Trouver des planètes potentiellement habitables au-delà de notre système solaire n'est pas une tâche facile. Alors que le nombre de planètes extra-solaires confirmées a augmenté à pas de géant au cours des dernières décennies (3791 et plus encore!), La grande majorité a été détectée à l'aide de méthodes indirectes. Cela signifie que la caractérisation des atmosphères et des conditions de surface de ces planètes a été une question d'estimations et de suppositions éclairées.
De même, les scientifiques recherchent des conditions similaires à celles qui existent ici sur Terre, car la Terre est la seule planète que nous connaissons qui supporte la vie. Mais comme de nombreux scientifiques l’ont indiqué, les conditions de la Terre ont radicalement changé au fil du temps. Et dans une étude récente, deux chercheurs soutiennent qu'une forme plus simple de formes de vie photosynthétiques peut précéder celles qui reposent sur la chlorophylle - ce qui pourrait avoir des implications drastiques dans la chasse aux exoplanètes habitables.
Comme ils l’indiquent dans leur étude, récemment publiée dans le Journal international d'astronomie, alors que les origines de la vie ne sont pas encore entièrement comprises, il est généralement admis que la vie est née entre 3,7 et 4,1 milliards d'années (à la fin de l'Hadéen ou au début de l'Archéen Eon). A cette époque, l'atmosphère était radicalement différente de celle que nous connaissons et dont nous dépendons aujourd'hui.
Plutôt que d'être composée principalement d'azote et d'oxygène (~ 78% et 21% respectivement, avec des gaz traces constituant le reste), l'atmosphère primitive de la Terre était une combinaison de dioxyde de carbone et de méthane. Et puis, il y a environ 2,9 à 3 milliards d'années, des bactéries photosynthétisantes sont apparues qui ont commencé à enrichir l'atmosphère en oxygène gazeux.
À cause de cela et d'autres facteurs, la Terre a connu ce qu'il est convenu d'appeler le «grand événement d'oxydation» il y a environ 2,3 milliards d'années, qui a définitivement modifié l'atmosphère de notre planète. Malgré ce consensus général, le processus et la chronologie dans lesquels les organismes ont évolué pour convertir la lumière du soleil en énergie chimique en utilisant la chlorophylle restent sujets à beaucoup de conjectures.
Cependant, selon l'étude menée par Shiladitya DasSarma et le Dr Edward Schwieterman - respectivement professeur de biologie moléculaire à l'Université du Maryland et astrobiologiste à l'UC Riverside - un type différent de photosynthèse peut être antérieur à la chlorophylle. Leur théorie, connue sous le nom de «Terre pourpre», est que les organismes effectuant la photosynthèse en utilisant la rétine (un pigment violet) ont émergé sur Terre avant ceux qui utilisent la chlorophylle.
Cette forme de photosynthèse est toujours répandue sur Terre aujourd'hui et a tendance à dominer dans les environnements hypersalins - c'est-à-dire les endroits où les concentrations en sel sont particulièrement élevées. De plus, la photosynthèse dépendante de la rétine est un processus beaucoup plus simple et moins efficace. C'est pour ces raisons que DasSarma et Schwieterman ont envisagé la possibilité que la photosynthèse à base rétinienne ait évolué plus tôt.
Comme le professeur DasSarma l'a déclaré à Space Magazine par e-mail:
«La rétine est un produit chimique relativement simple par rapport à la chlorophylle. Il a une structure isoprénoïde et il existe des preuves de la présence de ces composés sur la Terre au début, il y a 2,5 à 3,7 milliards d'années. L'absorption de la rétine se produit dans la partie jaune-vert du spectre visible où se trouve une grande partie de l'énergie solaire, et elle est complémentaire de l'absorption de la chlorophylle dans les régions flanquantes bleues et rouges du spectre. La phototrophie à base de rétine est beaucoup plus simple que la photosynthèse dépendante de la chlorophylle, ne nécessitant que les protéines rétiniennes, une vésicule membranaire et l'ATP synthase pour convertir l'énergie lumineuse en énergie chimique (ATP). Il semble raisonnable que la photosynthèse dépendante de la rétine plus simple ait évolué plus tôt que la photosynthèse dépendante de la chlorophylle plus complexe. »
Ils ont en outre émis l'hypothèse que l'émergence de ces organismes serait survenue peu de temps après le développement de la vie cellulaire, en tant que moyen précoce de production d'énergie cellulaire. L'évolution de la photosynthèse de la chlorophylle pourrait donc être considérée comme un développement ultérieur qui a évolué parallèlement à son prédécesseur, les deux occupant certaines niches.
"La phototrophie dépendante de la rétine est utilisée pour le pompage de protons entraîné par la lumière, ce qui entraîne un gradient transmembranaire de protons", a déclaré DasSarma. «Le gradient moteur des protons peut être couplé chimiquement à la synthèse d'ATP. Cependant, il n'a pas été trouvé lié à la fixation du C ou à la production d'oxygène dans les organismes (modernes) existants, comme dans les plantes et les cyanobactéries, qui utilisent des pigments chlorophylliens pour ces deux processus pendant les étapes de la photosynthèse. »
"L'autre grande différence est le spectre lumineux absorbé par les chlorophylles et les rhodopsines (à base de rétine)", a ajouté Schwieterman. "Alors que les chlorophylles absorbent le plus fortement dans la partie bleue et rouge du spectre visuel, la bactériorhodopsine absorbe le plus fortement dans le vert-jaune."
Ainsi, alors que les organismes photosynthétiques entraînés par la chlorophylle absorberaient la lumière rouge et bleue et refléteraient le vert, les organismes entraînés par la rétine absorberaient la lumière verte et jaune et refléteraient le violet. Alors que DaSarma a suggéré l'existence de tels organismes dans le passé, elle et l'étude de Schwieterman ont examiné les implications possibles qu'une "Terre pourpre" pourrait avoir dans la chasse aux planètes extra-solaires habitables.
Grâce à des décennies d’observation de la Terre, les scientifiques ont compris que la végétation verte peut être identifiée depuis l’espace à l’aide de ce que l’on appelle le Végétation Bord Rouge (VRE). Ce phénomène fait référence à la façon dont les plantes vertes absorbent la lumière rouge et jaune tout en réfléchissant la lumière verte, tout en brillant en même temps aux longueurs d'onde infrarouges.
Vu de l'espace par spectroscopie large bande, de grandes concentrations de végétation sont donc identifiables grâce à leur signature infrarouge. La même méthode a été proposée par de nombreux scientifiques (dont Carl Sagan) pour l'étude des exoplanètes. Cependant, son applicabilité serait limitée aux planètes qui ont également évolué des plantes photosynthétiques entraînées par la chlorophylle, et qui sont réparties sur une fraction importante de la planète.
De plus, les organismes photosynthétiques n’ont évolué que dans l’histoire relativement récente de la Terre. Alors que la Terre existe depuis environ 4,6 milliards d'années, les plantes vasculaires vertes n'ont commencé à apparaître qu'il y a 470 millions d'années. En conséquence, les relevés d'exoplanètes qui recherchent de la végétation verte ne pourraient trouver que des planètes habitables qui sont très avancées dans leur évolution. Comme l'explique Schwieterman:
«Notre travail porte sur le sous-ensemble d'exoplanètes qui peuvent être habitables et dont les signatures spectrales pourraient un jour être analysées à la recherche de signes de vie. L'ERV en tant que biosignature est informé par un seul type d'organisme: les photosynthétiseurs producteurs d'oxygène comme les plantes et les algues. Ce type de vie est dominant sur notre planète aujourd'hui, mais il n'en a pas toujours été ainsi et ce n'est peut-être pas le cas sur toutes les exoplanètes. Bien que nous nous attendions à ce que la vie ailleurs ait certaines caractéristiques universelles, nous maximisons nos chances de succès dans la recherche de la vie en considérant les diverses caractéristiques que les organismes ailleurs peuvent avoir. »
À cet égard, l'étude de DeSharma et Schwieterman n'est pas sans rappeler les travaux récents du Dr Ramirez (2018) et de Ramirez et Lisa Kaltenegger (2017) et d'autres chercheurs. Dans ces études et dans d'autres études similaires, les scientifiques ont proposé d'étendre le concept de «zone habitable» en considérant que l'atmosphère terrestre était autrefois très différente de ce qu'elle est aujourd'hui.
Ainsi, plutôt que de rechercher des signes d'oxygène et d'azote gazeux et d'eau, les enquêtes pourraient rechercher des signes d'activité volcanique (qui était beaucoup plus répandue dans le passé de la Terre) ainsi que d'hydrogène et de méthane - qui étaient importants pour les premières conditions sur Terre. De la même manière, selon Schwieterman, ils pourraient rechercher des organismes violets en utilisant des méthodes similaires à celles utilisées pour surveiller la végétation ici sur Terre:
«La rétention de lumière rétinienne dont nous discutons dans notre article produirait une signature distincte de l'ERV. Alors que la végétation a un «bord rouge» distinct, provoqué par une forte absorption de la lumière rouge et la réflexion de la lumière infrarouge, les bactériorhodopsines à membrane violette absorbent la lumière verte le plus fortement, produisant un «bord vert». Les caractéristiques de cette signature différeraient entre les organismes en suspension dans l'eau ou sur terre, comme avec les photosynthétiseurs ordinaires. Si les phototrophes rétiniens existaient en assez grande abondance sur une exoplanète, cette signature serait intégrée dans le spectre de la lumière réfléchie de cette planète et pourrait potentiellement être vue par les futurs télescopes spatiaux avancés (qui rechercheraient également l'ERV, l'oxygène, le méthane et d'autres biosignatures potentielles, aussi).
Dans les années à venir, notre capacité à caractériser les exoplanètes va s'améliorer considérablement grâce aux télescopes de nouvelle génération comme le James Webb Space Telescope (JWST), le Extremely Large Telescope (ELT), le Thirty Meter Telescope et le Giant Magellan Telescope ( GMT). Avec ces capacités supplémentaires, et une plus grande gamme de ce qu'il faut rechercher, la désignation «potentiellement habitable» pourrait prendre un nouveau sens!
