Une planète qui est candidate pour être habitée connaîtra sans aucun doute des catastrophes, des collisions et des événements d'extinction. Si la vie doit survivre et prospérer dans un monde, il doit posséder les conditions intrinsèques et environnementales adéquates pour lui permettre de persister. Ici, une illustration de l’environnement terrestre ancien peut sembler redoutable, mais la vie a toujours trouvé un moyen. (CENTRE DE VOL DE L’ESPACE GODDARD DE LA NASA)

Comment était-ce quand la vie a commencé sur Terre?

La planète a eu la vie, sous une forme ou une autre, depuis presque aussi longtemps que la Terre a existé.

Si vous veniez dans notre système solaire juste après sa formation, vous auriez vu un spectacle complètement étranger. Notre Soleil aurait été à peu près de la même masse qu’aujourd’hui, mais il n’est que 80% de sa luminosité, car les étoiles se réchauffent en vieillissant. Les quatre mondes intérieurs rocheux seraient toujours là, mais trois d’entre eux seraient extrêmement similaires. Vénus, la Terre et Mars avaient tous une atmosphère mince, de l’eau liquide à la surface et des ingrédients organiques susceptibles de donner vie à la vie.

Bien que nous ne sachions toujours pas si la vie s’est jamais installée sur Vénus ou sur Mars, nous savons qu’à l’époque où la Terre n’avait que 100 millions d’années, il y avait des organismes vivant à sa surface. Après des milliards d'années d'évolution cosmique ayant donné naissance aux éléments, molécules et conditions à partir desquels la vie pouvait exister, notre planète est devenue celle où elle a non seulement existé, mais également prospéré. Au meilleur de nos connaissances scientifiques, voici à quoi ressemblaient ces premiers pas.

Vue à l'échelle micrométrique d'organismes très primitifs. Que les premiers organismes formés sur Terre ou antérieurs à la formation de notre planète reste une question ouverte, mais les preuves sont en faveur des scénarios où la vie apparaît sur notre monde. (ERIC ERBE, COLORISATION NUMÉRIQUE PAR CHRISTOPHER POOLEY, À LA FOIS USDA, ARS, UEM)

La vie telle que nous la connaissons a quelques propriétés sur lesquelles tout le monde s’accorde. Bien que la vie sur Terre implique une chimie à base de carbone (nécessitant du carbone, de l'oxygène, de l'azote, de l'hydrogène et de nombreux autres éléments tels que le phosphore, le cuivre, le fer, le soufre, etc.) et repose sur de l'eau liquide, d'autres combinaisons d'éléments et de molécules peuvent être utilisées. possible. Les quatre propriétés générales que toutes les actions de la vie partagent, cependant, sont les suivantes:

  1. La vie a un métabolisme, où elle récupère de l'énergie / des ressources d'une source externe pour son propre usage.
  2. La vie réagit aux stimuli externes de son environnement et modifie son comportement en conséquence.
  3. La vie peut croître, s’adapter à son environnement ou bien évoluer de sa forme actuelle vers une autre.
  4. Et la vie peut se reproduire, créant une progéniture viable issue de ses propres processus internes.
La formation et la croissance d'un flocon de neige, une configuration particulière de cristal de glace. Bien que les cristaux aient une configuration moléculaire leur permettant de se reproduire et de se copier eux-mêmes, ils n'utilisent pas d'énergie et ne codent pas l'information génétique. (VYACHESLAV IVANOV / VIMEO.COM/87342468)

Tous les quatre doivent être en place simultanément pour qu'une population d'organismes soit considérée comme vivante. Les flocons de neige et les cristaux peuvent être capables de croître et de se reproduire, mais leur manque de métabolisme les empêche d’être classés comme vivants. Les protéines peuvent avoir un métabolisme et être capables de se reproduire, mais elles ne répondent pas aux stimuli externes et n'altèrent pas le comportement en fonction de ce qu'elles rencontrent. Même les virus, qui sont l’organisme le plus discutable sur la ligne de démarcation entre la vie et la non-vie, ne peuvent se reproduire qu’en infectant d’autres cellules vivantes ayant réussi, laissant planer le doute sur le fait de savoir si elles sont classées comme vivantes ou non vivantes.

De nombreux matériaux organiques - composés chimiques tels que les sucres, les acides aminés, le formiate d'éthyle et même des composés complexes tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques - se trouvent dans l'espace interstellaire, dans les astéroïdes et sont abondants sur la Terre primitive. Mais nous n’avons aucune preuve que la vie a commencé avant la formation de la Terre.

Le système solaire primitif était rempli de comètes, d'astéroïdes et de petites masses de matière qui frappaient pratiquement tous les mondes environnants. Cette période est connue historiquement sous le nom de bombardement tardif et on pense que beaucoup des ingrédients de la vie, mais pas les organismes vivants, ont été amenés sur Terre. (NASA)

Au lieu de cela, la pensée dominante est que la Terre a été formée avec ces ingrédients bruts, et peut-être beaucoup plus. Peut-être que les nucléotides étaient courants; peut-être que des protéines et des fragments de protéines sont venus pré-assemblés; des couches lipidiques et des bicouches pourraient peut-être apparaître spontanément dans un environnement aqueux. Cependant, pour passer des précurseurs à la vie réelle, nous avons pensé que nous avions besoin d’un environnement propice.

Ces trois planètes favorables - Vénus, la Terre et Mars - avaient toutes un niveau de gravité de surface raisonnable, des atmosphères minces, de l’eau liquide à leur surface et ces molécules précurseurs biochimiques. La seule chose sur Terre que les deux autres planètes n’ont probablement pas, c’est une Lune. Tandis que les trois mondes avaient probablement une chance de former la vie pour la première fois, notre Lune nous a permis de nous donner des chances que les autres mondes n'ont peut-être pas eues.

La Terre et le Soleil ne sont pas si différents de leur apparition il y a 4 milliards d'années. Dans les premiers stades du système solaire, Vénus et Mars peuvent avoir semblé assez similaires. (NASA / TERRY VIRTS)

La quantité d'eau présente sur ces premières planètes était très probablement suffisante pour créer des océans, des mers, des lacs et des rivières, mais pas suffisamment pour les recouvrir complètement d'eau liquide. Cela signifie qu'ils avaient tous des continents et des océans, et à la jonction des deux, il y avait des bassins de marée: des régions où l'eau peut exister de manière stable sur la terre ferme et être soumise à toutes sortes de gradients d'énergie.

La lumière du soleil, les ombres et la nuit, les cycles d'évaporation et de concentration, l'écoulement de fluide poreux en présence de minéraux et les gradients d'activité de l'eau pourraient tous offrir aux molécules la possibilité de se lier de manière innovante et intéressante. Les effets des marées peuvent être renforcés par la Lune, mais tous ces mondes possèdent des marées dues au Soleil. Cependant, la Terre possède une source d’énergie supplémentaire qui a probablement contribué à l’origine de la vie, qui n’a peut-être pas été aussi spectaculaire sur Vénus ou Mars.

Les mares de marée, comme celles du Wisconsin illustrées ici, se trouvent à la jonction des terres et des grandes étendues d'eau, comme les lacs, les mers et les océans. Un pool réunissant les conditions adéquates et les molécules précurseurs est l’un des candidats possibles où la vie aurait pu naître sur Terre. (GOODFREEPHOTOS_COM / PIXABAY)

Ce dernier facteur est l'activité thermique de l'intérieur de la planète. Au fond des océans, les sources hydrothermales sont des points chauds géologiques propices à la vie. Même de nos jours, ils abritent des organismes appelés extrémophiles: des bactéries et d’autres formes de vie capables de résister aux températures qui cassent généralement les liaisons moléculaires associées aux processus de la vie.

Ces évents contiennent d’énormes gradients d’énergie ainsi que des gradients chimiques, là où l’eau extrêmement alcaline se mélange à l’eau de mer acide, riche en acide carbonique. Enfin, ces évents contiennent à la fois des ions sodium et potassium, ainsi que des structures de carbonate de calcium qui pourraient servir de matrice aux premières cellules. Le fait que la vie existe dans des environnements tels que celui-ci indique que des mondes comme Europa ou Enceladus sont des foyers potentiels pour la vie ailleurs dans le système solaire.

Au fond de la mer, autour des sources hydrothermales, où la lumière du soleil n’atteint pas la surface du soleil, la vie continue de prospérer sur Terre. Comment créer la vie à partir de non-vie est l'une des grandes questions ouvertes de la science d'aujourd'hui. Si la vie peut exister ici, au fond des océans de la Terre, il y a peut-être une chance de vivre également dans les profondeurs des océans souterrains d’Europa ou d’Encelade. (PROGRAMME NOAA / PMEL VENTS)

Mais peut-être que le meilleur endroit pour commencer la vie sur Terre est le meilleur de tous les mondes: les champs hydrothermaux. L’activité volcanique ne se produit pas uniquement sous les océans, mais également sur terre. Sous les zones d'eau douce, ces zones volcaniques actives fournissent une source supplémentaire de chaleur et d'énergie pouvant stabiliser les températures et créer un gradient d'énergie. Pendant tout ce temps, ces emplacements permettent toujours des cycles d'évaporation / concentration, fournissent un environnement confiné permettant aux bons ingrédients de s'accumuler et permettent un cycle d'exposition soleil / nuit.

Sur Terre, nous pouvons être certains que les bassins de marée, les cheminées hydrothermales et les champs hydrothermaux étaient tous communs. Alors que les molécules précurseurs provenaient certainement de l’extérieur de la Terre, c’est probablement sur notre planète que la transformation de la non-vie en vie s’est produite spontanément.

Cette vue aérienne du Grand Prismatic Spring dans le parc national de Yellowstone est l’un des éléments hydrothermaux les plus emblématiques du monde. Les couleurs sont dues aux divers organismes vivant dans ces conditions extrêmes et dépendent de la quantité de lumière solaire qui atteint les différentes parties des sources. Les champs hydrothermaux comme celui-ci sont parmi les meilleurs endroits possibles pour la vie sur Terre. (JIM PEACO, SERVICE DES PARCS NATIONAUX)

Au fil du temps, la Terre a énormément changé, tout comme les organismes vivants de notre planète. Nous ne savons pas si la vie est née une fois, plus d'une fois ou dans des lieux disparates. Ce que nous savons cependant, c’est que si nous reconstruisons l’arbre évolutif de tous les organismes existants sur la Terre, ils ont tous le même ancêtre.

En étudiant les génomes des organismes existants sur notre monde, les biologistes peuvent reconstruire l’échelle de temps de ce que l’on appelle LUCA: le dernier ancêtre commun universel de la vie sur Terre. À l'époque, la Terre avait moins d'un milliard d'années, la vie avait déjà la capacité de transcrire et de traduire des informations entre l'ADN, l'ARN et les protéines, et ces mécanismes existent aujourd'hui dans tous les organismes. On ignore si la vie a surgi plusieurs fois, mais il est généralement admis que la vie telle que nous la connaissons aujourd'hui est issue d'une population unique.

Image au microscope électronique à balayage au niveau sub-cellulaire. Bien que l’ADN soit une molécule extrêmement complexe et longue, il est constitué des mêmes éléments constitutifs (atomes) que tout le reste. À notre connaissance, la structure de l'ADN sur laquelle repose la vie peut même précéder les archives fossiles. (IMAGE DE DOMAINE PUBLIC PAR DR. ERSKINE PALMER, USCDCP)

Malgré le fait que des processus géologiques puissent souvent occulter les archives fossiles au-delà de quelques centaines de millions d'années, nous avons pu retracer extraordinairement l'origine de la vie. Des fossiles microbiens ont été découverts dans du grès datant de 3,5 milliards d'années. Le graphite, découvert dans des roches sédimentaires métamorphisées, serait d’origine biogénique et remonte à 3,8 milliards d’années.

Trilobites fossilisés dans du calcaire, du Field Museum de Chicago. Tous les organismes existants et fossilisés peuvent voir leur lignée remonter à un ancêtre commun universel qui vivait il y a environ 3,5 milliards d'années. (JAMES ST. JOHN / FLICKR)

Même plus tôt encore, dans des périodes plus extrêmes, les dépôts de certains cristaux dans les roches semblent provenir de processus biologiques, ce qui suggère que la Terre grouillait déjà de 4,3 à 4,4 milliards d'années: 100 à 200 millions d'années plus tard. et Moon formé. À notre connaissance, la vie sur Terre existe depuis presque aussi longtemps que la Terre elle-même.

Des gisements de graphite trouvés dans le Zircon, parmi les plus anciennes preuves de la vie carbonée sur Terre. Ces dépôts, et les ratios de carbone 12 qu'ils montrent dans les inclusions, datent de la vie sur Terre il y a plus de 4 milliards d'années. (E A BELL ET AL, PROC. NATL. ACAD. SCI. USA, 2015)

À un moment donné sur notre planète, au tout début, les molécules abondantes et précurseurs de la vie, dans des conditions énergétiques et chimiques appropriées, ont commencé à métaboliser simultanément l’énergie, à réagir à l’environnement, à croître, à s’adapter, à évoluer et à se reproduire . Même si cela nous serait méconnaissable aujourd’hui, cela marque l’origine de la vie. Dans une succession de succès biologiques radicalement ininterrompue, notre planète est depuis lors un monde vivant.

Diamants Hadéens incrustés dans du zircon / quartz. Vous pouvez trouver les plus anciens gisements dans le panneau d, qui indiquent un âge de 4,26 milliards d'années, ou presque l'âge de la Terre elle-même. (M. MENNEKEN, A. A. NEMCHIN, T. GEISLER, R. T. PIDGEON et S. A. WILDE, NATURE 448 7156 (2007))

Même si Vénus et Mars ont pu avoir des chances similaires, des changements radicaux dans l'atmosphère de Vénus l'ont transformé en un monde de serre brûlante après seulement 200 à 300 millions d'années. congelé. Alors que les impacts d’astéroïdes peuvent faire fuir la vie terrestre sur l’ensemble du système solaire et dans la galaxie, tout indique que nous en sommes à l’origine.

9,4 milliards d’années après le Big Bang, la Terre grouillait de vie. Nous n’avons jamais regardé en arrière.

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Débute avec un coup est maintenant sur Forbes, et republié sur moyen grâce à nos partisans de Patreon. Ethan est l'auteur de deux livres, Beyond The Galaxy et Treknology: La science de Star Trek, de Tricorders à Warp Drive.