Une nouvelle méthode peut aider à identifier des signes de vie sur les lunes glacées du Système solaire

Des missions futures pourront collecter des échantillons d'environnements susceptibles d'abriter la vie, comme Encelade, l'une des lunes de Saturne : l'orientation spatiale des molécules et la diversité entre formes simples et complexes figurent parmi les indices possibles les plus faciles à obtenir. https://www.terra.com.br/noticias/cientistas-propoem-metodo-da-ecologia-para-saber-se-luas-geladas-do-sistema-solar-podem-abrigar-vida,a55db6fb5b96f56aa190b87cbf141ac142zzo289.html?utm_source=clipboard Jason Major, Cassini spacecraft/Flickr, CC BY-NC-SA De nouveaux observatoires et missions spatiales enquêtent sur des environnements de notre Système solaire qui pourraient abriter la vie, mais qui sont restés cachés pendant longtemps.

Des lunes glacées comme Encelade, autour de Saturne, et Europe, autour de Jupiter, possèdent probablement de grands océans sous leurs croûtes externes gelées. Mais d'épaisses couches de glace empêchent les sondes spatiales de collecter des échantillons directement.

Explorer ces lunes glacées est presque un travail de police scientifique : leurs surfaces conservent un enregistrement partiel des intérieurs inaccessibles. Ainsi, les scientifiques ont besoin d'outils qui les aident à découvrir s'il existe des indices de vie dans les environnements en dessous, sans les observer directement. Je suis un scientifique planétaire, et mes collègues et moi avons développé un outil qui peut aider à évaluer si un environnement possède les conditions adéquates pour la vie sur la base des modèles des types de molécules trouvées dans un échantillon. Empreintes digitales de la vie La recherche de la vie commence généralement par des molécules organiques : les molécules à base de carbone à partir desquelles la vie sur Terre est construite.

Deux familles de molécules particulièrement importantes sont les acides aminés, que les cellules utilisent pour construire des protéines, et les acides gras, qui aident à former les membranes cellulaires. Maintenant sur g1 Mais ces molécules ne sont pas exclusives à la vie – elles peuvent aussi se former par le biais de processus chimiques non biologiques, ou abiotiques.

Les scientifiques les ont déjà détectées auparavant sur des astéroïdes et des météorites.

Comme la détection d'acides aminés ou d'acides gras dans un environnement planétaire n'indique pas en soi aux chercheurs s'ils sont produits par la vie ou par des processus non biologiques, ils doivent chercher des preuves supplémentaires. Un indice est l'orientation spatiale de la molécule, ou sa « chiralité ».

Certains acides aminés se présentent sous deux formes en miroir. Les processus non biologiques produisent souvent les deux formes en quantités similaires, tandis que la vie sur Terre utilise presque exclusivement les formes gauches.

Un fort excès d'une forme peut indiquer la présence de vie. Un autre indice se trouve dans l'équilibre entre les formes les plus lourdes et les plus légères, les soi-disant isotopes, du même élément chimique à l'intérieur des molécules. Normalement, la vie préfère utiliser les formes les plus légères. Les deux indices sont des indicateurs puissants, mais difficiles à mesurer dans l'espace.

Ils exigent des instruments sensibles, des échantillons propres et, souvent, plus de matériel qu'un vaisseau spatial ne peut en obtenir. Cela dit, les missions actuelles et planifiées pour le futur peuvent fournir un type de mesure plus limité — mais tout de même précieux : une liste de molécules et les proportions dans lesquelles elles sont trouvées. Notre étude démontre comment les chercheurs peuvent utiliser ces informations plus simples pour en apprendre davantage sur l'origine chimique des molécules. Enquêter sur la diversité La vie ne se limite pas à produire certaines molécules — elle les produit dans des arrangements de modèles uniques.

Les systèmes vivants investissent de l'énergie dans la production de molécules qui remplissent des fonctions spécifiques, même lorsque ces molécules sont complexes et plus difficiles à former. Les protéines, par exemple, nécessitent un large ensemble d'acides aminés, y compris certains relativement complexes.

La chimie non biologique peut aussi produire des acides aminés, mais elle produit normalement les plus simples.

Dans notre étude, nous avons enquêté si ces molécules laissent un modèle statistique qui pourrait servir de biosignature : un indice mesurable qui puisse indiquer la présence de vie. Pour quantifier cette idée, nous avons utilisé une méthode de l'écologie appelée théorie de la diversité. Les écologistes ne se limitent pas à demander combien d'espèces existent dans un écosystème donné, mais aussi comment ces espèces sont distribuées : si la communauté est dominée par peu d'espèces très communes ou par beaucoup d'espèces qui apparaissent en nombres comparables.

L'objectif de la théorie de la diversité est à la fois de compiler une liste d'espèces et de capturer la prévalence de chacune. Nous avons appliqué la même logique aux molécules. À l'intérieur d'une famille, comme celle des acides aminés, nous traitons chaque molécule comme une espèce dans une communauté écologique et nous mesurons son abondance.

Nous voulions savoir : un mélange donné de molécules est-il distribué uniformément entre différents types ou est-il dominé par seulement quelques-unes d'entre elles ? Et ce modèle pourrait-il refléter le processus qui a produit ces molécules, qu'il soit biologique ou non biologique ? Tester la structure Pour tester cette idée, nous avons compilé un ensemble de données délibérément large qui incluait des acides aminés de diverses sources : météorites, échantillons de missions vers des astéroïdes, simulations en laboratoire de chimie non biologique, organismes modernes, sédiments, fossiles anciens et échantillons de divers environnements sur Terre. Par la suite, nous avons fait de même avec les acides gras. Pour les acides aminés, nous avons trouvé une distinction claire.

Les échantillons biologiques tendaient à contenir beaucoup d'acides aminés complexes, dans des proportions semblables à celles des plus simples. Dans les échantillons non biologiques, ces acides aminés complexes étaient généralement plus rares — c'est-à-dire plus fortement dominés par des molécules simples.

Ce résultat fait sens. Si la biologie parvient à surmonter les goulots d'étranglement chimiques nécessaires pour créer des molécules plus complexes, on s'attendrait à voir plus de ces molécules.

D'un autre côté, la chimie non biologique est plus limitée et dominée par des molécules qui se forment aléatoirement. Il est beaucoup moins probable que des molécules complexes se forment dans des conditions non biologiques.

Les acides gras ont présenté un modèle opposé, mais tout aussi informatif. Des chaînes d'acides gras composent les membranes externes des cellules vivantes.

Nous avons découvert que, dans les échantillons biologiques, les chaînes d'acides gras avaient toutes une longueur similaire. En contraste, les échantillons non biologiques présentaient une distribution plus large des longueurs des chaînes.

Bien que, contrairement aux résultats avec les acides aminés, les échantillons non biologiques aient montré une plus grande diversité d'acides gras, cette découverte sur la longueur des chaînes a corroboré l'idée principale derrière notre recherche : la vie façonne les mélanges moléculaires en fonction de la fonction. En ensemble, nos résultats suggèrent que la diversité moléculaire peut servir comme un nouveau type de biosignature.

Elle ne peut pas prouver la présence de vie par elle-même et doit être interprétée en ensemble avec d'autres mesures. Mais elle offre une manière pratique d'utiliser le type de données que les sondes spatiales ont le plus de chances d'obtenir : les proportions des molécules. À la recherche de la vie dans le Système solaire et au-delà Il est peu probable que de futures sondes spatiales trouvent du matériel biologique intact, même s'il existe.

Il est plus probable qu'elles trouvent des traces chimiques de molécules, altérées par les conditions adverses sur les surfaces planétaires. Ensuite, nous voulions savoir pendant combien de temps le signal de diversité pourrait survivre dans le type d'environnement hostile où les scientifiques peuvent chercher, comme la surface d'Europe. Sa surface est continuellement bombardée par des particules énergétiques piégées dans le champ magnétique de Jupiter, qui peuvent décomposer différentes molécules organiques à des taux différents.

La mission Europa Clipper de la NASA volera autour de la lune de Jupiter et fera des mesures pour enquêter si elle pourrait abriter la vie. NASA/JPL-Caltech Nous avons modélisé comment ces molécules se dégraderaient dans ces conditions et nous avons découvert que le signal de diversité pourrait rester reconnaissable pendant des milliers d'années lorsque les molécules sont enterrées sous quelques centimètres de glace. Le signal n'est pas indestructible, mais il ne nécessite pas un échantillon exceptionnellement frais. Nos résultats suggèrent que, dans certains cas, le modèle laissé par la vie peut encore être reconnaissable même après que les molécules individuelles commencent à se décomposer. Le message principal de notre étude est que la vie organise la chimie de manières qui peuvent persister même après que ces ingrédients sont altérés.

Les systèmes vivants organisent les molécules en fonction des besoins biologiques, tandis que la chimie non biologique suit généralement ce qui est le plus facile à produire. Si cette organisation peut survivre dans des matériaux planétaires, de futures missions spatiales pourront chercher non seulement les blocs de construction de la vie, mais aussi le modèle statistique plus profond que la vie laisse derrière elle. Gideon Yoffe ne fournit pas de conseil, ne travaille pas, ne possède pas d'actions ou ne reçoit pas de financement de toute entreprise ou organisation qui pourrait bénéficier de la publication de cet article et n'a révélé aucun lien pertinent en dehors de son poste académique.