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La contamination extraterrestre

Un passé liquide sur Mars (II)

Par sa proximité de la Terre, le fait qu’elle présente des calottes polaires, des changements saisonniers et un cycle de 24 heures, Mars a toujours suscité l'intérêt des exobiologistes. Pour des générations de scientifiques, d’écrivains et de curieux, Mars rassemblaient toutes les conditions pour abriter une vie extraterrestre.

Mais lorsque les sondes spatiales Viking 1 et 2 atterrirent sur la planète Rouge en 1976 équipées de leur laboratoire de biochimie portatif, les quelques pelletées du sol martien n'ont pas permis de détecter une forme d'activité biologique. Durant les expériences biologiques, il y avait bien eu des échanges gazeux (expérience GEX), la matière organique avait été oxydée et le gaz carbonique fut dissous dans le sol mais les chercheurs n’ont pas directement fait de corrélation entre ces résultats et la vie.

Honneur aux pionniers. A gauche, le bras manipulateur de la sonde Viking 1 Lander après avoir récolté quelques échantillons du sol sur le site de Chryse Planitia en 1976 par 22°N et 50°O, horizon ESE. A droite, la sonde Viking 2 Lander sur le site d'Utopia Planitia le 26 septembre 1976 regardant l'horizon SSO. Les couleurs de l'image ont été rectifiées. Outre les mires de calibrage couleur on reconnaît l'antenne bande S, le générateur radiothermique RTG et une partie de la caméra. L'image couvre un angle de 70° en azimut. Documents NASA/NSSDC etNASA/JPL corrigés par l'auteur.

En effet, les supposés processus métaboliques microbiens que l’on a détecté se produisaient dans une grande variétés de conditions : humides et sèches, claires ou sombres, chaudes et froides, nourricière et stérile. L'expérience par pyrolyse (PR) par exemple devait vérifier si le phénomène de photosynthèse se produisait dans les échantillons. Les résultats montrèrent bien qu’une certaine quantité de carbone atmosphérique avait été fixée dans l’échantillon, mais même stérilisé, l’échantillon produisait la même assimilation.

Il en était de même pour l’expérience GEX d'échanges gazeux qui reposait sur le principe que la matière vivante devait échanger des gaz avec l’atmosphère, trahissant la présence de matière nutritive dans le sol. Les échantillons furent posés dans une enceinte en présence de vapeur d’eau, puis on ajouta un milieu nutritif composé d’hélium, de krypton et de gaz carbonique. Le prélèvement une fois humidifié dégageait rapidement de l’oxygène pendant quelque temps, puis la réaction s’arrêta, à l’instar d’une activité métabolique. Mais même la stérilisation des prélèvements n’empêchait pas la production d’oxygène lors d’une nouvelle humidification.

Enfin, l’expérience par marquage radioactif (LR) devait préciser si les échantillons assimilaient ou non les molécules organiques comme le font les micro-organismes. Une soupe nourricière devait être absorbée par l’échantillon qui devait rejeter du gaz carbonique. A peine la solution était-elle injectée que l’échantillon devenait radioactif. L’expérience fut répétée plusieurs fois avec les mêmes résultats, ce qui faisait penser qu’il existait une culture microbienne dans le sol martien.

Les résultats des expériences biologiques de Viking. A gauche, le laboratoire de biologie utilisé par les Viking Lander. Il contient 40000 composants. A droite, le résultat de l'expérience par marquage radioactif (Labeled release). Même stérilisé l'échantillon de sol continue à émettre de la radioactivité. Documents TRW Space & Electronics/Spacecom et Biospherics.

Malheureusement les trois expériences se sont contredites du point de vue biologique, bien que certaines conclusions laissaient planer un certain doute. Pour les microbiologistes il est très peu probable que les microbes martiens aient été capables de s’adapter à toutes ces conditions. Une autre raison de ne pas y croire est qu’une autre expérience visant à rechercher des molécules organiques dans le sol martien a toujours donné des résultats négatifs, alors que l’on sait que la sensibilité des instruments leur permettait de détecter une partie par milliard.

Cela dit, sous le seuil de détection des appareils de mesure, des milliers de bactéries peuvent exister. Les chercheurs s’attendaient à ce que la vie martienne épouse la vie terrestre et soit fondée sur la chimie du carbone. Sans aucune preuve de cet ordre, les exobiologistes ont perdu leur optimisme mais ils ne désespèrent pas. Tous attendent avec impatience les résultats des successeurs des Viking qui poursuivent actuellement leur mission sur la surface de Mars et des prochains robots qui se poseront sur la planète Rouge dans les années qui viennent.

Mais comme l’a suggéré Fred Hoyle[4], les échantillons prélevés par les deux sondes Viking devraient conduire à une conclusion négative : “L’approche la plus aisée des conditions martiennes peut se faire sur notre Terre dans les vallées sèches de l’Antarctique, vallées sans glace dont le sol est connu pour abriter la vie. La procédure logique, lors de la préparation de la mission Viking, eût été de tester les deux expériences de détection de la vie au moyen d’échantillons du sol de l’Antarctique. Les deux expériences auraient donné des résultats tangibles. Cette vérification ne fut réalisée qu’après que la mission ait eu lieu. Le bilan, à l’évidence, est que la vie est bel et bien présente sur Mars. Cette conclusion est soutenue par les tests qui ont été effectués dans les laboratoires de biologie pour reproduire l’information positive de l’expérience par marquage (LR) avec des moyens artificiels qui employaient des échantillons de sol stérile contenant des matériaux biologiquement inertes tels que le peroxyde d’hydrogène. Ces essais n’ont pas réussi à donner des indications de vie. Pour l’heure, la seule façon de reproduire le résultat du LR est de procéder dans des conditions propices à la vie”.

A gauche, une image prise par Viking 2 sur le site d'Utopia Planitia en 1979. Le givre au sol s'est formé par la condensation du gaz carbonique. Au centre, des ravines (gullies) formées par un liquide sur les remparts du cratère Newton dans Sirenum Terra par 39°S et 166.1°O. A droite, des îlots de sédiments dans la région d'Ares Vallis par 22°N et 50°O non loin du site d'atterrissage de Mars Pathfinder. Ils suggèrent fortement qu'un fluide pouvant être de l'eau a coulé en abondance dans le passé. Documents NASA/NSSDC, MGS et NASA/JPL/MGS/NSSDC.

Cela étant, la surface de Mars révéla aux sondes Orbiter des détails stupéfiants : l'eau liquide a probablement coulé en abondance durant le premier milliard d'année et peut-être par la suite de manière sporadique. On retrouve dans la Valles Marineris notamment des traces d'écoulements qui ont creusé des chenaux semblables à nos réseaux fluviaux et déposé des alluvions.

Certains planétologues pensent également que Mars disposait dans le passé d'une atmosphère dense et chaude[5]. Mais le Dr Jonathan Lunine et des scientifiques de l'Université de Washington ne sont pas de cet avis, jugeant au vu des résultats des dernières missions que Mars aurait plutôt connu un passé froid et sec même si sa surface fut vraisemblablement recouverte d'eau avant de la perdre par évaporation.

Il y a de la vie sur Mars

Quand nous évoquons la question de trouver des traces de vie extraterrestre sur Mars, on ne peut l'isoler du problème de la contamination du milieu par des bactéries d'origine terrestre. Aujourd'hui nous savons que les Martiens existent : ils s'appellent Bacillus lichenformis, Bacillus cerus et Lactobacillus brevis. Ce sont des bactéries déposées par... les robots d'exploration sur la planète Rouge depuis 1971 !

Or ces organismes peuvent survivre dans l'environnement martien; privés d'eau liquide, ils résistent au froid, au rayonnement UV et aux effets des particules chargées émises par le Soleil. Ces bacilles sont capables de se fabriquer une spore, une enveloppe ultra-résistante pour résister à ces agressions. Protégés par ce bouclier, ces organismes peuvent survivre ainsi des centaines, des milliers voire des millions d'années dans un milieu extrême pour revenir à la vie lorsque l'environnement se fait plus clément.

Ceci peut un jour constituer un problème sur le plan scientifique car comment discerner l'éventuel organisme martien de son homologue terrestre ? Il suffirait que l'un de ces organismes importés atteigne une poche d'eau liquide pour qu'il prolifère et contamine toute une région !

Actuellement le problème ne se pose pas encore, du moins le pense-t-on dans les laboratoires d'exobiologie du CNES et du centre Ames de la NASA où les normes de stérilisation ont été durcies ces dernières années. Aujourd'hui, un robot conçu pour détecter des traces de vie ne doit pas comporter plus de 30 spores/m2, la tolérance est de 300 spores/m2 pour un robot mobile et de 300000 spores/m2 pour un robot statique (ce qui reste malgré tout 1 million de fois plus propre que la peau de l'homme). On reviendra sur le sujet dans l'article intitulé La survie des microbes et des spores sur Mars.

La météorite ALH84001

David S. McKay en 1996.

En 1996, après deux ans de recherches, un groupe de scientifiques sous la direction de David S. McKay (1936-2013), spécialiste des sciences planétaires et responsable scientifique des questions d'exobiologie au centre Johnson de la NASA, publia dans la revue "Science"[6] un article dans lequel il expliquait comment son équipe avait découvert en 1984, près d'Allan Hills en Antarctique, une nouvelle météorite vraisemblablement d’origine martienne.

La météorite âgée d'environ 3.9 milliards d’années et pesant 1.9 kg fut éjectée de la surface de Mars il y a environ 13000 ans puis voyagea dans l’espace interplanétaire avant de tomber sur Terre. En fait, c’est la présence d’isotopes dans les météorites SNC (Shergottite-Nakhlilite-Chassignite) à laquelle appartient cet échantillon baptisé ALH84001 qui faisait penser qu'elle pouvait provenir de Mars.

Ces isotopes ont en effet des propriétés similaires aux éléments analysés dans l’atmosphère martienne par la mission Viking. Ces météorites contiennent de petites quantité d’eau dont le rapport isotopique de l’oxygène diffère de celui mesuré dans l’eau terrestre. Tous ces indices suggèrent non seulement que cette météorite vient de Mars mais que cette planète contenait autrefois beaucoup plus d’eau, transformant ces SNC en carbonates.

Liste des météorites martiennes (IMCA)

Plus étonnant encore, après analyse il s’avère que l’échantillon ALH84001 contient des minéraux carbonés qui d’ordinaires précipitent en présence d’eau sous forme liquide. Il présente également des grains de cristaux de magnétites similaires par la forme mais non la dimension à ceux produits par certaines bactéries terrestres (la magnétite des magnétosomes).

Enfin, l’échantillon contient des hydrocarbures aromatiques polycycliques, les fameux PAH - qui ne sont pas des acides aminés - associés à des éléments organiques, les carbonates. Ces PAH sont des substances insolubles contenant principalement du pyroxène minéral et une quantité modérée de molécules organiques lourdes connues sous le nom de "kérogène".

A gauche, ALH84003 contient des carbonates (sphères oranges de 0.15 mm) qui semblent assistés par des bactéries. A droite, une structure tubulaire ressemblant à un petit microbe. Elle est 100 fois plus fine qu'un cheveux (0.75 micron). Documents LPI et David S.McKay/NASA/LPI.

En bref conclut l’équipe de McKay, “aucune de ces observations n’est en elle-même concluante quant à l’existence d’une forme de vie passée [sur Mars mais] considérés collectivement” cet échantillon contiendrait des résidus fossiles d’êtres unicellulaires et des produits de leur métabolisme. Pour la première fois, semblait-il, nous avions “la preuve qu’il exista, dans le passé, une forme de vie élémentaire sur Mars”. Cette découverte renforce l’opinion de certains exobiologistes qui pensent que la vie, malgré qu’elle soit un état très complexe de la matière, n’est peut-être pas aussi rare qu’on le pensait jusqu’alors.

Mais depuis la publication de cet article, les quelques indices mis en évidence donnèrent lieu à un large débat dans la communauté scientifique et furent vivement critiqués. Aujourd’hui encore beaucoup de chercheurs refusent de croire à l’origine martienne de la météorite, rien selon eux ne prouvant l’origine extraterrestre de l’échantillon ALH84001.

Depuis cette époque, des astrobiologistes ont réalisé des analyses sur d'autres météorites y compris martiennes et montré que des processus électrochimiques sans relation avec des formes de vie pouvaient imiter la synthèse organique (cf. A.Steele, 2018). Des centaines d'expériences permettent de reproduire des substances identiques ou analogues à celles trouvées dans la météorite, et ces simulations ne renforcent pas la thèse de l'équipe de McKay.

A consulter :

La nature d'ALH84001 : des débats contradictoires

Illustration des structures tubulaires découvertes sur la météorite ALH84001. Elles sont 100 fois plus fines qu'un cheveux. Documents David S. McKay/NASA/LPI.

La validité de leurs propos et les preuves avancées rappellent les débats historiques de la paléontologie, les canulars de toutes sortes visant soit à asseoir la réputation d'un chercheur en mal de célébrité soit à le tourner en dérision par ses collègues. Mais d'un autre côté certains ne croyaient pas non plus au squelette chimérique et bien concret de l'ornithorynque ou que les fossiles pouvaient exister antérieurement au Déluge... Le débat sur la nature de la météorite d'Allan Hills est donc loin d'être clôturé. Les recherches continuent.

Ainsi que nous l'avons vu à propos de Mars, tout ce que l’on peut dire actuellement avec certitude, c’est qu’à la tombée de la nuit les régions martiennes exposées aux vents se couvrent de givre. En permanence les deux calottes polaires de Mars sont gelées et fondent partiellement en été. Mais il ne s'agit pas d'eau, sauf au pôle Nord, car l'eau n'existe que sous une forme gazeuse très tenue, mais plutôt de gaz carbonique gelé. Ceci dit, rien n’empêche l’eau d’exister dans le sous-sol martien et les exbiologistes[7] de relancer le débat sur le cycle de l’eau en phase gazeuse-liquide.

Durant les mois d'été on pense que la vie pourrait aussi se développer sous la surface permafrost, à l'abri du rayonnement UV, gagnant quelques degrés de chaleur.

Depuis le succès de la mission américaine Mars PathFinder en 1997, Mars Global Surveyor en 1998 et Mars Exploration Rover en 2004, l'exploration de Mars continuera dans l'avenir en attendant le retour d'échantillons martiens choisis avec grand soin pour leur intérêt dans notre recherche d'une forme de vie primitive. Cette mission appelée Mars Sample Return se déroula vers 2026-2030.

Prochain chapitre

Des nitriles sur Jupiter

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[4] F.Hoyle, “The Intelligent Universe”, Holt Reinhart Winston, NY, 1984, p103.

[5] S.Nedell, Icarus, 70, 1987, p409 - J.Pollack, Icarus, 71, 1987, p203 - M.Walter et D.Des Marais, Icarus, 101, 1993, p129 - Lire également le compte rendu de l'exploration de Mars par les sondes spatiales Viking dans R.Gore/NASA, National Geographic, 151, jan.1977, p3.

[6] M.Grady et al., Nature, 382, 1996, p575 - C.Chapman, Nature, 380, 1996, p23 - V.Kiernan et al., New Scientist, 1996, p4 - R.Keer, Science, 273, 1996, p864 - D.S.McKay et al., Science, 273, 1996, p924.

[7] T.Donahue, Nature, 374, 1995, p432.


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