Est-ce à la poussière cosmique que nous devons la vie sur Terre ?

Avant que la vie n'apparaisse sur Terre, il fallait la chimie, qui formait des molécules organiques à partir des éléments chimiques que sont l'azote, le soufre, le carbone et le phosphore. Pour que les réactions chimiques correspondantes puissent démarrer et se maintenir, ces éléments étaient nécessaires en abondance - et un approvisionnement constant. Or, sur la Terre même, ces éléments étaient et sont encore rares.

En fait, les briques élémentaires de la vie étaient si rares que les réactions chimiques se seraient rapidement épuisées, si tant est qu'elles aient pu se mettre en place. Même les processus géologiques tels que l'érosion et l'altération des roches terrestres de base ne pouvaient pas assurer un approvisionnement suffisant, car la cro?te terrestre ne contenait tout simplement pas assez de ces éléments. Néanmoins, une chimie prébiotique s'est développée au cours des 500 premiers millions d'années de l'histoire de la Terre, donnant naissance à des molécules organiques telles que l'ARN, l'ADN, les acides gras ou les protéines, sur lesquelles repose toute vie.

Des ingrédients venus de l'espace ?

D'où venaient le soufre, le phosphore, l'azote et le carbone en quantité nécessaire ? Le Nomis-Fellow Craig Walton est convaincu que ces éléments sont arrivés sur Terre principalement par la poussière cosmique.

Cette poussière se forme dans l'espace, par exemple lorsque des astéro?des entrent en collision. Aujourd'hui encore, environ 30'000 tonnes de poussière tombent de l'espace sur la Terre. Dans les premiers temps de la Terre, en revanche, la pluie de poussières était bien plus importante, avec des millions de tonnes par an. Mais surtout, les particules de poussière contiennent beaucoup d'azote, de carbone, de soufre et de phosphore. Elles auraient donc le potentiel de déclencher une cascade chimique.

Cependant, le fait que la poussière se dépose de manière très dispersée et qu'elle soit présente localement en très petites quantités s'oppose à cette hypothèse. "Mais si l'on prend en compte les processus de transport, les choses sont différentes", explique Walton. Le vent, la pluie ou les fleuves collectent les poussières cosmiques à grande échelle et les déposent de manière concentrée à certains endroits.

Un nouveau modèle pour répondre à la question

Afin de déterminer si la poussière cosmique pourrait être une aide au démarrage et une source de (réactions de) chimie prébiotique, Walton a développé un modèle en collaboration avec des collègues de l'Université de Cambridge (Royaume-Uni).

Les chercheurs ont ainsi simulé la quantité de poussière cosmique qui s'est abattue sur la Terre au cours des 500 premiers millions d'années de son histoire et les endroits où elle a pu s'accumuler à la surface de la Terre. L'étude vient d'être publiée dans la revue spécialisée Nature Astronomy.

Le modèle a été élaboré en collaboration avec des experts en sédimentation et des astrophysiciens de l'Université de Cambridge. Les chercheurs britanniques sont spécialisés dans la simulation de systèmes planétaires et d'astéro?des.

Les simulations montrent qu'il aurait pu y avoir sur la Terre primitive des endroits avec une concentration extrêmement élevée de poussières cosmiques. Et que des recharges venaient en permanence de l'espace. Cependant, la pluie de poussières a rapidement et fortement diminué après la formation de la Terre : après 500 millions d'années, le flux de poussières était d'un ordre de grandeur inférieur à celui de l'année zéro. Les chercheurs attribuent les fluctuations occasionnelles vers le haut à des astéro?des qui se sont désintégrés et ont envoyé une tra?née de poussière vers la Terre.

Les trous de fusion sur les calottes glaciaires comme capteurs de poussière

La plupart des scientifiques, mais aussi des profanes, pensent que la Terre a été recouverte d'un océan de magma pendant des millions d'années, ce qui aurait empêché le transport et le dép?t de poussières cosmiques pendant longtemps. "Des recherches récentes ont toutefois mis en évidence des éléments indiquant que la surface de la Terre s'est refroidie et solidifiée très rapidement et que de grandes calottes glaciaires se sont formées", explique Walton.

Selon les simulations, ces calottes glaciaires pourraient avoir été le meilleur environnement pour l'accumulation de poussières cosmiques. Dans ce que l'on appelle les trous de cryoconite - des trous de fusion à la surface des glaciers - se sont accumulés non seulement des sédiments, mais aussi les grains de poussière venus de l'espace.

Avec le temps, les éléments correspondants se sont détachés des particules de poussière. Dès que leur concentration dans l'eau des glaciers a atteint un seuil critique, des réactions chimiques se sont déclenchées d'elles-mêmes, conduisant à la formation des molécules organiques à l'origine de la vie.

Il est tout à fait possible que des processus chimiques se mettent en place même à des températures glaciales, comme celles qui règnent dans les trous de fusion : "Le froid ne nuit pas à la chimie organique, au contraire, les réactions se déroulent de manière plus sélective et spécifique à basse température qu'à haute température", explique Walton. D'autres chercheurs ont montré en laboratoire qu'à des températures proches du point de congélation, des acides ribonucléiques (ARN) circulaires simples se forment spontanément dans de telles soupes primaires d'eau de fonte et s'auto-répliquent. Un point faible de l'argumentation pourrait être le fait qu'à basse température, les éléments nécessaires à la construction des molécules organiques ne se détachent que très lentement des particules de poussière.

Lancer le débat sur l'origine de la vie

La théorie défendue par le Nomis-Fellow ne fait pas l'unanimité dans la communauté scientifique. "Cette étude va certainement déclencher un débat scientifique controversé", estime Walton. "Et elle fera na?tre de nouvelles idées sur l'origine de la vie".

Aux 18e et 19e siècles déjà, les scientifiques étaient convaincus que les météorites avaient apporté sur Terre les "éléments de la vie", comme les appelle Walton. En effet, les chercheurs trouvaient déjà à l'époque les éléments de la vie en grande quantité dans des morceaux de roches venus de l'espace, mais pas dans les roches de base de la Terre. "Mais depuis, presque personne ne s'est penché sur l'idée qu'une chimie prébiotique s'est mise en route principalement gr?ce à l'apport de météorites", explique le géologue.

"L'idée de la météorite semble intéressante, mais il y a un hic", explique Walton. Une seule météorite ne fournit ces substances que dans un environnement limité. L'endroit où elle s'écrase est aléatoire et l'approvisionnement ultérieur n'est pas garanti. "Je pense qu'il est peu probable que l'origine de la vie dépende de quelques morceaux de roche dispersés loin et au hasard", dit-il. "En revanche, la poussière cosmique enrichie me semble être une source plausible".

Dans une prochaine étape, il veut vérifier sa théorie de manière expérimentale. En laboratoire, il recréera dans de grands récipients de réaction les conditions qui auraient pu prévaloir dans les trous de fusion primitifs, ajustera les conditions initiales telles qu'elles se sont probablement produites il y a quatre milliards d'années dans un trou de cryoconite - et attendra ensuite de voir si des réactions chimiques se développent pour produire des molécules biologiquement pertinentes.

page externeCraig Walton est depuis septembre 2023 à l Centre pour l'origine et la prévalence de la vie (COPL)) de l'ETH Zurich. Il travaille dans le groupe de Maria Sch?nb?chler, professeure à l'Institut de géochimie et de pétrologie au Département des sciences de la Terre de l'ETH.