Sur la probabilité que la vie émerge spontanément à partir de matière inanimée ailleurs dans l’univers

Des scientifiques soupçonnent que la vie complexe qui se glisse et rampe dans tous les recoins de la Terre est née d’un brassage aléatoire de matière non vivante qui finit par faire jaillir les éléments constitutifs de la vie.

Pourtant, les détails qui étayent cette idée font défaut.

Mais des chercheurs ont récemment fait preuve de créativité pour déterminer la probabilité que la vie émerge réellement spontanément de cette matière inorganique, un processus appelé abiogenèse.

Dans cette nouvelle étude, Tomonori Totani, professeur d’astrophysique à l’université de Tokyo, a modélisé le monde microscopique des molécules à l’échelle épique de l’univers entier pour voir si l’abiogénèse était un candidat probable à l’origine de la vie. Il cherchait essentiellement à savoir s’il y avait suffisamment d’étoiles avec des planètes habitables dans l’univers à l’époque pour permettre à la complexité de se manifester. Ses résultats, publiés début février (lien plus bas), montrent que les chances de voir la vie naître ne sont pas bonnes, du moins pour l’univers observable.

L’étude de Totani se penche sur l’hypothèse principale de l’abiogénèse, à savoir que la vie telle que nous la connaissons a commencé dans ce que les chercheurs appellent un monde à ARN. Cette hypothèse suggère qu’avant l’évolution des protéines et de la molécule génétique double brin appelée ADN, ou acide désoxyribonucléique, qui fournit aujourd’hui les instructions pour la vie sur Terre, le monde était dominé par des molécules similaires, mais moins efficaces appelées ARN, ou acide ribonucléique.

Dans un monde à ARN, l’ARN était la première molécule capable de copier et de stocker des informations, et de déclencher et d’accélérer des réactions chimiques, deux caractéristiques essentielles à la vie sur Terre. Ce monde serait un monde moléculaire plus primitif par rapport à la chimie basée sur les protéines de l’ADN qui définit la vie aujourd’hui.

Bien que primitif, l’ARN est composé de nombreux produits chimiques appelés monomères qui se lient entre eux pour former un polymère. En particulier, l’ARN est constitué d’une chaîne de molécules à base d’azote appelées nucléotides. Les chercheurs pensent que pour que l’ARN puisse remplir sa fonction essentielle de copie, il doit être composé d’une chaîne de nucléotides plus longue que 40 à 60 nucléotides.

Alors, comment ces molécules d’ARN composées d’au moins 40 à 60 nucléotides auraient-elles surgi d’elles-mêmes ? Il a été démontré expérimentalement que les nucléotides s’organisent de manière aléatoire en ARN si on leur donne suffisamment de temps et dans les bonnes conditions. Mais ces expériences montrent que l’abondance de l’ARN diminue rapidement avec la longueur de leurs chaînes et aucune des expériences n’a pu produire de façon constante des brins plus longs que 10 monomères.

Le modèle de Totani utilise la méthode la plus conservatrice de polymérisation de l’ARN, où chaque monomère est attaché au hasard un par un jusqu’à ce qu’une chaîne de monomères soit formée. Les scientifiques ont suggéré que les polymères (chacun composé de plusieurs monomères) pourraient se lier les uns aux autres pour accélérer le processus, mais pour Totani un tel processus est « hautement spéculatif et hypothétique ».

Les scientifiques pensent que la vie est apparue sur Terre environ 500 millions d’années après la formation de notre planète. Etant donné qu’il y a environ 10 sextillions (10^22) d’étoiles dans l’univers observable, il peut sembler que les chances que la vie apparaisse dans l’univers soient bonnes. Mais les chercheurs ont découvert que la formation aléatoire d’ARN d’une longueur supérieure à 40 est incroyablement improbable étant donné le nombre d’étoiles, avec des planètes habitables, dans notre voisinage cosmique. Il y a trop peu d’étoiles avec des planètes habitables dans l’univers observable pour que l’abiogenèse puisse se produire dans le laps de temps où la vie émerge sur Terre. Cependant, l’univers est plus que ce qui est observable par l’humain et selon Totani :

Dans la cosmologie contemporaine, il est convenu que l’univers a subi une période d’inflation rapide, produisant une vaste région d’expansion au-delà de l’horizon de ce que nous pouvons observer directement. La prise en compte de ce plus grand volume [d’étoiles avec des planètes habitables] dans les modèles d’abiogenèse augmente considérablement les chances que la vie se produise.

Suite à l’explosion de notre univers, il y a quelque 13,8 milliards d’années lors du Big Bang, il a connu une période d’expansion rapide qui se poursuit aujourd’hui.

Si nous considérons l’univers comme un pain cuit au four, notre univers observable est comme une bulle d’air emprisonnée dans la pâte, dont les parois sont la plus grande distance que la lumière puisse parcourir depuis le Big Bang. Lorsque le pain se gonfle (inflation), notre bulle grandit tandis que d’autres poches d’air à l’intérieur du pain s’éloignent. Notre bulle d’air observable est tout ce que nous pouvons voir, même si le reste du pain se trouve à l’extérieur.

On estime que l’univers entier pourrait contenir plus d’un gogol (10^100) d’étoiles. Lorsque Totani a pris en compte cette nouvelle abondance d’étoiles, il a constaté que l’émergence de la vie n’était plus improbable, mais très probable.

Cela pourrait être une bonne nouvelle pour l’hypothèse du monde à ARN, mais cela pourrait aussi signifier que la recherche de la vie dans l’univers est une quête sans espoir.

Si la vie a d’abord commencé dans l’ARN, pour Totani :

La vie sur Terre a été créée par une chance très rare de produire un long polymère d’ARN. Très probablement, la Terre est la seule planète abritant de la vie dans l’univers observable. Je prédis que les futures observations ou explorations de la vie extraterrestre ne donneront aucun résultat positif.

Si par hasard, la vie est découverte ailleurs dans notre voisinage cosmique, Totani pense qu’elle aurait probablement la même origine que la vie sur Terre. La vie pourrait avoir fait un tour de comètes et d’astéroïdes à travers l’espace interplanétaire ou interstellaire, semant la vie dans l’univers local à partir d’un seul événement d’origine.

Les travaux de Totani sont loin d’apporter une réponse à l’une des questions les plus existentielles de la science, mais ils pourraient orienter les recherches futures sur les origines de la vie.

L’étude publiée dans Scientific Reports : Emergence of life in an inflationary universe et présentée sur le site de l’université de Tokyo : Is life a game of chance?