L'un des aspects les plus étranges de la vie sur Terre - et peut-être de la vie ailleurs dans le cosmos - est une caractéristique qui intrigue autant les chimistes, les biologistes que les physiciens théoriciens. Chaque élément constitutif de la vie (acides aminés et sucres) a un double, pas un identique, mais une image miroir. Tout comme votre main droite reflète votre gauche mais ne s'intégrera jamais confortablement dans un gant pour gaucher, les acides aminés et les sucres se déclinent en versions droite et gauche. Ce phénomène de sélection de forme biologique est appelé «chiralité» - du grec à la main.
Sur Terre, les acides aminés caractéristiques de la vie ont tous une forme «gaucher» et ne peuvent pas être échangés contre leur doppelgänger droitier. Pendant ce temps, tous les sucres caractéristiques de la vie sur Terre sont «droitiers». Les mains opposées pour les acides aminés et les sucres existent dans l'univers, mais elles ne sont simplement utilisées par aucune forme de vie biologique connue. (Certaines bactéries peuvent convertir les acides aminés droitiers en version gaucher, mais elles ne peuvent pas utiliser les acides droitiers tels quels.) En d'autres termes, les sucres et les acides aminés de la Terre sont homochiraux: à une main .
Il y a plus de 4 milliards d'années, alors que notre planète d'origine était en pleine jeunesse de feu et de tempérament, les blocs de construction biologiques et leurs reflets de miroir étaient présents. En fait, les deux coexistent encore sur Terre aujourd'hui - mais pas dans la vie telle que nous la connaissons. Bien sûr, si vous préparez un lot d’acides aminés, de sucres ou de leurs molécules précurseurs dans un laboratoire, vous obtiendrez toujours un mélange 50-50 de gauche et de droite. Mais d'une certaine manière, alors que la vie émergeait au cours des millénaires qui ont suivi la formation de la Terre, seuls les acides aminés gauchers et les sucres droitiers ont été sélectionnés.
Des molécules chirales ont même été trouvées dans l'espace interstellaire. Dans une découverte historique annoncée en juin par l'Observatoire national de radioastronomie, les scientifiques ont identifié des molécules au centre de la galaxie qui pourraient être utilisées pour construire les sucres droit et gauche. Bien qu'ils ne sachent toujours pas s'il y a plus d'une main que de l'autre, la découverte ouvre la voie à de nouvelles expériences qui pourraient mieux éclairer les origines de la nature manuelle.
Les grandes questions demeurent: comment et pourquoi la vie at-elle choisi un seul des deux reflets du miroir pour construire chaque créature de sa ménagerie? La vie a-t-elle besoin de l'homochiralité ou existe-t-il des formes de vie utilisant à la fois les blocs de construction terrestres et leurs alter ego? Les graines de l'homochiralité ont-elles leur origine dans les profondeurs de l'espace interstellaire ou ont-elles évolué ici sur Terre?
Image conceptuelle de OSIRIS-REx. (NASA / Goddard / Université de l'Arizona) Jason Dworkin, qui dirige le laboratoire d'astrochimie du Goddard Space Flight Center de la NASA dans la Ceinture de verdure, dans le Maryland, explique qu'un défi pour les scientifiques qui tentent de répondre à ces questions est que "la Terre primitive est partie, et nous disposons de très nombreuses preuves de Quelque quatre milliards d'années d'éruptions volcaniques, de tremblements de terre, de bombardements de météores et, bien sûr, la profonde influence géologique de la vie elle-même ont tellement transformé la planète qu'il est presque impossible de savoir à quoi ressemblait la Terre la vie a commencé. C'est pourquoi le groupe de recherche de Dworkin et nombre de ses collègues de la NASA se concentrent sur les météorites - les restes de débris spatiaux qui finissent par se frayer un chemin.
«Ce sont des capsules horaires datant d'il y a 4, 5 milliards d'années», déclare Dworkin. "Donc, ce que nous collectons dans les météorites est très similaire à ce qui pleuvait sur la Terre à ce moment-là."
Dworkin est également le scientifique principal du gouvernement pour la mission OSIRIS-REx sur l'astéroïde proche de la Terre, Bennu. La mission, qui débutera en septembre, prendra environ un an à prendre des mesures de l’astéroïde afin de mieux comprendre comment il se déplace dans notre système solaire. Lorsque la mission de l'engin spatial avec Bennu sera terminée, il collectera le prix ultime: un échantillon de la surface de l'astéroïde qu'il ramènera à la Terre en 2023 afin que les scientifiques puissent en étudier la composition chimique. «Tout ce que nous faisons permet d’obtenir cet échantillon», déclare Dworkin.
Les scientifiques ont choisi Bennu en partie en raison de sa ressemblance avec un type spécial de météorite qui fournit un indice intrigant (bien que nullement concluant) sur les origines de l'homochiralité. De nombreuses météorites contiennent des molécules à base de carbone, notamment des acides aminés et des sucres, qui constituent les ingrédients de la vie. Le groupe de Dworkin a analysé la composition de ces composés «organiques» dans des dizaines de météorites et a abouti à une conclusion surprenante. Souvent, les versions gauche et droite d'un acide aminé, par exemple, ont été trouvées en quantités égales - exactement ce à quoi on pouvait s'attendre. Mais dans de nombreux cas, une ou plusieurs molécules organiques ont été trouvées avec un excès de main, parfois même un très grand excès. Dans chacun de ces cas, et dans chaque météorite étudiée jusqu'à présent par d'autres chercheurs sur le terrain, la molécule en excès était l'acide aminé gaucher que l'on trouve exclusivement dans la vie sur Terre.
Dworkin dit que l'échantillon de Bennu pourrait fournir des preuves encore plus solides de ce phénomène. «Contrairement aux météorites, qui tombent sur le sol, puis sont contaminées et qui sont séparées de leur corps-mère», expliquent Bennu. Les scientifiques sauront exactement d'où provient l'échantillon de l'astéroïde. Ils prennent des «mesures extraordinaires» confirment que rien de la biologie de la Terre ne peut contaminer l'échantillon. «Donc, lorsque nous obtenons ces excès (espérons-le) d'acides aminés sur l'échantillon de Bennu en 2023, nous pouvons être certains que ce n'est pas dû à la contamination», déclare Dworkin.
Les preuves si loin des météorites impliquent qu'il existe peut-être un moyen de produire une homochiralité sans vie. Cependant, Dworkin a déclaré: «Nous ne savons pas si la chimie qui conduit à l’homochiralité et à la vie provient de météorites, de processus terrestres ou peut-être des deux». Il reste également à savoir comment et pourquoi cet excès s’est développé dans la météorite ou son astéroïde parent ou sur la Terre primitive en premier lieu.
Les hypothèses abondent. Par exemple, la lumière polarisée trouvée de notre côté de la galaxie peut détruire la version de droite de nombreux acides aminés par une quantité faible mais notable. Le léger excès d'acide aminé gaucher devrait alors être considérablement amplifié pour atteindre les niveaux retrouvés dans les organismes vivants de la Terre.
C’est ce processus d’amplification qui intrigue Donna Blackmond du Scripps Research Institute de La Jolla, en Californie. Blackmond a étudié les origines chimiques potentielles de l'homochiralité pendant presque toute sa carrière. «Je pense que ce sera une combinaison de processus chimiques et physiques», dit-elle. Le groupe de Blackmond tente actuellement de découvrir comment les réactions chimiques qui auraient pu se produire sur la Terre primitive pourraient avoir été influencées pour ne produire que les éléments de base de la vie. En 2006, son équipe a montré qu’elle ne pouvait amplifier que la forme gaucher d’un acide aminé à partir d’un léger excès. En 2011, ils ont montré que l'acide aminé amplifié pouvait ensuite être utilisé pour produire un énorme excès d'un précurseur de l'ARN, fabriqué à droite par un sucre qui y est fixé. (De nombreux scientifiques pensent que l'ARN est la molécule biologique originale.) Blackmond et de nombreux autres chimistes ont progressé dans ce type de chimie, mais ils sont encore loin de pouvoir modéliser toutes les chimies et conditions qui pourraient exister. sur un astéroïde ou une planète juvénile.
Blackmond note également qu'il est loin d'être clair que la vie a besoin de l'homochiralité totale pour pouvoir commencer. «Un extrême extrême serait de dire que rien ne pourrait jamais arriver tant que nous n'aurons pas un groupe de blocs de construction complètement homochiraux, et je pense que c'est probablement trop extrême», dit-elle. «Nous pourrions commencer à fabriquer des polymères de type information», comme l'ADN et l'ARN, «peut-être avant l'homochiralité». Pour l'instant, tout ce que les scientifiques peuvent faire est de continuer à poser des questions sur les molécules ici sur Terre et sur les corps célestes qui nous entourent. Dans l'espoir de débloquer une nouvelle pièce de ce casse-tête, les chercheurs développent actuellement de nouvelles technologies pour déterminer s'il existe des excès d'une main dans l'espace interstellaire.
En attendant, la vie sur Terre continuera, mystérieuse et asymétrique comme toujours.
