Un image d'artiste montre la formule développée de l'acrylonitrile, présent dans l'atmosphère de Titan. © B. Saxton (NRAO, AUI, NSF), Nasa

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Exobiologie : Titan pourrait-elle abriter des cellules vivantes ?

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Dans les lacs de méthane de Titan, la plus grosse lune de Saturne, l'acrylonitrile pourrait permettre la formation de membranes, comme celles protégeant les cellules vivantes sur Terre. Le radiotélescope Alma vient de repérer de grandes quantités de cette molécule dans la haute atmosphère, qui pourrait descendre en pluie vers le sol. L'observation est bien sûr insuffisante pour conclure que des cellules vivantes exotiques existent bien sur cette lune très froide mais elle illustre le travail des exobiologistes.

  • Il y a deux ans, des travaux de chimie et de biologie théoriques avaient conduit à la conclusion que dans les lacs de méthane froids de Titan pouvaient exister des analogues des membranes des cellules vivantes terrestres.
  • Une condition requise était la présence, alors hypothétique, de grandes quantités d'acrylonitrile.
  • Alma vient d'établir la présence de cette molécule, permettant de continuer à spéculer sur l'appartion de formes de vie exotiques sur la lune de Saturne.

Survolez Titan et ses lacs d'hydrocarbures !  Titan, un des satellites de Saturne, est recouvert de lacs d'hydrocarbures dont le plus grand, Kraken Mare, mesure plus de 1.000 km. Les données visibles dans cette vidéo proviennent du radar de la sonde Cassini. Elles ont été collectées lors de son exploration autour de la planète. 

Il peut sembler que les exobiologistes commettent une grave erreur conceptuelle en ne cherchant que des formes de vie étroitement comparables à celles existant sur Terre. Pourtant, ces scientifiques ne se contentent pas de chercher une clé perdue, en pleine nuit et sous un réverbère sous prétexte qu'il n'y a que là qu'ils peuvent la voir, selon la célèbre boutade. Ils ont bel et bien envisagé des formes de vie très exotiques, comme le démontre la théorie développée par Carl Sagan et Edwin Salpeter en 1976 qui tenait comme possible l'existence de formes vivantes dans l'atmosphère de Jupiter.

Une nouvelle preuve de cette démarche a été donnée il y a deux ans par une équipe d'exobiologistes états-uniens qui a avancé des spéculations sérieuses sur l'apparition de l'équivalent des doubles membranes lipidiques des cellules vivantes sur Terre mais dans un tout autre environnement celui de la célèbre lune de Saturne, Titan. Comme l'expliquait l'article ci-dessous, des simulations numériques ont servi à étudier des sortes de bulles à double paroi, baignant dans du méthane liquide à basse température et baptisées « azotosomes », équivalents des liposomes, ces vésicules entourées d'une membrane lipidique qui se forment dans l'eau ou un autre solvant, sous certaines conditions. Ce travail avait conclu que ces structures fermées pourraient être le siège d'une chimie complexe, similaire à celle qui a conduit à l'apparition de la vie sur Terre.

L'acrylonitrile, une clé de la genèse des azotosomes

Sauf que ces azotosomes supposaient l'existence d'importantes quantités d'une molécule baptisée acrylonitrile, ou cyanure de vinyle, de formule semi-développée CH2=CH-CN. Sa présence dans l'atmosphère de Titan était effectivement suggérée grâce aux données collectées par la sonde Cassini mais elle n'était pas établie.

Rappelons que Titan, d'une taille comparable à Mars, est parfois présenté comme une Terre au congélateur car son atmosphère contient essentiellement de l'azote et en petites quantités des gaz comme le méthane (CH4) et l'éthane (C2H6). C'est presque la composition supposée de l'atmosphère primitive de la Terre, à ceci près qu'elle contenait aussi d'importantes quantités de gaz carbonique, ce qui n'est plus le cas depuis des milliards d'années, le CO2 étant piégé pour l'essentiel sous forme de carbonates à la surface de notre planète, le reste étant dans le manteau de la Terre, sa biosphère et son hydrosphère.

Une présentation de l'importance de la découverte de l'acrylonitrile pour l'exobiologie sur Titan. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa Goddard

Des pluies d'acrylonitrile dans les lacs de méthane de Titan

Titan étant en moyenne à une température de -179 °C et soumis à un rayonnement UV nettement plus faible que la Terre vu sa distance au Soleil, la fameuse expérience de Miller n'est pas adaptée pour simuler cet environnement. Toutefois, il semble bien s'y dérouler une chimie de type prébiotique, cousine de celle de l'enfance de la Terre, peut-être dans les grands lacs de méthane liquide.

Or, une équipe d'astrophysiciens utilisant les données engrangées depius la Terre de février à mai 2014 avec le radiotélescope Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) vient de repérer d'importantes quantités d'acrylonitrile dans la stratosphère de Titan, notamment à environ 200 km d'altitude. Leurs résultats viennent d'être publiés dans la revue Science Advances.

D'après les chercheurs, ces molécules devraient se condenser en gouttes à plus basse altitude et rien ne s'oppose donc à ce que des pluies alimentent continuellement les lacs de méthane de Titan en acrylonitrile, y favorisant la synthèse d'azotosomes. Les exobiologistes estiment même que l'un des lacs les plus célèbres, Ligeia Mare, plus de deux cents fois plus grand que le lac Léman, pourrait receler de l'ordre de dix millions d'azotosomes par millimètre cube, lentement accumulés par des milliards d'années (sur Terre, un millimètre cube d'eau de mer abrite environ un million de bactéries).

En théorie donc, des structures capables de former l'équivalent des membranes des cellules vivantes pourraient être abondantes sur Titan. Mais reste à savoir si l'équivalent des molécules d'ADN et d'ARN ont pu également y prendre naissance. Car sans structures capables de porter de grandes quantités d'information, la vie n'est pas possible. Il faudrait bien évidemment aussi que soit apparu l'équivalent du métabolisme. On ne pourra certainement pas répondre à ces questions sans aller sonder les lacs de Titan.

Pour en savoir plus
Ligeia Mare, montré ici dans une image en fausses couleurs obtenue en combinant des observations du radar de Cassini, est le deuxième grand lac sur Titan. Il mesure environ 420 km sur 350 km. Il est rempli d’hydrocarbures légers liquides, tels que l’éthane et le méthane. © Nasa, JPL-Caltech, ASI, Cornel

Une forme de vie dans les lacs de Titan ?

Article de Laurent Sacco publié le 10/03/2015

Une équipe d'exobiologistes a simulé sur ordinateur un type de membrane cellulaire qui permettrait le développement d'une forme de vie dans les lacs de Titan malgré les températures très basses. L'étude n'est qu'une pure spéculation de biologie théorique mais elle ouvre tout de même de nouvelles perspectives pour chercher de la vie ailleurs que sur Terre.

Une équipe d'ingénieurs chimistes et d'astronomes de l'université de Cornell aux États-Unis vient de publier un article dans Science Advances qui aurait certainement retenu l'attention du grand exobiologiste Carl Sagan s'il était encore parmi nous. Il ne s'agit encore que de spéculations relevant de ce que l'on peut appeler la biologie théorique. Les trois chercheurs essaient en effet d'imaginer, simulations de dynamique moléculaire à l'appui, comment une forme de vie pourrait émerger dans les lacs d'hydrocarbures de Titan. Nous savons que ces lacs existent depuis le succès de la mission Cassini-Huygens et cela fait bien longtemps que les cosmochimistes et les exobiologistes s'interrogent sur la chimie de Titan qui pourrait refléter celle de la Terre primitive au moment où la vie y est née.

Toutefois, en raison de très basses températures régnant sur Titan, il est difficile d'imaginer que des formes de vie semblables à la nôtre puissent y exister. La température moyenne de cette lune de Saturne est en effet estimée à - 179 °C, de sorte que l'eau n'y existe pas à l'état liquide ce qui est, en revanche, le cas du méthane. Cela n'a pas empêché des biochimistes comme Isaac Asimov, qui n'était pas qu'un des plus célèbres auteurs de science-fiction, de spéculer sur des formes de vie qui ne seraient pas basées sur l'eau liquide. Remarquablement d'ailleurs, l'essai qu'il a écrit en 1962, Not as We Know It, a servi d'inspiration à l'équipe états-unienne.

Une vésicule formée par un azotosome de 90 Å de diamètre, soit la taille d’un petit virus. © James Stevenson

Des cellules formées d’azotosomes dans les lacs de Titan ?

L'ADN et l'ARN sont bien sûr des éléments essentiels des formes de vie sur Terre, mais il en existe un autre : la membrane plasmique. Elle est constituée d'une double couche de lipides qui séparent le cytoplasme du milieu extérieur. Jonathan Lunine, un astronome et exobiologiste bien connu membre de la mission Cassini, s'est donc demandé avec le doctorant James Stevenson et Paulette Clancy, une chimiste, si un analogue de la membrane plasmique pourrait se former dans du méthane liquide et avoir des propriétés similaires. Ils en sont arrivés à modéliser sur ordinateur, à l'aide notamment des lois de la mécanique quantique, le comportement de telles membranes qui seraient constituées de molécules organiques azotées. Rappelons que l'atmosphère de Titan est composée à plus de 95 % d'azote avec quelques pour cent de méthane et des traces de gaz carbonique et autres hydrocarbures.

Ces membranes cellulaires extraterrestres, les trois chercheurs les ont baptisées des azotosomes par analogie avec les liposomes que l'on sait fabriquer dans les laboratoires terrestres et qui ressemblent aux membranes plasmiques des cellules. De façon surprenante, les simulations de dynamique moléculaire ont révélé que les azotosomes dans le méthane liquide à très basse température devaient avoir la même stabilité et la même flexibilité que des liposomes sur Terre. Mieux, un composé présent dans l'atmosphère de Titan, l'acrylonitrile, semble permettre l'existence d'azotozomes possédant des propriétés similaires aux membranes plasmiques constituées de phospholipides.

Bien évidemment, on est encore loin d'avoir modélisé de cette façon de véritables organismes vivants d'un nouveau genre. L'idée est toutefois intéressante car elle élargit notre vision de ce que pourrait être la vie et nous indique de nouvelles directions de recherches pour la trouver. Des sondes robotisées naviguant sur les lacs de Titan pourraient ainsi être programmées pour rechercher d'éventuels azotozomes flottant dans le méthane liquide. On pourrait alors ne pas passer à côté d'une découverte révolutionnaire : une forme de vie encore plus étonnante que les extrêmophiles connus sur Terre.