Les bons éléments et les matières organiques. Où les trouver ?
L’eau liquide semble unique et indispensable à la formation et au développement des cellules vivantes. Il existe une longue liste de bonnes raisons à cela, sur lesquelles nous reviendrons plus tard. Mais tout aussi essentielle, bien sûr, est la matière qui constitue la vie. Cette matière est-elle disponible partout dans le système solaire ?
Les éléments
Logiquement, la matière vivante se construit avec les éléments chimiques disponibles partout en abondance. Notre système solaire et celui de la Voie lactée ne sont pas uniques à cet égard. Comme d’autres endroits dans l’univers, on y trouve principalement de l’hydrogène et de l’hélium. Jette un coup d’œil aux dix éléments les plus abondants dans la Voie lactée :
Tous ces éléments n’ont pas toujours été présents dans l’univers. En bref, cela s’est passé comme suit :
Au moment du big bang, la matière n’existait pas encore sous forme d’atomes. Les premiers atomes à se former ont été l’hydrogène et, dans une moindre mesure, l’hélium. Ces éléments pouvaient alors commencer à se concentrer dans les étoiles. Au cœur de ces étoiles, il s’est d’abord formé beaucoup plus d’Hélium, puis des éléments plus lourds par la suite. Ainsi, les 26 premiers éléments du tableau de Mendeliev se sont formés partout dans le jeune univers. À la fin de leur existence, les étoiles explosent, dispersant tous ces éléments dans l’environnement. Tous les éléments ainsi formés sont plus légers que le fer, jusqu’au fer lui-même (Fe, élément 26).
Certaines étoiles sont devenues très lourdes et ont explosé en supernovas très violentes. Des éléments encore plus lourds, tels que des métaux plus lourds et des éléments radioactifs encore plus lourds, ont été formés lors de ce type d’explosion.
Sur Terre, la vie est en grande partie composée des six éléments souvent désignés par 1 mot CHNOPS. Donc : le carbone (C), l’hydrogène (H), l’azote (N), l’oxygène (O), le phosphore (P) et le soufre (S).
L’hélium ne présente aucun intérêt pour la vie car c’est un élément très inerte. C’est-à-dire qu’il ne se lie pas à d’autres éléments pour former des molécules.
Le phosphore n’arrive qu’en 17e position dans cette liste ! Notre Soleil – et donc notre système solaire – a une teneur relativement élevée en phosphore. Mais même dans ce cas, le phosphore est de loin le moins abondant de la série des CHNOPS. Il n’est donc pas surprenant que la croissance des plantes, par exemple, soit souvent limitée par le peu de phosphore disponible dans le sol. Les engrais contiennent donc généralement des phosphates (mais aussi des molécules azotées). Nous verrons plus loin que les phosphates et l’oxygène gazeux libre étaient très probablement les facteurs limitants sur Terre pour que la vie multicellulaire complexe (= animaux et plantes) apparaisse et se développe.
Molécules
Si nous commençons à regarder à une plus petite échelle, à savoir dans notre système solaire, nous constatons que ces éléments individuels sont présents à peu près partout. Cependant, si nous examinons les molécules qu’ils forment à l’intérieur du système solaire, nous constatons une répartition très inégale dans l’espace.
La cause principale est liée à la distance qui nous sépare de notre étoile, le Soleil. Pour cela, il faut remonter aux origines de notre système solaire.
Un nuage géant de gaz et de poussière a été perturbé, probablement par l’explosion d’une supernova proche. Tout le nuage s’est mis à bouger et à tourner, ce qui a provoqué des collisions entre les molécules et leur agglutination. Cette agglutination commence à cause de l’attraction entre les molécules en raison des charges (partielles) qu’elles portent, et une fois qu’elles acquièrent une masse minimale, la gravité joue le rôle principal. Ensuite, la gravité entre ces plus gros amas a commencé à jouer un rôle plus important, et le nuage a commencé à s’effondrer vers le centre. Plus de 99 % de la matière présente s’est concentrée au centre, formant une protoétoile. Il s’agit d’une étoile qui n’est pas encore assez lourde pour provoquer une fusion nucléaire spontanée en son cœur.
Lorsque la protoétoile de notre système solaire est devenue suffisamment lourde, le Soleil s’est mis à briller pour la première fois. Cela se produit lorsque la matière au centre est poussée si fort (par la gravité) que des fusions nucléaires se produisent spontanément.
La matière restante qui n’a pas été avalée par l’étoile se compose principalement de petites molécules telles que :
Gaz :
- Gaz hydrogèneH2
- Hélium He
Matière volatile, gazeuse ou solide (glace) :
- EauH2O
- Ammonium NH3
- Méthane CH4
- Dioxyde de carboneCO2
- Monoxyde de carbone CO
Matière solide :
- Métaux et oxydes métalliques
- Composés de silicium (minéraux de roche)
Note qu’une grande partie de ces petites molécules (matières volatiles) se trouvent sous forme de gaz lorsqu’elles sont plus proches de l’étoile, et sous forme solide (gelée) lorsqu’elles sont plus éloignées de l’étoile. Cette frontière imaginaire entre « plus près » et « plus loin » s’appelle la ligne de glace. La ligne de glace est en fait quelque peu différente pour chaque molécule.
Pendant ce temps, le rayonnement du soleil a augmenté et le vent solaire est né. Il s’agit du rayonnement constant de particules très rapides (protons, électrons, ions) d’une étoile dans toutes les directions. Le vent solaire a commencé à souffler le nuage de gaz restant tout autour des protoplanètes. Entre le Soleil et la ligne de glace, de la matière supplémentaire a été soufflée parce que c’est là que se trouvait la plus grande partie de la matière volatile sous forme de gaz. Tu as donc obtenu une différenciation en deux zones principales :
- Une zone plus dense (entre le Soleil et la ligne des glaces) où subsistaient principalement des minéraux et des métaux, avec une densité de matière beaucoup plus faible.
- Une autre zone (au-delà de la ligne de glace) avec une densité plus élevée et des débris très gelés (comètes, planétoïdes et poussières gelées).
Dans la zone dense, les planètes rocheuses se sont formées, et au-delà, les grandes géantes de gaz et de glace. Les débris de matière volatile gelée ont ensuite dérivé dans toutes les directions, en partie à cause des perturbations causées par les grandes planètes. Par conséquent, la partie intérieure du système solaire, entre autres, a connu une pluie de météorites au cours des premières centaines de millions d’années. Par conséquent, les planètes rocheuses se sont en outre enrichies de cette matière dite volatile, y compris d’eau, longtemps après leur formation. La part ou l’importance de cet enrichissement pour les planètes internes est très discutée.
Les nombreux morceaux de glace de ces premiers jours du système solaire se retrouvent encore aujourd’hui à plusieurs endroits sous forme de comètes, d’astéroïdes et de poussières spatiales. L’examen de ces « morceaux primordiaux » montre qu’en plus des « molécules de base » dominantes, ils contiennent naturellement diverses substances organiques, telles que des sucres simples, des acides gras, des acides aminés, des alcanes et des alcènes, des alcools, etc. et parfois même des nucléotides (éléments constitutifs de l’ADN/ARN). Ces substances se sont également retrouvées sur les planètes rocheuses avec les pluies de météorites.
Nous pouvons conclure qu’en raison de cette genèse, les éléments et les éléments constitutifs de la vie sont répartis dans tout le système solaire. En principe, il n’existe donc aucune région où les éléments constitutifs de la vie ne sont pas disponibles.
