Une image d'artiste d'une exoterre dans un système d'exoplanètes autour d'une étoile semblable au Soleil. © NASA, Ames, SETI Institute, JPL

Sciences

Exobiologie : la vie extraterrestre pourrait être pourpre

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Tous les organismes effectuant de la photosynthèse ne sont pas de couleur verte et certains sont même de couleur pourpre. Selon certains chercheurs, ils pourraient même avoir précédé les algues vertes sur Terre et constituer l'équivalent de la végétation terrestre mais de couleur pourpre sur des exoterres.

Il nous semble évident que la photosynthèse est associée à la production d'oxygène et à des organismes de couleur verte. En fait ce n'est pas le cas. Il existe des organismes qui tirent bien leur énergie de la photosynthèse, mais sans produire d'oxygène, et font donc ce que l'on appelle de la photosynthèse anoxygénique. On les trouve chez les bactéries photosynthétiques dites vertes (chlorobactéries) et pourpres (rhodobactéries). Si les premières ont bien la même couleur que les plantes, comme leur nom l'indique, ce n'est évidemment pas le cas des secondes. Les cyanobactéries sont bien, elles, photosynthétiques mais pas toujours vertes car il leur arrive de former des biofilms de couleur bleue, comme là aussi leur nom le laisse deviner.

Lorsque l'on sait cela, on est mieux préparé pour comprendre pourquoi les exobiologistes sont prudents lorsqu'ils cherchent des biosignatures fiables de l'existence d'une vie ailleurs, même en supposant que celle-ci devrait posséder des points communs avec celle connue sur Terre. Si ce n'est pas le cas, on a de toute façon peu de chance de trouver quelque chose qui serait bien l'équivalent de la vie parce que l'on aurait des biosignatures de ces organismes radicalement différents de ceux étudiés en laboratoire. Nous ne pourrions les reconnaître comme des formes vivantes à distance.

La chlorophylle, une biosignature ?

Le fait que les plantes nous apparaissent vertes provient que la chlorophylle est une molécule absorbant la lumière essentiellement autour de deux longueurs d'onde, à savoir 465 nm et 665 nm. Ce qui veut dire que la lumière verte est réfléchie et la lumière rouge absorbée. On constate aussi que la lumière infrarouge est fortement réfléchie, ce qui a donné lieu à la notion de red-edge. Un mot d'origine anglaise, signifiant littéralement bord ou marge rouge, renvoyant à la région de changement rapide de réflectance de la chlorophylle, communément appelée pic de réflectance de la chlorophylle, dans le proche infrarouge.

Sara Seager nous parle de la recherche de la vie sur les exoplanètes. 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 ». © TED Conferences, LLC. All rights reserved.

L'existence du red-edge est mise à profit pour surveiller par télédétection, depuis l'espace, l'activité végétale. On s'interroge depuis des années sur sa pertinence pour mettre en évidence une couverture végétale importante sur des exoplanètes, proches du Système solaire, qui seraient des exoterres. Carl Sagan et ses collègues ont testé quelque peu ce genre d'idée lorsqu'ils se sont servis des instruments de la sonde Galileo, en route vers Jupiter, pour tenter de détecter des biosignatures sur Terre. Le concept a été discuté dans une publication de Sara Seager en 2005. De manière générale, il n'est pas évident du tout de trouver des biosignatures, comme nous l'expliquait l'astrophysicien Franck Selsis.

Une Terre et des exoterres pourpres ?

Toujours est-il que Shiladitya DasSarma, professeur de biologie moléculaire à l'université du Maryland, et Edward Schwieterman, astrobiologiste à l'université de Californie à Riverside viennent de publier dans International Journal of Astrobiology un article disponible sur arXiv dans lequel ils développent une idée dans l'air depuis quelque temps, celle d'une « Terre pourpre » (purple Earth, en anglais). Idée qui a des implications aussi bien pour l'exobiologie et la recherche de biosignatures que pour comprendre l'origine et l'évolution de la vie sur la Terre primitive.

En effet, on ne sait pas bien comment la vie a fait la découverte de la photosynthèse sur Terre ni comment elle l'a utilisée. Ce qui est sûr, c'est qu'il y a environ 2,4 milliards d'années s'est produit la Grande Oxydation qui coïnciderait avec une production massive d'oxygène par des organismes photosynthétiques. On soupçonne qu'ils étaient similaires aux cyanobactéries qui construisent encore aujourd'hui des stromatolithes. Stromatolithes, dont on connaît des restes fossilisés datant d'au moins 3,5 milliards d'années.

Avant la Grande Oxydation, la composition de l'atmosphère de la Terre n'était pas la même et les océans aussi étaient différents, si bien qu'il se pourrait que des bactéries effectuant de la photosynthèse anoxygénique aient précédé les cyanobactéries. Or, les deux chercheurs états-uniens, à l'appui de cette thèse, font remarquer que des bactéries très anciennes, comme l'archée halophile (Halobacterium salinarum), font de la photosynthèse avec de la bactériorhodopsine. Cette petite protéine que l'on trouve dans leur membrane est étroitement liée au rétinal, un aldéhyde polyinsaturé, capable d'absorber la lumière et qui se lie à des protéines, les opsines, pour constituer la base moléculaire de la vision.

De fait, le rétinal absorbe la lumière à une longueur d'onde correspondant au maximum du spectre solaire, c'est-à-dire une couleur jaune-verte. Le rétinal étant une molécule plus simple que celle de la chlorophylle, la photosynthèse à base de bactériorhodopsine pourrait donc bien être apparue en premier. Sur Terre, les organismes à base de chlorophylle auraient pris le dessus par la suite mais peut-être en a-t-il été autrement sur certaines exoterres.

Comme des pigments à base de rétinal absorbent la lumière verte et jaune et réfléchissent ou transmettent la lumière rouge et bleue, la vie basée sur le rétinal apparaîtrait de couleur pourpre et l'équivalent du red-edge serait un green-edge, selon les chercheurs. Alors, va-t-on découvrir des exoterres pourpres et pourra-t-on en déduire qu'elles abritent effectivement des formes de vie ?

Espérons que nous aurons des réponses à ce sujet au cours de ce siècle...

  • Trouver des biosignatures est difficile, déjà parce que la Vie sur Terre était sans doute assez différente alors que notre planète avait moins de deux milliards d'années, et aussi parce qu'elle a probablement pris des chemins différents par la suite sur des exoterres où elle aurait pu apparaître.
  • La photosynthèse, par exemple, rien que sur Terre, n'est pas automatiquement associée à la production d'oxygène ni à la couleur verte. Certaines bactéries pourpres anciennes se basent, par exemple, sur le rétinal pour l'effectuer sans libérer de l'O2.
  • Ces bactéries pourpres auraient pu précéder largement les algues vertes sur la Terre primitive et leur cousin, à base de rétinal, pourrait dominer l'équivalent de la végétation ailleurs. Le rétinal est une molécule plus simple que la chlorophylle, apparaissant donc peut-être plus facilement et fréquemment en relation avec des formes de vie dans la Voie lactée.
  • Voilà de quoi pondérer des choix de biosignatures à chercher.
Pour en savoir plus

Les plantes extraterrestres ne sont pas bleues

Article de Jean-luc Goudet publié le 22/04/2007

Il suffisait d'y penser : pour exploiter l'énergie lumineuse de son étoile, la vie doit récupérer les longueurs d'onde les plus profitables. Ce qui dépend du type d'étoile et de la composition de l'atmosphère. Tout n'est donc pas possible.

La vie n'est pas bête. Voilà ce qu'ont dû se dire les scientifiques réunis au sein du Virtual Planetary Laboratory, créé par la Nasa. Astronomes, biologistes et spécialistes de l'atmosphère ont réfléchi ensemble à la manière dont des organismes végétaux pourraient capter l'énergie lumineuse provenant de leur étoile.

Pour s'atteler à cette tâche, les chercheurs ont restreint leur investigation à la production de sucres par photosynthèse, ce que font tous les organismes terrestres qui vivent de la lumière. Pour en tirer le meilleur profit, les êtres vivants doivent utiliser au mieux le spectre de longueurs d'onde qui parvient sur le sol. Cette manne doit varier énormément d'une planète à l'autre. Elle dépend déjà du type d'étoile. Autour d'une naine rouge par exemple, la lumière rouge et infrarouge sera bien sûr abondante. Autour d'une étoile de très grande masse, la quantité de lumière sera peut-être très élevée. La qualité et la quantité de la luminosité dépendent aussi de l'atmosphère, par exemple de la présence ou non d'ozone qui arrête les ultraviolets.

La bonne couleur pour la meilleure énergie

Sous la houlette de Nancy Kiang, biométéorologiste à la la Nasa (Goddard Institute for Space Studies), l'équipe a introduit tous ces paramètres dans un modèle pour déterminer quelles sont les couleurs les plus efficaces pour les pigments de la photosynthèse. Que dit-il pour la Terre ? Que les plantes ont une bonne chance d'être vertes... Nous recevons en effet beaucoup de lumière rouge du Soleil, ainsi que du vert et un peu de bleu. Il vaut donc mieux absorber le rouge que le vert. Quant au bleu, il est moins présent mais plus énergétique (car de longueur d'onde plus faible). Les plantes terrestres ont donc logiquement choisi d'absorber le bleu et le rouge. « Et comme cela leur suffit, elles n'absorbent pas le vert et le réfléchissent. » résume Nancy Kiang. Rappelons-nous en effet que les plantes ont la couleur correspondant aux longueurs d'onde que, justement, elles n'utilisent pas.

Nourri avec des données sur les émissions lumineuses de différentes catégories d'étoiles, ce modèle a donné une liste de couleurs plausibles pour des organismes photosynthétiques qui chercheraient, comme nos plantes, à récupérer le maximum d'énergie, à moins qu'il n'y en ait vraiment de trop comme autour d'une étoile géante.

Près d'une naine rouge, qui émet dans les grandes longueurs d'onde et dont la puissance lumineuse est plutôt faible, les plantes auraient grand intérêt à être noires, pour absorber le maximum d'énergie. Si cette étoile émet beaucoup d'infrarouge, alors sans doute y aura-t-il des feuilles grises. Mais on pourra aussi trouver des végétaux violets qui chercheraient le rouge voire un peu de jaune.

Tout sauf bleu

Autour d'une étoile plus chaude que le Soleil, l'équipe de Nancy Kiang verrait bien des plantes blanches, pour limiter l'énergie reçue. Mais des feuilles vertes, jaunes, orange et rouges conviendraient aussi.

Bien sûr, la nature de l'atmosphère intervient de manière capitale. Par exemple, si les UV ne sont pas arrêtés, la vie aurait bien du mal à se maintenir en surface. Mais des organismes photosynthétiques pourraient vivre sous neuf mètres d'eau à condition que l'étoile soit plus froide que notre Soleil. Les végétaux pourraient alors capter suffisamment de photons tout en restant protégés des UV par la couche d'eau.

Mais partout, expliquent ces chercheurs, il est vraisemblable que la vie cherche à utiliser la lumière bleue, la plus énergétique. Les végétaux seraient alors de n'importe quelle couleur, sauf le bleu. Voilà pourquoi, si l'on veut détecter quelque part la signature d'une vie de type terrestre, mieux éviter de chercher le bleu...

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