3 questions sur... Diffusé le

3 questions sur… la foudre, détonateur de la vie

Comment expliquer qu’il y ait eu assez de phosphore sur Terre, il y a 3,5 milliards d’années, pour permettre l’émergence de la vie ? Cet élément chimique, indispensable aux êtres vivants – pour l’ADN, les os, les dents etc. – a-t-il été amené par les météorites ? Une hypothèse alternative met en valeur le rôle des… éclairs. Avec Cornelia Meinert, directrice de recherches (CNRS) à l’université Côte d’Azur

Réalisation : Barbara Vignaux , Delphine Bonnart

Production : Universcience

Année de production : 2021

Durée : 7min00

Accessibilité : sous-titres français

3 questions sur… la foudre, détonateur de la vie

Pour que la vie apparaisse, plusieurs ingrédients sont indispensables à l'instar de l'eau et de la lumière mais aussi des éléments chimiques tels que le phosphore ou le carbone. Derrière ce constat bien établi se cachent quelques énigmes comme la présence de phosphore en abondance sur Terre il y a 3,5 milliards d'années. Une récente étude l'attribue au phénomène des éclairs, beaucoup plus fréquent alors qu'aujourd'hui.

Le phosphore est un élément essentiel à la vie, comme l'azote, le carbone, l'oxygène et quelques métaux comme le fer, le cuivre, le zinc. Nous parlons plutôt de phosphate : le phosphore est entouré par quatre atomes d'oxygène, ce qui fait le phosphate. Et ce phosphate est en fait essentiel pour tous les êtres vivants parce qu'on le trouve dans l'ADN, l'ARN, les matériaux génétiques. On le trouve dans les os, les dents. Ça forme les membranes des cellules. Et on trouve également le phosphate dans l'ATP l'adénosine triphosphate, qui est en fait la principale source d'énergie pour toutes les cellules, grâce à cette fameuse liaison "oxygène-phosphore-oxygène" qui contient une grande quantité de l'énergie qui peut se libérer et qui est utilisée dans tous les métabolismes. Pour tout cela, le phosphore est très important pour tous les êtres vivants. 
Il y a environ 3,5 milliards d'années, la vie a commencé à émerger sur la Terre primitive sur la base d'éléments clés comme le phosphore. Mais l'histoire du phosphate est très paradoxale (elle est appelée par les scientifiques le "problème du phosphate"). Plus clairement, il s'agit de déterminer l'origine du phosphate sur la Terre primitive, en grande quantité nécessaire pour créer la vie. En effet, le phosphate n'est pas accessible. Il est souvent caché dans les minéraux ou n'est pas soluble pour être accessible tout de suite pour les bactéries, pour les premiers xxxxxxx.

Plusieurs théories alternatives existent pour l'origine du phosphate sur la Terre primitive. Un exemple est que le phosphate est arrivé avec des météorites sous la forme de minéraux "schreibersite" qui se trouvent dans des météorites. Et la particularité de ce phosphore dans cette "schreibersite", c'est que ce n'est pas la forme oxygénée du phosphate, mais c'est en fait une forme réduite. Le phosphore n'est pas entouré par quatre atomes d'oxygène mais plutôt deux ou trois. Et cette forme est beaucoup plus soluble dans la soupe prébiotique et accessible pour les premières bactéries. 
Et un truc que je trouve très intéressant, c'est qu'actuellement, on trouve encore des bactéries sur Terre qui sont capables d'oxygéner cette forme réduite de phosphore. Il y a des enzymes dans les bactéries qui habitent sur le sol qui peuvent transformer ce phosphore réduit en phosphate. Et on peut imaginer peut-être que les premiers êtres vivants, comme le phosphate n'était pas accessible, ont utilisé cette forme de phosphore. Et après, on a trouvé des chemins pour incoporer le phosphate directement. 
Cette "schreibersite" qui se trouve dans les météorites est une très belle alternative pour l'origine du phosphate sur Terre. 
Par contre, à un moment, les météorites ont arrêté de tomber sur la Terre, et peut-être que la quantité de phosphore amenée par ces météorites n'était pas suffisante. Cette nouvelle étude, basée aussi sur une étude publié en 2012, évoque une autre façon de produire le "schreibersite", sur Terre directement, par des éclairs. Et ces éclairs d'orages qui frappent la surface de la Terre libèrent une grande quantité d'énergie (ça chauffe jusqu'à 3000°C), ils créent des filandres, et les roches ainsi crées sont des "fulgurites". Et dans ces fulgurites, on trouve des inclusions de "schreibersite".

Aujourd'hui, on compte environ 600 000 éclairs par an qui frappent la Terre. Par contre, l'atmosphère de la Terre primitive est beaucoup plus riche en Co2. Ça veut dire qu'il y avait beaucoup plus d'éclairs, jusqu'à 1 à 5 milliards d'éclairs par an. Donc une grande quantité de ces éclairs a frappé la surface pour créer ce minéral. Dans ces études, un calcul permet d'estimer le phosphore produit par ce procédé : cela atteint à peu près 100 et 10.000 kg de phosphore par an.

La recherche dans le futur dans ce domaine va forcément aller vers la recherche de ces fulgurites et schreibersites créés pas des éclairs. C'est quand même une recherche aussi sur le terrain : il faut aller sur le terrain et chercher ces minéraux. Il n'y a pas beaucoup que des géologues qui s'intéressent à cette particularité à cette fulgurite. Dans le futur il y aura peut-être plus de géologues ou de chercheurs sur l'origine de la vie qui iront sur le terrain pour chercher ces fulgurites et mesurer en fait la quantité de schreibersites dans ces roches.

Réalisation : Barbara Vignaux , Delphine Bonnart

Production : Universcience

Année de production : 2021

Durée : 7min00

Accessibilité : sous-titres français