ASTROBIOLOGIE: HISTOIRE, OBJET D'ÉTUDE ET IMPORTANCE - LA BIOLOGIE - 2025

L' astrobiologie ou exobiologie est une branche de la biologie qui traite de l'origine, de la distribution et de la dynamique de la vie dans le contexte à la fois de notre planète, comme de l'univers entier. Nous pourrions dire alors qu'en tant que science, l'astrobiologie est à l'univers, ce que la biologie est à la planète Terre.

En raison du large spectre d'action de l'astrobiologie, d'autres sciences y convergent telles que: physique, chimie, astronomie, biologie moléculaire, biophysique, biochimie, cosmologie, géologie, mathématiques, informatique, sociologie, anthropologie, archéologie, entre autres.

Figure 1. Interprétation artistique du lien entre la vie et l'exploration spatiale. Source: NASA / Cheryse Triano

L'astrobiologie conçoit la vie comme un phénomène qui pourrait être «universel». Il traite de leurs contextes ou scénarios possibles; ses exigences et ses conditions minimales; les processus impliqués; ses processus expansifs; entre autres sujets. Il ne se limite pas à la vie intelligente, mais explore tous les types de vie possibles.

Histoire de l'astrobiologie

L'histoire de l'astrobiologie remonte peut-être aux débuts de l'humanité en tant qu'espèce et à sa capacité à s'interroger sur le cosmos et la vie sur notre planète. De là surgissent les premières visions et explications qui sont encore présentes dans les mythes de nombreux peuples aujourd'hui.

La vision aristotélicienne

La vision aristotélicienne considérait le Soleil, la Lune, le reste des planètes et des étoiles, comme des sphères parfaites qui nous tournaient autour de nous, faisant des cercles concentriques autour de nous.

Cette vision constituait le modèle géocentrique de l'univers et était la conception qui a marqué l'humanité au Moyen Âge. Probablement n'aurait pas pu avoir de sens à cette époque, la question de l'existence des «habitants» en dehors de notre planète.

La vision copernicienne

Au Moyen Âge, Nicolás Copernic a proposé son modèle héliocentrique, qui plaçait la Terre comme une planète de plus, tournant autour du soleil.

Cette approche a profondément influencé la façon dont nous regardons le reste de l'univers et même nous nous regardons, car elle nous a mis dans un endroit qui n'était peut-être pas aussi «spécial» que nous le pensions. Puis la possibilité de l'existence d'autres planètes similaires à la nôtre et, avec elle, d'une vie différente de celle que nous connaissons.

Figure 2. Le système héliocentrique de Copernic. Source: domaine public, via Wikimedia Commons

Premières idées de la vie extraterrestre

L'écrivain et philosophe français Bernard le Bovier de Fontenelle, à la fin du XVIIe siècle, proposait déjà que la vie puisse exister sur d'autres planètes.

Au milieu du 18e siècle, de nombreux érudits associés aux Lumières écrivaient sur la vie extraterrestre. Même les principaux astronomes de l'époque tels que Wright, Kant, Lambert et Herschel, ont supposé que les planètes, les lunes et même les comètes pouvaient être habitées.

C'est ainsi que le 19ème siècle a commencé avec une majorité de scientifiques universitaires, philosophes et théologiens, partageant la conviction de l'existence d'une vie extraterrestre sur presque toutes les planètes. Cela a été considéré comme une hypothèse solide à l'époque, basée sur une compréhension scientifique croissante du cosmos.

Les différences écrasantes entre les corps célestes du système solaire (concernant leur composition chimique, leur atmosphère, leur gravité, leur lumière et leur chaleur) ont été ignorées.

Cependant, à mesure que la puissance des télescopes augmentait et avec l'avènement de la spectroscopie, les astronomes ont pu commencer à comprendre la chimie des atmosphères planétaires proches. Ainsi, il pourrait être exclu que les planètes voisines soient habitées par des organismes similaires aux planètes terrestres.

Objet d'étude de l'astrobiologie

L'astrobiologie se concentre sur l'étude des questions de base suivantes:

• Qu'est ce que la vie?
• Comment la vie est-elle née sur Terre?
• Comment la vie évolue et se développe-t-elle?
• Y a-t-il de la vie ailleurs dans l'univers?
• Quel est l'avenir de la vie sur Terre et ailleurs dans l'univers, si elle existe?

Beaucoup d'autres questions découlent de ces questions, toutes liées à l'objet d'étude de l'astrobiologie.

Mars comme modèle d'étude et d'exploration spatiale

La planète rouge, Mars, a été le dernier bastion d'hypothèses de vie extraterrestre au sein du système solaire. L'idée de l'existence de la vie sur cette planète est initialement venue d'observations faites par des astronomes à la fin du 19e et au début du 20e siècle.

Ils ont fait valoir que les marques sur la surface martienne étaient en fait des canaux construits par une population d'organismes intelligents. Ces modèles sont désormais considérés comme le produit du vent.

Les missions

Les sondes spatiales Mariner illustrent l'ère spatiale qui a commencé à la fin des années 50. Cette ère a permis de voir et d'examiner directement les surfaces planétaires et lunaires dans le système solaire; excluant ainsi les revendications de formes de vie extraterrestres multicellulaires et facilement reconnaissables dans le système solaire.

En 1964, la mission Mariner 4 de la NASA a envoyé les premières photographies en gros plan de la surface martienne, montrant une planète essentiellement désertique.

Cependant, les missions ultérieures sur Mars et les planètes extérieures ont permis une vue détaillée de ces corps et de leurs lunes et, en particulier dans le cas de Mars, une compréhension partielle de leur histoire.

Dans divers contextes extraterrestres, les scientifiques ont trouvé des environnements pas très différents des environnements habités sur Terre.

La conclusion la plus importante de ces premières missions spatiales a été le remplacement des hypothèses spéculatives par des preuves chimiques et biologiques, ce qui permet de l'étudier et de l'analyser objectivement.

Y a-t-il de la vie sur Mars? La mission

Dans un premier temps, les résultats des missions Mariner soutiennent l'hypothèse de la non-existence de la vie sur Mars. Cependant, nous devons considérer que la vie macroscopique était recherchée. Des missions ultérieures ont jeté le doute sur l'absence de vie microscopique.

Figure 3. Sonde orbitale et terrestre de la mission Viking. Source: Don Davis, via Wikimedia Commons

Par exemple, sur les trois expériences conçues pour détecter la vie, menées par la sonde au sol de la mission Viking, deux étaient positives et une négative.

Malgré cela, la plupart des scientifiques impliqués dans les expériences de sonde Viking conviennent qu'il n'y a aucune preuve de vie bactérienne sur Mars et que les résultats ne sont officiellement pas concluants.

Figure 4. Sonde d'atterrissage (Lander) de la mission Viking. Source: NASA / JPL-Caltech / Université de l'Arizona, via Wikimedia Commons

Missions

Suite aux résultats controversés des missions Viking, l'Agence spatiale européenne (ESA) a lancé la mission Mars Express en 2003, spécialement conçue pour les études exobiologiques et géochimiques.

Cette mission comprenait une sonde appelée Beagle 2 (homonyme du navire où Charles Darwin voyageait), conçue pour rechercher des signes de vie sur la surface peu profonde de Mars.

Cette sonde a malheureusement perdu le contact avec la Terre et n'a pas pu mener à bien sa mission. Un destin similaire a eu la sonde de la NASA "Mars Polar Lander" en 1999.

Mission

Après ces tentatives infructueuses, en mai 2008, la mission Phoenix de la NASA a atteint Mars, obtenant des résultats extraordinaires en seulement 5 mois. Ses principaux objectifs de recherche étaient exobiologiques, climatiques et géologiques.

Cette sonde a pu démontrer l'existence de:

• Neige dans l'atmosphère de Mars.
• De l'eau sous forme de glace sous les couches supérieures de cette planète.
• Sols basiques avec un pH compris entre 8 et 9 (au moins dans la zone proche de la descente).
• L'eau liquide à la surface de Mars dans le passé

L'exploration de Mars continue

L'exploration de Mars se poursuit aujourd'hui, avec des instruments robotiques de haute technologie. Les missions Rovers (MER-A et MER-B) ont fourni des preuves impressionnantes de l'activité de l'eau sur Mars.

Par exemple, des preuves d'eau douce, de sources bouillantes, d'une atmosphère dense et d'un cycle actif de l'eau ont été trouvées.

Figure 5. Dessin du Rover MER-B (Opportunity) à la surface de Mars. Source: NASA / JPL / Université Cornell, Maas Digital LLC, via Wikimedia Commons

Sur Mars, des preuves ont été obtenues que certaines roches ont été moulées en présence d'eau liquide, comme la Jarosite, détectée par le Rover MER-B (Opportunity), qui était actif de 2004 à 2018.

Le Rover MER-A (Curiosity) a mesuré les fluctuations saisonnières du méthane, qui a toujours été liée à l'activité biologique (données publiées en 2018 dans la revue Science). Il a également découvert des molécules organiques telles que le thiophène, le benzène, le toluène, le propane et le butane.

Figure 6. Fluctuation saisonnière des niveaux de méthane sur Mars, mesurée par le Rover MER-A (Curiosity). Source: NASA / JPL-Caltech

Il y avait de l'eau sur Mars

Bien que la surface de Mars soit aujourd'hui inhospitalière, il est clair que dans un passé lointain, le climat martien permettait à l'eau liquide, ingrédient essentiel de la vie telle que nous la connaissons, de s'accumuler à la surface.

Les données du Rover MER-A (Curiosity) révèlent qu'il y a des milliards d'années, un lac dans le cratère Gale contenait tous les ingrédients nécessaires à la vie, y compris des composants chimiques et des sources d'énergie.

Météorites martiennes

Certains chercheurs considèrent les météorites martiennes comme de bonnes sources d'informations sur la planète, suggérant même qu'il existe des molécules organiques naturelles et même des microfossiles de bactéries. Ces approches font l'objet d'un débat scientifique.

Figure 7. Vue microscopique de la structure interne de la météorite ALH84001, montrant des structures similaires aux bacilles. Source: NASA, via Wikimedia Commons

Ces météorites de Mars sont très rares et représentent les seuls échantillons directement analysables de la planète rouge.

Panspermie, météorites et comètes

L'une des hypothèses qui favorisent l'étude des météorites (et aussi des comètes), a été appelée panspermie. Cela consiste en l'hypothèse que dans le passé la colonisation de la Terre s'est produite, par des micro-organismes qui sont venus à l'intérieur de ces météorites.

Aujourd'hui, il existe également des hypothèses suggérant que l'eau terrestre provenait de comètes qui ont bombardé notre planète dans le passé. De plus, on pense que ces comètes ont peut-être amené avec elles des molécules primitives, ce qui a permis le développement de la vie ou même la vie déjà développée qui s'y logeait.

Récemment, en septembre 2017, l'Agence spatiale européenne (ESA) a terminé avec succès la mission Rosseta, lancée en 2004. Cette mission consistait en l'exploration de la comète 67P / Churyumov-Gerasimenko avec la sonde Philae qui l'a atteinte et en orbite, pour puis descendez. Les résultats de cette mission sont toujours à l'étude.

Importance de l'astrobiologie

Le paradoxe de Fermi

On peut dire que la question originale qui motive l'étude de l'aastrobiologie est: Sommes-nous seuls dans l'univers?

Rien que dans la Voie lactée, il existe des centaines de milliards de systèmes stellaires. Ce fait, associé à l'âge de l'univers, suggère que la vie devrait être un phénomène courant dans notre galaxie.

Autour de ce sujet, la question posée par le physicien lauréat du prix Nobel Enrico Fermi est célèbre: "Où est tout le monde?", Qu'il a posée dans le cadre d'un déjeuner, où le fait que la galaxie devrait être pleine a été discuté de vie.

La question a fini par donner naissance au Paradoxe qui porte son nom et qui s'énonce de la manière suivante:

Le programme SETI et la recherche de l'intelligence extraterrestre

Une réponse possible au paradoxe de Fermi pourrait être que les civilisations auxquelles nous pensons sont réellement là, mais nous ne les avons pas recherchées.

En 1960, Frank Drake et d'autres astronomes ont lancé un programme de recherche d'intelligence extraterrestre (SETI).

Ce programme a fait des efforts conjoints avec la NASA, dans la recherche de signes de vie extraterrestre, tels que les signaux radio et micro-ondes. Les questions de savoir comment et où rechercher ces signaux ont conduit à de grands progrès dans de nombreuses branches de la science.

Figure 8. Radiotélescope utilisé par SETI à Arecibo, Porto Rico. Source: JidoBG, de Wikimedia Commons

En 1993, le Congrès américain a annulé le financement de la NASA à cette fin, en raison d'idées fausses sur la signification de ce que la recherche implique. Aujourd'hui, le projet SETI est financé par des fonds privés.

Le projet SETI a même engendré des films hollywoodiens, tels que Contact, mettant en vedette l'actrice Jodie Foster et inspirés par le roman du même nom écrit par l'astronome de renommée mondiale Carl Sagan.

L'équation de Drake

Frank Drake a estimé le nombre de civilisations dotées de compétences en communication, en utilisant l'expression qui porte son nom:

N = R * xf _p xn _et xf _l xf _i xf _c x L

Où N représente le nombre de civilisations ayant la capacité de communiquer avec la Terre et est exprimé en fonction d'autres variables telles que:

• R *: le taux de formation d'étoiles similaires à notre soleil
• f _p: la fraction de ces systèmes stellaires avec des planètes
• n _e: le nombre de planètes semblables à la Terre par système planétaire
• f _l: la fraction de ces planètes où la vie se développe
• f _i: la fraction dans laquelle survient l'intelligence
• f _c: la fraction de planètes en forme de communication
• L: l'espérance de «vie» de ces civilisations.

Drake a formulé cette équation comme un outil pour «dimensionner» le problème, plutôt que comme un élément permettant de faire des estimations concrètes, car nombre de ses termes sont extrêmement difficiles à estimer. Cependant, il existe un consensus sur le fait que le nombre qu'il a tendance à lancer est important.

De nouveaux scénarios

Nous devons noter que lorsque l'équation de Drake a été formulée, il y avait très peu de preuves de planètes et de lunes en dehors de notre système solaire (exoplanètes). C'est dans les années 1990 que les premières preuves d'exoplanètes sont apparues.

Figure 9. Télescope Kepler. Source: NASA, via Wikimedia Commons

Par exemple, la mission Kepler de la NASA a détecté 3 538 candidats exoplanètes, dont au moins 1 000 sont considérés comme étant dans la «zone habitable» du système considéré (distance permettant l'existence d'eau liquide).

Astrobiologie et exploration des extrémités de la Terre

L'un des mérites de l'astrobiologie est qu'elle a inspiré, dans une large mesure, le désir d'explorer notre propre planète. Ceci avec l'espoir de comprendre par analogie le fonctionnement de la vie dans d'autres contextes.

Par exemple, l'étude des évents hydrothermaux au fond de l'océan nous a permis d'observer, pour la première fois, une vie non associée à la photosynthèse. Autrement dit, ces études nous ont montré qu'il peut y avoir des systèmes dans lesquels la vie ne dépend pas de la lumière du soleil, ce qui a toujours été considéré comme une condition indispensable.

Cela nous permet de supposer des scénarios de vie possibles sur des planètes où l'on peut trouver de l'eau liquide, mais sous d'épaisses couches de glace, ce qui empêcherait l'arrivée de la lumière vers les organismes.

Un autre exemple est l'étude des vallées sèches de l'Antarctique. Là, ils ont obtenu des bactéries photosynthétiques qui survivent à l'abri à l'intérieur des roches (bactéries endolytiques).

Dans ce cas, la roche sert à la fois de support et de protection contre les conditions défavorables du lieu. Cette stratégie a également été détectée dans des salines et des sources chaudes.

Figure 10. Vallées sèches de McMurdo en Antarctique, l'un des endroits sur Terre les plus semblables à Mars. Source: Département d'État américain des États-Unis, via Wikimedia Commons

Perspectives astrobiologiques

La recherche scientifique de la vie extraterrestre a jusqu'à présent été infructueuse. Mais il devient de plus en plus sophistiqué à mesure que la recherche astrobiologique produit de nouvelles connaissances. La prochaine décennie d'exploration astrobiologique verra:

• Davantage d'efforts pour explorer Mars et les lunes glacées de Jupiter et de Saturne.
• Une capacité sans précédent à observer et analyser les planètes extrasolaires.
• Plus grand potentiel pour concevoir et étudier des formes de vie plus simples en laboratoire.

Toutes ces avancées augmenteront sans aucun doute nos chances de trouver la vie sur des planètes semblables à la Terre. Mais peut-être que la vie extraterrestre n'existe pas ou est tellement dispersée dans la galaxie que nous n'avons presque aucune chance de la trouver.

Même si ce dernier scénario est vrai, la recherche en astrobiologie élargit de plus en plus notre perspective de la vie sur Terre et de sa place dans l'univers.

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