés chimiques et industriels géo-inspirés ».
- Les sources hydrothermales, en particulier celles crachant des fluides basiques, pas trop chauds, sont des alternatives à l'expérience de Miller pour l'apparition des briques de la Vie par des processus abiotiques.
- Divers arguments, y compris issus de la biologie moléculaire et de la génétique, suggèrent même que la Vie est née dans ces sources.
- L'étude de roches sous les sources hydrothermales du Massif Atlantis au niveau de la dorsale océanique de l'Atlantique Nord, a montré qu'au moins un acide aminé, le tryptophane, était synthétisé de façon abiotique en rapport avec la serpentinisation des péridotites du manteau, altérées par la circulation de l'eau sous et dans ces sources.
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Origine de la vie : la thèse des sources hydrothermales se renforce
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