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    Science

    Un constituant de la vie détecté dans une comète

    Nuage moléculaire dans lequel se développent les glaces cométaires sur lesquelles pourront se former des molécules de sucre, telles que le ribose, qui forme le « squelette » de l’acide ribonucléique (ARN), considéré comme le matériel génétique des premiers organismes vivants.
    Photo: Hubble Heritage Team (STSCI/AURA) Nuage moléculaire dans lequel se développent les glaces cométaires sur lesquelles pourront se former des molécules de sucre, telles que le ribose, qui forme le « squelette » de l’acide ribonucléique (ARN), considéré comme le matériel génétique des premiers organismes vivants.

    Où et comment la vie a-t-elle pu émerger ? Selon certains chercheurs, les molécules nécessaires à créer la vie se seraient formées dans l’espace, plus précisément sur des comètes, qui en s’échouant sur notre planète y auraient du coup répandu ces précieux ingrédients de base. Une équipe française vient d’ajouter un nouvel argument en faveur de cette hypothèse en découvrant dans une comète produite en laboratoire la présence de ribose, un des trois constituants du matériel génétique des organismes vivants.


    Dans un premier temps, des chercheurs de l’Institut d’astrophysique spatiale du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) et de l’Université Paris-Sud ont créé une comète artificielle. Pour ce faire, ils ont introduit dans une chambre sous vide et maintenue à –200 °C des grains de poussière composés de silicate ou de carbone, ainsi que des molécules d’eau, d’ammoniac (NH3) et de méthanol (CH3OH), trois composés très abondants dans l’espace. Ils ont ensuite soumis cette mixture à un rayonnement ultraviolet comme il en existe dans les nébuleuses où se forment les glaces des comètes. Puis, ils ont réchauffé l’échantillon jusqu’à la température ambiante, simulant ainsi le moment où la comète s’approche du Soleil.

     

    « Toutes les conditions que nous avons réunies pour créer une comète artificielle étaient très réalistes et représentatives de celles que l’on trouve dans l’espace interstellaire ainsi que dans les nuages moléculaires, à partir desquelles se forment les planètes », précise Cornelia Meinert, chargée de recherche à l’Université de Nice Sophia Antipolis. « Les poussières viennent des étoiles qui, en mourant, éjectent tous leurs matériaux dans l’espace. Et comme il fait très froid dans l’espace, les molécules gazeuses présentes dans l’espace se condensent sur les poussières, comme elles le feraient sur une fenêtre froide. Un manteau de glace contenant ces molécules se forme ainsi sur les poussières. »

     

    L’irradiation de ce manteau de glace avec des ultraviolets contribue à casser certaines liaisons chimiques des molécules de méthanol, d’ammoniac et d’eau, et à les transformer en « radicaux qui sont très réactifs » parce qu’ils possèdent un ou des électrons non appariés. « Si ces grains de poussière enrobés de glace se retrouvent ensuite dans des endroits de l’espace où les températures sont plus élevées, l’échauffement va permettre aux radicaux de bouger et de réagir avec leurs voisins. C’est ainsi que se forment des molécules plus complexes », explique l’astrochimiste.

    Photo: Uwe Meierhenrich Appareil ayant permis de reproduire les conditions de l’espace interstellaire — incluant une chambre à vide, une température de –200° C et un rayonnement ultraviolet — et dans lequel ont été introduites des molécules d’eau, de méthanol et d’ammoniac, qui ont formé des glaces cométaires contenant les éléments de base pour l’émergence de la vie, soient des acides aminés et du ribose, le sucre entrant dans la composition de la macromolécule d’ARN.
     

    Les matériaux ainsi obtenus, que la chercheuse définit comme des « matériaux précométaires », qui dans l’espace s’agglomèrent pour former une comète, ont ensuite été analysés par l’équipe de Cornelia Meinert et d’Uwe Meierhenrich de l’Institut de chimie de Nice, grâce à une méthode d’analyse unique au monde, la chromatographie multidimensionnelle en phase gazeuse, couplée à la spectrographie de masse à temps de vol, que ces chercheurs ont mise au point et qui permet de déceler dix fois plus de molécules différentes dans un échantillon complexe que les méthodes traditionnelles.

     

    L’analyse des glaces interstellaires produites en laboratoire a révélé la présence de différents sucres, dont le ribose, qui est l’un des trois constituants clés de l’ARN, l’acide ribonucléique, qui est « considéré comme le matériel génétique des premiers organismes vivants ». « L’ADN renferme le code génétique de tous les êtres vivants. Mais selon une thèse bien établie, il serait le résultat de l’évolution d’une forme plus primitive de matériel génétique qu’est l’ARN, qui a jadis dominé le monde », écrivent les auteurs de la découverte dans la revue Science. « Et même l’ARN n’a pas été le tout premier matériel génétique, l’ARN a été précédé par une autre macromolécule semblable, mais dans laquelle le ribose, un sucre à cinq atomes de carbone, était peut-être remplacé par le thréose, un sucre à quatre atomes de carbone, que nous avons aussi décelé dans notre échantillon de glace », ajoute Mme Meinert.

     

    « Par un processus abiotique, nous avons créé toutes les molécules qui sont pour le moment considérées comme importantes pour l’origine de la vie », poursuit la chercheuse. Dans une étude précédente publiée en 2012, la même équipe de chercheurs avait en effet annoncé avoir détecté la présence de différents acides aminés dans leurs glaces précométaires artificielles.

     

    De plus, des acides aminés et des bases nucléiques ont aussi été détectés dans des météorites, ces fragments d’astéroïde ou de météorite tombés sur la Terre. Mais « personne n’avait encore pu observer la présence de sucres, parce que la chimie des sucres est très complexe. Or, avec notre technique, il sera désormais possible de rechercher des sucres, dont le ribose, dans les météorites tombées sur Terre, mais aussi dans les comètes et les astéroïdes lors des prochaines missions spatiales », souligne Mme Meinert, qui espère maintenant trouver des riboses in situ, dans des échantillons extraterrestres, comme les comètes que visiteront de futures sondes spatiales.

     

    « L’expérience de Miller et Urey en 1953 avait permis de produire des molécules organiques, dont des bases et des acides aminés, à partir d’un mélange de méthane, d’ammoniac, d’hydrogène et d’eau soumis à des décharges électriques, rappelle Robert Lamontagne, professeur d’astrobiologie à l’Université de Montréal. Mais les acides aminés sont des molécules assez simples, alors que les riboses sont beaucoup plus difficiles à fabriquer. Cette découverte est vraiment encourageante, car des acides aminés seuls n’étaient pas suffisants pour dire que la vie a pu se constituer. Il faut la recette qui permet de sélectionner et d’assembler les bons acides aminés pour fabriquer les protéines qui composent le vivant. Or, c’est l’ARN et l’ADN qui contiennent cette recette. Et la molécule d’ARN est fabriquée entre autres avec des riboses, qui forment le rail avec ses traverses [ou, en d’autres termes, la colonne vertébrale] du polymère. Nous détenons désormais un morceau additionnel du casse-tête. »

     

    Les résultats obtenus par les chercheurs de l’Institut de chimie de Nice suggèrent donc que « toutes les molécules nécessaires pour créer la vie se seraient formées dans l’espace interstellaire, vraisemblablement sur des comètes, avant d’atteindre la Terre lors de la chute de météorites qui en contenaient ». « De plus, si toutes ces molécules sont présentes dans l’espace, il est donc possible qu’il y ait de la vie sur d’autres planètes, car le processus abiotique que nous avons simulé en laboratoire peut avoir eu lieu partout dans l’Univers », souligne Mme Meinert, avant de rappeler que son équipe n’a créé que les briques « d’une chimie prébiotique, qui mène à l’émergence de la vie, mais qui la précède. Ce n’est pas encore la vie. Ce sera encore complexe avant d’y arriver, car on ne sait pas comment la suite s’est passée », dit-elle.


    Exempt de contamination Pour s’assurer que les riboses qu’ils ont détectés dans leurs échantillons de glaces cométaires résultaient bien du processus abiotique et non de l’ARN des expérimentateurs qui les ont manipulés, les chercheurs de l’Institut de chimie de Nice ont utilisé comme ingrédient de base du méthanol contenant un isotope de carbone au lieu du carbone 12 qu’il contient normalement. « Les cinq carbones du ribose que l’on a trouvé dans notre système étaient du carbone 13, alors que si ce ribose avait été d’origine biologique, il aurait été composé d’atomes de carbone 12. Nous avons ainsi été certains que tous nos produits ne résultaient pas d’une contamination, mais bien du méthanol de notre système », explique Cornelia Meinert.
    Nuage moléculaire dans lequel se développent les glaces cométaires sur lesquelles pourront se former des molécules de sucre, telles que le ribose, qui forme le « squelette » de l’acide ribonucléique (ARN), considéré comme le matériel génétique des premiers organismes vivants. Appareil ayant permis de reproduire les conditions de l’espace interstellaire — incluant une chambre à vide, une température de –200° C et un rayonnement ultraviolet — et dans lequel ont été introduites des molécules d’eau, de méthanol et d’ammoniac, qui ont formé des glaces cométaires contenant les éléments de base pour l’émergence de la vie, soient des acides aminés et du ribose, le sucre entrant dans la composition de la macromolécule d’ARN.












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