Une planète qui est candidate à être habitée connaîtra sans aucun doute des catastrophes, des collisions et des événements de niveau d'extinction. Si la vie veut survivre et prospérer dans un monde, elle doit posséder les conditions intrinsèques et environnementales appropriées pour lui permettre de persister. Ici, une illustration de l'environnement de la Terre au début peut sembler effrayante, mais la vie a toujours trouvé un moyen. (CENTRE DE VOL NASA GODDARD SPACE)

À quoi ressemblait la vie sur Terre?

La planète a vécu sur elle, sous une forme ou une autre, presque aussi longtemps que la Terre a existé.

Si vous êtes venu 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 seulement environ 80% aussi lumineux, car les étoiles chauffent en vieillissant. Les quatre mondes intérieurs et rocheux seraient toujours là, mais trois d'entre eux auraient l'air extrêmement similaires. Vénus, la Terre et Mars avaient tous des atmosphères minces, de l'eau liquide à leur surface et les ingrédients organiques qui pouvaient donner 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 que des milliards d'années d'évolution cosmique aient donné naissance aux éléments, aux molécules et aux conditions à partir desquelles la vie pourrait exister, notre planète est devenue celle où elle a non seulement existé, mais où elle a prospéré. Au meilleur de nos connaissances scientifiques, voici à quoi ressemblaient ces premières étapes.

Une vue à l'échelle du micron d'organismes très primitifs. Que les premiers organismes se soient formés sur Terre ou soient antérieurs à la formation de notre planète reste une question ouverte, mais les preuves favorisent les scénarios où la vie surgit sur notre monde. (ERIC ERBE, COLORISATION NUMERIQUE PAR CHRISTOPHER POOLEY, DEUX USDA, ARS, EMU)

La vie telle que nous la connaissons a quelques propriétés sur lesquelles tout le monde est d'accord. Alors 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 comme le phosphore, le cuivre, le fer, le soufre, etc.) et dépend de l'eau liquide, d'autres combinaisons d'éléments et de molécules peuvent être possible. Cependant, les quatre propriétés générales que toutes les actions de la vie partagent sont les suivantes:

  1. La vie a un métabolisme, où elle récolte l'énergie / les 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 grandir, s'adapter à son environnement, ou peut autrement évoluer de sa forme actuelle vers une autre.
  4. Et la vie peut se reproduire, créant une progéniture viable qui résulte 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 qui leur permette de se reproduire et de se copier, ils n'utilisent pas d'énergie ou ne codent pas d'informations génétiques. (VYACHESLAV IVANOV / VIMEO.COM/87342468)

Ces quatre éléments doivent être en place simultanément pour qu'une population d'organismes soit considérée comme vivante. Les flocons de neige et les cristaux peuvent se développer et se reproduire, mais leur absence 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 ne modifient pas le comportement en fonction de ce qu'elles rencontrent. Même les virus, qui sont l'organisme le plus discutable sur la ligne entre la vie et la non-vie, ne peuvent se reproduire qu'en infectant d'autres cellules vivantes avec succès, jetant un doute sur le fait qu'ils soient classés comme vivants ou non vivants.

De nombreuses matières organiques - des composés chimiques comme les sucres, les acides aminés, le formiate d'éthyle et même des complexes comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques - se trouvent dans l'espace interstellaire, dans les astéroïdes, et étaient abondantes au début de la Terre. Mais nous n'avons aucune preuve que la vie a commencé avant la formation de la Terre.

Le premier système solaire était rempli de comètes, d'astéroïdes et de petits amas de matière qui ont frappé pratiquement tous les pays du monde. Cette période est historiquement connue sous le nom de bombardements tardifs et on pense qu'elle a apporté de nombreux ingrédients pour la vie, mais pas les organismes vivants eux-mêmes, sur Terre. (NASA)

Au lieu de cela, la pensée principale est que la Terre a été formée avec ces ingrédients bruts, et peut-être beaucoup plus. Peut-être que les nucléotides étaient communs; peut-être que les protéines et les fragments de protéines étaient 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 pensons que nous avions besoin du bon environnement.

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

La Terre et le Soleil, pas si différents de la façon dont ils auraient pu apparaître il y a 4 milliards d'années. Aux 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 assez pour les recouvrir complètement d'eau liquide. Cela signifie qu'ils avaient tous des continents et des océans, et à l'interface des deux, il y avait des marées: des régions où l'eau peut exister de manière stable sur la terre ferme et être soumise à toutes sortes de gradients énergétiques.

La lumière du soleil, l'ombre 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 ensemble de façons nouvelles et intéressantes. 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 sur Mars.

Les bassins de marée, comme ceux illustrés ici du Wisconsin, se produisent à l'interface de la terre et de grandes étendues d'eau, comme les lacs, les mers ou les océans. Une piscine avec les bonnes conditions et les molécules précurseurs est un candidat pour l'endroit 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 évents hydrothermaux sont des points chauds géologiques qui sont d'excellents emplacements candidats pour la vie. Aujourd'hui encore, ils abritent des organismes appelés extrémophiles: bactéries et autres formes de vie qui peuvent résister aux températures qui rompent généralement les liaisons moléculaires associées aux processus biologiques.

Ces évents contiennent d'énormes gradients d'énergie ainsi que des gradients chimiques, où l'eau de ventilation extrêmement alcaline se mélange à l'eau de mer acide et 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 modèle pour les premières cellules. Le fait que la vie existe dans des environnements comme celui-ci indique que des mondes comme Europa ou Encelade sont des foyers potentiels pour la vie ailleurs dans le système solaire aujourd'hui.

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

Mais le lieu le plus probable pour que la vie commence sur Terre est le meilleur de tous les mondes: les champs hydrothermaux. L'activité volcanique ne se produit pas seulement sous les océans, mais aussi sur terre. Sous les zones d'eau douce, ces zones volcaniquement actives fournissent une source de chaleur et d'énergie supplémentaire qui peut stabiliser les températures et fournir un gradient énergétique. Pendant ce temps, ces emplacements permettent toujours des cycles d'évaporation / concentration, fournissent un environnement confiné qui permet aux bons ingrédients de s'accumuler et permet un cycle d'exposition soleil / nuit.

Sur Terre, nous pouvons être sûrs que les marées, les évents hydrothermaux et les champs hydrothermaux étaient tous courants. Bien que les molécules précurseurs soient certainement originaires de la Terre, il est probable qu'ici sur notre planète la transformation de la non-vie en vie s'est produite spontanément.

Cette vue aérienne de Grand Prismatic Spring dans le parc national de Yellowstone est l'une des caractéristiques hydrothermales les plus emblématiques sur terre au 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. Des champs hydrothermaux comme celui-ci sont parmi les meilleurs endroits candidats à la vie sur terre. (JIM PEACO, SERVICE DES PARCS NATIONAUX)

Au fil du temps, la Terre a énormément changé, tout comme les organismes vivants sur 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 chaque organisme existant trouvé sur Terre aujourd'hui, ils partagent tous le même ancêtre.

En étudiant les génomes des organismes existants trouvés sur notre monde aujourd'hui, les biologistes peuvent reconstruire l'échelle de temps de ce qu'on appelle LUCA: le dernier ancêtre commun universel de la vie sur Terre. Lorsque 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 éclaté plusieurs fois, mais il est généralement admis que la vie telle que nous la connaissons aujourd'hui est issue d'une seule population.

Image au microscope électronique à balayage au niveau sous-cellulaire. Bien que l'ADN soit une molécule incroyablement complexe et longue, il est composé des mêmes éléments constitutifs (atomes) que tout le reste. Au meilleur de nos connaissances, la structure de l'ADN sur laquelle la vie est basée peut même être antérieure aux archives fossiles. (IMAGE DU DOMAINE PUBLIC PAR LE DR. ERSKINE PALMER, USCDCP)

Malgré le fait que les processus géologiques peuvent souvent obscurcir les archives fossiles au-delà de quelques centaines de millions d'années, nous avons pu retracer l'origine de la vie de manière extraordinairement loin. Des fossiles microbiens ont été découverts dans du grès datant de 3,5 milliards d'années. Le graphite, trouvé déposé dans les roches sédimentaires métamorphisées, a été retracé jusqu'à ses origines biogéniques 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 retrouver leur lignée jusqu'à un ancêtre commun universel qui vivait il y a environ 3,5 milliards d'années. (JAMES ST. JOHN / FLICKR)

À des époques encore plus anciennes et plus extrêmes, les dépôts de certains cristaux dans les roches semblent provenir de processus biologiques, ce qui suggère que la Terre grouillait de vie il y a 4,3 à 4,4 milliards d'années: dès 100-200 millions d'années après la Terre. et la Lune s'est formée. À notre connaissance, la vie sur Terre a existé presque aussi longtemps que la Terre elle-même.

Dépôts de graphite trouvés dans le Zircon, certains des éléments de preuve les plus anciens de la vie à base de carbone sur Terre. Ces dépôts, et les ratios de carbone 12 qu'ils montrent dans les inclusions, datent la vie sur Terre il y a plus de 4 milliards d'années. (EA BELL ET AL, PROC. NATL. ACAD. SCI. USA, 2015)

À un certain moment sur notre planète, aux tout premiers stades, les molécules abondantes et précurseurs de la vie, dans les bonnes conditions énergétiques et chimiques, ont commencé à métaboliser l'énergie simultanément, à répondre à l'environnement, à croître, à s'adapter, à évoluer et à se reproduire . Même si elle nous serait méconnaissable aujourd'hui, cela marque l'origine de la vie. Dans une chaîne de succès biologique radicalement ininterrompue, notre planète est depuis un monde vivant.

Diamants hadéens incrustés de 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, AA NEMCHIN, T. GEISLER, RT PIDGEON & SA WILDE, NATURE 448 7156 (2007))

Bien que Vénus et Mars aient pu avoir des chances similaires, des changements radicaux dans l'atmosphère de Vénus en ont fait un monde de serres brûlantes après seulement 200 à 300 millions d'années, tandis que la mort du champ magnétique martien a entraîné le dépouillement de son atmosphère, la rendant solide et congelé. Bien que les frappes d'astéroïdes puissent envoyer la vie terrestre hors du monde, dans tout le système solaire et la galaxie, toutes les preuves suggèrent que nous sommes là où cela a commencé.

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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Starts With A Bang est maintenant sur Forbes, et republié sur Medium grâce à nos supporters Patreon. Ethan est l'auteur de deux livres, Beyond The Galaxy et Treknology: The Science of Star Trek from Tricorders to Warp Drive.