De grandes quantités de molécules organiques complexes, ingrédient de la vie, découvertes autour de jeunes étoiles

La vie existe-t-elle ailleurs que sur Terre ? C’est LA question. Mais si les astronomes savent désormais qu’il se trouve des planètes partout dans l’Univers, ils ignorent toujours si elles présentent les conditions nécessaires à l’émergence de la vie. Des travaux menés grâce au télescope Alma apportent aujourd’hui quelques réponses. Ils mettent en lumière de grandes quantités de molécules organiques dans des endroits où se forment des planètes.

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Et si les conditions chimiques qui ont mené à l’éclosion de la vie sur Terre n’étaient finalement pas rares ? C’est la question que posent des travaux publiés récemment dans le cadre du projet Maps (Molecules with Alma at Planet-forming Scales). Au fil de 20 articles scientifiques parus dans The Astrophysical Journal Supplement Series, les chercheurs détaillent notamment comment ils viennent de découvrir, au cœur de disques protoplanétaires entourant de jeunes étoiles, des « réservoirs importants » de molécules organiques.

Ces molécules, précisent les astronomes, ne sont pas de simples molécules à base de carbone comme le monoxyde de carbone (CO) que l’on trouve en abondance dans l’espace. Elles sont plus élaborées. Les théories en font les « ingrédients bruts » pour construire les molécules qui sont à la base de la chimie biologique sur Terre. Des expériences en laboratoire l’ont confirmé. Lorsque les conditions sont réunies, elles permettent de former de sucres, des acides aminés et même les composants de l’acide ribonucléique — le fameux ARN. Les briques essentielles à la vie.

Savoir si ces molécules existent là où les planètes se forment
De nombreux environnements dans lesquels les chercheurs ont déjà pu trouver ce type de molécules organiques complexes peuvent être qualifiés d’inintéressants. « Cette fois, nous voulions savoir si ces molécules sont présentes aux endroits où naissent les planètes, dans les disques protoplanétaires », explique John Ilee, astronome à l’université de Leeds (Royaume-Uni), dans un communiqué.

Plus de molécules organiques qu’attendu
Ces observations ont été réalisées grâce au télescope Alma — l’Atacama Large Millimeter/Submillineter Array (Chili) –, capable de détecter les signaux très faibles en provenance de molécules situées dans des régions froides de l’Univers. Des signaux comme des empreintes digitales qui renseignent les chercheurs sur l’identité des molécules qui les ont émises.

Les astronomes ont étudié ainsi cinq disques protoplanétaires situés entre 300 et 500 années-lumière de la Terre. Leur objectif : cartographier la composition chimique de ces disques. Et voir comment les molécules sont distribuées à l’endroit où des planètes se forment. Les chercheurs ont ainsi identifié des molécules organiques simples comme le cyanure d’hydrogène (HCN), le l’éthynyl (C2H) ou le formaldéhyde (H2CO). Dans les régions du disque où se forment traditionnellement les planètes rocheuses.

Mais les chercheurs ont surtout trouvé trois molécules plus complexes : le cyanoacétylène (HC3N), l’acétonitrile (CH3CN) et le cyclopropénylidène (c-C3H2). « Notre analyse montre que ces molécules sont aussi principalement situées dans ces régions internes de ces disques, à des échelles de taille similaires à notre Système solaire, avec des abondances entre 10 et 100 fois supérieures à ce que les modèles prédisaient », précise John Ilee. Et c’est justement dans ces régions que se forment les astéroïdes et les comètes. Ces objets qui sont soupçonnés avoir ensemencé notre Terre. Les astronomes imaginent ainsi qu’un processus semblable à celui qui a initié l’apparition de la vie sur notre Planète puisse également se produire dans ces disques protoplanétaires.

Comprendre comment les ingrédients de la vie s’assemblent
« S’il existe dans les disques protoplanétaires de telles molécules en si grande abondance, il se pourrait que des molécules encore plus complexes puissent être observables. Nous allons poursuivre nos recherches en ce sens avec Alma. Si nous obtenons des résultats, nous serons encore plus près de comprendre comment les ingrédients bruts de la vie peuvent être assemblés autour d’autres étoiles », remarque John Ilee.

Ce que les chercheurs ont aussi observé, c’est une répartition non uniforme de ces molécules entre et même dans les disques protoplanétaires. De quoi laisser penser que des planètes se formant dans différents disques ou à des endroits différents d’un même disque peuvent évoluer dans des environnements chimiques radicalement différents eux aussi. Ainsi certaines planètes peuvent tout à fait se former avec tout ce qu’il faut pour faire émerger la vie alors que leurs voisines, non. Nul doute qu’Alma permettra à l’avenir de préciser ces questions fondamentales un peu plus encore.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/origine-vie-grandes-quantites-molecules-organiques-complexes-ingredient-vie-decouvertes-autour-jeunes-etoiles-93618/

Découverte majeure d’une abondance de molécules organiques complexes dans de jeunes systèmes planétaires

La vie existe-t-elle ailleurs que sur Terre ? C’est LA question. Mais si les astronomes savent désormais qu’il se trouve des planètes partout dans l’Univers, ils ignorent toujours si elles présentent les conditions nécessaires à l’émergence de la vie. Des travaux menés grâce au télescope Alma apportent aujourd’hui quelques réponses. Ils mettent en lumière de grandes quantités de molécules organiques dans des endroits où se forment des planètes.

Et si les conditions chimiques qui ont mené à l’éclosion de la vie sur Terre n’étaient finalement pas rares ? C’est la question que posent des travaux publiés récemment dans le cadre du projet Maps (Molecules with Alma at Planet-forming Scales). Au fil de 20 articles scientifiques parus dans The Astrophysical Journal Supplement Series, les chercheurs détaillent notamment comment ils viennent de découvrir, au cœur de disques protoplanétaires entourant de jeunes étoiles, des « réservoirs importants » de molécules organiques.

Ces molécules, précisent les astronomes, ne sont pas de simples molécules à base de carbone comme le monoxyde de carbone (CO) que l’on trouve en abondance dans l’espace. Elles sont plus élaborées. Les théories en font les « ingrédients bruts » pour construire les molécules qui sont à la base de la chimie biologique sur Terre. Des expériences en laboratoire l’ont confirmé. Lorsque les conditions sont réunies, elles permettent de former de sucres, des acides aminés et même les composants de l’acide ribonucléique — le fameux ARN. Les briques essentielles à la vie.

Savoir si ces molécules existent là où les planètes se forment

De nombreux environnements dans lesquels les chercheurs ont déjà pu trouver ce type de molécules organiques complexes peuvent être qualifiés d’inintéressants. « Cette fois, nous voulions savoir si ces molécules sont présentes aux endroits où naissent les planètes, dans les disques protoplanétaires », explique John Ilee, astronome à l’université de Leeds (Royaume-Uni), dans un communiqué.

Plus de molécules organiques qu’attendu
Ces observations ont été réalisées grâce au télescope Alma — l’Atacama Large Millimeter/Submillineter Array (Chili) –, capable de détecter les signaux très faibles en provenance de molécules situées dans des régions froides de l’Univers. Des signaux comme des empreintes digitales qui renseignent les chercheurs sur l’identité des molécules qui les ont émises.

Les astronomes ont étudié ainsi cinq disques protoplanétaires situés entre 300 et 500 années-lumière de la Terre. Leur objectif : cartographier la composition chimique de ces disques. Et voir comment les molécules sont distribuées à l’endroit où des planètes se forment. Les chercheurs ont ainsi identifié des molécules organiques simples comme le cyanure d’hydrogène (HCN), le l’éthynyl (C2H) ou le formaldéhyde (H2CO). Dans les régions du disque où se forment traditionnellement les planètes rocheuses.

Mais les chercheurs ont surtout trouvé trois molécules plus complexes : le cyanoacétylène (HC3N), l’acétonitrile (CH3CN) et le cyclopropénylidène (c-C3H2). « Notre analyse montre que ces molécules sont aussi principalement situées dans ces régions internes de ces disques, à des échelles de taille similaires à notre Système solaire, avec des abondances entre 10 et 100 fois supérieures à ce que les modèles prédisaient », précise John Ilee. Et c’est justement dans ces régions que se forment les astéroïdes et les comètes. Ces objets qui sont soupçonnés avoir ensemencé notre Terre. Les astronomes imaginent ainsi qu’un processus semblable à celui qui a initié l’apparition de la vie sur notre Planète puisse également se produire dans ces disques protoplanétaires.

Comprendre comment les ingrédients de la vie s’assemblent
« S’il existe dans les disques protoplanétaires de telles molécules en si grande abondance, il se pourrait que des molécules encore plus complexes puissent être observables. Nous allons poursuivre nos recherches en ce sens avec Alma. Si nous obtenons des résultats, nous serons encore plus près de comprendre comment les ingrédients bruts de la vie peuvent être assemblés autour d’autres étoiles », remarque John Ilee.

Ce que les chercheurs ont aussi observé, c’est une répartition non uniforme de ces molécules entre et même dans les disques protoplanétaires. De quoi laisser penser que des planètes se formant dans différents disques ou à des endroits différents d’un même disque peuvent évoluer dans des environnements chimiques radicalement différents eux aussi. Ainsi certaines planètes peuvent tout à fait se former avec tout ce qu’il faut pour faire émerger la vie alors que leurs voisines, non. Nul doute qu’Alma permettra à l’avenir de préciser ces questions fondamentales un peu plus encore.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/origine-vie-decouverte-majeure-abondance-molecules-organiques-complexes-jeunes-systemes-planetaires-93618/

Des cristaux organiques sur Titan pourraient nous aider à comprendre l’origine de la vie

Titan, la plus grande lune de Saturne, est considérée comme un laboratoire naturel pour étudier les origines de la vie sur Terre. En effet, comme la Terre, Titan a une atmosphère d’azote dense et des cycles météorologiques saisonniers. De nouvelles expériences d’astrochimie concernant les molécules dans cette atmosphère ont révélé les propriétés fondamentales de deux molécules organiques qui existent sous forme de minéraux sur Titan. Outre leur intérêt pour l’exobiologie, l’étude de ces minéraux peut aider au succès de la mission Dragonfly.

En quête de nos origines, et en premier lieu d’une compréhension de l’apparition de la vie sur Terre, nous explorons le Système solaire et nous tentons de reproduire en laboratoire les conditions physico-chimiques ayant fait passer des molécules prébiotiques aux toutes premières cellules vivantes possédant une membrane, un métabolisme et du matériel génétique permettant à ces cellules de prospérer, c’est-à-dire de se nourrir, de se reproduire et d’évoluer.

Si la fameuse expérience de Miller nous a bel et bien donné des pistes intéressantes à ce sujet, la thèse la plus souvent avancée aujourd’hui concernant l’origine de la vie sur Terre fait intervenir des processus encore largement inconnus dans les parois de sources hydrothermales de la Terre primitive au début de l’Archéen et peut-être même pendant l’Hadéen, il y aurait donc dans cette dernière hypothèse plus de 4 milliards d’années.

L’exploration de la surface de Mars et aussi des glaces d’Europe autour de Jupiter, ou celle d’Encelade autour de Saturne, pourrait confirmer ce scénario. Mais, peut-être les exobiologistes auront-ils des surprises et des informations précieuses avec l’étude de Titan.

La chimie prébiotique de la Terre au congélateur ?
Titan est plus petite que la Terre mais plus grande que la Lune, et son atmosphère a deux importants points communs ou quasi-communs avec celle de la Terre car elle est majoritairement constituée d’azote et avec une pression de seulement une fois et demie environ de celle de la Terre. Elle est constituée à plus de 95 % d’azote moléculaire, les quelques pourcents restants sont presque exclusivement du méthane avec des traces d’autres gaz comme des hydrocarbures (dont l’éthane et le cyanure d’hydrogène), des dioxyde et monoxyde de carbone, du cyanogène, et quelques gaz rares comme de l’argon et de l’hélium. On le sait depuis les années 1980 grâce aux sondes Voyager.

On sait aussi que le haut de l’atmosphère de Titan, en raison du rayonnement ultraviolet du Soleil et des rayons cosmiques, est le lieu d’une photochimie active et complexe faisant intervenir des ions produits par ces rayonnements frappant les molécules d’azote et de méthane. Ceux-ci conduisent à la formation d’hydrocarbures aromatiques, de composés azotés complexes qui vont sédimenter vers la surface de Titan en donnant notamment des tholins. Ce terme inventé par le célèbre exobiologiste Carl Sagan renvoie à des substances qu’il a obtenues au cours d’expériences du type de celle de Miller, avec les mélanges de gaz qui se trouvent dans l’atmosphère de Titan. Ce terme est généralement utilisé maintenant pour décrire des composants organiques azotés de couleur rouge brun (sépia), de structure mal connue, qu’on trouve sur les surfaces planétaires des corps glacés du Système solaire externe, comme Titan justement.

Cette chimie est comparable à celle de la Terre primitive mais qui serait au congélateur puisque la température moyenne de l’atmosphère sur Titan est d’environ 94 K (-179 °C). Les exobiologistes et les planétologues aimeraient en savoir beaucoup plus à ce sujet et c’est pour cette raison qu’ils s’enthousiasment pour la mission Dragonfly de la Nasa. Pour aider au succès de cette mission, les chimistes reconstituent sur Terre en laboratoire certaines des substances qui devraient se former dans les conditions régnant sur Titan, poursuivant la voie déjà empruntée par Carl Sagan et ses collègues des décennies auparavant, afin de mieux pouvoir comprendre les données que fournira Dragonfly pendant les années 2030.

Des glaces en laboratoire sur Terre pour décoder Titan
À l’occasion de la réunion d’automne de l’American Chemical Society (ACS), le chimiste Tomče Runčevski y a exposé le résultat des recherches qu’il a menées à ce sujet avec ses collègues et qui ont fait l’objet d’une publication le mois dernier dans Accounts of Chemical Research.

Dans un récent communiqué à ce sujet le chercheur explique que : « Les molécules organiques simples qui sont liquides sur Terre sont généralement des cristaux minéraux glacés solides sur Titan en raison de ses températures extrêmement basses… Nous avons découvert que deux des molécules susceptibles d’être abondantes sur Titan – l’acétonitrile (ACN) et le propionitrile (PCN) – se présentent principalement sous une forme cristalline qui crée des nanosurfaces hautement polaires, qui pourraient servir de modèles pour l’auto-assemblage d’autres molécules d’intérêt prébiotique. »

L’acétonitrile et le propionitrile ne sont pas du tout des molécules nouvelles, de sorte que l’originalité de cette étude concerne leur formation et leur comportement à la surface glacée de Titan. Pour faire la lumière sur ces questions, les chimistes ont donc reconstitué l’atmosphère de Titan en laboratoire, dans de minuscules cylindres de verre lors de plusieurs expériences. « En règle générale, nous introduisons de l’eau, qui gèle en glace lorsque nous abaissons la température pour simuler l’atmosphère de Titan. Nous complétons cela avec de l’éthane, qui devient un liquide, imitant les lacs d’hydrocarbures que la mission Cassini-Huygens a découverts », précise Runčevski. Par contre, l’effet des rayonnements n’est pas reproduit directement de sorte que les astrochimistes ajoutent également de l’azote et des molécules d’ACN et PCN pour simuler les précipitations atmosphériques.

Des cristaux organiques se forment donc à partir de ces deux molécules et les structures des glaces résultantes ont été caractérisées et explorées par diffraction à partir du rayonnement synchrotron et de faisceaux de neutrons, déterminations complétées par des mesures spectroscopiques. « Nos recherches ont révélé beaucoup de choses sur les structures des glaces planétaires qui étaient auparavant inconnues. Par exemple, nous avons constaté qu’une forme cristalline de PCN ne se dilate pas uniformément dans ses trois dimensions. Titan subit des variations de température, et si la dilatation thermique des cristaux n’est pas uniforme dans toutes les directions, cela peut provoquer la fissuration de la surface de la lune », commente Tomče Runčevski.

Actuellement le chimiste travaille avec ses collègues sur la constitution d’une bibliothèque spectrale de ces glaces sur Titan, déjà pour permettre de déchiffrer des informations jusqu’ici cachées dans les données déjà collectées par la sonde Cassini-Huygens.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-cristaux-organiques-titan-pourraient-nous-aider-comprendre-origine-vie-93154/

Des ingrédients de la vie découverts dans les échantillons de l’astéroïde Ryugu

La sonde Hayabusa-2 était partie en 2014 pour étudier l’astéroïde Ryugu. Et en ramener quelques échantillons sur Terre. Mission accomplie en décembre 2020. Désormais, les chercheurs vont prendre le temps de les analyser. Les premiers résultats suggèrent qu’ils sont riches en ingrédients de la vie.

En décembre dernier, Hayabusa-2, une sonde de l’Agence spatiale japonaise (Jaxa), a largué sur Terre une capsule contenant à peine plus de cinq grammes de précieux échantillons. Ceux de l’astéroïde Ryugu. Depuis, les équipes choisies pour les analyser trépignent d’impatience. Un peu plus encore après la publication de quelques images de ces échantillons en toute fin d’année.

Les chercheurs de l’université d’Okayama (Japon) ont reçu leur part en avant-première — sept autres équipes recevront bientôt leurs échantillons –, ce 2 juin 2021. Et ils ont immédiatement mesuré la quantité d’atomes d’hydrogène, de carbone et d’azote contenue dans les roches et le sable provenant de Ryugu. Des données qu’ils ont alors converties en quantité d’eau et de matière organique susceptible d’avoir pu se former. Au final, de grandes quantités…

Préciser l’origine de la vie sur Terre
Ces travaux confirment les observations préliminaires de la Jaxa. Il est possible qu’une quantité importante de glace ait existé sur Ryugu. Mais l’analyse ne fait que commencer. Les équipes étudieront les échantillons revenus de l’astéroïde pendant une année entière. À la recherche d’indices qui pourraient expliquer l’origine de l’eau sur Terre. Et dans l’espoir, d’identifier de la matière organique.

Le professeur Tachibana Shogo de l’Université de Tokyo, coordinateur des efforts de recherche, espère que l’analyse de ces échantillons produira divers éléments de preuve qui fourniront des indices sur les origines du Système solaire et de la vie sur Terre et sur la façon dont les océans ont été créés. D’autant qu’en parallèle, des chercheurs de l’université Rikkyo (Japon) viennent de montrer que Ryugu est à peu près aussi poreux que l’étaient les planétésimaux qui ont mené à la formation des planètes.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/origine-vie-ingredients-vie-decouverts-echantillons-asteroide-ryugu-88161/