La NASA utilise des outils de pointe, comme le télescope spatial James Webb, pour rechercher des signes de vie au-delà de la Terre. L’accent est mis sur la détection de biosignatures, et une échelle d’interprétation des preuves est en cours d’élaboration. Les principaux marqueurs de vie potentielle sont les systèmes chimiques capables d’évoluer, l’eau liquide, les sources d’énergie et les déséquilibres des gaz atmosphériques. La présence de « gradients » environnementaux indique également des environnements susceptibles d’accueillir la vie.
Un jour, peut-être dans un avenir pas si lointain, une planète lointaine pourrait donner des indications sur la possibilité d’abriter une forme de vie, mais en livrant ses secrets à contrecœur.
Nos télescopes spatiaux pourraient détecter un mélange de gaz dans son atmosphère qui ressemble à la nôtre. Des modèles informatiques offriraient des prédictions sur le potentiel de la planète à abriter la vie. Les experts débattront de la question de savoir si ces preuves constituent un argument solide en faveur de la présence de la vie, ou s’efforceront de trouver d’autres éléments pour étayer une interprétation aussi révolutionnaire.
« Nous sommes au début d’un âge d’or », a déclaré Ravi Kopparapu, scientifique au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, qui étudie les planètes habitables. « Pour la première fois dans l’histoire de la civilisation, nous pourrions être en mesure de répondre à la question : Y a-t-il de la vie au-delà de la Terre ? »
Pour les exoplanètes, c’est-à-dire les planètes situées autour d’autres étoiles, cette ère s’ouvre avec le télescope spatial James Webb de la NASA. Les instruments embarqués à bord du vaisseau spatial détectent la composition des atmosphères des exoplanètes. À mesure que la puissance des télescopes augmentera dans les années à venir, de futurs instruments avancés pourraient capturer des signes de vie – des « biosignatures » – sur une planète située à des années-lumière de là.
Illustration de l’aspect d’un monde lointain, rocheux et porteur de vie, en orbite autour d’une naine rouge, pour un observateur qui s’en approcherait. Source : NASA/JPL-Caltech/Lizbeth B. De La Torre
Dans notre système solaire, le rover Persévérance sur Mars recueille des échantillons de roches en vue d’un éventuel retour sur Terre, afin que les scientifiques puissent y rechercher des signes de vie. La prochaine mission Europa Clipper se rendra sur une lune glacée de Jupiter. Son objectif : déterminer si les conditions sur cette lune permettraient à la vie de se développer dans son océan global, enfoui sous une coquille de glace.
Mais tout indice de vie au-delà de la Terre s’accompagnerait d’une autre grande question : Quel est le degré de certitude des conclusions scientifiques ?
Le défi consiste à déterminer ce qu’est la vie – quand dire « je l’ai trouvée » », a déclaré Laurie Barge du laboratoire Origines et Habitabilité du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud.
Compte tenu des nombreuses inconnues concernant ce qui constitue un « signe de vie », les astrobiologistes travaillent à l’élaboration d’un nouveau cadre permettant d’évaluer la solidité des preuves. Un modèle de cadre, proposé en 2021, comprend une échelle allant de 1 à 7, avec des indices d’autres formes de vie au niveau 1, des preuves de plus en plus substantielles, jusqu’à la certitude de l’existence d’une vie ailleurs au niveau 7. Ce cadre, qui fait l’objet de discussions et de révisions, reconnaît que l’exploration scientifique dans la recherche de la vie est un chemin tortueux et sinueux, plutôt qu’une voie directe.
Et l’identification de signes définitifs reste assez difficile pour la « vie telle que nous la connaissons ». Il serait encore plus incertain de trouver des preuves de la vie telle que nous ne la connaissons pas, faite de combinaisons moléculaires inconnues ou basée sur un solvant autre que l’eau.
Néanmoins, alors que la recherche de la vie commence sérieusement, parmi les planètes de notre propre système solaire et les systèmes lointains connus uniquement par leur lumière, les scientifiques de la NASA et leurs partenaires du monde entier ont quelques idées qui peuvent servir de points de départ.
Sommaire
La vie qui évolue
Tout d’abord, il y a la définition de la vie de la NASA, moins que formelle, non contraignante mais toujours utile : « Un système chimique autonome capable d’une évolution darwinienne ». Charles Darwin a décrit de façon célèbre l’évolution par sélection naturelle, les caractéristiques conservées d’une génération à l’autre entraînant des changements dans les organismes au fil du temps.
Élaborée dans les années 1990 par un groupe de travail de la NASA sur l’exobiologie, cette définition n’est pas utilisée pour concevoir des missions ou des projets de recherche. Elle permet toutefois de fixer des attentes et de centrer le débat sur les enjeux critiques d’une autre question épineuse : Quand la non-vie devient-elle de la vie ?
« La biologie, c’est de la chimie avec de l’histoire », explique Gerald Joyce, l’un des membres du groupe de travail qui a participé à l’élaboration de la définition de la NASA et aujourd’hui professeur de recherche au Salk Institute de La Jolla, en Californie.
Cela signifie que l’histoire est enregistrée par la chimie elle-même – dans notre cas, elle est inscrite dans notre ADN, qui code les données génétiques pouvant être traduites dans les structures et les processus physiques qui composent notre corps.
L’enregistrement de l’ADN doit être robuste, complexe, autoreproductible et ouvert, suggère Joyce, afin de perdurer et de s’adapter pendant des milliards d’années.
« Ce serait une preuve irréfutable que des informations ont été enregistrées dans des molécules », a déclaré Joyce.
Une telle molécule provenant d’un autre monde de notre système solaire, qu’il s’agisse d’ADN, d’ARN ou d’autre chose, pourrait se retrouver dans un échantillon de Mars, par exemple dans le cadre de la mission de retour d’échantillons de Mars actuellement planifiée par la NASA.
Elle pourrait aussi se trouver dans les « mondes océaniques » du système solaire externe – la lune de Jupiter, Europe, Encelade de Saturne ou l’une des autres lunes des géantes gazeuses qui cachent de vastes océans sous des coquilles de glace.
Nous ne pouvons pas obtenir d’échantillons de ces molécules porteuses d’informations sur les planètes situées au-delà de notre système solaire, car elles sont si éloignées qu’il faudrait des dizaines de milliers d’années pour s’y rendre, même à bord des vaisseaux spatiaux les plus rapides jamais construits. Au lieu de cela, nous devrons compter sur la détection à distance de biosignatures potentielles, en mesurant les types et les quantités de gaz dans les atmosphères des exoplanètes pour essayer de déterminer s’ils ont été générés par des formes de vie. Pour ce faire, il faudra probablement approfondir nos connaissances sur ce dont la vie a besoin pour démarrer – et pour persister suffisamment longtemps pour être détectée.
Un lieu où la vie émerge
Il n’existe pas de véritable consensus sur la liste des conditions nécessaires à l’apparition de la vie, que ce soit dans notre système solaire ou dans les étoiles au-delà. Mais Joyce, qui étudie l’origine et le développement de la vie, suggère quelques conditions indispensables.
En tête de liste, l’eau liquide. Malgré un large éventail de conditions environnementales dans lesquelles vivent les êtres vivants sur Terre, toutes les formes de vie sur la planète semblent avoir besoin de cette eau. L’eau liquide est un milieu qui permet aux composants chimiques de la vie de persister dans le temps et de se rassembler pour des réactions, ce que l’air ou la surface d’un rocher ne font pas aussi bien.
La lumière des étoiles traversant l’atmosphère d’une exoplanète peut être étalée dans un spectre par les instruments des télescopes spatiaux, révélant ainsi les molécules présentes sur l’exoplanète. Crédit : NASA/JPL-Caltech/Lizbeth B. De La Torre
Autre élément essentiel : une source d’énergie, à la fois pour les réactions chimiques qui produisent des structures et pour créer un « ordre » contre la tendance universelle au « désordre », également connue sous le nom d’entropie.
Un déséquilibre des gaz atmosphériques pourrait également constituer un signe révélateur de la présence de la vie.
« Dans l’atmosphère terrestre, l’oxygène et le méthane sont très réactifs l’un par rapport à l’autre », explique M. Kopparapu. Laissés à eux-mêmes, ils s’annuleraient rapidement.
« On ne devrait pas les voir ensemble », a-t-il ajouté. « Alors pourquoi voit-on du méthane, pourquoi voit-on de l’oxygène ? Quelque chose doit constamment réapprovisionner ces composés ».
Sur Terre, ce « quelque chose », c’est la vie, qui injecte davantage de chacun de ces composés dans l’atmosphère et la déséquilibre. Un tel déséquilibre, dans ces composés ou dans d’autres, pourrait être détecté sur une exoplanète lointaine, suggérant la présence d’une biosphère vivante. Mais les scientifiques devront également exclure les processus géologiques, tels que l’activité volcanique ou hydrothermale, qui pourraient générer des molécules que nous pourrions autrement associer à la vie.
Un travail de laboratoire minutieux et une modélisation précise des atmosphères des exoplanètes possibles seront nécessaires pour faire la différence.
Les changements à l’œuvre
Barge place également en tête de liste l’idée de « gradients », ou de changements qui se produisent avec le temps et la distance, comme le passage de l’humidité à la sécheresse, du chaud au froid, et bien d’autres environnements possibles. Les gradients créent des endroits où l’énergie peut aller, se transformant en cours de route et générant des molécules ou des systèmes chimiques qui pourraient plus tard être incorporés dans des formes de vie.
La tectonique des plaques sur Terre et le cycle de gaz comme le dioxyde de carbone – enfoui sous la croûte terrestre par subduction, par exemple, ou relâché dans l’atmosphère par les volcans – représentent un type de gradient.
La spécialité de Barge, la chimie des cheminées hydrothermales au fond des océans il y a des milliards d’années, en est un autre. C’est une voie possible pour créer une sorte de métabolisme primitif – la transformation de composés organiques en énergie – comme précurseur potentiel de véritables formes de vie.
« Quels gradients existaient avant la vie ? « Si la vie dépend tellement des gradients, l’origine de la vie pourrait-elle également avoir bénéficié de ces gradients ?
Une cartographie plus claire des voies possibles vers la vie pourrait en fin de compte informer la conception des futurs télescopes spatiaux, chargés d’analyser les gaz présents dans l’atmosphère des exoplanètes potentiellement habitables.
« Si nous voulons être sûrs que cela provient de la biologie, nous ne devons pas seulement chercher des gaz, nous devons regarder comment ils sont émis par la planète, s’ils sont émis dans les bonnes quantités, de la bonne manière », a déclaré Kopparapu. « Avec les futurs télescopes, nous serons plus confiants, car ils seront conçus pour rechercher la vie sur d’autres planètes.