Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont identifié un processus appelé graphitisation, qui, selon eux, pourrait produire des molécules essentielles à la vie, telles que des protéines, des phospholipides et des nucléotides, sur la Terre primitive. Ce processus, mis en évidence dans une étude parue dans la revue Life, suggère que les températures élevées résultant des influences célestes et des interactions avec le fer et l’eau peuvent simplifier les environnements chimiques, les rendant propices à la formation des composants nécessaires à la vie.
Des chercheurs de l’Université de Cambridge suggèrent que les molécules essentielles à l’évolution de la vie pourraient provenir d’un processus appelé graphitisation. Si cela est confirmé par des expériences en laboratoire, cela pourrait nous permettre de simuler les conditions qui ont probablement conduit à l’émergence de la vie.
Comment les produits chimiques nécessaires à la vie sont-ils arrivés là ?
On débat depuis longtemps de la manière dont les conditions apparemment aléatoires de la vie sont apparues dans la nature, de nombreuses hypothèses aboutissant à des impasses. Mais des chercheurs de l’Université de Cambridge ont désormais modélisé la façon dont ces conditions pourraient se produire, produisant ainsi les ingrédients nécessaires à la vie en quantités significatives.
La vie est régie par des molécules appelées protéines, phospholipides et nucléotides. Des recherches antérieures suggèrent que les molécules utiles contenant de l’azote, telles que les nitriles – cyanoacétylène(HC3N) et cyanure d’hydrogène(HCN) – et isonitriles – isocyanure(HNC) et isocyanure de méthyle(CH3NC) – pourrait être utilisé pour fabriquer ces éléments constitutifs de la vie. Cependant, jusqu’à présent, il n’existe aucun moyen clair de produire tout cela en quantités significatives dans le même environnement.
Dans une étude récente publiée dans Vie, le groupe a maintenant découvert que grâce à un processus connu sous le nom de graphitisation, des quantités importantes de ces molécules utiles peuvent théoriquement être produites. Si le modèle peut être vérifié expérimentalement, cela suggère que le processus était probablement une étape probable de la Terre primitive dans son voyage vers la vie.
Pourquoi ce processus est-il plus susceptible de s’être produit que d’autres ?
Une grande partie du problème avec les modèles précédents réside dans le fait qu’un certain nombre d’autres produits ont été créés en même temps que les nitriles. Cela crée un système désordonné qui entrave la formation de la vie.
“Une grande partie de la vie est dans la simplicité”, a déclaré le Dr. Paul Rimmer, professeur adjoint d’astrophysique expérimentale au laboratoire Cavendish et co-auteur de l’étude. ‘C’est bon. Il s’agit de trouver un moyen de se débarrasser d’une partie de la complexité liée au contrôle de la chimie qui peut se produire.
Nous ne nous attendons pas à ce que la vie se produise dans un environnement désordonné. Ce qui est fascinant, c’est la façon dont la graphitisation elle-même nettoie l’environnement, puisque le processus ne crée que ces nitriles et isonitriles, avec des sous-produits pour la plupart inactifs.
Une représentation schématique du scénario que nous proposons ici pour une production propre et performante de matières premières prébiotiques. Les événements se déplacent dans le sens des aiguilles d’une montre à partir du coin supérieur gauche : Premièrement, la Terre a une atmosphère neutre. Ceci est réduit après un choc géant à 4,3 Ga par oxydation du noyau métallique de l’impacteur pour produire un H massif.2 atmosphère avec une quantité importante de méthane et d’ammoniac. Cette atmosphère se refroidit rapidement (en <1 kyr), la photochimie produisant une brume riche en tholin qui dépose des matières organiques complexes riches en azote. Ces substances organiques sont progressivement enfouies et graphitées par interaction avec le magma. L'atmosphère disparaît quand H2 est perdu dans l’espace et redevient neutre. Enfin, les gaz magmatiques interagissent avec le graphite et sont épurés pour produire des rendements élevés de HCN pur, HC3N et isonitriles. Crédit : Oliver Shorttle
« Au début, nous pensions que cela gâcherait tout, mais en réalité, cela rend tout bien meilleur. Cela efface la chimie », a déclaré Rimmer.
Cela signifie que la graphitisation peut offrir la simplicité recherchée par les scientifiques et l’environnement propre nécessaire à la vie.
Comment fonctionne le processus?
L’Éon Hadéen était la première période de l’histoire de la Terre où la Terre était très différente de notre Terre moderne. Les impacts de débris, parfois de la taille d’une planète, n’étaient pas rares. L’étude émet l’hypothèse que lorsque la Terre primitive a été frappée par un objet à peu près de la taille de la Lune il y a environ 4,3 milliards d’années, le fer qu’elle contenait a réagi avec l’eau sur Terre.
“Un objet de la taille de la Lune a frappé la Terre très tôt et aurait déposé une grande quantité de fer et d’autres métaux”, a déclaré le co-auteur, le Dr. Oliver Shorttle, professeur de philosophie naturelle au Département d’astronomie et au Département des sciences de la Terre à Cambridge.
Les produits de la réaction fer-eau se condensent en goudron à la surface de la Terre. Le goudron réagit ensuite avec le magma à plus de 1 500°C et le carbone contenu dans le goudron se transforme en graphite – une forme de carbone très stable – et ce que nous utilisons dans les crayons modernes !
“Lorsque le fer réagit avec l’eau, il se forme un brouillard qui se serait condensé et mélangé à la croûte terrestre. Une fois chauffés, ce qui reste, et voilà, ce sont les composés azotés utiles », a déclaré Shorttle.
Quelles preuves existe-t-il pour étayer cette idée ?
Les preuves à l’appui de cette théorie proviennent en partie de la présence de roches komatiitiques. La komatiite est un type de roche volcanique qui se forme lors du refroidissement d’un magma très chaud (>1 500°C).
La komatiite a été trouvée à l’origine en Afrique du Sud. Les roches remontent à environ 3,5 milliards d’années, a déclaré Shorttle. « Il est crucial que nous sachions que ces roches ne se forment qu’à des températures caniculaires, autour de 1 700°C ! Cela signifie que le magma aurait déjà été suffisamment chaud pour chauffer le goudron et créer nos nitriles utiles.
Le lien étant confirmé, les auteurs suggèrent que des composés azotés auraient été produits via cette méthode – puisque nous voyons de la komatiite, nous savons que la température du magma sur la Terre primitive devait parfois être supérieure à 1 500 °C.
Et après?
Les expériences doivent désormais tenter de recréer ces conditions en laboratoire et déterminer si l’eau, qui est inévitablement présente dans le système, absorbe les composés azotés et les décompose.
“Bien que nous ne sachions pas avec certitude si ces molécules ont commencé la vie sur Terre, nous savons que les éléments constitutifs de la vie doivent être constitués de molécules qui ont survécu dans l’eau”, a déclaré Rimmer. “Si de futures expériences montrent que tous les nitriles se désagrègent, nous devrons alors chercher une autre solution.”
Référence : « A Surface Hydrothermal Source of Nitriles and Isonitriles » par Paul B. Rimmer et Oliver Shorttle, 10 avril 2024, Vie.
DOI : 10.3390/vie14040498
L’étude a été financée par les subventions de recherche Cambridge Planetary Science et Life in the Universe.
