La Terre était bombardée par les éclairs il y a 3,5 milliards d’années. © IgorZh, Adobe Stock
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Et si la foudre avait amené la vie sur la Terre primitive ?

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[EN VIDÉO] Quels phénomènes sont à l’origine de la vie ?  Dès 1871, Charles Darwin avait imaginé que la vie terrestre aurait pu naître « dans une petite mare », à partir de composés chimiques divers qui se seraient combinés pour former des molécules complexes. Un autre courant de pensée — la panspermie — a fait venir la vie de l'espace. Aujourd'hui, la question n'est pas résolue mais les scientifiques penchent du côté de Darwin avec une chimie prébiotique. 

L'hypothèse qui tenait jusqu'ici la corde pour l'apparition de la vie était celle des météorites. Mais une autre théorie est aujourd'hui avancée par des chercheurs : celle d'un foudroiement intense de la Terre primitive qui aurait libéré du phosphore biodisponible.

Comment la vie est-elle apparue sur Terre ? Dans des sources hydrothermales océaniques ? Dans des lacs volcaniques riches en composés prébiotiques ? Par une pluie de météorites ayant apporté des matériaux extraterrestres (la panspermie) ? Une nouvelle hypothèse est aujourd'hui sur le tapis : celle des éclairs. Ces derniers auraient pu apporter sur Terre le phosphore nécessaire à la formation de la vie d'après une étude parue le 16 mars dans Nature Communications.

Le phosphore est en effet un élément essentiel à la vie. Il constitue la colonne vertébrale de l'ADN et de l'ARN, et se trouve aussi dans l'ATP qui sert au métabolisme des cellules. Le phosphore est relativement abondant sur Terre, mais il est piégé dans les minéraux et non biodisponible. Il existe pourtant un minéral nommé schreibersite, facilement soluble dans l'eau et dont le phosphore peut donc être utilisé dans des réaction biochimiques. Malheureusement, la schreibersite est peu courante et se trouve plutôt dans les météorites. D'où la théorie initiale de panspermie qui stipule que la vie provient bien de matériaux extraterrestres.

La théorie des météorites remise en cause

Dans leur nouvelle étude, Benjamin Hess, étudiant à l'université de Yale, et ses collègues de l'Institut de géophysique et tectonique à l'université de Leeds, estiment pourtant que cette hypothèse est incompatible avec l'histoire terrestre : « La fréquence des chutes de météorites a baissé entre 4,5 et 3,5 millions d'années, juste au moment où la vie est apparue », fait remarquer Benjamin Hess. De plus, les météorites ont un impact extrêmement destructeur qui pourrait « interférer avec la délicate évolution nécessaire à la synthèse prébiotique complexe », souligne l'étude.

Le processus de réduction du phosphore par les éclairs sur la Terre primitive. © Benjamin Hess, Nature Communications, 2021

Jusqu’à 5 milliards d’éclairs par an

De ce fait, Benjamin Hess s'est penché sur une autre source de schreibersite : la foudre. La schreibersite se trouve en effet dans certaines roches de silice amorphes appelées fulgurites, qui se forment lors des impacts de foudre. Sauf que ces dernières contiennent très peu de schreibersite en comparaison avec les météorites : environ 0,044 % de leur poids.

Mais, selon les modélisations des chercheurs, les impacts de foudre auraient été en revanche particulièrement intenses à l'époque où la vie est apparue : entre 1 à 5 milliards d’éclairs frappaient alors la Terre chaque année contre 560 millions aujourd'hui. En outre, ces éclairs étaient particulièrement concentrés sur les zones tropicales, où se trouvent les volcans, « dont les panaches des éruptions basaltiques peuvent générer des éclairs, ce qui augmente encore la fréquence du foudroiement », font remarquer les auteurs de l'étude. Selon leurs calculs, ce sont ainsi 10 à 1.000 kg de phosphure et 100 à 10.000 kg de phosphite et d'hypophosphite par an qui auraient pu se former.

Un élargissement de la fenêtre favorable à la formation de la vie

Contrairement à la théorie des météorites, dont la fréquence des impacts a décru au fil du temps, celle des éclairs a l'avantage de produire une source continue de phosphore biodisponible utilisable par des organismes vivants. « Ce modèle ne s'applique en revanche qu'à une apparition terrestre de la vie, comme dans les eaux peu profondes, car le phosphore ajouté à l'océan par les éclairs est probablement négligeable compte tenu de sa taille », relativise Benjamin Hess.

Il n'empêche que l'hypothèse des éclairs ouvre de nouvelles perspectives pour la possibilité de vie sur d'autres planètes. « Si vous avez une planète avec une atmosphère et une lithologie favorable ainsi qu'une hydrosphère active, les éclairs peuvent remplir la fonction de réduction du phosphore indépendamment de toute source météoritique, ce qui prolonge la fenêtre possible d'émergence de la vie », conclut l'étude.

Pour en savoir plus

Origine de la vie : nouvelle preuve de l'apparition spontanée des acides aminés

Article de Claire Peltier publié le 23/03/2011

Les briques de la vie se seraient bel et bien formées il y a 4 milliards d'années dans un environnement gazeux et électrique. Les volcans, notamment grâce à l'émission de sulfure d'hydrogène, auraient permis la fabrication d'acides aminés soufrés, dont le rôle est nécessaire aux organismes vivants.

L'hypothèse selon laquelle la vie est née dans une « soupe primordiale » à partir d'éléments inorganiques soumis à l'énergie des éclairs vient d'être appuyée par un nouvel élément, près de soixante ans après son émission par le célèbre chimiste Stanley Miller. Réalisée en 1952 puis publiée en 1953 dans la prestigieuse revue Science, son expérience avait en effet montré l'apparition spontanée de certaines molécules qui sont à la base de la vie.

Des critiques avaient au départ remis en cause cette jolie théorie, argumentant que les acides aminés observés auraient pu provenir d'une contamination de l'expérimentation ou que les conditions dans lesquelles l'expérience avait été réalisée étaient trop formatées. Mais Stanley Miller et son collègue Harold Urey avaient pris soin de reproduire les conditions telles qu'on les imaginait sur la Terre primitive, il y a plus de 3 milliards d'années.

Mélangez du gaz et de l’électricité…

Ainsi, du méthane (CH4), de l'ammoniac (NH3), du dihydrogène (H2) et de l'eau (H2O) avaient été placés dans un ballon parcouru de décharges électriques simulant les éclairs qui étaient probablement monnaie courante à l'époque. Une semaine plus tard, l'énergie apportée par l'électricité et les rayons ultraviolets avait entraîné la formation de nouvelles liaisons chimiques entre les atomes d'hydrogène, d'oxygène, de carbone et d'azote.

Les nouvelles molécules retrouvées, organiques cette fois, avaient pu être identifiées : de l'urée, du formaldéhyde ou même quelques acides aminés, les briques des protéines. Cette première preuve de la formation de molécules biologiques n'était pourtant pas complète, n'ayant pas pu montrer l'apparition de l'ensemble des vingt acides aminés retrouvés dans les organismes vivants. 

La méthionine (à gauche) et la cystéine (à droite) sont les deux acides aminés retrouvés dans les organismes vivants qui possèdent un atome de soufre (en jaune). © Domaine public

… ajoutez un soupçon de sulfure d’hydrogène…

Cinq années plus tard, en 1958, Miller avait réalisé de nouvelles expériences similaires, en utilisant d'autres combinaisons de gaz (dont du sulfure d'hydrogène SH2) plus proches de celles retrouvées aux abords des volcans, mais n'avait finalement jamais pris le temps de les analyser. Les échantillons, conservés dans le laboratoire et retrouvés cinquante ans plus tard, à la mort de Miller, ont alors pu bénéficier des moyens techniques actuels, bien plus performants que ceux de l'époque qui auraient sans doute limité la détection de certaines molécules trop faiblement présentes.

Ainsi, en 2008, grâce à la spectrométrie de masse, l'équipe avait alors annoncé dans Science la découverte de vingt-deux acides aminés dans les vieux échantillons. Selon un autre article paru tout récemment dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, un vingt-troisième acide aminé aurait été identifié. 

… et vous obtenez des acides aminés soufrés !

De plus, un indice montre que la formation de ces molécules n'est pas un artéfact. Les chercheurs ont en effet retrouvé en quantités égales les deux formes symétriques que peuvent prendre les acides aminés (L ou D selon l'orientation du groupement NH2 par rapport à l'atome de carbone central), prouvant que leur apparition n'est pas due à la présence d'un microorganisme contaminant, qui n'aurait alors synthétisé que la forme L, largement majoritaire en biologie.

Mais la découverte la plus importante reste le fait que des atomes de soufre entrent dans la composition de six des acides aminés obtenus. La méthionine et la cystéine, les deux acides aminés soufrés faisant partie de la famille des acides aminés biologiques, auraient ainsi pu être créées dans l'atmosphère primitive. Les gaz soufrés émis par les volcans auraient donc joué un rôle important dans la formation de la vie.

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