Le système solaire contient-il plusieurs mondes
susceptibles d’abriter une vie bactérienne ou sub -
bactérienne ?
Septembre
2001
Au cours de la seconde moitié du vingtième siècle,
l’exploration spatiale des planètes et satellites
principaux de notre système solaire a montré qu’il
n’existait pas au sein de celui-ci d’autres planètes que la
Terre susceptible d’abriter des êtres vivants
pluricellulaires facilement détectables. Cependant, on ne
peut exclure que des bactéries ou des nanobactéries soient
capables de subsister, voire de se développer, dans des
environnements planétaires variés.
La plupart des auteurs qui ont écrit sur la vie dans le
système solaire partent des conditions physiques actuelles
des surfaces planétaires pour démontrer, généralement, que
toute vie y est impossible. C’est, selon moi, une démarche
erronée: nous ne devons pas considérer les divers mondes du
système solaire tels qu’ils sont actuellement, mais tels
qu’ils étaient à l’époque de l’émergence de la vie sur
Terre, c’est à dire il y a 4 milliards d’années environ. Le
système solaire prend alors un tout autre visage: il est
parcouru de nombreux noyaux cométaires et d’astéroïdes,
dont certains arrachés aux planètes telluriques. Les
collisions y sont fréquentes, les atmosphères des planètes
sont encore en cours de formation et différent fortement de
celles que nous connaissons, le rayonnement solaire
lui-même est moins intense. Notre propre planète tourne sur
elle-même en 20 heures seulement, et elle est accompagnée
d’une Lune beaucoup plus proche qu’actuellement.
Mercure, un monde désolé
Cette petite planète si proche du soleil s’est trouvée, dès
l’origine, dans des conditions de température (400 °C côté
jour, et -180°C côté nuit) et de pression telles qu’aucune
vie n’a pu de développer à sa surface (1). La survie
d’organismes exogènes serait pour le moins problématique
sur cette planète inondée par le rayonnement solaire et qui
n’a jamais connu d’atmosphère du fait de sa faible masse.
L’activité géologique de Mercure s’est limitée à des
milliers de chocs météoritiques au début de son histoire,
dont certains majeurs. Il se pourrait que les zones
polaires de cette planète, toujours dans l’ombre, aient
conservé des glaces d’origine cométaire ou endogène datant
de cette époque (2), et dont la composition serait
extrêmement instructive quant au début de l’histoire du
système solaire.
Vénus,
du paradis à l’enfer
Au début de son histoire, Vénus était, comme la Terre,
nantie d’une atmosphère contenant eau et dioxyde de carbone
en quantité (3). Cette planète a subi un important
bombardement météoritique, et peut être de l’eau liquide a
t’elle coulée à sa surface où un volcanisme très actif
s’est développé. Nul doute que le processus qui, sur Terre,
a conduit à la vie, a commencé de s’enclencher, mais il
allait être rapidement contrarié par l’intense effet de
serre causé par la proximité de la planète avec le soleil:
contrairement à la Terre, l’eau de Vénus s’est retrouvée
sous forme de vapeur, aggravant fortement l’effet de serre
et empêchant la fixation du dioxyde de soufre volcanique et
du CO2 atmosphérique sous forme solide. La pression et la
température de surface de la planète sont allées croissant
jusqu’à transformer celle-ci en une véritable cocotte
minute à 500 °C et 90 atmosphères de pression! Cette
chaleur a permis la fuite et la décomposition des molécules
d’eau, élément aujourd'hui absent de l’atmosphère
vénusienne, enfer surchauffé traversé par des brouillards
d’acide sulfurique...
Des organismes vénusiens ont-ils pu survivre à ce
processus? Des micro-organismes auraient pu survivre en
s’enfonçant à plusieurs km sous la surface de la planète,
mais la perte de toute source d’eau liquide a dû stopper
leur développement de façon très rapide... si tant est que
celui-ci ait eu le temps de débuter! Quant à l’apport
d’organismes exogènes, force est de constater qu’une
épaisse atmosphère augmente l’échauffement des météores, et
la température au sol laisse peu de chance à d‘éventuels
micro-organismes voyageurs.
Notre Terre, une énigme
Voilà bien la seule planète pour laquelle la présence de
vie ne fait aucun doute! Quant à son origine, c’est une
autre histoire. Comme je l’ai souligné, la plupart des
scénarios d’apparition de la vie font appel à un
environnement calme. Or, les découvertes récentes n’ont de
cesse de reculer l’âge de l’apparition des premières formes
vivantes sur notre planète, et de le faire coïncider avec
une époque où les conditions physico-chimiques et
l’environnement ne ressemblaient en rien à ce que l’on
croyait il y a encore quelques années (4). La seule
explication valable à cette énigme est de supposer qu’un
grand nombre d’éléments “prébiotiques” ont été apportés sur
Terre où a seulement eu lieu, de façon rapide, l’assemblage
des constituants. Bien sûr, les avis différent sur le degré
de complexité des “éléments prébiotiques” d’origine
exogène, lesquels peuvent varier de la simple molécule
carbonée au micro-organisme fonctionnel apparu ailleurs
dans l’univers.
Mars,
une planète sœur ?
Il ne fait guère de doute que Mars ait eu, au début se son
histoire, un climat chaud et humide, favorable à
l'apparition de la vie (5). En effet, de nombreuses
structures géologiques martiennes sont dues à l'action de
l'eau liquide (6). Les mesures réalisées par la sonde Mars
Global Surveyor montrent qu'il a probablement existé,voici
3,8 milliards d'années environ, un océan dans l'hémisphère
nord de cette planète (7).
Des modifications actuelles du relief martien, repérées par
cette même sonde, semblent bien être dues à la présence
d'eau liquide sur Mars sous la forme de terrains humides ou
de résurgences extrêmement passagères. Cela confirme la
présence de grande quantité d'eau sur cette planète (8).
Récemment, des formations géologiques analogues à des
roches sédimentaires ont été observées (9) en plusieurs
régions de la planète (Candor chasma, Hellas, terra
meridiani, Arabia terra, sud du cratère Holden), ce qui
suggère fortement que Mars a été pendant assez longtemps
riche en lacs et mers peu profonds, et qu'un cycle de l'eau
a pu s'y développer. La vie a donc pu se développer sur
Mars, comme elle le faisait sur Terre à la même époque. Il
est même possible que les conditions d’apparition et de
développement de la vie aient été plus favorables sur Mars
que sur la Terre!
Cependant, l'eau n'a sans doute pas été présente assez
longtemps pour permettre le développement de formes de vies
pluricellulaires: seules des traces de vie microbiennes
sont sans doute décelables sur Mars. L’atmosphère de la
planète s’est asséchée assez rapidement: au début de son
histoire, elle contenait beaucoup de CO2 et H2O, gaz
générant un effet de serre important réchauffant la
planète. Malgré un volcanisme intense, la faible masse de
la planète ne lui a pas permis de maintenir un apport de
CO2 suffisant. Une partie de ce gaz a sans doute été fixée
sous forme de carbonates solides, comme sur Terre, mais la
chute de la pression atmosphérique a fini par interdire la
présence d’eau liquide. L’eau de Mars s’est donc retrouvée
piégée sous forme solide, formant des argiles ou gelant
dans le sous-sol, constituant ce que l’on appelle sur Terre
un pergélisol (3).
Il n'est pas impossible que pour échapper à l'assèchement
progressif de leur milieu, les "martiens" se soient
enfoncés sous la surface de la planète. Il est fort
possible que des organismes extraterrestres soient encore
vivants, profondément enfouis dans le sol martien. Sur
Terre, plusieurs milliers de bactéries souterraines ont été
isolées et identifiées. La vie microbienne profonde
existant sur notre planète, elle est donc possible
également sur Mars (et ce d'autant plus que la température
interne de cette planète, et donc son échauffement en
fonction de la profondeur, est plus faible que sur Terre).
La récente découverte des nanobes donne encore plus de
poids à cette idée d'une vie "intramartienne "
En définitive, seule une mission sur Mars avec prélèvement
d'échantillons profonds pourra lever le doute. La mission
Mars Sample Return prévoit un retour d'échantillon en 2008,
mais le prélèvement ne sera pas assez profond. (Il faudrait
forer à plus de 10 m pour dépasser la limite de diffusion
des peroxydes d'hydrogène (10) qui détruisent la matière
organique). Pour en savoir plus, il faudra une mission plus
ambitieuse, permettant le retour d’échantillons profonds
dans des conditions telles que toute contamination
éventuelle par des organismes terrestres, que ne manqueront
pas de soulever les thuriféraires de “l’exception
terrestre”, soit impossible (et ce d’autant plus qu’il est
très probable que les micro-organismes terrestres et
martiens soit voisins de par une origine commune...).
Les
astéroïdes, la vie en conserve ?
Les astéroïdes sont de petits corps, dont la plupart ont
une taille inférieure à celle d’une noix, qui gravitent
dans divers lieux du système solaire. La majorité d’entre
eux se trouvent entre mars et jupiter, mais d’autres
accompagnent cette planète sur son orbite, constituent les
anneaux des planètes géantes ou bien peuplent les régions
les plus externes du système solaire, bien au-delà de
l’orbite de Pluton.
En quoi ces rocailles peuvent-elles présenter un intérêt
pour l’exobiologie ? Tout simplement parce que certaines
d’entre elles proviennent de la surface de planètes
telluriques comme la Terre ou Mars, et ont été expulsées de
ces planètes à l’époque où s’y développait la vie (11).
Certains petits astéroïdes pourraient donc bien contenir
des micro-organismes “dormants” et les balader à travers le
système solaire. Si actuellement, cette éventuelle présence
de formes de vies anciennes “congelées” offre un intérêt
limité, il n’en a pas été de même au début de l’histoire du
système solaire où les astéroïdes, bien plus nombreux et
plus mobiles, ont pu transporter des micro-organismes entre
tous les mondes du système solaire et même au delà!
L’atmosphère
jovienne, un bouillon de culture ?
L'atmosphère des planètes joviennes contient, outre
hydrogène et hélium, de nombreux composés organiques comme
le méthane ou le benzène, ainsi que des molécules azotées
comme l’ammoniac (12). Il existe cependant des différences
marquées entre les atmosphères des 4 planètes géantes, dont
les plus lointaines sont encore mal connues. Je me
limiterai donc volontairement au cas de jupiter, qui peut
s’extrapoler à celui de Saturne.
Nous savons que de nombreux éclairs extrêmement puissants
se manifestent sur Jupiter et peuvent fournir assez
d'énergie pour des réactions chimiques entre les composants
atmosphériques. En profondeur, l’atmosphère jovienne
contient sans doute des gouttelettes d'eau en suspension
dans un mélange de gaz. Ce point est cependant sujet à
discussion: alors que certains auteurs (3,13) sont
favorables à l’existence d’un brouillard d’eau profond,
d’autres spécialistes (14) pensent que l’eau liquide est
absente de cette atmosphère.
Cependant, force est de constater que l’atmosphère jovienne
correspond à celle utilisée dans les premières expériences
ayant montré comment des molécules prébiotiques pouvaient
être synthétisées. Rien n'empêche à mon sens le
développement de formes de vies microscopiques, voire
macroscopiques et "flottantes" au sein de cet océan
suspendu.
La découverte des nanobes capables de résister à de fortes
pressions et températures confirme le bien-fondé de cette
hypothèse. De plus, de récents résultats mettent en
évidence l'existence de bactéries se développant dans
l'atmosphère terrestre et jouant peut-être un rôle
climatique. Une atmosphère peut donc fort bien être le
milieu de vie de bactéries (15). Dès lors, l'atmosphère
jovienne, planète qui a dû intercepter nombre de météorites
éventuellement porteuses de micro-organismes, doit être
considérée comme l'un des sites du système solaire ou la
vie microbienne est des plus probable. Il convient donc
d'étudier au plus près la composition et la dynamique des
couches profondes de l'atmosphère jovienne pour rechercher
des éléments de confirmation à l'hypothèse d'une vie
bactérienne sur jupiter, qui pourrait expliciter par
exemple l’origine des composés colorés (rouge, bleus...) de
son atmosphère, qui reste à ce jour de nature inconnue.
Titan
Titan est le plus gros satellite de Saturne. Il possède une
épaisse atmosphère contenant des molécules organiques
(hydrocarbures et nitriles) qui retombent en pluie vers sa
surface, comportant probablement des "continents" et des
océans d'hydrocarbures. En 1992, une reconstitution de
l'atmosphère de titan exposée aux rayonnements U.V.
solaires et à ceux résultant de la magnétosphère de saturne
a montré la formation d'un solide organique sombre, nommée
tholine, présentant les caractéristiques de la brume
environnant ce satellite (16). Les mesures de densité de
Titan ont montré qu'il contient, comme les autres
satellites de saturne, de la glace en quantité. Si la
pression à la surface est voisine de la pression
atmosphérique terrestre, la température de surface est
faible (- 180°C) mais on peut calculer que l'énergie
libérée par les impacts météoritiques a dû liquéfier
transitoirement une grande proportion de la surface du
satellite. La tholine, au contact de l'eau, aboutit à la
formation d'acides aminés, d'hydrocarbures polycycliques et
de quelques bases nucléotidiques, dont l'adénine, qui peut
également se former dans l'atmosphère. Il n'est pas
impossible que des formes de vie se soient développées dans
l'intérieur chaud du satellite, voire sous des formes
radicalement différentes de la nôtre (qui ne seraient donc
pas basées sur l'eau).
Il faut noter que l'on connaît sur Terre des écosystèmes
complets, basés sur le méthane, à faible température.
Ainsi, des bactéries chimio-lithotrophes utilisant le
méthane vivent en symbiose avec certains vers dans des
gisements sous marins d'hydrates de méthane à des
températures voisines de 0°C et sous forte pression (17).
La sonde Cassini, lancée en octobre 1997, doit atteindre
prochainement (en 2004) cet astre, et y expédier un module
d’exploration (Huygens). La surface de Titan sera
cartographiée par un altimètre radar et la magnétosphère de
Saturne sera plus particulièrement étudiée pendant les 4
ans que durera l'activité de cette sonde. Sur Titan même,
les dernières observations (18) font état d'une dynamique
atmosphérique: si le méthane n'était pas renouvelé
constamment, le rayonnement solaire l'aurait détruit depuis
longtemps! Pour expliquer ce fait, R. Courtin suppose une
saturation de la basse atmosphère en méthane d'origine
minérale, alors que d'autres considèrent l'atmosphère de
Titan comme étant trop instable pour un tel mécanisme.
Pourquoi ne pas envisager une origine biologique pour ce
méthane, qui proviendrait de micro-organismes se
développant au niveau de zones à haute température tirant
leur origine de l'activité volcanique ou des effets de
marée engendrés par Saturne. La découverte d'un "continent"
sur Titan accrédite cette idée de zone chaudes... Rendez
vous en 2004!
Europe
et Ganymède, des océans enfouis ?
Europe est l'un des nombreux satellites de Jupiter. Sa
surface est recouverte de glace. Plusieurs observations
prenant en compte des modifications de sa surface, les
stries qu’elle présente, la forme des cratères et la
présence d’un champ magnétique sont compatibles avec
l’existence d’une croûte de glace de quelques km
d'épaisseur flottant sur un océan d'eau liquide,
probablement salée, profond de plusieurs centaines de km
(12, 19). L’intérieur du satellite est en effet réchauffé
par les effets de marée due à la proximité de Jupiter.
Une chimie prébiotique a pu se développer au fond de cet
océan enfoui pour donner des formes de vies qui pourraient
ressembler aux Riftia, ces vers géants qui vivent près des
sources hydrothermales, au fond des océans terrestres, sans
lumière ni nourriture organique. Un écosystème complet
comportant à sa base des micro-organismes utilisant
l’énergie chimique des minéraux profonds est une
possibilité parfaitement envisageable. Cependant, si un
apport exogène de matériaux prébiotique est indispensable
au développement de la vie, il se pourrait que la carapace
de glace qui recouvre ce satellite ait empêché sa
contamination. Toutefois, il faudrait pour cela qu’elle ait
été toujours présente et ait conservé son intégrité:
l’absence d’impacts majeurs prêche au contraire pour un
renouvellement “rapide” de la surface, et donc pour
l’existence d’une communication possible entre les
matériaux de surface et l’océan profond.
La présence d’eau liquide profonde est également
soupçonnée, quoique sous une “banquise” bien plus épaisse,
pour les autres satellites galiléens Ganymède et Callisto.
Sur notre planète, un lac enfouit géant d’eau douce
(Vostok) contenant des populations bactériennes isolées de
la surface par 3600m de glace, a été repéré en antarctique
(20), et son étude, prélude à celle de l’océan d’Europe, ne
fait que commencer.
Les
comètes, des porteuses de vie ?
Les comètes contiennent de nombreuses substances
organiques, et leurs passages répétés près du soleil leur
fournissent une source d'énergie. Cependant, il est peu
probable que la vie ait pu s'y développer, car leur surface
est très instable, et les modifications des conditions
physiques y sont très rapides. Elles peuvent avoir été une
source d'eau et de molécules organiques pour la Terre et
les autres planètes du système solaire. Balayant dans leurs
larges orbites de vastes portions du système solaire, elles
ont dû collecter des poussières provenant à la fois du
lointain milieu interstellaire et de l’environnement proche
des différentes planètes. Entrant fréquemment en collision
avec des mondes variés, elles ont pu, il y a 4 milliards
d’années, jouer un rôle considérable dans le développement
et le transport des diverses formes de vie.
Autant il serait ridicule de vouloir peupler le moindre astéroïde de microbes improbables, autant il serait péremptoire de nier la possibilité que des micro-organismes d’origine variés se soient largement répandus dans le système solaire et au-delà, donnant une base commune au phénomène vivant. On ne peut plus considérer sérieusement, à l’heure actuelle, que les planètes du système solaire aient toujours été biologiquement isolées. La seule façon d’acquérir des certitudes sur ces sujets est d'y aller voir, nous même ou, plus probablement et plus économiquement, par robots interposés, et de ramener des échantillons sur Terre pour les étudier à loisir.
Des missions spatiales avec retour d'échantillons planétaires et cométaires sont programmées pour les 20 années à venir par la NASA et l'ESA. Le siècle à venir, espérons-nous, sera celui ou la généralité du phénomène vivant apparaîtra dans toute son ampleur.
Références
1 Mercure, la planète oubliée, R. Nelson. Les terres célestes - dossier Pour la Science 04/ 1999
2 The new solar system, JK. Beatty et A. Chaikin. Cambridge university press, 1990
3 Atmosphères planétaires - origine et évolution. T. Encrenaz. Belin-CNRS edition, 2000
4 Annihilation of ecosystems by large asteroid impacts on the early Earth. Sleep N.H., Zahnle K.J., Kasting J.F., Morowitz H.J. Nature 1989, 384: 139-142.
5 Kargel & al. Pour la Science - 01/1997 - 36-44
6 Baker & al. Nature 352 - 15/08/1991 - 589-594
7 Sur les sommets de Mars. P. Henarejos. Science & vie 984 (09/1999) - 60-65
8 Evidence for recent groundwater seepage and surface runoff on Mars. M.C. Malin, K.S. Edgett. Science 288 - 2330-2335
9 Sedimentary Mars http://science.nasa.gov/headlines/y2000/ast04dec_2.htm
10 Kerr. Science 282 - 1398 - 1998
11 Collisions dans le systéme solaire. P.Bendjoya - ed Belin, 1998
12 Jupiter et ses satellites vus par Galileo - P. Drossart. Pour la science HS les terres célestes , avril 1999
13 Introduction to planetary atmospheres. Retherford K. site web.
14 Meeting de l'ESA de Frascati (Rome), P. Cosmovici, mai 2001
15 Life in the cloud. Sattler B. reporté par Marchant J. New Scientist magazine, 26 /08/ 2000
16 Titan: a laboratory for prebiological organic chemistry. Sagan C., Reid Thomson W., Khare B.N. Account of chemical research 7, vol 25, juillet 1992
17 Le méthane dans les océans. Suess E, Bohrmann G, Greinert J, Lausch E. Pour la Science 264, 80-89, Octobre 1999
18 Griffith C. - Pour la science 278, 12/2000 p 15
19 L'océan caché d'Europe. Pappalardo R., Head J., Greeley R. Pour la Science 268 (02/2000), 44-53
20 Un lac oublié par le temps. Carsey F., Horvath J. Pour la Science 268, 02/2000, 51