C'est l'une des plus grandes énigmes qui nous entourent : l'homochiralité du vivant. Certaines molécules n'apparaissent dans la nature que sous leur forme gauche, ou inversement, que sous leur forme droite. Pourquoi ? Des chercheurs pensent avoir trouvé la réponse dans les nuages de formation d'étoiles.
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Lorsqu'une molécule peut exister sous deux formes qui correspondent chacune à l'image de l'autre dans un miroir, on dit qu'elle est chirale. C'est le cas pour de nombreuses molécules qui composent le vivant. Lorsque ces composants sont synthétisés artificiellement, la forme droite (R) et la forme gauche (L) existent de manière équitable. Pourtant, la nature fait que seule la forme gauche est trouvable pour les acides aminésacides aminés, composants des protéines. Et à l'inverse, pour les sucressucres de l'ADNADN, seule la forme droite subsiste. Sans que l'on sache pourquoi.
À moins que ? Une étude publiée dans la revue Science Advances et dirigée par des chercheurs de l'Institut de chimie de Nice et de l'université d'Aarhus au Danemark s'est penchée sur une molécule chirale particulière, l'oxyde de propylène (C3H6O). En 2016, elle a été détectée, détaille une étude de Science, dans une région de formation d'étoiles au sein nuagenuage moléculaire géant Sagittarius B2, proche du centre de la Voie lactée. C'était la première fois qu'une molécule chirale était détectée hors du Système solaireSystème solaire. « À l'époque, les observations ne permettaient pas de déterminer s'il existait une différence entre l'abondance relative des deux énantiomèresénantiomères d'oxyde de propylène. Cependant, des mesures de polarisation de haute précision pourraient fournir une réponse définitive à l'avenir », décrivent les chercheurs dans la nouvelle étude de Science Advances. Elle a de plus été identifiée sur différentes météoritesmétéorites, comme celle de Murchison, où la forme droite domine. Et selon les chercheurs, elle pourrait bien apporter des réponses.
Une asymétrie provoquée par la polarisation de la lumière
Pour étudier la discrimination chirale, les chercheurs se sont penchés sur les interactions entre la polarisation circulaire de la lumièrelumière dans les ultravioletsultraviolets, et l'oxyde de propylène. Ultraviolets, car « dans des conditions astrophysiquesastrophysiques réalistes, les sources naturelles de rayonnement polarisé circulairement se situent à large bandeà large bande spectrale dans la région spectrale UV », explique l'étude. La polarisation circulaire signifie, quant à elle, que la direction du vecteur champ électriquechamp électrique varie comme si elle tournait autour de l'axe de propagation de la lumière. Elle peut sembler tourner dans le sens horaire (polarisation à gauche) ou antihoraire (polarisation à droite). Par convention, en astrophysique, le sens est défini du point de vue de la source, et non du receveur. Des études précédentes ont montré que cette lumière polarisée peut influer sur la forme prédominante d'une molécule, mais les chercheurs ont cherché cette fois à déterminer précisément quelle était la polarisation aux débuts du Système solaire.
Ils ont alors entrepris les « premières mesures expérimentales des spectresspectres d'anisotropieanisotropie (évaluation des propriétés dans chaque direction) de l'oxyde de propylène en phase gazeuse dans la gamme spectrale ultraviolette du vide », grâce à l'obtention d'un spectre de dichroïsme circulaire, qui caractérise l'absorptionabsorption de la lumière selon sa polarisation circulaire (droite ou gauche), et d'un spectre d'absorptionspectre d'absorption. Le vide a été réalisé à l'aide « d'une chambre à vide directement installée sur le synchrotron ASTRID2 danois », explique un communiqué du CNRS. Ensemble, ces deux mesures permettent de distinguer quelle forme, gauche ou droite, s'est formée, en fonction de la polarisation circulaire.
Notre Système solaire baignait dans une lumière polarisée circulairement à gauche
Leurs résultats confirment tout d'abord que celle-ci influe bien sur la forme qui prédominera pour la molécule d'oxyde de propylène ! Ils démontrent ensuite que l'excès d'une forme droite serait causé par une polarisation circulaire gauche, expliquant ainsi le cas de la météorite de Murchison. Une polarisation qui pourrait être causée par des interactions entre les champs magnétiqueschamps magnétiques du SoleilSoleil avec les grains de poussière qui composaient le disque protoplanétairedisque protoplanétaire. « Ces champs magnétiques alignent les grains de poussière et la lumière qui se diffuse sur ceux-ci finit par être polarisée circulairement », décrit le communiqué.
Ainsi, selon les chercheurs, « si notre Système solaire s'est formé dans une région de formation d'étoiles de massemasse élevée [...] il pourrait avoir été irradié avec une lumière circulairement polarisée à gauche pour entraîner un excès de la forme droite de l'oxyde de propylène et de ses dérivés dans la météorite de Murchison ». Reste ensuite à expliquer le cas des acides aminés, et des sucres ! La publication conclut sur la nécessité de prochaines études qui se concentreront sur les échantillons ramenés par les sondes HayabusaHayabusa 2 et bientôt ramenés par Osiris-RExOsiris-REx. En combinant divers résultats sur les formes prédominantes dans les autres astéroïdes du Système solaire, il serait possible de remonter à un scénario plus général expliquant l'asymétrie du vivant.
Origine de la Vie : du nouveau avec l'énigme de la chiralité
Article de Laurent SaccoLaurent Sacco publié le 10/09/2020
Étrangement, la vie n'utilise qu'une certaine classe de molécules appelées lévogyreslévogyres pour les acides aminés constituant les protéinesprotéines alors que les réactions chimiquesréactions chimiques qui les produisent fabriquent également des molécules dites dextrogyresdextrogyres dans les laboratoire terrestres. Il semble de plus en plus probable que l'explication de cette énigme nécessite des laboratoires extraterrestres, ceux à l'origine des systèmes planétaires.
Dans l'un de ses plus célèbres ouvrages écrit il y a presque 50 ans, L'univers ambidextre, Martin Gardner exposait au grand public un problème qui intrigue toujours les biologistes et les exobiologistes. Pourquoi les molécules employées par tous les êtres vivants de la Terre sont-elles toujours d'un même type de chiralitéchiralité, alors que les réactions de synthèses chimiques ne font généralement pas la différence, produisant les deux types possibles ? C'est le fameux problème de l'homochiralité.
Sous ce terme technique se cache un problème très concret et facile à comprendre : les mains sont l'image l'une de l'autre dans un miroir mais il est impossible de les superposer. On ne peut pas enfiler le gant droit dans la main gauche et réciproquement... De la même manière, une molécule carbonée simple (comme celle d'un acide aminé ou d'un sucre) peut exister sous deux formes, images l'une de l'autre dans un miroir, dites droite et gauche. Lorsqu'une telle symétrie est possible, on parle de molécules chirales (chiral dérive du mot grec χειρ, signifiant main).
Or, comme on l'a dit, les réactions chimiques habituelles ne font pas la différence entre les deux formes chirales. Pourtant, la vie terrestre n'utilise qu'une de ces formes. Les acides aminés, constituant les protéines, n'existent que sous la forme L, et les sucres, par exemple présents dans l'ADN, sont eux uniquement de forme D.
Une cosmochimie avec des molécules lévogyres
Rappelons qu'en chimie, une molécule lévogyre (« qui tourne à gauche », du latin laevus, gauche) a la propriété de faire dévier le plan de polarisation de la lumière polarisée vers la gauche d'un observateur qui reçoit la lumière. Plus précisément, l'observateur en question voit le plan tourner dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre.
Insistons sur le fait que la nomenclature L et D, dérivée de la molécule d'un sucre, le glycéraldéhyde, également appelée glycérose, qui est effectivement lévogyre pour sa forme L et dextrogyre pour sa forme D, ne signifie pas toujours qu'une molécule est lévogyre quand elle est de type L et inversement. Pour éviter cette méprise courante, on note aujourd'hui (+) les molécules dextrogyres et (-) les molécules lévogyres.
Les exobiologistes sont toujours en quête d'une explication pour l'énigme de la chiralité de la vie et l'une des pistes envisagées implique de se tourner vers l'espace et les conditions régnantes dans les nuages moléculaires et les disques protoplanétaires, avant la naissance d'une planète comme la Terre.
Futura avait déjà parlé de cette piste dans le précédent article, examinant des indications de processus relevant de la chimie prébiotiqueprébiotique dans ces nuages et ces disques. Aujourd'hui, des scientifiques de la Carnegie Institution for Science à Washington, DC et de la NasaNasa, dirigés par Daniel P. Glavin, du Goddard Space Flight CenterGoddard Space Flight Center, à Greenbelt, dans le Maryland, font état d'une intéressante découverte dans un article publié dans le journal Meteoritics and Planetary Science.
Les cosmochimistes ont effectué des analyses sur des échantillons d'une météorite trouvée lors d'une expédition en AntarctiqueAntarctique en 2012, par une équipe de chercheurs japonais et belges. Dénommée Asuka 12236, elle fait partie des chondriteschondrites carbonées de type CM qui a été défini à partir de la météorite tombée près de Mighei en Ukraine. La plus célèbre de ces chondrites est sans doute celle de Murchison, elle-même cousine de celle d'Allende, une chondrite CV. Asuka 12236 fait donc partie des plus anciennes météorites connues et elle doit provenir d'un fragment de l'un des astéroïdesastéroïdes les plus primitifs du Système solaire, ceux qui gardent la mémoire de ce qui s'est passé au tout début de sa formation.
Une présentation de la naissance du Système solaire et des météorites appelées chondrites. © Chaîne IPGP
Des acides aminés du vivant
Tout comme dans le cas de Murchison, les échantillons de solution aqueusesolution aqueuse obtenus en broyant des fragments d'Asuka 12236 dans un mortier se sont révélés bavards dans un spectromètrespectromètre de masse. Dans les deux cas, s'y trouvent des acides aminés et pas des moindres car ils se retrouvent dans les protéines de la matièrematière vivante. Asuka 12236 contient notamment des acides aspartiquesacides aspartiques et glutamiques.
Jusque-là donc, rien de très étonnant, sauf que la chondrite CM bat le record d'abondance jusqu'alors détenu par la météorite appelée Paris, découverte dans des conditions rocambolesques à la suite d'une vente aux enchères en 2001 à l'hôtel Drouot. Asuka 12236 est en effet deux fois plus riche en acides aminés. Mais, ce qui est le plus intéressant, c'est qu'elle contient clairement plus d'acides aminés lévogyres que dextrogyres, renforçant l'idée que la chiralité du vivant a une origine ancienne, au-delà de sa naissance sur Terre et dans donc dans l'espace.
Une origine pré-solaire ?
Ce n'est pas la première fois que Glavin et ses collègues découvrent que les météorites regorgent de ces précurseurs chimiquesprécurseurs chimiques gauchers de la vie et donc, comme l'explique le chercheur, que « les météorites nous disent qu'il y avait un biais inhérent vers les acides aminés gauchers avant même que la vie ne commence. Le grand mystère c'est : pourquoi ? » Mais Asuka 12236 est la mieux préservée des météorites riches en carbonecarbone appelées chondrites CM et est donc un témoin inestimable d'un passé fort lointain. C'est d'autant plus certain qu'elle contient également une abondance de grains de silicatesilicate avec des compositions chimiques inhabituelles indiquant qu'ils se sont formés dans des étoiles anciennes qui sont mortes avant que le Soleil ne commence à se former.
Les acides aminés lévogyres sont retrouvés isolés dans la météorite. On les trouverait plutôt associés en fragment de protéine si l'on était en présence de contaminationcontamination terrestre. Mais les cosmochimistes ne peuvent exclure cette hypothèse. On sera sur un terrain beaucoup plus solidesolide si on trouve le même excès dans des échantillons d'astéroïdes primitifs rapportés sur Terre. Or, c'est exactement ce que va faire la Nasa avec les prélèvements par la sonde Osiris-rex sur l’astéroïde Bennu
Origine de la vie : l'énigme de la chiralité sous la lumière de l'instrument Soleil
Article de Laurent Sacco publié le 07/01/2011
Un groupe de chercheurs français vient de faire une percée significative dans le domaine de l'exobiologieexobiologie. Leurs expériences menées avec le synchrotron Soleil apportent une lumière nouvelle sur l'énigme de l'homochiralité du vivant et donc l'origine de la vie.
À quoi est due l'asymétrie moléculaire dans les formes vivantes ? Faut-il faire intervenir un accidentaccident historique au cours de l'évolution ayant fait privilégier certaines molécules chirales aux dépens d'autres ? Ou bien existerait-il d'autres raisons, plus fondamentales, relevant de la physiquephysique même des molécules biologiques et des cellules vivantes, imposant cette asymétrie ?
Depuis quelque temps, les exobiologistes et autres cosmochimistes ou astrochimistes tentaient de relier l'homochiralité à des conditions prébiotiques, c'est-à-dire avant l'apparition de la vie sur Terre. Plus précisément, la réponse à cette question devait probablement être cherchée dans les conditions physicochimiques des nuages interstellairesnuages interstellaires et de la nébuleusenébuleuse protosolaire. En effet, les études plus fines de météorites comme celle de Murchison (qui nous donne aussi des aperçus sur l'origine possible de l'ARN) montraient que certains acides aminés existaient bel et bien en excès sous une forme L.
On en déduisait donc que la synthèse des acides aminés et sucres dans la glace enrobant les grains de poussières présents dans les nuages, sous l'influence des rayonnements ultraviolets polarisés des pouponnières d'étoiles de ces nuages, s'était produite en privilégiant certaines formes chirales.
Agglomérées dans les comètescomètes et les météorites tombant dans les océans de la Terre primitive, ces poussières auraient ensemencé notre planète et auraient fait pencher la balance en faveur des formes de vie basées sur l'homochiralité observée.
À l'appui de ce scénario, des expériences utilisant des rayons X, il y a quelques années, étaient plutôt encourageantes. Mais elles restaient assez éloignées des véritables conditions du scénario envisagé, c'est-à-dire des poussières glacées bombardées par des UV polarisés.
Vincent Minier, astrophysicien (CEA, Saclay), et Laurent Nahon, physicien (ligne Desirs, Soleil), nous expliquent pourquoi et comment les éléments qui composent le monde du vivant sur notre planète pourraient avoir une origine « extraterrestre ». Une approche simple et claire des recherches en exobiologie. © SynchrotronSOLEIL-Dailymotion
La lumière est venue du Soleil
Le consortium réunissant plusieurs équipes françaises sous la direction de Louis d'Hendecourt, directeur de recherche CNRS à l'Institut d'astrophysique spatiale, s'est approché de ces conditions. On peut d'ailleurs voir Louis d'Hendecourt répondant à une question sur l'impact de sa discipline sur l'exobiologie, dans une vidéo de l'école d'exobiologie Exobio' 07 (voir ci-dessus).
Les chercheurs ont commencé par reproduire en laboratoire des corps glacés analogues des glaces interstellaires et cométaires. Ils les ont ensuite soumis à un rayonnement ultraviolet « polarisé circulairement » (UV-CPL) à l'aide des faisceaux disponibles au synchrotron Soleil.
L'analyse ultérieure de ces glaces a montré qu'elles contenaient un excès significatif d'un acide aminé chiral, l'alaninealanine. Supérieur à 1,3 %, cet excès est comparable à celui mesuré dans les météorites primitives.
L'Année internationale de la chimie (AIC) commence donc par une découverte particulièrement intéressante. Elle apporte en effet du poids à la thèse voulant que l'homochiralité du vivant ne soit pas due au hasard mais bien à un mécanisme physique. Le rayonnement UV polarisé des étoiles massives présentes dans un amas ouvertamas ouvert (dans lequel est probablement né le Soleil) aurait bien favorisé cette homochiralité des molécules prébiotiques. Aujourd'hui, on observe d'ailleurs dans la nébuleuse d'Orionnébuleuse d'Orion l'existence d'un rayonnement, infrarougeinfrarouge cette fois, polarisé circulairement dans le même sens que celui des expériences précédentes.
