Nous avons fait des progrès très significatifs sur la profonde question de l’origine de la vie depuis les spéculations de Darwin à ce sujet, que ce soit en découvrant la structure et le rôle de l’ADN ou avec la fameuse expérience de Miller. Mais il reste bien du chemin à parcourir car, finalement, nous ne sommes encore guère plus loin que le contenu de la dernière édition de l’un des ouvrages fondateurs concernant la recherche scientifique de l’origine de la vie au XXe siècle, qui a été publié en russe dans les années 1930 et que l’on doit au biochimiste soviétique Alexandre Oparine (1894-1980).

L’une des idées modernes mais qui n’aurait pas surpris Darwin, c’est que la vie est née dans un environnement particulièrement chaud, dans des sources hydrothermales sur la Terre primitive. Un tel environnement aurait produit non seulement des briques du vivant, comme des acides aminés dont la polymérisation peut donner les protéines essentielles au vivant et bien sûr les organismes multicellulaires, mais aussi les cellules elles-mêmes, avec leurs brins d’ADN et peut-être initialement seulement d’ARN.

Par Hervé Cottin, astrochimiste, professeur des universités, Lisa, Université Paris Est Créteil, Université de Paris-CNRS. Saviez-vous que Louis Pasteur a contribué à faire entrer la question des origines de la vie dans l’ère de la science moderne ? Hervé Cottin nous parle aussi de l’expérience de Miller-Urey. © Société française d’exobiologie

Une autre idée fait intervenir la synthèse de ces briques du vivant, également avec les fameuses bases azotées, dans l’espace et peut-être même sur Mars où la vie connue sur Terre serait en fait apparue initialement, avant d’arriver sur notre Planète transportée par des météorites arrachées à la gravitation martienne par de colossaux impacts d’astéroïdes.

Plus généralement, dans ce scénario, la vie pourrait être apparue dans des comètes ou de gros astéroïdes riches en carbone et en glace mais via de l’eau liquide, produite par le chauffage issu de la désintégration radioactive de noyaux à courte durée de vie, eux-mêmes produits dans la supernova à l’origine du Système solaire.

De fait, on a découvert dans des météorites – fragments d’astéroïdes laissés par la formation du Système solaire – aussi bien des traces de bases azotées, d’acides aminés et de sucres que de protéines ainsi que des traces d’altérations hydrothermales des minéraux des roches, témoignant de la présence passée d’éléments radioactifs, sources de la chaleur à l’origine de l’eau liquide.

Collectés par la mission Osiris-Rex, les échantillons de l’astéroïde Bennu sont toujours en cours d’analyse un an après leur retour sur Terre. Des découvertes récentes révèlent la présence de nouveaux éléments essentiels à la vie. Ces résultats renforcent l’hypothèse selon laquelle des astéroïdes comme Bennu ont pu fournir les matériaux nécessaires à l’émergence de la vie sur Terre. © Réalisation : Anaïs Poncet Production : Universcience 2025

On peut citer le cas de l’étude de la fameuse météorite de Murchison et plus récemment, ces dernières années, les découvertes concernant des échantillons de roches vieilles de 4,6 milliards d’années provenant de l’astéroïde Bennu (voir la vidéo ci-dessus), rapportés sur Terre en 2023 par la mission Osiris-Rex de la Nasa. L’une des raisons de cette mission était de disposer d’échantillons ne pouvant pas être contaminés par la biologie terrestre, cette suspicion ne pouvant jamais être totalement écartée dans le cadre de l’étude des météorites tombées sur Terre, parfois depuis des millénaires.

Une équipe de cosmochimistes, menée par des scientifiques de l’Université de Penn State (États-Unis), vient de publier dans Proceedings of the National Academy of Sciences de nouveaux résultats concernant les analyses des échantillons de Bennu et leurs conséquences sur l’exobiologie. Comme l’explique le communiqué de l’Université, certains acides aminés présents dans les échantillons se seraient formés différemment de ce que l’on pensait jusqu’à présent, dans les conditions extrêmes du système solaire primitif.

C’est ce qu’explique Allison Baczynski, professeure adjointe de recherche en géosciences à Penn State et co-auteure principale de l’article, quand elle déclare : « Nos résultats bouleversent notre compréhension de la formation des acides aminés dans les astéroïdes. Il apparaît désormais que ces éléments constitutifs de la vie peuvent se former dans de nombreuses conditions, et pas seulement en présence d’eau liquide chaude. Notre analyse a révélé une bien plus grande diversité dans les voies et les conditions de formation de ces acides aminés. »

Pour arriver à cette conclusion, les cosmochimistes se sont concentrés sur un acide aminé bien connu dans les travaux étudiant la chimie prébiotique primitive car il constitue l’un des éléments fondamentaux de la vie, bien qu’il soit l’acide aminé le plus simple : la glycine.

On pensait jusqu’à présent que la glycine retrouvée dans des météorites, qu’elles ont peut-être apportée dans les océans primitifs de l’Hadéen permettant ensuite l’apparition de la vie, devait très probablement venir de la voie de synthèse de Strecker – du nom du chimiste allemand Adolph Strecker, principalement connu pour son travail sur les acides aminés au XIXe siècle justement – au cours de laquelle le cyanure d’hydrogène, l’ammoniac et des aldéhydes ou des cétones réagissent en présence d’eau liquide.

Mais, selon Allison Baczynski et ses collègues, les abondances des diverses formes de glycine, qui varient en fonction des isotopes des atomes que l’on retrouve dans les molécules de glycine, ne s’expliquent bien que si l’on suppose que la glycine de Bennu ne se s’est pas formée dans de l’eau chaude – comme c’est le cas avec la météorite de Murchison pour le même acide aminé – mais plutôt dans de la glace exposée aux radiations aux confins du système solaire primitif.

En janvier 2025, des scientifiques ont annoncé la découverte de molécules organiques – les éléments constitutifs de la vie – dans des échantillons prélevés sur un astéroïde lointain nommé Bennu. Que peut révéler cette découverte sur les secrets des origines de la vie ? Et sur la fréquence d’apparition de la vie ailleurs dans l’Univers ? Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © NOVA PBS Official

Un scénario froid pour l’origine de la vie ?

Ce qui fait dire toujours dans le même communiqué à Ophélie McIntosh, chercheuse postdoctorale au Département des géosciences de Penn State et co-auteure principale de l’article publié dans PNAS, que « ce qui est vraiment surprenant, c’est que les acides aminés de Bennu présentent un profil isotopique très différent de ceux de Murchison, et ces résultats suggèrent que les corps parents de Bennu et de Murchison proviennent probablement de régions chimiquement distinctes du Système solaire ».

Les chercheurs sont aussi intrigués par le résultat des analyses de Bennu en rapport avec la fameuse énigme de la chiralité de la vie (voir le bonus plus loin). On sait que plusieurs molécules du vivant ont une structure chimique qui est l’image l’une de l’autre dans un miroir. Or, curieusement, alors que les réactions de synthèse chimique donnent ordinairement les deux types de molécules en quantités égales, la vie sur Terre ne semble pouvoir produire et utiliser qu’un seul type.

De façon encore inexplicable, les cosmochimistes ont découvert que s’il y avait bien les deux formes d’une molécule appelée l’acide glutamique dans les échantillons de Bennu, les abondances de cet acide aminé varient en fonction de l’isotope de l’azote présent dans cette molécule alors que l’on s’attendait à ce que cela ne soit pas le cas.

« Nous avons plus de questions que de réponses pour le moment. Nous espérons pouvoir poursuivre l’analyse d’un large éventail de météorites afin d’étudier leurs acides aminés. Nous voulons savoir si elles restent similaires à celles de Murchison et de Bennu, ou s’il existe une plus grande diversité dans les conditions et les processus qui permettent la formation des éléments constitutifs de la vie », conclut Baczynski.

Ce sont des résultats qui laissent songeurs quand on connaît une histoire sans doute inconnue du grand public et qui fait à nouveau intervenir Stanley Miller. Elle est racontée dans un article remarquable, paru il y a un peu moins de 20 ans dans Discover Magazine, qui explique qu’en 1972, Miller avait rempli une fiole d’un mélange d’ammoniaque et de cyanure que l’on pense avoir existé sur la Terre primitive. Il avait ensuite refroidi le mélange avec de la glace carbonique à -78 °C et ce jusqu’en 1997 ! C’est  la température régnant à la surface d’Europe, la lune glacée de Jupiter.

En théorie, des températures chaudes accélèrent et rendent possibles des réactions, mais elles détruisent aussi rapidement des molécules trop fragiles. De sorte que même si pour la majorité des scientifiques il semblait plus probable de faire démarrer la vie dans un environnement chaud, Miller n’était pas de cet avis. Il avait compris que malgré des réactions ralenties à basses températures, des synthèses inédites et plus efficaces pouvaient se produire.

De fait, en 1997, lorsque Miller a sorti sa fiole du réfrigérateur, il a pu constater dans son laboratoire de l’Université de Californie à San Diego, et avec l’aide de son ancien étudiant Jeffrey Bada, que le mélange initial avait donné des bases de l’ARN et de l’ADN, ainsi que des acides aminés.

Des travaux plus récents depuis apportent des arguments à la remise en cause de l’hypothèse de la petite mare chaude de Darwin au profit d’une apparition de la vie en rapport avec la glace. En effet, par exemple, la fragilité de l’ARN rend plus plausible l’hypothèse du monde à ARN pour l’origine de la vie avec un milieu à basses températures.

Bonus, l’énigme de la chiralité en biologie 

On sait qu’en laboratoire sur Terre, les réactions chimiques produisent généralement autant d’acides aminés sous la forme gauche que sous la forme droite, alors que le vivant n’utilise que des molécules d’un seul type. C’est la fameuse énigme de la chiralité en biologie, dont aucune des solutions proposées ne s’est encore révélée convaincante. Les échantillons de Bennu sont silencieux à ce sujet, car on observe bien un mélange racémique, comme disent les chimistes, c’est-à-dire autant d’acides aminés d’un type que de l’autre.

 


Deux molécules sont dites chirales lorsqu’elles sont l’image l’une de l’autre dans un miroir. Tout comme les mains, elles ne peuvent être superposées. On voit ici deux acides α-aminés avec leurs atomes de carbone, hydrogène, oxygène et azote (C, H, O, N) et un groupe moléculaire quelconque (R). © Société française d’exobiologie

Les exobiologistes sont toujours en quête d’une explication pour l’énigme de la chiralité de la vie et l’une des pistes envisagées implique de se tourner vers l’espace et les conditions régnantes dans les nuages moléculaires et les disques protoplanétaires, avant la naissance d’une planète comme la Terre.

En tout état de cause, les études sur les échantillons de Bennu vont se poursuivre et on peut penser qu’ils nous donneront des indices, voire des clés, sur l’énigme de l’apparition de la vie sur Terre.

Le saviez-vous

Dans l’un de ses plus célèbres ouvrages écrit il y a presque 60 ans, L’univers ambidextre, Martin Gardner exposait au grand public un problème qui intrigue toujours les biologistes et les exobiologistes. Pourquoi les molécules employées par tous les êtres vivants de la Terre sont-elles toujours d’un même type de chiralité, alors que les réactions de synthèses chimiques ne font généralement pas la différence, produisant les deux types possibles ? C’est le fameux problème de l’homochiralité.

Sous ce terme technique se cache un problème très concret et facile à comprendre : les mains sont l’image l’une de l’autre dans un miroir, mais il est impossible de les superposer. On ne peut pas enfiler le gant droit dans la main gauche et réciproquement… De la même manière, une molécule carbonée simple (comme celle d’un acide aminé ou d’un sucre) peut exister sous deux formes, images l’une de l’autre dans un miroir, dites droite et gauche. Lorsqu’une telle symétrie est possible, on parle de molécules chirales (chiral dérive du mot grec χειρ, signifiant main).

Or, comme on l’a dit, les réactions chimiques habituelles ne font pas la différence entre les deux formes chirales. Pourtant, la vie terrestre n’utilise qu’une de ces formes. Les acides aminés, constituant les protéines, n’existent que sous la forme L, et les sucres, par exemple présents dans l’ADN, sont eux uniquement de forme D.

Une cosmochimie avec des molécules lévogyres

Rappelons qu’en chimie, une molécule lévogyre (« qui tourne à gauche », du latin laevus, gauche) a la propriété de faire dévier le plan de polarisation de la lumière polarisée vers la gauche d’un observateur qui reçoit la lumière. Plus précisément, l’observateur en question voit le plan tourner dans le sens contraire à celui des aiguilles d’une montre.

Insistons sur le fait que la nomenclature L et D, dérivée de la molécule d’un sucre, le glycéraldéhyde, également appelée glycérose, qui est effectivement lévogyre pour sa forme L et dextrogyre pour sa forme D, ne signifie pas toujours qu’une molécule est lévogyre quand elle est de type L et inversement. Pour éviter cette méprise courante, on note aujourd’hui (+) les molécules dextrogyres et (-) les molécules lévogyres.