La quête de la vie

Sur Terre d’abord. Ailleurs peut-être ensuite...


Dans À la Une
Dossier Henri Dupuis

Un œil vers le sol, l'autre vers l'espace : paléobiologiste, géologue et astrobiologiste, Emmanuelle Javaux traque sans répit les plus anciennes traces de vie terrestre et leur évolution. Et suit de près la découverte d’exoplanètes susceptibles d’en abriter d’autres.

Son bureau est encombré de caisses d’échantillons de roches en provenance du monde entier. Pour un profane, c’est ici le royaume poussiéreux du figé, de la non-vie. Pourtant, on ne cesse d’y parler de la vie, de s’interroger à son propos. Davantage sans doute que dans bien des laboratoires de biologie ou de médecine. Car la Pr Emmanuelle Javaux, directrice du laboratoire Early Life Traces and Evolution-Astrobiology de l’ULiège, a une obsession : découvrir les plus anciennes traces de vie sur Terre et comprendre son évolution. Sur Terre d’abord car ce n’est qu’ici qu’elle a été observée. Ailleurs peut-être ensuite...

La mission semble être aussi compliquée que... la vie elle-même. Que sa définition en tout cas. Alors, la professeure s’est lancée dans une entreprise un peu folle : passer en revue des centaines d’articles scientifiques qui traitent de ces traces anciennes pour y mettre de l’ordre. Un travail salué par Nature qui l’a publié en août dernier. « Il existe beaucoup d’articles, même dans les revues les plus réputées, dans lesquels les auteurs affirment avoir trouvé des traces anciennes de vie, qui sont cependant souvent explicables par des phénomènes non biologiques », explique Emmanuelle Javaux, biologiste et geéologue. Ses recherches s’inscrivent dans une discipline générale, l’astrobiologie, soit l'étude de l’origine, de la distribution, de l’évolution et du futur de la vie dans l’univers, y compris la Terre, seul endroit où l’on est sûr de son existence. C’est pourquoi elle participe au programme belge de recherches Evolution and Tracers of Habitability on Mars and the Earth (EOS ET-HOME) aux côtés de spécialistes des météorites et de l’atmosphère et du noyau de Mars de l’ULB, UCLouvain, UGent, VUB, ORB et IASB. Un des objectifs de ce programme est de mieux comprendre les conditions d’habitabilité d’une planète rocheuse et de caractériser des biosignatures.

Que s’est-il passé sur notre Terre ? Des indices montrent qu’elle est habitable depuis 4,3 milliards d’années environ. Habitable, ce qui ne veut pas dire habitée par une quelconque forme de vie. Bref retour vers notre lointain passé.

MERVEILLEUX ZIRCONS

Ces indices d’habitabilité sont des cristaux de zircon, comme ceux découverts à Jack Hills en Australie, les plus anciens matériaux terrestres connus, datés entre 4 et 4,4 milliards d’années. Ils sont toujours présents parce qu’ils sont extrêmement durs ; ils se sont formés dans des roches qui ont disparu depuis longtemps sous le coup de l’érosion, mais certains d’entre eux ont résisté et se sont trouvés incorporés dans des roches plus jeunes. Et s’il est possible de les dater, c’est parce qu’ils contiennent des éléments radioactifs tels que l’uranium. Véritable mémoire de la Terre, ils contiennent aussi des minéraux caractéristiques de la croûte continentale terrestre. Donc, ces zircons ont été témoins de la formation des premiers fragments de continents à partir du magma. Mais ils contiennent aussi un autre indice : un peu de titane en quantité proportionnelle à leur température de cristallisation. Et la quantité retrouvée dans les zircons australiens indique une température “basse” du magma, environ 700°C, indice de la présence d’eau dans celui-ci. Par ailleurs, la signature isotopique de l’oxygène indique aussi la présence d’eau.

Les zircons nous peignent donc un tableau clair de la Terre à cette époque : de la roche contenant les éléments chimiques utilisés par la vie en contact avec de l’eau liquide. Si l’on ajoute à cela la présence d’une atmosphère, il n’est pas interdit de penser que les conditions d’apparition de la vie sont alors réunies.

« Mais on ignore si une forme de vie était présente à l’époque, enchaîne Emmanuelle Javaux. Car pour trouver des traces de vie, il faut des roches ; or on ne dispose pas de roches avant 4 milliards d’années. Plus on recule dans le temps, moins on a de roches car notre planète est très active, les plaques tectoniques entrent en collision, des montagnes se forment, puis s’érodent et disparaissent, et ainsi de suite. » Certes, les géologues ont trouvé quelques roches vieilles de 4 milliards d’années, mais elles sont rares et ont été très transformées par les événements géologiques : elles ont subi des pressions intenses, ont été traversées de fluides très chauds, se sont chargées d’éléments divers... dont de la matière organique non biologique. Nous voici au cœur de la controverse. Emmanuelle Javaux : « De présumées traces de vie très anciennes provenant de roches très transformées peuvent s’expliquer par des phénomènes non biologiques. »

ORGANIQUE N’EST PAS SYNONYME DE VIE

Tout ce qui est organique n’est en effet pas synonyme de vivant, de biologique. Est organique un composé qui contient au moins une liaison C-H (carbone-hydrogène). Les différents plastiques sont donc de la matière organique. Rien de moins vivant qu’eux cependant ! Trouver de la matière organique n’est pas difficile : elle est observée dans de nombreux objets célestes (comètes, astéroïdes) qui ont eu (et ont toujours) la fâcheuse habitude de s’abattre sur notre planète. Comment alors cerner au mieux les traces les plus anciennes de vie ? À ce propos, Emmanuelle Javaux met en avant plusieurs phénomènes auxquels il faut prendre garde et qui lui ont en quelque sorte servi de grille d’analyse pour déceler les “fausses” traces de vie parmi les publications qu’elle a passées au crible.

Le contexte géologique a toute son importance : des roches anciennes porteuses de biosignatures peuvent avoir été transformées par des processus géologiques au fil du temps et avoir en quelque sorte été “contaminées” par des formes de vie plus récentes. Il est donc essentiel de connaître les conditions de formation de ces roches et leur environnement. Ensuite, des processus non biologiques peuvent créer des structures minérales ou organiques mais non vivantes. « Je pense, explique la chercheuse, à des minéraux qui vont s’auto-assembler et former des structures complexes comme des filaments spiralés ou des petits agglomérats de boules qui ressemblent à des colonies de cellules. Et parfois de la matière biologique ou non-biologique va couvrir cela. On a donc l’impression d’être en présence d’un fossile mais ça n’en est pas un ! » Enfin, même face à des traces de vie, il est bien difficile de déterminer quel type de vie et surtout quel était son métabolisme. Dans ce cas, peut-on encore parler de vie ? « J’estime qu’il faut réunir un faisceau d’évidences, qu’il n’y a pas d’explication non biologique possible et que tout cela doit être observé à différentes échelles. »

LA QUESTION DE L’ORIGINE

JavauxEmmanuelle Soit. Mais la vie, alors ? « La vie est un phénomène naturel. On ne saura jamais quelle en est l’origine, mais on peut seulement tester des scénarios possibles », avoue la professeure. Pour le comprendre, reprenons le film des événements. À partir du moment où le refroidissement de la Terre est suffisant, il y a 4,3 milliards d’années (4,3 Ga), des petits morceaux de croûte continentale (pas encore des continents) apparaissent ainsi que des océans. Une chimie organique se met alors en place. « Vraisemblablement au fil du temps, cette chimie se complexifie jusqu’à produire des assemblages macromoléculaires qui acquièrent les propriétés inhérentes à la vie, à savoir s’auto-entretenir en transformant de la matière et de l’énergie (ce qu’on appelle un métabolisme) et la capacité de se reproduire et d’évoluer par sélection naturelle », détaille Emmanuelle Javaux.

Les preuves solides de vie les plus anciennes remontent à 3,4 Ga. Entre 4,3 Ga et 3,4 Ga, 900 millions d’années s’écoulent pendant lesquelles tout est possible. Les roches les plus anciennes (4 Ga) trouvées aujourd’hui ne portent pas de traces de vie. « Et même si on en trouve, cela donnera un âge minimum à la vie, mais cela ne signifie pas que cela s’est produit brusquement à ce moment, fournissant ainsi une “date” précise. Sans doute est-elle apparue avant car c’est un processus, pas une apparition. On passe de molécules simples à des plus complexes, puis à des cellules. C’est graduel. » Et c’est là que réside tout l’intérêt des recherches actuelles. Qu’est- ce qui est apparu en premier ? Les membranes des cellules ou le code génétique ou le métabolisme? Au fond des océans ou dans des zones émergées ? Est-ce que cela a été “rapide” ? Et en un endroit ou plusieurs simultanément ?

« Ce que l’on sait aujourd’hui, précise Emmanuelle Javaux, c’est qu’il y a un ancêtre identique. La vie actuelle est divisée en trois domaines : bactéries, archées et eucaryotes qui ont des caractéristiques communes. Elles ont permis de définir un aïeul baptisé Last Universal Common Ancestor (LUCA). Il est l’ancêtre commun le plus récent, mais n’est pas la forme de vie la plus ancienne. LUCA est déjà complexe ; il y a donc eu d’autres processus cellulaires qui sont apparus, et c’est la lignée de LUCA qui a été distinguée par la sélection naturelle et a donné naissance aux trois domaines cités. » L’origine de la vie sur Terre semble donc bel et bien perdue...

CAP SUR MARS !

A-t-on plus de chances de découvrir des origines de vie ailleurs ? Emmanuelle Javaux l’espère. Avec son collègue astrophysicien Michaël Gillon, un des découvreurs des exoplanètes du système Trappist, elle a créé au sein de l’ULiège l’unité de recherche Astrobiology pour étudier l’habitabilité de planètes autour de différents types d’étoiles et les biosignatures éventuelles qui pourraient y être détectées. Et Mars n’échappe pas à son attention. « Plusieurs d’entre nous parmi les équipes du projet EOS ET-HOME sommes impliqués dans la mission ExoMars dont l’astromobile Rosalind Franklin sera lancé en 2020. Le rover fera le même boulot que les géologues : explorer, regarder les roches, analyser leur structure et leur composition, et nous dire si elles se sont formées en présence d’eau liquide ou non. Ce qui – on l’a vu pour la Terre – est l’un des critères d’apparition possible d’une forme de vie. » Comme il n’y a pas de tectonique des plaques sur Mars, l’histoire ancienne de cette planète est préservée. On peut retrouver des roches datant du moment où Mars était habitable.

La planète rouge serait donc plus favorable que la Terre pour trouver des traces de vie anciennes ? Pas en surface, car elle n’a plus d’atmosphère et les radiations y ont détruit toute forme de vie. Mais le rover pourra prélever des échantillons de roche à deux mètres de profondeur. L’absence de tectonique des plaques a aussi un autre avantage : comparer avec la situation terrestre pour déterminer si son rôle a pu être décisif dans l’apparition de la vie. « On ignore, observe Emmanuelle Javaux, si en plus de l’eau et des roches, le mouvement des plaques (continents et océans) est nécessaire pour que la vie apparaisse et se maintienne, évolue. Sur Terre, la tectonique permet de créer des niches écologiques (montagnes, volcans, océans, etc.) et de recycler les minéraux (sources d’éléments indis- pensables à la vie) puisque les roches vont être érodées et que tout cela va être transporté dans l’océan. »

Est-ce une condition nécessaire à la vie ? Mars va peut- être livrer ses secrets et ceux de la Terre.

LE PLUS VIEIL EUCARYOTE

La vie est répartie en trois domaines : les bactéries, les archées et les eucaryotes. Ces derniers regroupent les organismes composés d’une ou de plusieurs cellules pos- sédant un noyau et des organelles. Champignons, plantes et animaux (donc nous aussi), et surtout une majorité de protistes (unicellulaires) appartiennent à cette catégorie. L’équipe d’Emmanuelle Javaux leur porte un intérêt particulier. Au printemps dernier, une autre publication dans Nature révélait qu’elle avait identifié les plus vieux fossiles de champignons. « Vieux de 900 millions à 1 milliard d’années, ils étaient enchâssés dans des schistes provenant de l’Arctique canadien, se souvient Emmanuelle Javaux. Les plus anciens fossiles de fungi étaient auparavant datés de 400 à 450 millions d’années. Nous avons donc fait reculer la date minimum d’apparition de ce groupe d’1,5 milliard d’années, et du coup aussi l’âge de l’ancêtre commun des fungi et des animaux qui sont proches dans l’évolution des eucaryotes ! »

L’équipe liégeoise ne compte pas en rester là. Elle participe en effet à des programmes de recherche au Canada, en Chine, en Afrique du Sud, en Afrique centrale et occidentale ainsi qu’en Australie afin d’essayer de trouver les plus anciens eucaryotes et retracer les causes et modalités de leur diversification. « Les plus anciens connus, découverts en Australie, remontent à 1,65 Ga. Nous aimerions comprendre quand ils sont apparus, comment ils ont évolué, quel était leur métabolisme. Ils sont plus récents que les procaryotes – bactéries et archées – mais on ne sait pas à quel point... L’hypothèse la plus acceptée est que les eucaryotes viennent d’une association entre procaryotes (une archée Asgaard et une ou plusieurs bactéries), mais comment, quand et où restent à démontrer. »

LÀ-HAUT, FENÊTRE SUR LE COSMOS
Exposition jusqu’au 30 juin à la Maison de la science, quai Van Beneden 22, 4000 Liège

Partager cet article