Introduction
En 2021, la mission spatiale Hayabusa2 a livré avec succès un morceau de l'astéroïde 162173 Ryugu sur Terre - cinq grammes de la matière la plus ancienne et la plus vierge laissée par la formation du système solaire il y a 4.5 milliards d'années. Au printemps dernier, des scientifiques ont révélé que la composition chimique de l'astéroïde comprend 10 acides aminés, les éléments constitutifs des protéines. La découverte a ajouté à la preuve que la soupe primordiale à l'origine de la vie sur Terre pourrait avoir été assaisonnée d'acides aminés provenant de morceaux d'astéroïdes.
Mais d'où viennent ces acides aminés ? Les acides aminés circulant dans nos écosystèmes sont des produits du métabolisme cellulaire, principalement chez les plantes. Quel mécanisme non biologique aurait pu les mettre dans des météorites et des astéroïdes ?
Les scientifiques ont pensé à plusieurs façons, et travail récent par des chercheurs au Japon en indique une nouvelle importante : un mécanisme qui utilise les rayons gamma pour forger des acides aminés. Leur découverte rend encore plus probable que les météorites aient pu contribuer à l'origine de la vie sur Terre.
Malgré leur cachet en tant que partie essentielle de la chimie de la vie, les acides aminés sont des molécules simples qui peuvent être préparées sans difficulté à partir de composés de carbone, d'oxygène et d'azote s'il y a suffisamment d'énergie. Il y a soixante-dix ans, des expériences célèbres de Stanley Miller et Harold Urey ont prouvé qu'il suffisait d'une décharge électrique dans un mélange gazeux de méthane, d'ammoniac et d'hydrogène (que l'on croyait à tort à l'époque imiter l'atmosphère primitive de la Terre) pour créer un mélange de composés organiques contenant des acides aminés. Des travaux de laboratoire ultérieurs ont suggéré que des acides aminés pourraient également se former dans les sédiments à proximité des évents hydrothermaux sur le fond marin, et un découverte en 2018 confirmé que cela se produit parfois.
La possibilité que les acides aminés d'origine puissent provenir de l'espace a commencé à se faire sentir après 1969, lorsque deux grosses météorites - la météorite Murchison en Australie occidentale et la météorite Allende au Mexique - ont été récupérées rapidement après leurs impacts. Les deux étaient des chondrites carbonées, une classe rare de météorites ressemblant à Ryugu qui, selon les scientifiques, s'est accumulée à partir de corps glacés plus petits après la formation du système solaire. Les deux contenaient également des quantités faibles mais significatives d'acides aminés, bien que les scientifiques n'aient pas pu exclure la possibilité que les acides aminés soient des contaminants ou des sous-produits de leur impact.
Pourtant, les scientifiques de l'espace savaient que les corps de poussière glacée qui formaient les chondrites carbonées étaient susceptibles de contenir de l'eau, de l'ammoniac et de petites molécules de carbone comme les aldéhydes et le méthanol, de sorte que les constituants élémentaires des acides aminés auraient été présents. Ils n'avaient besoin que d'une source d'énergie pour faciliter la réaction. Des travaux expérimentaux ont suggéré que le rayonnement ultraviolet des supernovas aurait pu être suffisamment puissant pour le faire. Les collisions entre les corps de poussière pourraient également les avoir suffisamment chauffés pour produire un effet similaire.
"Nous connaissons de nombreuses façons de fabriquer des acides aminés de manière biologique", a déclaré Scott Sandford, astrophysicien de laboratoire au centre de recherche Ames de la NASA. "Et il n'y a aucune raison de s'attendre à ce qu'ils ne se soient pas tous produits."
Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Université nationale de Yokohama au Japon dirigée par les chimistes Yoko Kebukawa ainsi que le Kensei Kobayashi ont montré que les rayons gamma pouvaient également avoir produit les acides aminés des chondrites. Dans leurs nouveaux travaux, ils ont montré que les rayons gamma des éléments radioactifs dans les chondrites - très probablement de l'aluminium 26 - pouvaient convertir les composés de carbone, d'azote et d'oxygène en acides aminés.
Bien sûr, les rayons gamma peuvent détruire les composés organiques aussi facilement qu'ils peuvent les fabriquer. Mais dans les expériences de l'équipe japonaise, "l'amélioration de la production d'acides aminés par les radio-isotopes était plus efficace que la décomposition", a déclaré Kebukawa, de sorte que les rayons gamma produisaient plus d'acides aminés qu'ils n'en détruisaient. À partir des taux de production observés dans leurs expériences, les chercheurs ont calculé très grossièrement que les rayons gamma auraient pu élever la concentration d'acides aminés dans un astéroïde chondrite carboné aux niveaux observés dans la météorite de Murchison en aussi peu que 1,000 100,000 ans ou jusqu'à XNUMX XNUMX ans. .
Étant donné que les rayons gamma, contrairement à la lumière ultraviolette, peuvent pénétrer profondément à l'intérieur d'un astéroïde ou d'une météorite, ce mécanisme pourrait avoir une pertinence supplémentaire pour les scénarios d'origine de la vie. "Cela ouvre un tout nouvel environnement dans lequel les acides aminés peuvent être fabriqués", a déclaré Sandford. Si les météorites sont assez grosses, "la partie médiane d'entre elles pourrait survivre à l'entrée atmosphérique même si l'extérieur s'ablate", a-t-il expliqué. "Donc, non seulement vous fabriquez [des acides aminés], mais vous les fabriquez sur le chemin pour vous rendre sur une planète."
Introduction
Une exigence du nouveau mécanisme est que de petites quantités d'eau liquide doivent être présentes pour soutenir les réactions. Cela peut sembler une limitation importante - "Je peux facilement imaginer que les gens pensent que l'eau liquide existe à peine dans les environnements spatiaux", a déclaré Kebukawa. Mais les météorites de chondrite carbonée regorgent de minéraux tels que des silicates hydratés et des carbonates qui ne se forment qu'en présence d'eau, a-t-elle expliqué, et de minuscules quantités d'eau ont même été trouvées piégées à l'intérieur de certains des grains minéraux des chondrites.
À partir de telles preuves minéralogiques, a déclaré Vassilissa Vinogradoff, astrochimiste à l'Université d'Aix-Marseille en France, les scientifiques savent que les jeunes astéroïdes contenaient d'importantes quantités d'eau liquide. "La phase d'altération aqueuse de ces corps, qui correspond au moment où les acides aminés en question auraient eu la chance de se former, a duré environ un million d'années", a-t-elle déclaré - plus que suffisamment longue pour produire les quantités d'acides aminés observées. dans les météorites.
Sandford note que dans les expériences que lui et d'autres chercheurs ont menées, l'irradiation de mélanges glacés comme ceux des nuages moléculaires interstellaires primordiaux peut donner naissance à des milliers de composés pertinents pour la vie, y compris des sucres et des nucléobases, "et les acides aminés sont pratiquement toujours là dans le mélanger. Donc, l'univers semble être en quelque sorte câblé pour fabriquer des acides aminés.
Vinogradoff a fait écho à ce point de vue et a déclaré que la diversité des composés organiques pouvant être présents dans les météorites est maintenant connue pour être vaste. « La question a plutôt pivoté pour être : pourquoi ces molécules sont-elles celles qui se sont avérées importantes pour la vie sur Terre ? elle a dit. Pourquoi, par exemple, la vie terrestre n'utilise-t-elle que 20 des dizaines d'acides aminés qui peuvent être produits - et pourquoi utilise-t-elle presque exclusivement les structures "gauchères" de ces molécules alors que les structures "droitières" à image miroir se forment naturellement en égale abondance ? Ce sont peut-être les mystères qui dominent les études chimiques sur les premières origines de la vie dans le futur.
