De l'Université de l'Arizona
La première preuve expérimentale montrant comment l'azote atmosphérique peut être incorporé dans les macromolécules organiques est rapportée par une équipe de l'Université de l'Arizona. La découverte indique quelles molécules organiques pourraient être trouvées sur Titan, la lune de Saturne qui, selon les scientifiques, est un modèle pour la chimie de la Terre pré-vie.
La Terre et Titan sont les seuls corps connus de taille planétaire qui ont des atmosphères épaisses, principalement azotées, a déclaré Hiroshi Imanaka, qui a mené la recherche alors qu'il était membre du département de chimie et de biochimie de l'UA.
Comment les molécules organiques complexes deviennent azotées dans des environnements comme la Terre primitive ou l'atmosphère de Titan est un grand mystère, a déclaré Imanaka.
"Titan est si intéressant parce que son atmosphère dominée par l'azote et sa chimie organique pourraient nous donner un indice sur l'origine de la vie sur notre Terre", a déclaré Imanaka, maintenant chercheur adjoint au Laboratoire lunaire et planétaire de l'UA. "L'azote est un élément essentiel de la vie."
Cependant, pas n'importe quel azote fera l'affaire. L'azote gazeux doit être converti en une forme d'azote plus chimiquement active qui peut conduire les réactions qui forment la base des systèmes biologiques.
Imanaka et Mark Smith ont converti un mélange de gaz azote-méthane similaire à l'atmosphère de Titan en une collection de molécules organiques contenant de l'azote en irradiant le gaz avec des rayons UV à haute énergie. La configuration du laboratoire a été conçue pour imiter la façon dont le rayonnement solaire affecte l'atmosphère de Titan.
La plupart de l'azote s'est déplacé directement dans des composés solides, plutôt que gazeux, a déclaré Smith, professeur UA et chef de chimie et biochimie. Les modèles précédents prédisaient que l'azote passerait des composés gazeux aux solides dans un processus par étapes plus long.
Titan a une couleur orange car un smog de molécules organiques enveloppe la planète. Les particules du smog finiront par se déposer à la surface et pourraient être exposées à des conditions qui pourraient créer la vie, a déclaré Imanaka, qui est également chercheur principal au SETI Institute de Mountain View, en Californie.
Cependant, les scientifiques ne savent pas si les particules de smog de Titan contiennent de l’azote. Si certaines des particules sont les mêmes molécules organiques contenant de l'azote que l'équipe UA a créées dans le laboratoire, les conditions propices à la vie sont plus probables, a déclaré Smith.
Des observations de laboratoire comme celles-ci indiquent ce que les prochaines missions spatiales devraient rechercher et quels instruments devraient être développés pour aider dans la recherche, a déclaré Smith.
L'article d'Imanaka et Smith, «Formation d'aérosols organiques azotés dans la haute atmosphère du Titan», devrait être publié dans l'édition Early Online des Actes de la National Academy of Sciences la semaine du 28 juin. La NASA a financé la recherche.
Les chercheurs de l'UA voulaient simuler les conditions dans la mince atmosphère supérieure de Titan parce que les résultats de la mission Cassini indiquaient qu'un rayonnement «UV extrême» frappant l'atmosphère créait des molécules organiques complexes.
Par conséquent, Imanaka et Smith ont utilisé la source de lumière avancée du synchroton du Lawrence Berkeley National Laboratory à Berkeley, en Californie, pour projeter une lumière UV à haute énergie dans un cylindre en acier inoxydable contenant du gaz azote et méthane maintenu à très basse pression.
Les chercheurs ont utilisé un spectromètre de masse pour analyser les produits chimiques résultant du rayonnement.
Aussi simple que cela puisse paraître, la configuration de l'équipement expérimental est compliquée. La lumière UV elle-même doit traverser une série de chambres à vide avant de pénétrer dans la chambre à gaz.
De nombreux chercheurs veulent utiliser la source de lumière avancée, de sorte que la compétition pour le temps sur l'instrument est féroce. Imanaka et Smith se sont vu attribuer un ou deux créneaux horaires par an, chacun pour huit heures par jour pendant seulement cinq à dix jours.
Pour chaque créneau horaire, Imanaka et Smith ont dû emballer tout le matériel expérimental dans une camionnette, se rendre à Berkeley, installer le matériel délicat et se lancer dans une intense série d'expériences. Ils ont parfois travaillé plus de 48 heures d'affilée pour tirer le maximum de leur temps sur la source lumineuse avancée. La réalisation de toutes les expériences nécessaires a pris des années.
C'était angoissant, Imanaka a déclaré: "Si nous manquons une seule vis, cela gâche notre temps de faisceau."
Au début, il n'a analysé que les gaz de la bouteille. Mais il n'a détecté aucun composé organique contenant de l'azote.
Imanaka et Smith pensaient qu'il y avait quelque chose de mal dans la configuration expérimentale, alors ils ont peaufiné le système. Mais toujours pas d'azote.
"C'était un mystère", a expliqué Imanaka, le premier auteur du journal. "Où est passé l'azote?"
Enfin, les deux chercheurs ont collecté les morceaux de crasse brune qui se sont rassemblés sur la paroi du cylindre et l'ont analysé avec ce que Imanaka a appelé «la technique de spectromètre de masse la plus sophistiquée».
Imanaka a dit: "Alors j'ai finalement trouvé l'azote!"
Imanaka et Smith soupçonnent que de tels composés se forment dans la haute atmosphère de Titan et finissent par tomber à la surface de Titan. Une fois en surface, ils contribuent à un environnement propice à l'évolution de la vie.
