Vie sur d'autres planètes

Détecter une vie sur d’autres planètes peut s’effectuer par l’examen de son atmosphère. Telle est l’assertion de James Lovelock dans son hypothèse Gaïa. Le vivant modifie son environnement. Il en prélève des éléments et en rejette d’autres. Concernant l’atmosphère il en modifie la composition. . L’hypothèse Gaïa tente également d’expliquer comment, après être apparu, le vivant maintient son environnement compatible avec la vie. Une régulation s’établit par les inter-rétroactions entre le vivant et le non-vivant. Elle maintient des conditions favorables à la vie.

L’hypothèse d’une vie sur d’autres planètes dans l’univers ne saurait être écartée. La plasticité du vivant et les modifications qu’il apporte à son milieu lui permettent de s’adapter à des environnements très différents. La découverte de fossiles a montré que la vie peut exister dans des conditions très hostiles. Sur une autre planète elle prendrait des formes différentes de celles que nous connaissons. Les organes se créent en interactions avec le milieu extérieur.

Historique James Lovelock avait relevé de nombreuses anomalies concernant l’atmosphère de la Terre. La composition chimique de l’atmosphère ne correspond pas aux équilibres naturels lorsque ces gaz sont mis en présence. Avant lui, Vladimir Vernadsky avait remarqué que la vie perturbait puissamment l’inertie chimique de la planète. Il avait aussi établi que l’oxygène de notre atmosphère ne peut provenir que de l’action des plantes. Lovelock s’intéressa à la planète Mars à la suite d’une démarche de la NASA. Celle-ci lui demandait s’il y avait une vie sur Mars. Lovelock constata que l’équilibre des gaz sur Mars s’expliquait entièrement par les seules lois de la physique et de la chimie. Il en déduisit l’absence de vie sur Mars. Mais la NASA était prête à faire atterrir un engin sur cette planète. Les expériences menées sur les prélèvements martiens montrèrent définitivement qu’il n’y existait aucune vie. Le travail de Lovelock fournit alors un point de départ pour comprendre les résultats. Jusqu’alors on ne savait pas expliquer pourquoi l’atmosphère actuelle de la Terre est si différente de celles de Mars et de Vénus. Se basant sur les gaz présents dans l’atmosphère et sur leurs quantités, Lovelock démontra que la composition de notre air est largement redevable à la vie. Vernadsky avait déjà remarqué que les gaz de l’atmosphère avaient un lien étroit avec l’échange gazeux des organismes vivants. Ils étaient identiques à ceux créés par eux.

L’hypothèse Gaïa

Les anomalies La couche superficielle de la Terre ne correspond pas à ce qu’elle devrait être si les lois de la physique et de la chimie étaient respectées. De nombreuses anomalies apparaissent : La teneur en oxygène de l’atmosphère est de 21 %. Cette teneur ne correspond pas aux lois de la chimie. Compte tenu des autres substances elle aurait dû être plus faible. L’oxygène aurait dû réagir avec les autres substances pour former des composés stables solides. Ceux-ci se seraient déposés sur le sol et auraient entraîné la diminution de la quantité d’oxygène dans l’atmosphère. L’atmosphère contient 78 % d’azote gazeux. Celui-ci n’est pas la forme stable de l’azote. Un monde en équilibre chimique ne contiendrait pas d’azote sous forme de gaz. L’azote se trouverait sous forme de nitrates dans les océans. La présence simultanée de méthane et d’oxygène dans l’atmosphère contredit également les équilibres chimiques. Ils auraient dû réagir ensemble, donner du gaz carbonique, de la vapeur d’eau et ne plus se retrouver libres dans l’atmosphère. La présence de protoxyde d’azote et d’ammoniac est tout aussi anormale. L’hydrogène et le méthane se retrouvent sous forme de gaz dans l’atmosphère. Ils sont légers. Ils devraient s’en échapper à la suite de processus cosmiques. Ce n’est pas ce qui a lieu. Compte tenu de l’écoulement des pluies et des fleuves dans les océans la salinité de ceux-ci aurait dû augmenter alors qu’elle n’a guère changé depuis l’apparition des océans et de la vie. En considération des propriétés de l’ammoniac et du méthane la Terre aurait dû être plus acide qu’elle n’est. Elle est proche de la neutralité chimique alors que Mars et Vénus sont beaucoup plus acides. Depuis trois milliards et demi d’années l’émission d’énergie solaire s’est accrue d’au moins trente pour cent. La température de la Terre aurait dû augmenter en conséquence. En fait elle est demeurée constante. Durant le premier milliard et demi d’années la planète aurait dû être en état de glaciation, ce qui n’a pas eu lieu.

L’action du vivant Le comportement de la Terre est inexplicable sans tenir compte du travail accompli par les organismes vivants. Les gaz qui sont en quantité notable dans l’atmosphère sont identiques à ceux créés par l’échange gazeux des organismes vivants. Le fait ne peut être accidentel. L’oxygène de l’atmosphère provient principalement de la respiration des plantes. Celles-ci produisent en permanence de l’oxygène et évitent que l’oxygène ne disparaisse de l’atmosphère. De même les bactéries libèrent de l’azote, ce qui maintient sa teneur. Sans oxygène et sans azote l’atmosphère deviendrait inerte et empoisonnée. Certains gaz ne se trouvent pas naturellement dans l’atmosphère. Il en est ainsi de l’iode et de l’éthane. Seule la vie peut expliquer leur présence dans l’atmosphère. Ils jouent un rôle important dans les processus biologiques.

Une construction théorique Les anomalies de l’atmosphère terrestre déjà dénoncées par Vernadsky ont amené Lovelock à émettre l’hypothèse Gaïa. Pour déceler si une vie existe sur une planète il suffit d’analyser son atmosphère. Une atmosphère ne répondant pas aux équilibres normaux de la physique et de la chimie est une preuve de l’existence du vivant. Des inter-rétroactions s’établissent entre la Terre et le vivant. Les modifications de l’environnement entraînent des modifications du vivant et le vivant modifie à son tour l’environnement. Sur la base de cette hypothèse de nouvelles recherches peuvent être, et ont été, enclenchées, notamment sur les régulations entre la Terre et le vivant. Une hypothèse n’est pas une simple explication de quelques anomalies. C’est une construction théorique. Elle dépasse la constatation des faits. Elle prouve sa valeur en engendrant des questions et des réponses expérimentales. C’est ce qui a lieu avec l’hypothèse Gaïa. Des chercheurs ont fait des découvertes inattendues en s’inspirant d’elle.

Les régulations Silice La silice entraînée par les fleuves ne se retrouve pas dans les océans. Les eaux de surface ne contiennent qu'un pour cent de la quantité apportée de la terre. Par contre dans les lacs salés morts, sans vie, le rapport silice/sel est beaucoup plus élevé. Il se rapproche des équilibres chimiques normaux. La différence est due à l’action du vivant, vraisemblablement à l’action des diatomées. Les diatomées prospèrent dans la mer mais pas dans les lacs saturés de sel. Elles utilisent la silice pour former leur carapace. Quand elles meurent leur squelette sombre au fonds des océans. La quantité de silice dans l’eau de surface diminue d’autant. Ce qui explique l’écart considérable par rapport à l’équilibre chimique.

Salinité Pour que la vie puisse se maintenir la salinité du milieu environnant doit être inférieure à 6 pour cent. La salinité des océans ne s’est guère modifiée depuis des dizaines, voire des centaines de millions d’années. Elle s’est maintenue à 3,4 pour cent. En considération de la quantité de sel charriée de la terre dans la mer la salinité aurait dû dépasser les 6 %, rendant toute vie impossible. Il s’est donc établi une régulation. Pour expliquer ce phénomène des théories ont été élaborées sur la base de mécanismes non vivants. Elles sont toutes imparfaites. Les recherches devront s’orienter vers une régulation par le vivant. Lovelock suggère de s’inspirer de la régulation de la silice par les diatomées. Le sel serait ainsi entraîné au fonds des océans par des animaux à carapace dure particulièrement sensibles à la salinité. Toute hausse de la salinité entraînerait une hausse de leur mortalité. Les carapaces tombant au fonds des océans emporteraient avec elles du sel. Ce qui diminuerait la teneur en sel de l’océan.

Oxygène et gaz carbonique Depuis des millions d’années la teneur en oxygène atmosphérique est stable, de l’ordre de 21 %. Elle est très inférieure à ce qu’elle devrait être selon les lois de la chimie. Mais elle est aussi la teneur maximale acceptable pour la vie. Un accroissement d’oxygène, même minime, augmenterait de manière considérable le danger d’incendies. Les forêts tropicales aussi bien que l’herbe ou la toundra arctique seraient menacées. Au-dessus de 25 % très peu de la végétation actuelle survivrait à ces feux. La teneur en oxygène est régulée par le vivant. Elle s’effectue dans le cycle respiratoire oxygène/gaz carbonique. Sa quantité dans l’atmosphère est indissolublement liée à celle de la matière vivante. Les plantes libèrent de l’oxygène au moment de la photosynthèse. Cet oxygène est consommé par les animaux lors de la respiration. Les animaux dégagent du gaz carbonique. Le gaz carbonique est utilisé par les plantes dans la photosynthèse et le cycle recommence. La boucle est bouclée. La régulation est assurée par la boucle alimentaire biologique où plantes et animaux sont complémentaires.

Méthane Le méthane est un gaz qui est produit par des bactéries se trouvant au fonds des mers, des marais et des estuaires de fleuves. Lorsqu'il s'échappe dans l'atmosphère il s’oxyde en s’unissant à l’oxygène. Il y a moins d’oxygène dans l’atmosphère. Le méthane participe à la régulation de l’oxygène dans l’atmosphère.

Soufre On ne retrouve pas dans l’eau des océans tout le soufre que les fleuves y rejettent. La différence est de plusieurs centaines de millions de tonnes par an. Les chercheurs en ont déduit que le soufre devait s’échapper dans l’atmosphère. Les recherches ont alors porté sur le sulfure de diméthyle. Le sulfure de méthyle est un gaz. Il est produit par une algue rouge que l’on rencontre sur la plupart des rivages marins. Elle absorbe le soufre se trouvant dans la mer et l’évacue sous forme de gaz dans l’atmosphère. Cette régulation permet la survie des organismes vivants dans la mer.

Ozone L’ozone intercepte les rayons ultra-violets ce qui limite le réchauffement de la Terre. Sa densité ne doit être ni trop faible ni trop forte pour permettre la vie. Sa régulation passe également par des composés de méthyle. La couche d’ozone est affaiblie par le chlorure de méthyle. Celui-ci est produit par des algues marines. La régulation de l’ozone est assurée par le jeu des inter-rétroactions entre le vivant et son environnement.

Température Stabilité de la température La température de la Terre est régulée de façon à la maintenir dans des limites compatibles avec la vie. Depuis les quatre derniers milliards d’années elle est restée relativement stable, autour de . Pourtant la production d’énergie solaire transmise par la lumière a augmenté jusqu’à 50 pour cent de la luminosité totale du Soleil. Il y a eu des fluctuations périodiques mais entre et après ces fluctuations la planète restait stable. Elle n’a ni bouilli comme Vénus ni gelé comme Mars. Cette régulation est obtenue par des rétroactions physiques et chimiques incorporant le vivant. Pour permettre de comprendre comment peut s’effectuer une telle régulation Lovelock et Lynn Margulis ont élaboré un modèle mathématique simplifié, le Petit Monde des Pâquerettes.

Le modèle des Pâquerettes