Une nouvelle étude (ref.) a révélé que certaines réactions chimiques peuvent soutenir une biologie radicalement différente de la nôtre. Il pourrait exister de la vie sur d’autres planètes qui utilisent une variété d’éléments, en dehors du carbone sur lequel repose notre vie sur Terre.
Sur notre planète, la vie est construite à partir de composés organiques. Ces molécules sont composées de 6 atomes principaux: carbone, hydrogène, oxygène, azote, phosphore et soufre. Cependant, les scientifiques se demandent depuis longtemps si une vie extraterrestre pourrait évoluer avec une chimie différente. Par exemple, les chercheurs ont depuis longtemps émis l’hypothèse que le silicium pourrait également servir de structure pour la biologie.
Réactions autocatalytiques
« Il est important d’explorer ces possibilités afin d’avoir une idée de ce à quoi toutes les formes de vie pourraient ressembler », a déclaré l’auteur principal Betül Kaçar, astrobiologiste, bactériologiste et biologiste évolutionniste. Un type de processus chimique fondamental pour la vie sur Terre est l’autocatalyse. Les réactions autocatalytiques sont autosuffisantes et peuvent produire des molécules qui favorisent la répétition de la même réaction de départ.
« Une des principales raisons pour lesquelles les chercheurs s’intéressent à l’autocatalyse est que la reproduction en est un exemple », a déclaré Kaçar. « La vie catalyse la formation d’autres vies. Une cellule en produit deux, qui peuvent devenir quatre, et ainsi de suite. À mesure que le nombre de cellules augmente, le nombre et la diversité des interactions possibles augmentent en conséquence ».
Dans cette étude, les chercheurs ont examiné l’autocatalyse en pensant que ce processus pourrait aider à guider l’abiogenèse, c’est-à-dire l’origine de la vie à partir de l’absence de vie. Les scientifiques se sont concentrés sur ce qu’ils appellent les cycles de comproportionnement, qui peuvent générer plus de copies d’une molécule. Ces produits peuvent être utilisés comme matériaux de départ pour favoriser la répétition de ces cycles, entraînant ainsi l’autocatalyse.
Les cycles de réaction
« Le comproportionnement est probablement unique car il s’agit d’une seule réaction qui produit plusieurs copies d’un résultat, ce qui ressemble beaucoup à la reproduction », a déclaré l’auteur principal de l’étude Zhen Peng, biologiste évolutionniste. Pour trouver ces réactions, les scientifiques ont examiné plus de deux siècles de documents scientifiques numérisés.
« Avec des outils de recherche efficaces, nous avons pu concevoir et mener cette évaluation, la première en son genre, de la prévalence des cycles autocatalytiques », a déclaré le co-auteur de l’étude Zach Adam, géologue. Au final, ils ont découvert 270 cycles différents de réactions autocatalytiques. « L’autocatalyse pourrait ne pas être si rare, mais pourrait au contraire être une caractéristique générale de nombreux environnements différents, y compris ceux très différents de la Terre », a déclaré Kaçar.
La plupart de ces 270 cycles excluent le carbone sur lequel repose la vie terrestre. Certains étaient centrés sur des éléments absents ou extrêmement rares dans notre biologie, comme le mercure ou le thorium, un métal radioactif. Il est probable que certains de ces cycles ne se produisent que dans des conditions extrêmes qui bouleversent la chimie que nous connaissons. En effet, les chercheurs ont découvert que quatre cycles autocatalytiques impliquaient des gaz nobles, qui réagissent rarement chimiquement avec d’autres éléments. Si même un gaz inerte comme le xénon pouvait participer à l’autocatalyse, « il y a de bonnes raisons de penser que l’autocatalyse pourrait se produire plus facilement avec d’autres éléments », a déclaré Peng.
Que devons-nous rechercher ?
Seuls huit de ces cycles étaient relativement complexes et constitués de quatre réactions ou plus. La plupart des 270 cycles étaient simples, chacun composé de seulement deux réactions. « On pensait que ce type de réactions était très rare », a déclaré Kaçar dans une note. « Nous montrons qu’en réalité, ce n’est pas du tout rare. Il suffit de chercher au bon endroit ». Les chercheurs ont noté qu’il était possible de combiner plusieurs cycles, même s’ils étaient très différents les uns des autres. Cela conduirait à des réactions chimiques autosuffisantes générant une grande variété de molécules et créant une grande complexité.
« Avec autant de recettes de base pour l’autocatalyse à disposition, la recherche peut maintenant se concentrer sur la compréhension de la manière dont l’autocatalyse, par le biais du comproportionnement, peut avoir des effets plus marqués sur la chimie d’une planète », a déclaré Kaçar. « Ce que nous avons présenté sont une série de recettes de base qui peuvent être mélangées et assorties de manière jamais tentée auparavant sur notre planète », a déclaré Peng. « Elles pourraient conduire à la découverte d’exemples de chimie complexe (de vie) qui fonctionnent dans des conditions où les cycles basés sur le carbone sont bloqués ».
Il reste incertain à quel point ces cycles sont plausibles, ont averti les chercheurs. « Il n’est pas garanti que tous les exemples que nous avons recueillis puissent être étudiés en laboratoire ou trouvés sur d’autres objets astronomiques », a déclaré Peng. Ce travail pourrait avoir une énorme influence sur la recherche de la vie dans l’univers et sur la compréhension de sa formation. De plus, il pourrait avoir des applications pratiques, telles que « l’optimisation de la synthèse chimique et l’utilisation efficace des ressources et de l’énergie », a déclaré Adam.
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