Des matériaux de l’astéroïde Bennu montrent des molécules précurseurs organiques qui pourraient avoir produit les ingrédients de la vie formés initialement à partir d’ammoniac cryogénique.
Il y a environ 4,5 milliards d’années, alors que les premiers planétésimaux se formaient dans notre système solaire, un monde hétéroclite de roches et de glaces diverses orbitait autour du Soleil naissant. Ce monde minuscule était si froid que même le dioxyde de carbone (CO 2 ) et l’ammoniac (NH 3 ) cachés profondément à l’intérieur étaient gelés. Bien que le Soleil fût trop éloigné pour fournir beaucoup de chaleur, des éléments radioactifs dans le noyau du monde commencèrent à générer assez de chaleur pour faire fondre le CO 2 et le NH 3 , qui se sublimèrent en gaz qui circulèrent à travers les pores et les crevasses et se polymérisèrent progressivement en un mince film organique qui adhéra aux surfaces rocheuses.
L’un des principaux défis pour comprendre le système solaire primitif est de trouver du matériel vierge de cette période à examiner — les conditions apparues lors de l’évolution du système solaire ont altéré une grande partie de ce qui existait auparavant. Le matériel collecté sur l’astéroïde Bennu a permis aux scientifiques du Laboratoire des sciences spatiales de l’UC Berkeley (SSL), du Laboratoire national Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) et de la NASA d’examiner cette période primitive pour la première fois. Les chercheurs ont identifié des composés riches en azote dont l’existence dans la nature n’était pas connue auparavant, et ils ont montré comment l’émergence des ingrédients moléculaires jugés nécessaires à la vie a pu commencer dans des environnements cryogéniques durant l’enfance de notre système solaire.
Le matériel qui a permis ces découvertes a été collecté par la mission Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security–Regolith Explorer ( OSIRIS-REx ) de la NASA, qui est passée près de la Terre et a largué une capsule de retour d’échantillons contenant 121,6 grammes de roche et de poussière de l’astéroïde Bennu en septembre 2023. Dans une étude précédente publiée au début de cette année dans la revue Nature, Gainsforth et ses collègues du Berkeley Lab ont décrit comment l’examen de ce matériel avec le synchrotron Advanced Light Source a révélé la preuve qu’un environnement d’eau salée a existé autrefois au sein de Bennu.
« C’est la première preuve de la formation de matières organiques sur un astéroïde au cours de cette brève période après l’assemblage initial des astéroïdes, mais avant qu’ils ne deviennent assez chauds pour que l’eau fonde » , a précisé Zack Gainsforth, chercheur scientifique au SSL et co-auteur de l’étude.
La publication de la recherche sur l’eau salée a coïncidé avec une étude publiée par l’équipe OSIRIS-REx dans la revue Nature Astronomy dans laquelle la spectrométrie de masse a révélé que les échantillons de Bennu contenaient 14 des 20 acides aminés présents dans la biologie terrestre ainsi que les cinq bases nucléiques présentes dans l’ADN et l’ARN. Bien que les acides aminés et les bases nucléiques soient considérés comme les ingrédients de base de la vie, ils s’assemblent en molécules complexes qui sont tout sauf simples et il était peu probable qu’elles se soient assemblées spontanément toutes en même temps. Gainsforth, avec les co-auteurs Scott A. Sandford et Michel Nuevo du centre de recherche Ames de la NASA, voulaient comprendre exactement comment ces molécules prébiotiques sont apparues.
Une analyse précédente a confirmé que l’astéroïde Bennu est ce qu’on appelle un astéroïde en tas de débris — une agglomération de débris provenant de la destruction de plusieurs corps parents différents. Le matériel le plus ancien de l’astéroïde Bennu semblait provenir d’un corps parent qui avait également une composition irrégulière. Cela s’est avéré être un facteur essentiel dans la préservation des marqueurs chimiques que Gainsforth et Sandford espéraient trouver. En utilisant la microscopie infrarouge, ils ont trouvé des particules associées à l’azote organique. En utilisant la microscopie à rayons X et électronique, ils ont découvert que ces particules rares contenaient un matériau en forme de feuille de seulement quelques micromètres d’épaisseur mais avec plusieurs couches distinctes prises en sandwich. L’analyse combinée a confirmé que chaque couche avait une composition chimique spécifique et une relation avec le matériel d’astéroïde environnant qui suggérait une série particulière d’événements au sein du corps parent de Bennu. De manière frappante, la matière organique présente une très forte concentration d’amines et d’amides — des composés importants pour la vie.
« C’était incroyable » , s’est enthousiasmé Sandford. « En étudiant des grains microscopiques de matière, nous avons pu comprendre des choses qui se sont produites il y a des milliards d’années sur un astéroïde lointain. »
À mesure que le corps parent se réchauffait, le CO 2 et le NH 3 ont réagi pour former un composé appelé carbamate d’ammonium. Ce composé a adhéré aux surfaces de la glace et des grains minéraux et s’est polymérisé, formant finalement une couche organique. À un moment donné, des impacts ou d’autres événements ont généré suffisamment de chaleur pour faire fondre la glace d’eau, qui a fondu et absorbé l’ammoniac restant et tout carbamate non polymérisé. Sans la couche de polymère, toute preuve des réactions primordiales du NH 3 aurait pu être perdue. Heureusement, le carbamate polymérisé était insoluble dans l’eau et donc résistant à la destruction. Lorsque l’eau a érodé la roche, elle a laissé derrière elle d’autres marqueurs sur le polymère — des cristaux de carbonate par exemple — comme preuve de transformation ultérieure.
Grâce à ces minces films, Gainsforth, Sandford et Nuevo ont pu voir comment le CO 2 et le NH 3 pouvaient se combiner dans un environnement gelé et devenir finalement des amines et des polymères d’amide (certains des composants chimiques des acides aminés). Sans la composition inhabituelle des films stratifiés et leur structure physique unique, il aurait été très difficile de comprendre la multitude d’étapes impliquées dans leur formation et leur évolution. Pour Gainsforth, le processus chimique extrêmement complexe qui a produit le matériau n’a d’égal que l’effort incroyable nécessaire pour l’acquérir.
« Nous avons dû parcourir des milliards de kilomètres pour obtenir cette matière, et nous nous sommes donné un mal extraordinaire pour la préserver et l’analyser » , a fait remarquer Gainsforth. « Si l’humanité est capable de faire cela, alors il n’y a rien que nous ne puissions accomplir. »
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