par Nicolas Prouillac et Arthur Scheuer | 0 min | 26 octobre 2015

Le cris­­tal de Schrö­­din­­ger

« Pourquoi la NASA voudrait-elle étudier un lac au Canada ? » Trois gardes-fron­­tières diffé­­rents m’ont posé la ques­­tion, et alors qu’ils ont fini par me lais­­ser passer, il est évident qu’ils n’ont pas compris. Pourquoi la NASA s’in­­té­­resse-t-elle à un lac au Canada ? Et en quoi cela me regarde ? Comparé à d’autres envi­­ron­­ne­­ments exotiques, le lac Pavi­­lion, en Colom­­bie-Britan­­nique, semble plutôt ordi­­naire malgré son isole­­ment – la grande ville la plus proche est Vancou­­ver, et le voyage est long à travers les montagnes pour la rejoindre. De petites villes à flanc de montagne brillent timi­­de­­ment dans la nuit noire, et entre elles, la route serpente à travers la lande déserte sur des dizaines de kilo­­mètres. Le lac en lui-même s’étend le long d’une auto­­route, depuis laquelle il ne diffère en rien des autres lacs de montagne de l’ouest de l’Amé­­rique du Nord.

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Le lac Pavi­­lion, en Colom­­bie-Britan­­nique
Crédits : PLRP

Mais sous la surface, le fond du lac de Pavi­­lion est tapissé de ce qui ressemble à des récifs coral­­liens : un chaos de dômes, de cônes et de formes étranges qui m’évoquent des arti­­chauts. Mais il ne s’agit pas de coraux, qui sont des colo­­nies de petits animaux : ce sont des forma­­tions rocheuses appe­­lées micro­­bia­­lites, créées par les cyano­­bac­­té­­ries, qui les recouvrent. Autre­­fois appe­­lées « algues bleu-vert », ces bacté­­ries ont formé la roche sur laquelle elles vivent, absor­­bant des nutri­­ments dans l’eau et reje­­tant de la roche derrière elles. Comme les plantes, elles vivent de la lumière du soleil, et elles s’épa­­nouissent depuis les eaux peu profondes jusqu’au bas de l’abrupte pente subaqua­­tique, à l’en­­droit où les rayons du soleil laissent la place aux ténèbres. Ceux sont elles qui inté­­ressent la NASA, et c’est la raison de ma visite. Les gens que je suis venu rencon­­trer ici ont des desseins pour le moins ambi­­tieux. Ils cherchent à décou­­vrir ce que les singu­­lières forma­­tions rocheuses du lac Pavi­­lion peuvent nous apprendre des origines de la vie sur Terre, de la vie dans d’autres mondes et, en défi­­ni­­tive, de la vie tout court.

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Erwin Schrö­­din­­ger était un type intel­­li­gent. Vous devez le connaître grâce à la célèbre expé­­rience de pensée du « chat de Schrö­­din­­ger », l’ani­­mal placé dans une boîte, qui n’est ni mort ni vivant avant que vous ne regar­­diez à l’in­­té­­rieur. L’un de ses travaux les plus inté­­res­­sants est contenu dans un petit livre écrit en 1944, basé sur une série de confé­­rences que Schrö­­din­­ger a données à Dublin. L’ou­­vrage pose une unique ques­­tion : Qu’est-ce que la vie ?

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Les équipes de recherche
Crédits : PLRP

C’est un livre impor­­tant car il prédit certaines des proprié­­tés essen­­tielles de l’ADN avant qu’on ne les ait décou­­vertes. Près d’une décen­­nie avant qu’on ne lève le voile sur la fameuse struc­­ture à double-hélice de l’ADN, Schrö­­din­­ger a eu l’in­­tui­­tion de la façon dont les orga­­nismes évoluent et trans­­mettent leur infor­­ma­­tion géné­­tique de géné­­ra­­tion en géné­­ra­­tion, à travers ce qu’il appe­­lait le « cris­­tal apério­­dique » : une chaîne d’atomes qui ne se répète jamais préci­­sé­­ment. Même si chacun des maillons de la chaîne contient les mêmes atomes (carbone, nitro­­gène, oxygène, hydro­­gène et phos­­phore), leur combi­­nai­­son permet l’en­­co­­dage d’une quan­­tité extra­­or­­di­­naire d’in­­for­­ma­­tion. Schrö­­din­­ger compa­­raît cela au morse, ce code qui permet de repro­­duire des langues entières à l’aide de seule­­ment deux « lettres ». Aujourd’­­hui, nous savons que le code géné­­tique comprend quatre lettres (A, C, G et T) qui, en s’agré­­geant et en formant des pairs, peuvent enco­­der tout ce dont un orga­­nisme a besoin pour produire des protéines, faire fonc­­tion­­ner son méta­­bo­­lisme, et vivre. C’est semble-t-il la diffé­­rence fonda­­men­­tale entre vie et non-vie : une capa­­cité à trans­­mettre de l’in­­for­­ma­­tion par-delà le simple proces­­sus de repro­­duc­­tion. Les cris­­taux ordi­­naires se repro­­duisent, mais ils ne trans­­mettent que le proces­­sus répé­­ti­­tif d’or­­ga­­ni­­sa­­tion des atomes. Ils ne peuvent évoluer. Selon les mots de Schrö­­din­­ger, il s’agit de la même diffé­­rence qu’entre « un papier peint ordi­­naire dans lequel le même motif est répété encore et encore selon une pério­­di­­cité régu­­lière, et un chef-d’œuvre de la brode­­rie, une tapis­­se­­rie de Raphaël par exemple, qui ne présente pas de répé­­ti­­tion mono­­tone, mais un dessin élaboré, cohé­rent et chargé de sens, tracé par un grand maître. »

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Les micro­­bia­­lites
Crédits : PLRP

Les glaces d’En­­ce­­lade

Le bateau ponton est presque chargé jusqu’au seuil critique. À son bord, on actionne les commandes et super­­­vise l’avan­­cée de ROV, ou remo­­tely opera­­ted vehicles, des véhi­­cules sous-marins télé­­com­­man­­dés. Ces petits sous-marins robo­­tiques sont équi­­pés de camé­­ras HD qu’ils pointent sur la partie du lac que des plon­­geurs humains iront explo­­rer plus tard dans la semaine. Ils trans­­portent aussi des capteurs qui mesurent la tempé­­ra­­ture de l’eau, son pH, la posi­­tion GPS, ainsi que la profon­­deur et le courant. Pour atteindre le niveau de flot­­ta­­bi­­lité parfait, les ROV sont atte­­lés d’un curieux mélange de tech­­no­­lo­­gie high-tech et d’équi­­pe­­ment rafis­­tolé : moteurs de pointe et dispo­­si­­tifs de flot­­tai­­son faits de balles de base­­ball et de frites en mousse orange vif, atta­­chées avec des câbles de plas­­tique. L’un des submer­­sibles fouine au fond du lac et prend des images haute-réso­­lu­­tion des micro­­bia­­lites ; l’autre a pour mission de veiller sur lui et d’en­­re­­gis­­trer les diffé­­rentes varia­­tions de l’eau. J’ob­­serve la scène depuis l’in­­té­­rieur du « centre de contrôle » de la NASA – une remorque instal­­lée sur la rive –, via le retour vidéo trans­­mis par les ROV. On dirait un paysage extra­­­ter­­restre : des monti­­cules irré­­gu­­liers et vert-de-gris, de la taille d’une table, certains en grappes, d’autres tout seuls, s’étalent dans le loin­­tain, jusqu’à se perdre dans l’obs­­cu­­rité sous-marine. En voyant ces images, je me demande à quel point ce paysage étrange ressemble à la Terre primi­­tive. D’après l’étude des micro­­bia­­lites fossi­­li­­sés, les loin­­tains ancêtres des cyano­­bac­­té­­ries d’aujourd’­­hui consti­­tuaient proba­­ble­­ment l’une des plus anciennes vies sur Terre. Il y a plusieurs milliards d’an­­nées, l’oxy­­gène de notre atmo­­sphère était proba­­ble­­ment fait de cyano­­bac­­té­­ries, qui ont converti l’at­­mo­­sphère char­­gée de dioxyde de carbone de la Terre primi­­tive en mélange équi­­li­­bré de nitro­­gène et d’oxy­­gène d’aujourd’­­hui, long­­temps avant que les plantes ne voient le jour. Les cyano­­bac­­té­­ries modernes ont d’ha­­bi­­tude tendance à produire des colo­­nies de tapis luisants qui couvrent le fond des lacs reti­­rés, plutôt que les micro­­bia­­lites rocheuses et élabo­­rées du lac Pavi­­lion.

Quand on recherche la vie ailleurs dans le cosmos, le plus diffi­­cile est peut-être encore de la recon­­naître lorsque nous la voyons.

Si étranges soient-elles, ces micro­­bia­­lites pour­­raient bien être la seule chose qui paraî­­trait loin­­tai­­ne­­ment fami­­lière au voya­­geur dans le temps retourné aux premières heures de notre planète. Car la vie n’a pas créé que l’air que nous respi­­rons : où qu’on aille, quoi qu’on observe sur la planète, on est face à un envi­­ron­­ne­­ment créé par la vie. La chimie des roches, des océans, du sol : tout porte la marque de la vie. Les scien­­ti­­fiques ont trouvé des orga­­nismes – surtout des bacté­­ries et des archeons, des orga­­nismes unicel­­lu­­laires qui s’épa­­nouissent dans les envi­­ron­­ne­­ments extrêmes – partout où ils ont regardé, depuis les failles rocheuses au fond des mers jusqu’aux nuages les plus élevés de notre atmo­­sphère. Dans chaque envi­­ron­­ne­­ment, les orga­­nismes se sont adap­­tés à leur milieu et l’ont trans­­formé à leur tour, pour qu’il s’adapte à leurs besoins. Les traces de ces trans­­for­­ma­­tions mutuelles sont appe­­lées signa­­tures biolo­­giques, et elles repré­­sentent l’un des attraits prin­­ci­­paux du lac Pavi­­lion pour Ally­­son Brady. Géochi­­miste à l’uni­­ver­­sité McMas­­ter, Brady cherche des moyens de diffé­­ren­­cier les proces­­sus abio­­tiques – qui surviennent sans l’in­­fluence de la vie – des signa­­tures biolo­­giques. « Même lorsque les bacté­­ries sont mortes depuis long­­temps », dit-elle, « la roche peut encore conte­­nir le genre de signa­­ture chimique qui signi­­fie qu’elle a été créée par une influence biolo­­gique, contrai­­re­­ment à une signa­­ture chimique pure­­ment abio­­tique. On en voit à Pavi­­lion. » Les signa­­tures biolo­­giques sont peut-être la clé qui nous permet­­tra de savoir si une pierre décou­­verte sur Mars est un fossile micro­­bia­­lite – signe que la vie exis­­tait aupa­­ra­­vant – ou une simple et cruelle imita­­tion. La quan­­tité de certains isotopes ou la présence inha­­bi­­tuelle de certaines molé­­cules dans la roche pour­­rait révé­­ler les traces chimiques produites par le méta­­bo­­lisme de microbes depuis long­­temps éteints. Évidem­­ment, la situa­­tion idéale serait d’ob­­ser­­ver des microbes vivants (en suppo­­sant qu’ils existent), mais la réalité est plus complexe que la science-fiction ne le laisse entendre. Le moindre échan­­tillon de micro-orga­­nismes collecté par un véhi­­cule d’ex­­plo­­ra­­tion spatiale, par une sonde ou par un astro­­naute devra survivre à l’ex­­po­­si­­tion à l’équi­­pe­­ment, puis être iden­­ti­­fié comme « vivant » sous l’exa­­men d’un micro­­scope. Un proces­­sus chro­­no­­phage qui requer­­rait qu’un indice chimique préli­­mi­­naire nous assure que cette chose vaut la peine d’être étudiée au niveau micro­s­co­­pique. De ce fait, tant qu’on n’a pas inventé les tricor­­deurs de Star Trek pour se char­­ger du scan auto­­ma­­tique, les cher­­cheurs sont à la recherche de signa­­tures biolo­­giques dans le sol martien, dans la glace du satel­­lite de Jupi­­ter Europa, et dans les plumes d’eau expul­­sées par les volcans de glace d’En­­ce­­lade, la sixième plus grosse lune de Saturne.

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Ence­­lade photo­­gra­­phié par la sonde Cassini
Crédits : JPL/Nasa

Une vie non-orga­­nique

Sur les berges de Pavi­­lion, le bour­­don­­ne­­ment constant des libel­­lules d’un bleu irides­cent me berce, tandis qu’un huard barbote sur l’eau calme. Après deux jours d’opé­­ra­­tions télé­­gui­­dées, c’est au tour des plon­­geurs humains d’en­­trer en scène. Pour les accueillir, l’équipe affrète un bateau supplé­­men­­taire jusqu’au site de plon­­gée. Cette fois-ci, j’em­­barque avec eux, et ma tâche prin­­ci­­pale est de me tenir hors de leur chemin. En vérité, j’avais meilleure vue dans la remorque : tout ce que je vois ici, ce sont des scien­­ti­­fiques qui regardent des écrans et pilotent les ROV, sans savoir ce que fabriquent les plon­­geurs. Les libel­­lules, les huards, les plon­­geurs et même les bacté­­ries les plus inha­­bi­­tuelles sont indu­­bi­­ta­­ble­­ment en vie – ou, comme le disent les paroles d’une chan­­son de Sesame Street, ils « respirent, mangent et gran­­dissent ». Mais est-ce le cas de toutes les choses vivantes ?

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Paré à plon­­ger
Crédits : PLRP

Quand on recherche la vie ailleurs dans le cosmos, le plus diffi­­cile est peut-être encore de la recon­­naître lorsque nous la voyons. La plus grande part de la vie sur Terre est micro­­bienne, et même si nous asso­­cions volon­­tiers les bacté­­ries à la mala­­dies, la plupart d’entre elles sont indif­­fé­­rentes aux êtres humains. Un grand nombre d’es­­pèces proli­­fèrent dans des endroits qui nous tueraient, et vice versa : les eaux profondes, les cavernes acides, sous des froids mordants ou des chaleurs infer­­nales. Et pour­­tant, il subsiste un lien de parenté entre ces orga­­nismes et nous, même si l’évo­­lu­­tion et l’adap­­ta­­tion au milieu nous ont sépa­­rés. Toute vie sur Terre existe à partir de cellules ; toute vie utilise l’eau comme une part essen­­tielle de sa struc­­ture ; toute vie est produite à partir de molé­­cules simi­­laires conte­­nant du carbone, de l’oxy­­gène, du nitro­­gène ainsi qu’une poignée d’autres éléments ; et toute vie terrestre utilise l’ADN et l’ARN (l’acide ribo­­nu­­cléique) pour enco­­der l’in­­for­­ma­­tion qu’elle contient et la trans­­mettre aux géné­­ra­­tions qui lui succèdent. Et pour­­tant, nous devons nous inter­­­ro­­ger : la vie est-elle forcé­­ment consti­­tuée de cette manière ? Si nous repre­­nions à zéro l’his­­toire de notre système solaire, la vie utili­­se­­rait-elle la même alchi­­mie, produi­­rait-elle des cellules et trans­­for­­me­­rait-elle son envi­­ron­­ne­­ment de la même manière ? La vie est orga­­nique, ce qui signi­­fie simple­­ment qu’il s’agit de « molé­­cules conte­­nant du carbone ». Les molé­­cules orga­­niques sont très répan­­dues dans notre galaxie. Des astro­­nomes ont trouvé des traces d’acides aminés (les compo­­santes des protéines) dans les comètes, et des bases nucléiques (les « lettres » géné­­tiques de l’ADN et de l’ARN) dans les nuages de gaz qui s’étendent entre les étoiles. Mais bien que l’eau soit peut-être néces­­saire à la vie, on la trouve en telle quan­­tité sur d’autres mondes et dans l’es­­pace inter­­s­tel­­laire qu’elle n’en est plus remarquable. Il nous reste encore à trou­­ver le signe qu’il existe quoi que ce soit hors de notre atmo­­sphère qui puisse être iden­­ti­­fié comme de la vie. Aussi para­­doxal que cela puisse paraître, il pour­­rait égale­­ment exis­­ter de la vie non-orga­­nique : « orga­­nique » ne signi­­fie pas « vivant ». La vie à base de sili­­cium qui habite les univers de Star Strek et du Disque-Monde de Terry Prat­­chett est le résul­­tat de ce genre de pensée. Le sili­­cium figure dans la même colonne que le carbone sur le tableau pério­­dique, il est donc chimique­­ment semblable. Mais en défi­­ni­­tive, il ne forme pas les mêmes molé­­cules. Le carbone semble seul capable, entre tous les éléments du tableau pério­­dique, de former des struc­­tures assez complexes avec d’autres atomes pour créer la vie.

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Un ROV au fond du lac
Crédits : PLRP

L’ADN est une chose complexe, si bien que de nombreux cher­­cheurs sont amenés à se deman­­der comment elle a pu voir le jour. L’une des hypo­­thèses large­­ment répan­­dues est que l’ARN – qui n’est formée que d’une seule chaîne, au contraire de la double-hélice de l’ADN – était là la première. Mais même l’ARN est complexe. « Peut-être que la vie n’a pas commencé avec l’ARN, mais avec quelque chose d’un petit peu plus simple », avance John Chaput, de l’uni­­ver­­sité d’État de l’Ari­­zona. « Quoi que fut ce maté­­riau plus simple, ça a aidé à produire l’ARN. » Le « D » de l’ADN et le « R » de l’ARN repré­­sentent des sucres, respec­­ti­­ve­­ment le désoxy­­ri­­bose et le ribose. Ils forment les supports de l’échelle sur lesquels les lettres géné­­tiques dessinent des barreaux – mais ce ne sont pas les seuls sucres capables d’y parve­­nir. Des molé­­cules géné­­tiques arti­­fi­­cielles appe­­lées « AXN » (pour acide xéno­­nu­­cléique) peuvent être créées à partir d’autres sucres : le X pouvant être n’im­­porte laquelle d’un certain nombre de possi­­bi­­li­­tés. Chaput s’in­­té­­resse tout parti­­cu­­liè­­re­­ment à un sucre appelé « thréose », car la molé­­cule d’ATN qui en résulte recon­­naît en quelque sorte l’ARN et s’as­­semble avec elle, tout comme l’ADN le fait avec l’ARN. L’ATN est plus simple que l’ARN et l’ADN, en termes de struc­­ture chimique comme dans la façon dont elle est produite. Chaput et d’autres cher­­cheurs qui inclinent à penser comme lui se demandent si l’ATN n’est pas arri­­vée la première sur la Terre primi­­tive : « Du fait de la simpli­­cité de sa synthèse, elle aurait vu le jour très tôt mais aurait rapi­­de­­ment été supplan­­tée par l’ARN. »

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Les moni­­teurs de contrôle
Crédits : PLRP

Les AXN ne sont qu’un des nombreux chemins alter­­na­­tifs possibles pour la vie. Le carbone engendre bien plus de molé­­cules que la vie n’en utilise, à ce que nous savons. Les protéines n’uti­­lisent pas tous les types d’acides aminés ; l’ADN et l’ARN n’uti­­lisent pas toutes les bases nucléiques chimique­­ment possibles. Il est probable que d’autres formes de vie, ailleurs dans l’uni­­vers, partagent la même alchi­­mie orga­­nique de base, voire les mêmes codes géné­­tiques que nous, mais qu’elles utilisent diffé­­rents types de molé­­cules pour créer leurs cellules.

Le dragon des Ts’kw’ay­­laxw

Le temps est dégagé et l’air est chaud, mais Tyler Mackey et Frances Rivera-Hernan­­dez sont parés pour de froides tempé­­ra­­tures. Ils sont vêtus de combi­­nai­­sons étanches et se préparent à plon­­ger dans les eaux glacées du lac, pour s’as­­su­­rer que l’équi­­pe­­ment fonc­­tionne avant qu’il ne soit utilisé pour l’échan­­tillon­­nage scien­­ti­­fique, plus tard dans la semaine. Mackey se concentre sur la façon dont les microbes forment et sont formés par leur envi­­ron­­ne­­ment, et sur la manière dont ces inter­­ac­­tions se maté­­ria­­lisent dans la chro­­nique de fossiles de notre planète. Le gros de son travail de thèse est basé sur les lacs gelés de l’An­­tar­c­­tique. Rivera-Hernan­­dez, pour sa part, travaille au sein de l’équipe du Mars Science Labo­­ra­­tory, qui pilote le véhi­­cule Curio­­sity explo­­rant actuel­­le­­ment la surface de Mars. Elle cherche à savoir si les lacs terrestres partagent certains attri­­bus géolo­­giques avec les lacs aujourd’­­hui assé­­chés de la planète Mars – qui pour­­raient avoir été par le passé des bassins couverts de glace.

La vie : façon­­neuse, façon­­née, en perpé­­tuelle évolu­­tion.

On parle beau­­coup de Mars à Pavi­­lion. Les plon­­geurs ne se contentent pas de collec­­ter des données scien­­ti­­fiques sur les micro­­bia­­lites : ils testent des logi­­ciels et des proto­­coles dans le but de mener des recherches simi­­laires à la surface de la Planète rouge. Les plon­­geurs se comportent comme des astro­­nautes marchant sur Mars ; le bateau depuis lequel ils plongent est leur « centre de commande » (comme celui qui sera peut-être un jour installé sur Phobos, la lune de Mars), et la remorque de la NASA instal­­lée sur la rive sert de « centre de contrôle ». Pour rendre la simu­­la­­tion plus réelle encore, les commu­­ni­­ca­­tions entre le bateau et le centre de contrôle subissent un délai de cinq minutes, pour repro­­duire le temps de voyage des signaux à travers les 55 millions de kilo­­mètres qui séparent Mars de la Terre au point le plus rappro­­ché. Du fait de ce déca­­lage, les plon­­geurs ne peuvent pas rece­­voir d’ins­­truc­­tions direc­­te­­ment depuis la « Terre », ce qui signi­­fie que la plupart de leurs actions doivent être soigneu­­se­­ment plani­­fiées à l’avance. (En compa­­rai­­son, les astro­­nautes de la mission Apollo avait un déca­­lage moins élevé, d’en­­vi­­ron une seconde d’un côté et de l’autre.) Les futurs astro­­nautes martiens ne trou­­ve­­ront proba­­ble­­ment rien d’aussi indu­­bi­­ta­­ble­­ment vivant que les bacté­­ries de Pavi­­lion, mais il pour­­rait y avoir là-bas des traces d’an­­ciennes micro­­bia­­lites. Des paléon­­to­­logues ont décou­­vert des fossiles de micro­­bia­­lites super­­­po­­sées appe­­lées stro­­ma­­to­­lites en Austra­­lie, au Groen­­land, en Antar­c­­tique et au-delà. Certaines d’entre elles, en Austra­­lie, datent de 3,5 milliards d’an­­nées, soit peu de temps après que la Terre fondue se soit soli­­di­­fiée. Si des microbes semblables à ceux trou­­vés sur Terre ont peuplé Mars pendant une période de temps simi­­laire mais qu’ils sont morts (ou qu’ils se sont dépla­­cés sous la surface) lorsque la planète s’est assé­­chée, on pour­­rait décou­­vrir là-bas de pareils fossiles. Présen­­te­­ment, l’eau à la surface de Mars semble avoir été éphé­­mère et très salée, mais cela n’a pas forcé­­ment toujours été le cas. « S’il y a eu un jour de l’eau en abon­­dance sur Mars – ce que de nombreuses preuves semblent indiquer lorsqu’on observe sa surface –, elle était proba­­ble­­ment glacée », explique Rivera-Hernan­­dez. Cela rend les lacs gelés de notre Terre parti­­cu­­liè­­re­­ment inté­­res­­sants pour les indi­­vi­­dus qui traquent la vie sur Mars. Pavi­­lion gèle tous les hivers, et le lac était possi­­ble­­ment couvert toute l’an­­née d’une calotte de glace durant la glacia­­tion. Certaines struc­­tures de micro­­bia­­lites semblent assez vieilles pour avoir survécu au gel.

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Curio­­sity appro­­chant de Mars
Crédits : NASA/JPL-Caltech

Durant les 71 années qui se sont écou­­lées depuis le livre de Schrö­­din­­ger, les scien­­ti­­fiques ont fait du chemin dans leur compré­­hen­­sion du fonc­­tion­­ne­­ment de la vie. Pour autant, il n’y a encore aucune défi­­ni­­tion claire de ce qu’est la vie. L’évo­­lu­­tion en fait partie, tout comme le concept voisin de la trans­­mis­­sion d’in­­for­­ma­­tion géné­­tique d’une géné­­ra­­tion à la suivante. Le méta­­bo­­lisme en fait aussi partie, en alté­­rant la balance chimique de son envi­­ron­­ne­­ment d’une façon qui ne serait pas adve­­nue autre­­ment. Mais tandis que certaines choses ne sont défi­­ni­­ti­­ve­­ment pas vivantes et que d’autres le sont indu­­bi­­ta­­ble­­ment, il subsiste entre les deux une région ombreuse. C’est le royaume des virus et des protéines rebelles appe­­lées prions – répu­­tés pour causer l’en­­cé­­pha­­lo­­pa­­thie spon­­gi­­forme bovine, dite « mala­­die de la vache folle ». Les virus contiennent de l’ADN ou de l’ARN, mais ils doivent enva­­hir des cellules pour se repro­­duire. Les prions sont remarquables car ils peuvent trans­­mettre de l’in­­for­­ma­­tion et se repro­­duire sans ADN, en prenant le contrôle d’autres protéines, endom­­ma­­geant les tissus de l’in­­té­­rieur du cerveau. Virus et prions sont souvent nocifs, mais certains types de levures profitent des prions, et les mammi­­fères utilisent l’ADN des virus pour empê­­cher les mères de reje­­ter les fœtus de leur ventre. Aucun d’eux n’est vivant au sens strict – ils ne croissent pas ou ne se multi­­plient pas sans se joindre à un orga­­nisme –, et pour­­tant ils peuvent muter et évoluer sous la pres­­sion de la sélec­­tion natu­­relle. « Les virus ont clai­­re­­ment la capa­­cité de suivre des prin­­cipes d’évo­­lu­­tion darwi­­niens, mais pas sans cellule hôte », explique David Lynn, de l’uni­­ver­­sité d’Emory. Pour lui, vie et non-vie ont une conti­­nuité : « Il y a une tran­­si­­tion durant laquelle nous devrions pouvoir distin­­guer quelque chose d’évo­­lu­­tif aux niveaux chimique et biolo­­gique. » En d’autres termes, il existe une divi­­sion floue entre une chose requé­­rant un cata­­ly­­seur exté­­rieur – une cellule hôte, du tissu céré­­bral… – pour évoluer, et une chose qui évolue et se repro­­duit d’elle-même. À un certain point, les proces­­sus chimiques sans vie fran­­chissent la ligne et deviennent vivants.

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Un plon­­geur récolte des échan­­tillons
Crédits : PLRP

Lynn pense beau­­coup à l’in­­for­­ma­­tion biochi­­mique portée par les molé­­cules complexes, et à la façon dont on doit inter­­­pré­­ter l’évo­­lu­­tion dans ce contexte. Lui et ses colla­­bo­­ra­­teurs enquêtent pour savoir si les protéines (qui, au sens chimique, sont des chaînes de molé­­cules orga­­niques rela­­ti­­ve­­ment longues utili­­sées pour produire des cellules) pour­­raient emma­­ga­­si­­ner et trans­­mettre la même infor­­ma­­tion que trans­­mettent les molé­­cules géné­­tiques, sans néces­­si­­ter d’ADN ou d’ARN. Mais l’ADN comme les protéines sont des choses complexes, la ques­­tion est donc de savoir si quelque chose d’autre a vu le jour en premier dans l’his­­toire de la vie sur Terre pour deve­­nir le mètre étalon de ces deux produits chimiques. Le petit lac cana­­dien de Pavi­­lion est l’un des endroits où nous pouvons décou­­vrir comment répondre à ce genre de ques­­tions. Les diffé­­rents cher­­cheurs de Pavi­­lion, les biochi­­mistes travaillant sur les AXN et les astro­­bio­­lo­­gistes réflé­­chis­­sant à la vie sur d’autres mondes – tous tentent de comprendre les possibles adap­­ta­­tions de la vie en mettant à profit la chimie et les maté­­riaux de chaque envi­­ron­­ne­­ment. Les bacté­­ries comme celles qui vivent au lac Pavi­­lion aujourd’­­hui créent rare­­ment des micro­­bia­­lites ; même si Pavi­­lion est un peu plus alca­­lin que d’autres lacs des alen­­tours et qu’il contient davan­­tage de miné­­raux, il n’y a pas de raison évidente à l’exis­­tence de ces struc­­tures. « Qu’est-ce qui permet l’exis­­tence de ces micro­­bia­­lites ? Qu’y a-t-il de si spécial à propos de ce lac ? » s’in­­ter­­roge Darlene Lim, la cher­­cheuse prin­­ci­­pale de Pavi­­lion. « C’est une énigme compliquée à résoudre, qui comprend beau­­coup d’im­­pli­­ca­­tions diffé­­rentes. »

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Quels secrets renferment ces étranges paysages ?
Crédits : PLRP

Toute vie sur Terre est liée entre elle par un ancêtre commun dans son passé géolo­­gique. Mais peut-être que la vie telle que nous la connais­­sons coexis­­tait jadis avec d’autres biochi­­mies. Si cela est vrai, alors nos loin­­tains ancêtres ont eu plus de chance que des orga­­nismes basés sur d’autres struc­­tures molé­­cu­­laires, en utili­­sant et trans­­for­­mant l’en­­vi­­ron­­ne­­ment jusqu’à l’ex­­tinc­­tion de ces autres formes de vie. C’est une pensée préoc­­cu­­pante : non pas la mort d’une espèce, mais d’une avenue toute entière qui auraient pu gran­­dir pour domi­­ner la planète si l’his­­toire avait pris un autre tour­­nant. Ces hypo­­thèses n’ap­­par­­tiennent pas exclu­­si­­ve­­ment au royaume de la spécu­­la­­tion. Avec Mars, avec Europa, avec des milliers d’exo­­pla­­nètes cata­­lo­­guées, l’éten­­due des possi­­bi­­li­­tés chimiques pour­­raient se être immenses. Nous ne pouvons pas nous permettre de présu­­mer que toute vie doit suivre le même chemin que celui qu’elle a emprunté sur Terre, biolo­­gique­­ment ou chimique­­ment. « Qu’est-ce que la vie ? » n’est pas une ques­­tion à sens unique et ne peut avoir une seule réponse. Peut-être qu’elle ne néces­­site pas qu’on y réponde, d’ailleurs. Des hommes comme Charles Darwin ont soigneu­­se­­ment mis de côté les chausse-trappes philo­­so­­phiques. Une grande chemi­­née de pierre se dresse sur le flanc de la montagne qui surplombe le lac Pavi­­lion. Les Premières Nations Ts’kw’ay­­laxw (un des peuples auto­ch­­tones cana­­diens), dont le terri­­toire s’étend sur toute la zone, disent qu’un grand dragon vit là-bas, et veille sur les enfants du lac. Les cyano­­bac­­té­­ries sont d’une certaine façon l’hé­­ri­­tage de la vie qui exis­­tait à l’aube du monde. Mais elles sont aussi modernes, comme toute vie : adap­­tées à leur envi­­ron­­ne­­ment par la force de l’évo­­lu­­tion. Et même si cela reste une défi­­ni­­tion vague, voici ce qu’est la vie : façon­­neuse, façon­­née, en perpé­­tuelle évolu­­tion.


Traduit de l’an­­glais par Nico­­las Prouillac et Arthur Scheuer d’après l’ar­­ticle « What is life? », paru dans Mosaic. Couver­­ture : Le lac Pavi­­lion, en Colom­­bie-Britan­­nique.
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