Découverte : des sucres extraterrestres détectés dans les météorites

Chute de météorites sur la Terre primitive. © Nasa
Des sucres, ingrédients à la base de la vie, ont été trouvés dans des météorites primitives — dont le ribose, constituant de l’ARN. Cette découverte renforce la théorie selon laquelle comètes et astéroïdes ont ensemencé la Terre. Un résultat prédit depuis plusieurs années par des chercheurs français.

« J’ai toujours dit que si je pouvais me poser sur la comète Chury, je collerais ma langue sur sa surface pour prouver que c’est sucré. » Une équipe américano-japonaise vient de donner raison à l’astrochimiste Louis d’Hendecourt (laboratoire PIIM, université Aix-Marseille) : les comètes et les astéroïdes contiennent ces molécules très complexes, briques élémentaires de la vie, que sont les sucres. Ce qui vient renforcer l’idée selon laquelle ces astres, en bombardant la jeune Terre, ont pu contribuer à l’émergence de la vie.

Une brique de l’ARN

C’est une première : Yoshihiro Furukawa, de l’université de Tohoku (Japon) et ses collègues ont détecté, toute une ribambelle de ces sucres dans les météorites Murchison et NWA 801 (des chondrites carbonées, les météorites les plus primitives qui soient). Dont le plus fascinant de tous : le ribose. Il n’est autre que l’élément constitutif de l’ARN, l’acide ribonucléique. Or, l’ARN joue un rôle majeur dans la vie telle qu’on la connaît : il sert de messager moléculaire, copiant les informations contenues dans l’ADN de nos chromosomes pour permettre la fabrication des différentes protéines dont tout organisme a besoin pour fonctionner.

Les biologistes estiment par ailleurs que, lors de l’émergence de la vie sur Terre, un monde basé sur l’ARN a précédé celui basé sur l’ADN. Devant la découverte de sucre extraterrestre, les chercheurs sont donc pour le moins enthousiastes : « Ce sucre a peut-être contribué à la formation de l’ARN sur la jeune Terre, ce qui a pu conduire à la vie », a déclaré Yoshihiro Furukawa, dans le communiqué de presse relatif à ce travail, publié dans PNAS le 18 novembre.

La confirmation d’une expérience de laboratoire

Si Louis d’Hendecourt soupçonne depuis longtemps qu’il y a du sucre dans l’espace, c’est qu’il en a découvert il y a déjà quelques années en laboratoire, dans des glaces interstellaires de synthèse. Au PIIM, notamment avec son collègue Grégoire Danger, il fabrique des glaces d’eau, d’ammoniac, de monoxyde de carbone dans des « chambres » portées à -250°C. Il les irradie ensuite avec des rayons ultraviolets.

Ces nébuleuses « in vitro » miment les phénomènes qui se trament dans les vraies nébuleuses interstellaires, et en particulier dans la nébuleuse qui a vu naître le Soleil, il y a 4,5 milliards d’années. À 4 unités astronomiques de lui, les différentes saveurs de glace sont irradiées par les ultraviolets émanant du jeune astre. Ces rayonnements, intenses sans être destructeurs à cette distance, cassent les molécules des glaces. De ce fait, elles vont interagir entre elles, se réorganiser, et former des molécules plus complexes encore.

L’astrochimiste Louis d’Hendecourt, dans son laboratoire de Marseille. © E. Martin/C&E

Après avoir mené plusieurs simulations de ce type au cours de l’année 2015, Louis d’Hendecourt et son équipe révèlent en 2016 dans la revue Science que ses résidus carbonés contiennent non seulement des acides aminés (les briques des protéines), mais aussi toute une série de sucres, dont le fameux ribose. « À l’époque, l’un des rapporteurs de l’article m’avait objecté que le ribose n’était pas détecté dans les météorites, raconte le chercheur. Et depuis, nombreux sont restés sceptiques face à nos simulations, arguant qu’aucune analyse ne mettait en évidence la présence de ce sucre dans les météorites. Nous avions répondu qu’il fallait simplement le chercher au moyen de méthodes plus sophistiquées. Avec le travail de Furukawa, c’est désormais chose faite ».

Un sucre difficile à détecter dans les météorites

Si des méthodes sophistiquées sont requises, c’est que ce sucre, cette précieuse brique élémentaire du vivant, est particulièrement coriace à détecter. Pour analyser la composition des météorites, les chercheurs utilisent la chromatographie en phase gazeuse : à l’aide de solvants, ils extraient d’abord des météorites leurs composés organiques. Ils font ensuite subir à ces derniers une transformation chimique qui les rend volatils, c’est-à-dire gazeux. Enfin, ils chauffent ces gaz, ce qui leur permet de distinguer les différents composés les uns des autres.

« Cette technique donne de bons résultats pour isoler les acides aminés, explique Cornelia Meinert, astrochimiste à l’Institut de chimie de Nice, médaille de bronze du CNRS 2018. Mais les sucres, beaucoup plus fragiles, résistent mal à ces traitements : ils se cassent, se transforment en différents acides. Bref, eux qui sont présents en beaucoup plus faibles quantités que les acides aminés disparaissent à mesure qu’on veut les observer. Nous nous doutions bien que des sucres, dont le ribose, étaient présents dans les météorites. Restait à mettre au point une méthode adéquate pour les extraire. Cela fait vingt ans que des équipes y travaillent, c’était à celle qui y parviendrait avant tout le monde. »

Une origine bien spatiale

« Il est remarquable qu’une molécule aussi fragile que le ribose ait pu être détectée dans du matériau si ancien. » Jason Dworkin, du centre Goddard de la Nasa et coauteur de l’étude, est de ceux qui cherchent depuis longtemps à surprendre le ribose. Ses collègues japonais et lui ont mis au point une technique beaucoup plus douce qui leur a permis de détecter, respectivement dans NWA 801 et dans Muchison 2,3 à 11 et 6,7 à 180 parties par milliard de ribose.

Une modélisation de la molécule de ribose, à côté d’une météorite de Murchison. Ce sucre a été détecté dans la pierre céleste. © Y. Furukawa

Ils ont pu vérifier que ce ribose n’était pas le fruit d’une contamination : sa signature chimique (en l’occurrence le rapport du carbone 12 sur le carbone 13) est en effet différente de celle que l’on trouve pour le ribose terrestre. « C’est un très bon travail, qui prouve une bonne fois pour toutes la validité de nos simulations en laboratoire et la solidité de nos prédictions sur les phénomènes qui ont cours dans le milieu interstellaire », commente Louis d’Hendecourt.

La course à l’homochiralité

Ses nébuleuses in vitro, anoblies par ce nouveau résultat, racontent que l’Univers est un grand alchimiste. Que les briques élémentaires de la vie, acides aminés, sucres et consorts sont façonnés dans le vide et le froid extrême du milieu interstellaire. Elles racontent aussi que c’est entre les étoiles que ces briques acquièrent une propriété indispensable au développement de la vie : l’homochiralité. Certaines molécules existent sous deux formes géométriques, images l’une de l’autre dans un miroir, comme nos deux mains. Elles sont dites chirales, avec une forme gauche et une forme droite.

Sur Terre la vie est homochirale : les acides aminés n’existent que sous la forme gauche (G), les sucres que sous la forme droite (D). Avec le synchrotron Soleil, une source de rayonnement extrêmement brillante qui mime celui qui existe dans les régions de formation des étoiles massives, l’équipe de Louis d’Hendecourt a éclairé ses glaces synthétiques. Cette lumière est polarisée circulairement : son champ électrique tourne dans un sens ou dans l’autre. Dès les années 2010, les chercheurs s’aperçoivent que les molécules soumises à cette lumière « impriment » ce sens de rotation, ce qui favorise la synthèse d’une forme chirale par rapport à une autre.

« Nous avions prédit la présence de sucres dans les météorites, ils ont été détectés. Nous prédisons aussi que l’homochiralité s’impose également dans le milieu interstellaire et que par conséquent, nous devrions la retrouver dans les météorites. Nous sommes actuellement en train de développer des techniques pour l’y détecter, annonce Cornelia Meinert. Si nous y arrivons, nous serons à l’origine à la fois de la prédiction et de l’observation. Ce sera magique ! » Dans son communiqué de presse, l’équipe américano-japonaise déclare être également sur le coup. C’est à celui qui dégainera ses résultats en premier.

 

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