La vie est peut-être née dans la serpentinite des fumeurs blancs

Depuis longtemps, on spécule sur une possible apparition de la vie au niveau des sources hydrothermales des océans archéens. Un groupe de chercheurs en géosciences de l’université de Stanford vient d’examiner de plus près cette hypothèse en la reliant à une roche bien connue, la serpentinite.
Nous ne sommes pas certains que les isotopes de carbone trouvés dans les roches d’Isua soient des preuves que la vie existait déjà sur Terre il y a 3,8 milliards d’années. On n’en sait guère plus sur les processus ayant mené les composants prébiotiques à l’apparition de l’ADN et des premières formes de vie. Des scénarios originaux ont été proposés, faisant intervenir le mica et même les pierres ponces.

Des chercheurs de l’université de Stanford spéculent aujourd’hui sur le rôle d’une roche, la serpentinite, dans un article publié dans Philosophical Transactions of the Royal Society B et donné en lien ci-dessous. Cette roche se trouve en particulier dans les parois des fameuses sources hydrothermales découvertes par Jean Francheteau.

Norm Sleep et ses collègues se sont plus particulièrement intéressés à la serpentinite formant les fumeurs blancs, dans lesquels des fluides alcalins auraient interagi avec de l’eau de mer plus acide en formant des pores dans la roche avoisinante. Celle-ci agit alors comme une sorte de percolateur, concentrant des substances chimiques prébiotiques et accroissant la probabilité d’apparition de l’ADN ou de l’ARN selon les chercheurs. En outre, les pores forment naturellement des cavités protectrices de ces acides nucléiques, comme le feraient des membranes cellulaires.

Pour que ce scénario soit plausible, il faut que l’eau des océans soit plus acide qu’elle ne l’est aujourd’hui. La différence de pH entre les fluides hydrothermaux et cette eau permet aussi une oxydation de la serpentinite libérant de l’hydrogène. En réagissant avec du dioxyde de carbone, du méthane se forme pouvant servir de source d’énergie pour des microbes.

La température de l’eau des océans ne doit pas être élevée. Il faut en outre que leur acidité soit au moins cent fois plus grande que ce que l’on connaît actuellement. Ainsi, cela n’est possible que pendant une période de temps de l’histoire géologique de la Terre durant laquelle ces deux conditions étaient réunies. Si donc la vie est apparue de cette façon, nous aurions là une estimation de sa date d’apparition car ces conditions n’ont existé simultanément que pendant quelques millions d’années selon les chercheurs.

Avec de la chance, on finira peut-être par trouver dans les archives géologiques de la Terre des anciens fumeurs blancs archéens avec des traces incontestables de l’apparition de la vie. Une des dernières étapes ayant mené la matière du Big Bang au vivant nous sera alors connue.

Pour l’astrobiologiste Michael Russell, la vie est apparue sur les fonds marins, autour des sources hydrothermales. Vieille de 25 ans, sa théorie vient d’être précisée dans une nouvelle publication. Elle décrit notamment comment la serpentinisation a fait apparaître des cellules minérales au milieu d’un flux de protons. D’ailleurs, il est identique à celui que les bactéries ou les mitochondries doivent maintenir pour produire de l’ATP.



Voilà 25 ans, Michael Russell a proposé une nouvelle hypothèse pour répondre à une question majeure : quelle est l’origine de la vie ? Pour cet astrobiologiste du JPL (Jet Propulsion Laboratory), la réponse ne se trouve pas en pleine eau ou dans l’espace, comme certains l’affirment, mais sur les fonds marins. Pour être plus précis, la vie serait apparue au niveau des dorsales, car c’est là que se forment les croûtes océaniques, et donc que se trouvent des sources hydrothermales.

Cette hypothèse vient d’être précisée par ce scientifique et deux collaborateurs dans les Philosophical Transactions of the Royal Society B, au point qu’il paraît de plus en plus envisageable de passer au stade de l’expérimentation. Bien sûr, les chercheurs se sont déjà appuyés sur des modèles expérimentaux pour préciser les principes essentiels à leur théorie, qui explique par ailleurs certaines bizarreries. L’exemple de la machinerie cellulaire qui produit l’ATP, notre « carburant », est en ce sens représentatif.

Si l’on simplifie la situation, pour synthétiser cette molécule d’ATP, les bactéries ou les mitochondries des eucaryotes doivent en permanence avoir recours à des « pompes » pour faire sortir des protons (des ions H+) au travers de leurs membranes, pour qu’ils puissent ensuite… entrer de nouveau. Or, l’intérêt est qu’au passage, ils actionnent des turbines (ATP synthétase) qui autorisent la production d'ATP. C’est un peu comme s’il fallait sans cesse remplir un barrage hydroélectrique pour le faire fonctionner. Vu de cette manière, le procédé paraît peu efficace. Alors, pourquoi les cellules qui composent chaque être vivant y ont-elles recours ?



La réponse fournie par Michael Russell est assez simple : parce que c’est comme cela qu’elles ont produit de l’énergie à leur début, mais sans avoir besoin de la phase de pompage. Justement, la théorie des sources hydrothermales permet de l’expliquer. Pour se remettre dans le contexte, il faut plonger quatre milliards d’années en arrière, à l'Hadéen. À cette époque, notre planète était principalement recouverte d’océans présentant un pH de 5,5 (acide), tandis que l’atmosphère était chargée en CO2. De plus, comme maintenant, les plaques tectoniques ne cessaient de se former d’un côté, au niveau des dorsales, pour disparaître côté continent par subduction.

Or, en refroidissant, les nouvelles croûtes océaniques se fissurent, ce qui permet à de l’eau de les pénétrer puis de progressivement se réchauffer en descendant. Des réactions chimiques ont alors lieu entre les roches rencontrées et ce liquide, qui va finir par remonter chargé en méthane (CH4), en hydrogène (H2) et en molybdène. Ce processus est appelé serpentinisation. L’effluent fortement basique (pH de 13) et chaud (100 °C) finit par ressortir dans un océan bien plus froid et plus acide. De nouvelles réactions chimiques se réalisent alors, et se concluent par la précipitation de particules, celles-là même qui forment les fameuses cheminées des sources.

L’astuce, c’est qu’elles s’assemblent de manière à former de petites cellules faites de membranes minérales semi-perméables. Elles sont alors coincées entre les effluents basiques (pauvres en H+) et acides (riches en H+), donc au milieu d’un gradient de pH ou, en d’autres mots, d’un flux de protons. Or, la force et la direction de ce flux seraient comparables à ce qui se rencontre aujourd’hui au sein des cellules biologiques. Par ailleurs, les mêmes réactions pourraient également avoir favorisé la formation de « molécules turbines ».

Ainsi, les contenants (membranes minérales) se seraient naturellement formés avant le contenu (ce que contient une cellule, par exemple l’ADN) à la suite du processus géochimique de serpentinisation. La vie pourrait ensuite s’être développée dans ces alcôves en exploitant les ressources disponibles, jusqu’à trouver un moyen de s’en séparer, par exemple en utilisant une membrane biologique équipée de molécules à même de recréer le gradient de protons en tous lieux.

Tout ceci reste théorique, l’expérimentation est donc vivement attendue. Mais l’étude de sources hydrothermales basiques découvertes en 2000 dans l’Atlantique nord, à Lost City, a déjà fourni plusieurs éléments étayant l’hypothèse de Michael Russell.