Crédit d'image: NASA
Christopher Chyba est le chercheur principal de l'équipe dirigeante de l'Institut SETI de l'Institut d'astrobiologie de la NASA. Chyba dirigeait auparavant le Centre pour l'étude de la vie dans l'univers du SETI Institute. Son équipe NAI poursuit un large éventail d'activités de recherche, examinant à la fois les débuts de la vie sur Terre et les possibilités de vie sur d'autres mondes. Le rédacteur en chef du magazine Astrobiology, Henry Bortman, a récemment discuté avec Chyba de plusieurs des projets de son équipe qui exploreront l'origine et l'importance de l'oxygène dans l'atmosphère terrestre.
Magazine d'astrobiologie: De nombreux projets sur lesquels les membres de votre équipe travailleront concernent l’oxygène dans l’atmosphère terrestre. Aujourd'hui, l'oxygène est une composante importante de l'air que nous respirons. Mais au début de la Terre, il y avait très peu d'oxygène dans l'atmosphère. Il y a beaucoup de débats sur la façon et le moment où l'atmosphère de la planète s'est oxygénée. Pouvez-vous expliquer comment la recherche de votre équipe abordera cette question?
Christopher Chyba: L'histoire habituelle, que vous connaissez probablement, est qu'après l'évolution de la photosynthèse oxygénée, il y avait alors une énorme source biologique d'oxygène sur la Terre primitive. C’est le point de vue habituel. C'est peut-être juste, et ce qui est généralement le cas dans ce genre d'arguments n'est pas de savoir si un effet est bon ou non. De nombreux effets étaient probablement actifs. Il s'agit de savoir quel était l'effet dominant ou s'il y avait plusieurs effets d'importance comparable.
Le chercheur de l'Institut SETI, Friedemann Freund, a une hypothèse complètement non biologique sur la montée de l'oxygène, qui a un certain soutien expérimental des travaux de laboratoire qu'il a effectués. L'hypothèse est que, lorsque les roches se solidifient du magma, elles incorporent de petites quantités d'eau. Le refroidissement et les réactions ultérieures conduisent à la production de liaisons peroxy (constituées d'atomes d'oxygène et de silicium) et d'hydrogène moléculaire dans les roches.
Ensuite, lorsque la roche ignée est ensuite altérée, les liaisons peroxy produisent du peroxyde d'hydrogène, qui se décompose en eau et en oxygène. Donc, si cela est vrai, la simple altération des roches ignées va être une source d'oxygène libre dans l'atmosphère. Et si vous regardez certaines des quantités d'oxygène que Friedemann est capable de libérer des roches dans des situations bien contrôlées dans ses premières expériences, il se pourrait que ce soit une source substantielle et significative d'oxygène sur la Terre primitive.
Donc, même en dehors de la photosynthèse, il pourrait y avoir une sorte de source naturelle d'oxygène sur n'importe quel monde semblable à la Terre qui avait une activité ignée et de l'eau liquide disponible. Cela suggérerait que l'oxydation de la surface pourrait être quelque chose que vous attendez, que la photosynthèse se produise tôt ou tard. (Bien sûr, le moment de cela dépend également des puits d'oxygène.) Je souligne que tout cela est une hypothèse à ce stade, pour une enquête beaucoup plus approfondie. Jusqu'à présent, Friedemann n'a fait que des expériences pilotes.
L’une des choses intéressantes de l’idée de Friedemann est qu’elle suggère qu’il pourrait y avoir une importante source d’oxygène sur des planètes complètement indépendantes de l’évolution biologique. Il pourrait donc y avoir un moteur naturel vers l'oxydation de la surface d'un monde, avec toutes les conséquences qui en découlent pour l'évolution. Ou peut être pas. Le but est de faire le travail et de le découvrir.
Une autre composante de son travail, que Friedemann fera avec la microbiolologue Lynn Rothschild du NASA Ames Research Center, a à voir avec la question de savoir si dans des environnements associés aux roches ignées altérées et à la production d'oxygène, vous auriez pu créer des micro-environnements qui aurait permis à certains micro-organismes vivant dans ces environnements de se pré-adapter à un environnement riche en oxygène. Ils travailleront avec des micro-organismes pour essayer de répondre à cette question.
UN M: Emma Banks se penchera sur les interactions chimiques dans l'atmosphère du Titan de la lune de Saturne. Comment est-ce lié à la compréhension de l'oxygène sur la Terre primitive?
CC: Emma regarde une autre voie abiotique qui pourrait être importante pour oxyder la surface d'un monde. Emma fait des modèles de calcul chimique, jusqu'au niveau de la mécanique quantique. Elle les fait dans un certain nombre de contextes, mais ce qui est pertinent pour cette proposition a à voir avec la formation de brume.
Sur Titan - et peut-être sur la Terre primitive également, selon votre modèle pour l'atmosphère de la Terre primitive - il y a une polymérisation du méthane [la combinaison de molécules de méthane en molécules de chaîne d'hydrocarbures plus grandes] dans la haute atmosphère. L'atmosphère de Titan est à plusieurs pour cent de méthane; presque tout le reste est de l'azote moléculaire. Il est bombardé de lumière ultraviolette du soleil. Il est également bombardé de particules chargées de la magnétosphère de Saturne. Cela a pour effet, en agissant sur le méthane, le CH4, de briser le méthane et de le polymériser en hydrocarbures à chaîne plus longue.
Si vous commencez à polymériser le méthane en chaînes de carbone de plus en plus longues, chaque fois que vous ajoutez un autre carbone sur la chaîne, vous devez vous débarrasser de l'hydrogène. Par exemple, pour passer du CH4 (méthane) au C2H6, (éthane), il faut se débarrasser de deux hydrogènes. L'hydrogène est un atome extrêmement léger. Même si elle fait H2, c'est une molécule extrêmement légère, et cette molécule est perdue du haut de l'atmosphère de Titan, tout comme elle est perdue du haut de l'atmosphère terrestre. Si vous faites sortir de l'hydrogène du haut de votre atmosphère, l'effet net est d'oxyder la surface. C'est donc une autre façon de vous donner une oxydation nette de la surface d'un monde.
Emma s’intéresse principalement à ce qui se passe sur Titan. Mais c'est aussi potentiellement pertinent comme une sorte de mécanisme d'oxydation global pour la Terre primitive. Et, apportant de l'azote dans l'image, elle s'intéresse à la production potentielle d'acides aminés à partir de ces conditions.
UN M: L'un des mystères des débuts de la vie sur Terre est de savoir comment elle a survécu aux effets néfastes des rayons ultraviolets (UV) avant qu'il n'y ait suffisamment d'oxygène dans l'atmosphère pour fournir un bouclier d'ozone. Janice Bishop, Nathalie Cabrol et Edmond Grin, qui font tous partie de l'Institut SETI, étudient certaines de ces stratégies.
CC: Et il y a là beaucoup de stratégies potentielles. L'une est juste d'être suffisamment profonde sous la surface, que vous parliez de la terre ou de la mer, pour être complètement protégée. Un autre est d'être protégé par des minéraux dans l'eau elle-même. Janice et Lynn Rothschild travaillent sur un projet qui examine le rôle des minéraux d'oxyde ferrique dans l'eau comme une sorte d'écran UV.
En l'absence d'oxygène, le fer dans l'eau serait présent sous forme d'oxyde ferrique. (Lorsque vous avez plus d'oxygène, le fer s'oxyde davantage; il devient ferreux et tombe.) L'oxyde ferrique pourrait potentiellement avoir joué le rôle d'un bouclier ultraviolet dans les premiers océans, ou dans les premiers étangs ou lacs. Pour déterminer à quel point il est bon en tant que bouclier UV potentiel, vous pouvez effectuer certaines mesures, notamment des mesures dans des environnements naturels, comme à Yellowstone. Et encore une fois, il y a une composante microbiologique dans le travail, avec la participation de Lynn.
Cela est lié au projet que Nathalie Cabrol et Edmond Grin poursuivent, sous un angle différent. Nathalie et Edmond s'intéressent beaucoup à Mars. Ils font tous deux partie de l'équipe scientifique de Mars Exploration Rover. En plus de leur travail sur Mars, Nathalie et Edmond explorent les environnements sur Terre en tant que sites analogiques de Mars. L'un de leurs thèmes d'investigation concerne les stratégies de survie dans des environnements à UV élevé. Il y a un lac à six kilomètres de haut sur Licancabur (un volcan dormant dans les Andes). Nous savons maintenant qu'il y a une vie microscopique dans ce lac. Et nous aimerions savoir quelles sont ses stratégies pour survivre dans un environnement très UV là-bas? Et c’est une manière différente et très empirique d’aborder cette question de la façon dont la vie a survécu dans l’environnement à rayons UV élevés qui existait au début de la Terre.
Ces quatre projets sont tous couplés, car ils ont à voir avec la montée de l'oxygène sur la Terre primitive, la façon dont les organismes ont survécu avant qu'il n'y ait d'oxygène substantiel dans l'atmosphère, puis, comment tout cela se rapporte à Mars.
Source d'origine: Astrobiology Magazine
