La graphitisation pourrait offrir la simplicité recherchée par les scientifiques

Des scientifiques de l’Université de Cambridge suggèrent que des molécules essentielles au développement de la vie pourraient s’être formées à partir d’un processus connu sous le nom de graphitisation. Une fois vérifié en laboratoire, il pourrait permettre de tenter de recréer des conditions plausibles à l’émergence de la vie.

Comment les produits chimiques nécessaires à la vie sont-ils arrivés là ? On débat depuis longtemps de la manière dont les conditions apparemment fortuites de la vie sont apparues dans la nature, de nombreuses hypothèses aboutissant à des impasses. Cependant, des chercheurs de l’Université de Cambridge ont désormais modélisé la manière dont ces conditions pourraient se produire, produisant ainsi les ingrédients nécessaires à la vie en quantités substantielles.

La vie est régie par des molécules appelées protéines, phospholipides et nucléotides. Des recherches antérieures suggèrent que des molécules utiles contenant de l’azote comme les nitriles (cyanoacétylène (HC3N) et cyanure d’hydrogène (HCN)) et les isonitriles (isocyanure (HNC) et isocyanure de méthyle (CH3NC)) pourraient être utilisées pour fabriquer ces éléments constitutifs de la vie. Cependant, pour l’instant, il n’existe aucun moyen clair de produire tout cela en quantités substantielles dans le même environnement.

Dans un étude récente Publié dans Vie, le groupe a maintenant découvert que grâce à un processus connu sous le nom de graphitisation, des quantités importantes de ces molécules utiles peuvent théoriquement être produites. Si le modèle peut être vérifié expérimentalement, cela suggère que le processus était probablement une étape probable de la Terre primitive dans son voyage vers la vie.

Pourquoi ce processus est-il plus susceptible de s’être produit que d’autres ?

Une grande partie du problème avec les modèles précédents réside dans le fait qu’une gamme d’autres produits sont créés en même temps que les nitriles. Cela crée un système désordonné qui entrave la formation de la vie.

« Une grande partie de la vie est liée à la simplicité », a déclaré le Dr Paul Rimmer, professeur adjoint d’astrophysique expérimentale au laboratoire Cavendish et co-auteur de l’étude. « C’est l’ordre. Il s’agit de trouver un moyen de se débarrasser d’une partie de la complexité en contrôlant la chimie qui peut se produire. »

Nous ne nous attendons pas à ce que la vie soit produite dans un environnement désordonné. Ce qui est donc fascinant, c’est la façon dont la graphitisation elle-même nettoie l’environnement, puisque le processus crée exclusivement ces nitriles et isonitriles, avec des produits secondaires pour la plupart inertes.

« Au début, nous pensions que cela gâcherait tout, mais en réalité, cela rend tout bien meilleur. Cela nettoie la chimie », a déclaré Rimmer.

Cela signifie que la graphitisation pourrait offrir la simplicité recherchée par les scientifiques et l’environnement propre nécessaire à la vie.

Comment fonctionne le processus?

L’éon hadéen était la première période de l’histoire de la Terre, lorsque la Terre était très différente de notre Terre moderne. Les impacts avec des débris, parfois de la taille d’une planète, n’étaient pas rares. L’étude émet l’hypothèse que lorsque la Terre primitive a été heurtée par un objet de la taille de la Lune, il y a environ 4,3 milliards d’années, le fer qu’elle contenait a réagi avec l’eau sur Terre.

« Quelque chose de la taille de la Lune a frappé la Terre au début, et cela aurait déposé une grande quantité de fer et d’autres métaux », a déclaré le co-auteur, le Dr Oliver Shorttle, professeur de philosophie naturelle à l’Institut d’astronomie et au Département des sciences de la Terre de Cambridge.

Les produits de la réaction fer-eau se condensent en goudron à la surface de la Terre. Le goudron réagit ensuite avec le magma à plus de 1 500 °C et le carbone contenu dans le goudron devient du graphite, une forme de carbone très stable, que nous utilisons dans les mines de crayons modernes.

« Une fois que le fer réagit avec l’eau, un brouillard se forme qui se serait condensé et mélangé à la croûte terrestre. Une fois chauffé, ce qui reste est, et voilà, les composés utiles contenant de l’azote », a déclaré Shorttle.

Quelles preuves existent pour soutenir cette idée ?

Les preuves à l’appui de cette théorie proviennent en partie de la présence de roches komatiitiques. La komatiite est un type de roche volcanique qui se forme lors du refroidissement d’un magma très chaud (>1500°C).

« La komatiite a été découverte à l’origine en Afrique du Sud. Les roches remontent à environ 3,5 milliards d’années », a déclaré Shorttle. « Nous savons que ces roches ne se forment qu’à des températures torrides, autour de 1 700°C. Cela signifie que le magma aurait déjà été suffisamment chaud pour chauffer le goudron et créer nos nitriles utiles. »

Une fois le lien confirmé, les auteurs suggèrent que des composés contenant de l’azote seraient fabriqués via cette méthode. Puisque nous voyons de la komatiite, nous savons que la température du magma sur la Terre primitive devait parfois dépasser 1 500 °C.

Les expériences doivent désormais tenter de recréer ces conditions en laboratoire et étudier si l’eau, qui est inévitablement présente dans le système, absorbe les composés azotés et les décompose.

« Même si nous ne savons pas avec certitude si ces molécules ont donné naissance à la vie sur Terre, nous savons que les éléments constitutifs de la vie doivent être constitués de molécules qui ont survécu dans l’eau », a déclaré Rimmer. « Si de futures expériences montrent que tous les nitriles se désagrègent, nous devrons alors chercher une autre solution. »