UREY ou comment détecter la présence de vie sur Mars

Source : Document de la NASA "NASA-Backed Team Developing Sensor to Check for Life on Mars" (1) . Traduction et remise en forme : William Guilleton.

              I.          Une chimie qui donne du fil à retordre.

Toute vie sur Terre assemble des chaînes d'acides aminés (2) pour fabriquer des protéines, dont ils sont les unités structurales de base. Toutefois les acides aminés peuvent être fabriqués par un organisme vivant ou par des procédés non biologiques ; cela signifie qu'il est possible que nous puissions trouver des acides aminés sur Mars, et, ou d'autres précurseurs chimiques de vie, mais que la vie n'y soit jamais apparue.

Jusque là cela peut sembler simple en apparence, mais il s'avère que la plupart des acides aminés peuvent exister sous deux formes différentes. A l'instar de la symétrie entre notre main droite et notre main gauche, ces deux formes d'acides aminés sont symétriques, l'une est notée « L » et l'autre est notée « D » (3). Les acides aminés de source non biologique se présentent en un mélange de quantités approximativement égales de formes « L » et « D ». La vie sur Terre, des plus simples microbes aux plus imposants animaux et plantes, fabrique et utilise seulement des acides aminés « L », à quelques rares exceptions. Une comparable uniformité – aussi bien « L » ou « D » – est attendue au sein de n'importe quelle vie extra-terrestre utilisant un mode de construction chimique ayant une symétrie de forme tout simplement parce qu'un mélange pourrait compliquer la biochimie.

Si l'on avait à trouver un éventuel mélange des deux formes de molécules sur Mars, cela suggérerait que la vie telle que nous la connaissons n'y a jamais commencé. La présence de molécules « L » ou « D » pourrait être une forte évidence que la vie existe aujourd'hui sur Mars, avec des molécules « D » cela impliquerait dramatiquement une origine de la vie distincte de celle sur Terre.

En supposant que la vie sur Mars a existé, alors il pourrait résulter quelque chose entre une proportion de quantités équivalentes des deux formes de molécules, c'est-à-dire 50/50, et l'uniformité, cela parce que les acides aminés qui sont créés biologiquement se modifient graduellement vers un mélange en égales proportions en l'absence de vie.

La difficulté est donc de développer un moyen technique autonome permettant de détecter ces molécules dans l'environnement particulier de Mars qui soit extrêmement précis et fiable dans ses mesures et résultats.

           II.          UREY, un des composants de la charge utile d'ExoMars.

En 2013 l'Agence Spatiale Européenne doit lancer son rover ExoMars vers Mars. La charge utile de ce rover sera composée, entre autres, d'un instrument nommé UREY en provenance des Etats-Unis. Son développement est financé par la NASA ; en janvier 2007 750.000 dollars y ont été attribués. Une bonne partie du travail de développement a été financée avec le budget du programme d'astrobiologie de la NASA.

Avec le rover ExoMars l'Agence Spatiale Européenne projette de faire réduire en fine poudre des échantillons de sol martien et de les envoyer vers une suite d'instruments d'analyse qui chercheront des traces de vie, dont Urey. Chaque échantillon sera d'un volume équivalent à une cuillerée de matériaux prélevés du sous-sol par une foreuse robotisée.

a)   Une sensibilité peu commune.

UREY, que les chercheurs de la NASA sont en train de peaufiner, est un détecteur de substances organiques et oxydantes martiennes. Sur Mars il pourra non seulement vérifier la présence des plus infimes traces de molécules constitutives de la vie mais pourra aussi déterminer si oui ou non elles ont été produites par un organisme vivant. Pour cela l'équipe de scientifiques chargée de sa conception s'appuiera sur le fait avéré que la plupart des types d'acides aminés peuvent prendre les deux formes citées dans le premier paragraphe.

Le Dr. Jeffrey Bada (4) : « Urey sera capable de détecter les molécules clefs associées à la vie avec une sensibilité approximativement un million de fois supérieure à celle des instruments précédents. »

Pour aider à l'interprétation de cette information, une partie de l'instrument pourra estimer avec quelle rapidité les conditions environnementales éliminent ces indices moléculaires.

Le Dr. Pascale Ehrenfreund (5) : « Le principal objectif d'ExoMars est de rechercher de la vie. Urey sera un instrument clef pour cette quête parce qu'il est celui qui possède la sensibilité la plus élevée pour les produits chimiques organiques. »

Effectivement, UREY peut détecter plusieurs types de molécules organiques, tel que des acides aminés, à une concentration aussi faible que quelques parties par trillion (6) !

b)   Et ce n'est pas tout !

UREY a déjà montré ses aptitudes dans l'une des régions de la Terre les plus stériles, le désert d'Atacama au Chili. Mais Mars présente des conditions particulières en surface.

En 1976, lors de la mission Viking de la NASA, il a été découvert que les fortes conditions oxydantes à la surface de Mars compliquent les expériences de recherche de vie. Urey possède donc un composant, « Le détecteur d'oxydants » (7), pour examiner ces conditions.

Ce composant possède des micro senseurs enveloppés avec différents films chimiques. Le Dr. Richard Quinn (8) : « En mesurant la réaction des films sensitifs avec les éléments chimiques présents dans le sol et l'atmosphère martien, nous pouvons établir si des organismes pourraient survivre et si l'évidence d'une vie passée pourrait être préservée. » Le Dr. Aaron Zent (9) : « Pour être en mesure d'améliorer nos chances de trouver une évidence chimique de vie sur Mars, et pour concevoir les habitats humains et d'autres équipements qui fonctionneront correctement à la surface de Mars, nous devons améliorer notre compréhension des oxydants dans l'environnement de la surface de la planète. »

Un autre composant d'UREY nommé « Extracteur d'eau sous-critique » (10) a pour tâche d'extraire tous les composés organiques de chaque échantillon poudreux qu'ExoMars lui délivrera. Ainsi que l'explique le Dr. Frank Grunthaner (11) : « C'est comme un percolateur.» « Nous apportons l'eau avec nous. Elle est ajoutée à l'échantillon, et différents types de composés organiques se dissolvent dans le liquide alors que la température augmente. Nous le maintenons sous pression toute la durée de l'expérience. »

Les composés organiques dissous sont hautement concentrés après évaporation de l'eau dans un mini four. Alors un détecteur a pour fonction de chercher les rayonnements fluorescents qui pourraient indiquer la présence d'acides aminés, quelques composants d'ADN et d'ARN, ou d'autres composants organiques liés à un élément chimique fluorescent ajouté par l'instrument.

Quand à « l'unité d'électrophorèse micro capillaire » (12), elle a la fonction critique de séparer différents types de composés organiques les uns des autres pour leur identification, incluant la séparation des deux formes d'acides aminés. Le Dr. Richard Mathies (1 3) : « Nous avons essentiellement condensé un laboratoire sur une platine unique. »  L'appareil envoyé sur Mars sera une version limitée de la technologie de détection qui est déjà utilisée dans des procédures biomédicales comme les applications légales de détection d'ADN et la recherche de microbes dangereux.

c)    Enfin…

La Suisse fournira la conception électronique et son expertise dans l'assemblage des composants. La société Micro-Cameras Exploration S.A., localisée à Neuchâtel, collaborera avec le Jet Propulsion Laboratory et l'Agence Spatiale Européenne à l'accomplissement de cette contribution significative pour l'élaboration du cœur de l'instrument. Le Dr. Jean-Luc Josset, un des membres de l'équipe de recherche pour UREY à l'Université de Neuchâtel, coordonnera cet effort et aidera à la sélection du détecteur et à son soutien technique.

        III.          Un instrument nommé en l'honneur d'un scientifique.

Une expérience de 1953, qui impliquait la fabrication de structures chimiques nécessaires à la vie, a été une réalisation majeure du scientifique qui a donné son nom à l'instrument UREY.

Le Dr. Harold UREY (1893-1981) et le Dr. Stanley Miller, alors à l'Université de Chicago, simulèrent une hypothétique étape dans l'évolution de la vie en utilisant l'énergie d'un arc électrique pour convertir un mélange d'eau, d'ammoniac, de méthane et d'hydrogène en acides aminés et d'autres composés chimiques organiques.

Différents des acides aminés produits par les organismes vivants, les acides aminés produits avec l'expérience de Miller-Urey et d'autres réactions chimiques non biologiques sont un égal mélange des formes « L » et « D ».

La longue carrière d'Harold Urey comprend de nombreux accomplissements. Il a reçu le prix Nobel de Chimie en 1934 pour la découverte de l'isotope lourd de l'hydrogène, le deutérium. Dès 1958, il aida à la mise en place d'un important programme de chimie à l'université de Californie à San Diego, dans laquelle enseigne aujourd'hui le responsable scientifique pour UREY, le Dr. Jeffrey Bada.

         IV.          Les deux formes d'acides aminés expliquées par l'image.

Crédit NASA/JPL

La nature fabrique des centaines de types d'acides aminés. Vingt différents types sont les briques de base des protéines. Sur cette illustration de la structure moléculaire d'un acide aminé générique, la partie nommée « R » est la partie variable, différente pour chaque acide aminé. Presque chaque type d'acide aminé peut exister sous deux formes différentes souvent référées comme « L » et « D ». Les deux formes ont les mêmes composants atomiques et les mêmes liaisons, mais elles sont symétriques comme nos mains. Presque tous les acides aminés produits et utilisés par les organismes vivants sur Terre sont de la forme « L ». Sur l'illustration « C » représente un atome de carbone, « H » un atome d'hydrogène, « NH2 » un amine et « COOH » un acide carboxylique. La variable « R » peut être un simple atome d'hydrogène ou des anneaux composés de multiples atomes de carbones ou d'autres atomes.

            V.          Une vue d'UREY.

L'instrument UREY  (crédit NASA/JPL)

         VI.          Le rover ExoMars.

Le rover ExoMars  (Crédit ESA)

1)   Trouver cet article sur le site Internet de la NASA : http://www.nasa.gov/mission_pages/mars/news/urey-20070209.html

2)   Les acides aminés : Vous trouverez un excellent article à ce sujet sur Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_aminé

3)   « L » de lévogyre et « D » de dextrogyre.

4)   Le Dr. Jeffrey Bada est membre de la Fondation Océanographique Scripps de l'Université de Californie à San Diego, il est à la tête d'une équipe internationale de scientifiques et d'ingénieurs travaillant sur différents composants d'Urey.

5)   Le Dr. Ehrenfreund de l'Université de Leiden aux Pays Bas est l'un des deux chefs de projet adjoints pour Urey, il coordonne les efforts des membres des équipes de cinq autres pays européens.

6)   Trillion : Mille milliards soit 1012.

7)   « The Mars oxidant instrument »

8)   Le Dr. Richard Quinn est l'un des membres de l'équipe de recherche pour UREY et est membre du SETI, il travail également au « Ames Research Center » de la NASA.

9)   Le Dr. Aaron Zent est l'un des membres de l'équipe de recherche pour UREY au « Ames Research Center » de la NASA.

10)  Sub-critical water extractor.

11)  Le Dr. Frank Grunthaner est un chef de projet adjoint pour Urey.

12)  L'électrophorèse est la principale des techniques utilisées en biologie pour la séparation et la caractérisation des molécules.

13)  Le Dr. Richard Mathies de l'Université de Californie à Berkeley, est l'un des membres de l'équipe de recherche pour UREY.