Crédit d'image: Woods Hole Oceanographic
Beaucoup de choses devaient bien se passer pour que la vie se réalise. Si vous remontez le temps, tout commence par un univers Big Bang donnant naissance à l'espace et au temps. Dans cet univers primitif, la lumière résonnait, ralentissait en vibration, les éléments primordiaux fusionnaient puis se condensaient en une première génération d'étoiles reproductrices massives. Après s'être réchauffée à la notion (par compression gravitationnelle), la matière primordiale a commencé à fusionner dans des noyaux stellaires et une forme moindre de lumière s'est déplacée vers l'extérieur pour réchauffer et illuminer un univers jeune et potentiellement en expansion.
Plus de temps et plus d'espace ont vu beaucoup de ces premières étoiles bleues imploser (après avoir vécu des vies très courtes). Les explosions suivantes ont craché de vastes quantités d'atomes plus lourds - non primordiaux - dans l'espace. De cette riche dotation cosmique, de nouvelles étoiles se sont formées - beaucoup avec des assistants planétaires. Parce que ces soleils de deuxième et troisième génération sont moins massifs que leurs ancêtres, ils brûlent plus lentement, plus frais et beaucoup, beaucoup plus longtemps - quelque chose d'essentiel pour le type de niveaux d'énergie bienveillants et cohérents nécessaires pour rendre la vie organique possible.
Bien que des étoiles nicheuses se soient formées quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, la vie ici sur Terre a pris son temps. Notre Soleil - une étoile de troisième génération de masse modeste - s'est formé quelque neuf milliards d'années plus tard. Les formes de vie se sont développées un peu plus d'un milliard d'années après cela. Lorsque cela s'est produit, les molécules se sont combinées pour former des composés organiques qui, dans des conditions appropriées, se sont réunis sous forme d'acides aminés, de protéines et de cellules. Pendant tout cela, une couche de complexité a été ajoutée à une autre et les créatures sont devenues de plus en plus sensibles au monde qui les entoure. Finalement - après plusieurs milliards d'années - la vision s'est développée. Et la vision - ajoutée à un sens subjectif de la conscience - a permis à l'Univers de se regarder en arrière.
La recherche empirique sur les principes fondamentaux de la vie montre qu'une concoction d'éléments bien choisis (hydrogène, carbone, oxygène et azote) exposés à un rayonnement ultraviolet non ionisant forme des acides aminés. Les acides aminés eux-mêmes ont une capacité remarquable de s'enchaîner en protéines. Et les protéines ont une capacité plutôt «protéiforme» de donner forme et comportement aux cellules. Il est désormais tout à fait possible que les tout premiers acides aminés se soient formés dans l'espace1 - à l'abri des radiations plus dures à l'intérieur de vastes nuages composés de matériaux primordiaux et d'étoiles. Pour cette raison, la vie peut être un phénomène omniprésent qui n'attend que certaines conditions favorables pour prendre racine et se développer dans une grande variété de formes.
Actuellement, les exobiologistes pensent que l'eau liquide est essentielle à la formation et à la multiplication de la vie organique. L'eau est une substance extraordinaire. En tant que solvant doux, l'eau permet à d'autres molécules de se dissocier et de se mélanger. Pendant ce temps, il est très stable et transparent à la lumière visible - quelque chose d'utile si les biotiques doivent tirer l'énergie directement du soleil. Enfin, l'eau maintient bien la température, évacue l'excès de chaleur par vaporisation et flotte lorsqu'elle est refroidie pour se solidifier sous forme de glace.
Selon l'exobiologiste de la NASA, Andrew Pohorille, «l'eau rassemble les molécules organiques et permet l'organisation dans des structures qui sont finalement devenues des cellules». Ce faisant, l'eau agit dans une matrice inégalée permettant aux molécules organiques de former des structures auto-organisatrices. Andrew cite une propriété uniquement associée à l'eau qui permet l'auto-organisation et la croissance: «L'effet hydrophobe est responsable du fait que l'eau et l'huile ne se mélangent pas, les savons et les détergents« capturent »la saleté huileuse pendant le lavage à l'eau et un grand nombre d'autres phénomènes. Plus généralement, l'effet hydrophobe est responsable de la séparation des molécules non polaires (huileuses) ou des parties de molécules de l'eau, de sorte qu'elles peuvent coller ensemble même si elles ne sont pas liées. En biologie, ce sont précisément les interactions responsables de la formation des parois cellulaires membraneuses et du repliement des protéines en structures fonctionnelles. »
Pour que l'eau prenne l'état liquide, elle doit rester dans une gamme relativement étroite de températures et de pressions. Pour cette raison, seules quelques planètes bien placées - et peut-être une poignée de grosses lunes sont favorisées avec les conditions nécessaires à la vie. Dans de nombreux cas, tout se résume à une forme de propriété céleste - emplacement, emplacement, emplacement…
Les débuts de la vie sur Terre étaient très simples par leur forme et leur comportement. Bien que cellulaires, ils manquaient d'un noyau central (procaryote) et d'autres sous-structures (organites). Sans noyau, ces cellules se reproduisaient asexuellement. Ces anaérobies ont subsisté principalement en créant (anabolisant) du méthane à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone. Ils aimaient la chaleur - et il y en avait beaucoup pour faire le tour!
Le fait que la vie se soit développée sur Terre ne devrait pas être aussi surprenant qu'on pourrait le penser. La vie est maintenant considérée comme beaucoup plus robuste qu'on ne l'imaginait. Même maintenant, les évents hydrothermaux au fond de l'océan éjectent de l'eau presque bouillante. Adjacent à ces évents, la vie - sous la forme de vers tubulaires géants et de palourdes - s'épanouit. Sous la surface de la Terre, on trouve des bactéries anaérobies métabolisant les minéraux. De telles conditions ont été jugées impossibles pendant la majeure partie du XXe siècle. La vie semble surgir même dans les conditions les plus dures.
À mesure que les formes de vie progressaient dans notre monde, les cellules ont développé des organites - certaines en incorporant des cellules moins spécialisées dans leurs structures. La planète s'est refroidie, son atmosphère s'est clarifiée et la lumière du soleil a joué sur les océans. Des bactéries primitives sont apparues qui ont fixé l'énergie de la lumière solaire comme nourriture. Certains sont restés procaryotes tandis que d'autres ont développé un noyau (eucaryote). Ces bactéries primitives ont augmenté la teneur en oxygène de l'atmosphère terrestre. Tout cela s'est produit il y a environ 2 milliards d'années et était essentiel pour soutenir la qualité et la quantité de vie qui peuplent actuellement «la planète bleue».
À l'origine, l'atmosphère était constituée de moins de 1% d'oxygène - mais à mesure que les niveaux augmentaient, les formes de vie mangeuses de bactéries se sont adaptées pour synthétiser l'eau à partir de l'oxygène et de l'hydrogène. Cela a libéré beaucoup plus d'énergie que le métabolisme du méthane n'est capable. La synthèse contrôlée de l'eau a été un énorme accomplissement pour la vie. Considérez les expériences de laboratoire de chimie du lycée où l'hydrogène et l'oxygène gazeux sont combinés, chauffés puis explosent. Les formes de vie primitives ont dû apprendre à gérer cette substance très volatile d'une manière beaucoup plus sûre - mettant le phosphore à contribution dans la conversion de l'ADP en ATP et vice versa.
Plus tard - il y a environ 1 milliard d'années - les créatures multicellulaires les plus simples ont pris forme. Cela s'est produit lorsque les cellules se sont réunies pour le bien commun. Mais ces créatures n'étaient que de simples colonies. Chaque cellule était entièrement autonome et répondait à ses propres besoins. Tout ce dont ils avaient besoin était une exposition constante au bouillon chaud des premiers océans pour acquérir des nutriments et éliminer les déchets.
La prochaine grande étape dans l'évolution de la vie2
est venu à mesure que les types de tissus cellulaires spécialisés se développaient. Les muscles, les nerfs, l'épiderme et le cartilage ont fait progresser le développement des nombreuses formes de vie complexes qui peuplent maintenant notre planète - de la plante à fleurs au jeune astronome en herbe! Mais cette toute première créature organisée pourrait très bien être un ver (annélide) creusant à travers la vase marine il y a environ 700 millions d'années. Sans yeux et sans système nerveux central, il ne possédait que la capacité de toucher et de goûter. Mais maintenant, la vie avait la capacité de se différencier et de se spécialiser. La créature elle-même est devenue l'océan…
Avec l'avènement de créatures bien organisées, le rythme de vie s'est accéléré:
Vers 500 MYA, les premiers vertébrés ont évolué. C'étaient probablement des créatures ressemblant à des anguilles manquant de vue mais sensibles aux changements chimiques - et peut-être électriques - de leur environnement.
Vers 450 MYA, les premiers animaux (insectes) ont rejoint les plantes enracinées sur terre.
Quelque 400 MYA, les premiers vertébrés sont sortis de la mer. Il s'agit peut-être d'un poisson amphibie vivant d'insectes et de végétaux le long du rivage.
Vers 350 MYA - les premiers reptiles «semblables à des iguanes» ont émergé. Ceux-ci possédaient des mâchoires solides et dures dans un crâne en une seule pièce. En grandissant, ces reptiles ont allégé leur crâne en ajoutant des orifices (au-delà des simples orbites). Avant que les dinosaures ne dominent la terre, les crocodiles, les tortues et les ptérosaures (reptiles volants) les ont précédés.
Les mammifères primitifs remontent à près de 220 millions d'années. La plupart de ces créatures étaient petites et ressemblaient à des rongeurs. Les versions ultérieures ont développé le placenta - mais les espèces antérieures ont simplement fait éclore les œufs en interne. Tous les mammifères, bien sûr, ont le sang chaud et doivent donc manger avec voracité pour maintenir la température corporelle - en particulier lors des nuits froides et venteuses traçant de faibles galaxies le long de la rivière Eridanus…
Comme les mammifères, les oiseaux à sang chaud ont besoin de plus de nourriture que les reptiles - mais comme les reptiles - pondent des œufs. Pas une mauvaise idée pour une créature de vol! Aujourd'hui, les oiseaux célestes volent (comme Cygnus le cygne à la fin de l'été et Aquila l'aigle) parce que les vrais oiseaux ont pris leur envol quelque 150 MYA.
Les premiers primates existaient même à l'époque de l'extinction des dinosaures Des preuves solides soutiennent l'idée que les dinosaures eux-mêmes sont passés en groupe après qu'un astéroïde - ou une comète - a touché la péninsule du Yucatan aux États-Unis du Mexique. Après cet événement catastrophique, les températures ont chuté alors qu'un hiver «non nucléaire» descendait. Dans de telles conditions, la nourriture était de rechange, mais le sang chaud prenait tout son sens. Il ne fallut cependant pas longtemps avant qu'un type de «gigantisme» en remplace bientôt un autre - les mammifères eux-mêmes atteignirent des tailles extraordinaires et les plus grands se développèrent dans l'utérus de la mer et prennent maintenant la forme de grandes baleines.
La fin des «lézards terribles» n'était pas la première extinction massive de la vie - quatre morts précédentes l'avaient précédée. Aujourd’hui, conscients du potentiel d’autres impacts cataclysmiques, certains astronomes du monde surveillent les morceaux de débris en orbite proche de la Terre laissés par la formation du système solaire. Les plus petits types - météores par exemple - mettent en scène des jeux de lumière célestes inoffensifs. De plus gros météores (bolides) propagent parfois des «flammes» et traînent de la «fumée» lorsqu'ils s'écrasent sur Terre. De plus grands corps ont laissé des sillage de dévastation naturelle à travers des kilomètres de forêts - sans même laisser une trace de leur propre matériel de «fête qui s'écrase». Mais les plus gros intrus ont peu de modestie. Un astéroïde ou une comète d'un kilomètre de diamètre signifierait une calamité absolue pour un centre de population. Des corps dix fois plus gros peuvent expliquer des morts massives du type de celles qui ont marqué la fin de la dinosaure.
Les êtres humains ont d'abord marché debout 6MYA. Cela s'est probablement produit lorsque le chemin a divergé entre les proto-chimpanzés et les premiers hominidés. Cette divergence a suivi une période de dix millions d'années d'évolution rapide des primates et s'est mélangée à un cycle de six millions d'années d'évolution humaine. Les premiers outils en pierre ont été fabriqués à la main par l'homme il y a environ 2 millions d'années. Le feu a été maîtrisé par un membre entreprenant de l'espèce humaine un million d'années plus tard. La technologie a pris de l'ampleur très lentement - des centaines de milliers d'années se sont écoulées sans aucune amélioration significative des outils utilisés par les sociétés tribales de longue date.
Les humains modernes sont nés il y a plus de 200 000 ans. Quelque 125 000 ans plus tard, un événement s'est produit qui a pu réduire la population humaine entière de la planète Terre à moins de 10 000 individus. Cet événement n'était pas de nature extraterrestre - la Terre elle-même a probablement éructé «le feu et le soufre» lors de l'éruption d'une chambre magmatique chargée de gaz (similaire à celle sous le parc national de Yellowstone dans l'ouest des États-Unis). 65 000 autres années se sont écoulées et l'âge de pierre a cédé la place à l'âge de l'agriculture. Il y a 5 000 ans, les premières cités-états fusionnaient dans des vallées fertiles entourées de climats beaucoup moins hospitaliers. Des civilisations entières sont venues et ont disparu. Chacun passant un flambeau de culture et une technologie évoluant lentement à l'autre. Aujourd'hui, cela fait seulement quelques siècles depuis les premières lentilles de verre en forme de main humaine et a tourné l'œil humain sur les choses du ciel nocturne.
Aujourd'hui, d'immenses miroirs et sondes spatiales nous permettent de contempler les vastes étendues de l'univers. Nous voyons une dynamique Cosmos et très probablement passionnante avec une vie plus abondante que quiconque ne pourrait l'imaginer. Comme la lumière et la matière, la vie peut très bien être une qualité fondamentale du continuum espace-temps. La vie pourrait être aussi universelle que la gravitation - et aussi personnelle qu'une soirée seule avec un télescope sous le ciel nocturne…
1 En fait, l'empreinte spectrographique radiofréquence d'au moins un acide aminé (glycine) a été trouvée dans de vastes nuages de poussière et de gaz dans le milieu interstellaire (ISM). (Voir Acide aminé trouvé dans l'espace lointain).
2 Le fait que la vie évolue de formes moins sophistiquées vers des formes plus sophistiquées est une question indiscutable. La manière précise dont ce processus se déroule est une question de profonde division dans la société humaine. Les astronomes - contrairement aux biologistes - ne sont pas tenus de tenir une théorie particulière sur cette question. Que la mutation fortuite et la sélection naturelle conduisent le processus ou qu'une «main» invisible existe pour provoquer de telles choses est hors du domaine de l'enquête astronomique. Les astronomes s'intéressent aux structures, aux conditions et aux processus dans l'univers en général. Alors que la vie devient plus saillante à cette discussion, l'astronomie - en particulier l'exobiologie - aura plus à dire à ce sujet. Mais le fait même que les astronomes puissent permettre à la nature de parler de questions telles qu'une «création ex nihilo» soudaine et instantanée sous la forme d'un Big Bang montre à quel point la pensée astronomique est flexible en ce qui concerne les origines ultimes.
Reconnaissance: Mes remerciements vont à l'exobiologiste
Andrew Pohorille de la NASA qui m'a éclairé sur la grande importance de l'effet hydrophobe sur la formation de structures auto-organisatrices. Pour plus d'informations sur l'exobiologie, veuillez consulter le site officiel de la NASA Exobiology Life Through Space and Time sur lequel j'ai eu la chance de contacter Andrew.
A propos de l'auteur:
Inspiré par le chef-d'œuvre du début des années 1900: «Le ciel à travers des télescopes de trois, quatre et cinq pouces», Jeff Barbour a fait ses débuts en astronomie et en sciences spatiales à l'âge de sept ans. Actuellement, Jeff consacre une grande partie de son temps à observer les cieux et à maintenir le site Web
Astro.Geekjoy.
