Pour une protection planétaire raisonnable

La protection planétaire paraît être une nécessité dans les deux sens (« back contamination » et « forward contamination »). Elle doit cependant être raisonnable et adaptée aux exigences découlant de l’arrivée progressive des hommes sur Mars. Les spécialistes de cette discipline doivent bien en être conscients car elle ne peut constituer un obstacle à l’exploration. A défaut d’être réalistes, les règles seront tout simplement contournées. Il s’agit de construire et d’adapter en fonction des connaissances acquises les conditions d’une arrivée de l’Homme en toute sécurité planétaire, plutôt que d’imposer a priori des règlements radicaux inadaptés.

On constate que le sujet est largement absent de la description des projets tels que ceux d’Elon Musk (SpaceX), de Robert Zubrin (Mars Society) ou de Bas Lansdorp (Mars One). En fait les ingénieurs le dédaignent et les exobiologistes « ne pensent qu’à ça ». Ce sont les ingénieurs qui vont rendre possibles les missions habitées et les exobiologistes ne pourront pas empêcher de les réaliser sauf à instiller la peur chez le grand public sur lequel s’appuie les politiques qui in fine décideront / autoriseront les lancements. Si l’exploration de Mars par vols habités était abandonnée pour ce seul motif, ce serait extrêmement regrettable pour l’avenir de l’homme dans l’espace mais aussi pour le progrès de la connaissance (car l’étude de Mars sur le plan exobiologique, dans son présent et surtout dans son passé, ne pourra vraiment se poursuivre que si l’homme débarque sur Mars avec les moyens de recherche appropriés). Il faut donc trouver un moyen terme entre l’impatience des uns et les exigences des autres.

Le COSPAR (« Committee on Space Research », groupe scientifique international qui fait autorité en matière de protection planétaire) a proposé que soient déterminées à la surface de Mars des régions spéciales (« Martian Special Regions », « MRS ») qui comprendront tout territoire « within which terrestrial organisms are likely to replicate and those potentially harboring extant Martian Life ». Il veut en exclure toute présence humaine et recommande d’envoyer les missions habitées se poser sur les « Zone of Minimal Biologic Risks » (« ZMBR ») qui sont des zones « sans carbone organique » et sans eau liquide ! Ces propositions ont été retenues par la NASA et par l’ESA. C’est beaucoup trop demander car le carbone « organique » n’est pas automatiquement la vie (loin de là !) et encore moins la vie active. Cela est de plus totalement inacceptable pour les ingénieurs qui comptent sur l’eau martienne comme l’un des éléments essentiels à l’ISPP (« In Situ Propellant Production ») dont la mise en œuvre est à son tour essentielle à un transport de masses suffisantes pour établir une base sur Mars (et surtout permettre un retour sur Terre) et pour le fonctionnement de toute base (l’eau terrestre sera recyclable mais il y aura des pertes). C’est un peu plus acceptable pour les exobiologistes car l’étude à distance, par robots interposés commandés en direct, des « spots » de vie potentielle, pourrait s’accommoder d’une présence d’opérateurs humains dans le domaine martien qui respecterait ces zones d’exclusion.

Il faudrait, au contraire de ce qui est préconisé par le COSPAR, que le vol préparatoire à la première mission habitée (dans tous les projets, il en est prévu au moins un) choisisse de se poser sur la MRS prévue pour servir d’implantation à la future base et évalue le mieux possible la dangerosité biologique du lieu. Cela implique des prélèvements d’échantillons d’eau et de roches martiennes qui seront mis en culture en présence de réactifs significatifs. On pourrait aussi évidemment convenir que lors des missions habitées, les astronautes évitent de polluer la planète (à la différence par exemple de ce qui s’est passé sur la Lune…ou de ce qui se passe dans le film « Seul sur Mars »). Ce dernier principe ne devrait pas soulever d’objection pourvu qu’il n’implique pas des niveaux de stérilisation impossible à atteindre pour les équipements en contact avec l’extérieur.

Les puristes de la Protection planétaire pourraient considérer cette approche comme sacrilège car ils estimeront (1) que nous risquons de contaminer le milieu martien par des bactéries terriennes qui trouveront un milieu favorable à leur reproduction et qui ensuite pourront être transportées sur toute la surface du globe par les vents martiens et (2) que le risque de contamination des astronautes par le milieu martien ne sera pas totalement levé (difficulté d’évaluer les effets d’un pathogène potentiel que l’on ignore totalement). Je ne pense pas qu’il faille céder à leur pression. En effet (1) la totalité de la surface de Mars, très hostile à notre vie terrienne, ne saurait être contaminée facilement et immédiatement par des microbes terriens qui y seraient probablement très peu actifs ; (2) les microbes martiens putatifs devant forcément présenter des caractéristiques génétiques structurelles différentes des microbes terriens, l’on pourrait toujours les identifier, même après interactions avec des êtres vivants terriens ; (3) le temps de retour des astronautes sur Terre constituera une période de quarantaine suffisamment longue pour qu’on puisse éventuellement déceler des infections et décider de différer leur retour sur Terre. On peut, si cette extrémité s’avérait nécessaire, imaginer de les laisser en observation en orbite terrestre où ils pourraient être soignés dans un vaisseau plus vaste que celui de retour de Mars, « ERV », par exemple un vaisseau gonflable de type Bigelow ba-2100 « Olympus » de 2100 m3 pressurisé (pour le moment encore un concept) qui offre un volume habitable plus de deux fois celui de l’ISS. In fine, on pourrait même choisir de ne ramener sur Terre que les astronautes, en expédiant dans l’espace le vaisseau et les équipements ayant « touché » Mars. Les astronautes qui partiront devront être conscients de ce risque et l’accepter mais il n’y en aura que très peu qui, après avoir pesé le « pour » et le « contre », refuseront l’aventure.

Au XVIème siècle les conquistadors n’avaient aucune idée (et aucun intérêt) pour l’approche scientifique que nous avons adoptée depuis longtemps ni des technologies biochimiques que nous avons développées. Ce fut dramatique pour les populations américaines décimées par les maladies communes en Europe (variole, diphtérie, typhus, grippe, rougeole) et, dans une mesure beaucoup plus réduite, pour les populations européennes qui découvrirent ainsi la syphilis. Nous n’en sommes plus à ce niveau d’inconscience et d’incompétence, et une gestion prudente ne signifie pas que « faire quand même » veuille dire « faire n’importe quoi ».

Référence :

https://planetaryprotection.nasa.gov/file_download/95/Rummel.PPHumansHistory2015.pdf

Image à la Une: Photo provenant du film “The Martian” réalisé par Ridley Scott d’après le roman d’Andy Weir. Le héros joué par Matt Damon est ici en train de charger son rover pour le grand trek qui le conduira jusqu’à son vaisseau de retour sur Terre. Le film pas plus que le roman ne prennent en compte quelque précaution de protection planétaire que ce soit. C’est un des points sur lequel ils sont totalement invraisemblables.

La protection planétaire est-elle vraiment indispensable ?

Mars ayant pu, comme la Terre, faire fonction de « réacteur biogénique », la question de l’innocuité du séjour de l’homme à sa surface peut légitimement se poser. En effet les conséquences d’une possible vie martienne doivent être envisagées aussi bien concernant l’action de cette dernière sur la vie terrestre (« back contamination ») que concernant l’action des microbes terrestres sur cette vie autochtone (« forward contamination »), étant donné que l’on suppose par principe que les astronautes reviendront sur Terre. Que peut-on faire ? Va-t-on pour autant renoncer à envoyer des hommes sur Mars ? Je ne le pense pas.

Tout d’abord il faut dire que la probabilité d’une vie active en surface de Mars aujourd’hui est extrêmement faible. Jusqu’à présent nous n’avons rien trouvé, aucun indice sauf celui d’une habitabilité passée (et cela ne veut pas dire que la planète a été habitée) et de biomorphes ou éléments carbonacées de type biologique dans certaines météorites martiennes. L’atmosphère ne contient aucun rejet métabolique évident, très peu d’oxygène, extrêmement peu de méthane (et il pourrait résulter d’un phénomène géologique). L’omniprésence des UV, des radiations ionisantes et des sels de perchlorates en surface est extrêmement agressive pour les molécules organiques.

Cela ne veut pas cependant dire qu’une vie martienne soit impossible. Elle pourrait être de type bactérien et endolithique (à l’intérieur des roches), sous protection de corniches naturelles, avec quelques excursions au dehors, en périodes favorables (épaississements de l’atmosphère lors d’épisodes volcaniques ou lors des périodes de fortes obliquités de l’axe de rotation de la planète – qui surviennent environ tous les 120.000 ans). Elle pourrait se concentrer en quelques lieux plus humides dans les régions très basses où l’atmosphère est de ce fait plus dense (fond du bassin d’Hellas ?). Surtout elle pourrait s’être réfugiée en sous-sol lorsque les conditions de surface se sont détériorées il y a quelques 3,5 milliards d’années, et y avoir persisté, en évoluant, jusqu’à aujourd’hui. Les indices trouvés dans les météorites martiennes (« SNC »), résultant d’extractions profondes dues aux chocs, pourraient être ceux de l’existence de ses lointains ancêtres. En tout état de cause, ce qu’on peut quand même dire sans trop de risque de se tromper c’est que, n’ayant pas à ce jour identifié de rejets métaboliques, cette vie putative doit être extrêmement pauvre et peu active.

Mais toutefois, à supposer qu’une vie martienne ait existé et subsisté, il faut bien voir qu’elle serait presque certainement structurée sur d’autres éléments biochimiques que la vie terrestre. En effet, celle-ci est très probablement le résultat d’un processus aléatoire (le hasard et la nécessité !), en tout cas d’un processus historique particulier et, s’il est logique que la vie martienne ait utilisé les mêmes éléments chimiques (essentiellement carbone, hydrogène, oxygène, azote + phosphore, calcium + soufre, sodium, potassium, manganèse, fer & chlore), il n’est pas vraisemblable qu’elle ait utilisé exactement les mêmes molécules complexes. On devrait peut-être retrouver des bases comme l’adénine mais plus on évolue dans la complexification, plus les combinaisons possibles deviennent nombreuses et c’est alors que des possibilités de variation se présentent dans tous les domaines. Ce pourrait être l’utilisation d’acides aminés différents (autres que les 20 protéinogènes que notre vie utilise) ou de constituants différents pour les membranes cellulaires (rappelons que c’est déjà le cas sur Terre pour ce qui est des archées d’une part et des bactéries d’autre part alors qu’elles sont cousines), des molécules de type ATP mais différentes, pour stocker l’énergie, des molécules de type ARN ou ADN mais différentes, pour stocker et transmettre l’information, des protéines constituées de chaînes polypeptidiques différentes, des enzymes différentes.

Le résultat, c’est que la vie martienne pourrait se trouver face à la vie terrestre comme une bactérie face à une voiture automobile (pour ne pas dire « une poule face à un couteau » !). Un bémol cependant : quand on ne sait pas trop quoi faire d’un véhicule, on s’intéresse aux pièces détachées et éventuellement aux matières premières dont il est constitué…et c’est malheureusement ce que pourrait faire « notre » vie martienne. Elle pourrait sans utiliser directement nos protéines, tirer parti de notre teneur en eau (relativement rare en surface) ou en certains éléments chimiques également rares sur Mars mais utiles pour elle, et nous agresser pour s’en emparer. Prudence donc !

Les durées cumulées du séjour (18 mois) et du voyage de retour (6 mois) devraient suffire comme période de quarantaine (disons au minimum 6 mois pour prendre en compte une « infection » survenant seulement la veille du retour sur Terre). Il serait donc bon qu’un médecin biologiste équipé des instruments d’analyse nécessaires fasse partie de la première expédition afin de déceler et d’étudier les éventuelles troubles sanitaires résultant de l’intrusion d’organismes martiens dans le corps des astronautes. Par ailleurs la plus grande prudence devra prévaloir lors des forages et de l’exploration des grottes ou des gouffres.

La recherche exobiologique reposera sur les mêmes considérations. Dans ce domaine, on s’inquiète beaucoup aujourd’hui de « contaminer » Mars avec des microbes terriens qui pourraient brouiller les pistes. Mais il faut bien voir (1) que le milieu surfaciel martien est extrêmement hostile aux microbes terriens et (2) que si on trouve des microbes martiens on devrait pouvoir les identifier sans peine puisque l’histoire de leur structure devrait être différente de la nôtre. Le premier point signifie que même si des microbes terriens apportés par les astronautes pourraient survivre à l’état de spores, il est assez improbable qu’ils puissent avoir une vie active. Le deuxième point signifie que même si par extraordinaire la vie martienne et la vie terrestre partageaient une origine commune (par échange de météorites ?), leur histoire auront été tellement différentes que non seulement leur ADN mais aussi leur structure même devraient en porter des traces originales rendant l’identification facile.

En conclusion je dirais que le risque est trop grave dans ses conséquences théoriques (destruction de la vie terrestre) pour être négligé mais que sa probabilité est tellement faible (en fait non quantifiable) que nous devrions pouvoir l’aborder sans hystérie (à la différence de certains opposants à l’installation de l’homme sur Mars) et le surmonter assez rapidement. Le COSPAR*, autorité internationale reconnue en la matière, et la NASA ont commencé à réfléchir au sujet et à faire des propositions. Les règles devront être réalistes. A défaut elles seront tout simplement contournées.

Image à la Une : nettoyage de l’atterrisseur Schiaparelli de la mission ExoMars 2016. Copyright : Airbus Space & Defense (27/01/2014).

*COSPAR (« Committee On SPAce Research ») : règles de protection planétaire en vigueur (oct. 2002, amendées en mars 2005) : http://w.astro.berkeley.edu/~kalas/ethics/documents/environment/COSPAR%20Planetary%20Protection%20Policy.pdf

https://planetaryprotection.nasa.gov/overview

Mars ne pourra sauver qu’un petit nombre d’élus

Mars ne pourra jamais servir d’exutoire aux excès démographiques de la Terre mais elle pourrait sauver la civilisation humaine au cas où la Terre étoufferait du fait de ces excès. Il y a quatre raisons à cela: en positif, l’habitabilité relative de Mars ; en négatif, la limitation des capacités d’emport de nos fusées, l’absence d’infrastructures et la limitation naturelle des ressources martiennes.

Mais de quels chiffres parle-t-on ?

Actuellement, chaque jour, la population mondiale croît de 227.000 personnes, ce qui donne chaque année 83 millions de personnes en plus et sur l’intervalle entre deux fenêtres de lancement vers Mars (26 mois), 180 millions de personnes en plus (il parait que le taux de progression va se ralentir!). Les lanceurs d’Elon Musk, qui sont les plus audacieux que l’on puisse concevoir aujourd’hui, pourraient transporter 100 personnes (avec leur support-vie) ou une charge utile de cent tonnes. En fait au début on aura plutôt 10 personnes et 90 tonnes (un maximum de charges utiles d’infrastructure et un minimum d’hommes pour les mettre en place). On peut concevoir la construction de plusieurs lanceurs, si quelqu’un peut les payer, mais il se passera pas mal de temps avant que des flottes d’une douzaine de lanceurs soient envoyées lors de chaque fenêtre de lancement (cela suppose que les vols soient devenus rentables car l’économie martienne serait parvenue à générer les revenus nécessaires à leur financement). Dans cette hypothèse, très optimiste (tout dépend du temps que l’on considère, peut-être 40 ans ?), on arriverait à un millier de personnes par période de 26 mois. Vous voyez que la « soupape » martienne ne pourra en aucun cas résoudre le problème de l’explosion démographique terrestre. Et encore, la capacité d’emport n’est pas le seul problème qui se pose.

La deuxième contrainte, tout aussi limitante, est la nécessité de construire de quoi loger, équiper, nourrir les populations qui partiront, et ensuite de leur envoyer les pièces de rechange(1) de tous les équipements, ou tous les biens (médicaments, électronique, par exemple) qui ne pourront pas pendant longtemps être fabriqués sur place parce qu’il est trop difficile d’y installer les unités de production les plus sophistiquées (cette situation évoluera avec le temps). J’ai participé à une étude de mon ami Richard Heidmann (polytechnicien et fondateur de l’Association Planète Mars, branche française de la Mars Society) qui met bien en évidence ces contraintes (voir lien ci-dessous(2)). De plus, quels que soit les moyens techniques dont on disposera qualitativement et compte tenu de la faiblesse quantitative de la population sur place et aussi de la rudesse de l’environnement, il faudra plusieurs mois pour construire, viabiliser et raccorder un habitat d’une dizaine de personnes à l’ensemble de la colonie (la quantité d’habitats construits par période sera donc fonction des équipements disponibles et des personnes capables de s’en servir) et chaque habitant aura besoin d’une centaine de m2 de cultures sous serre pour s’alimenter (sans compter les locaux communs pour travailler et pour simplement vivre). De même les vêtements, objets usuels, devront pour l’essentiel être produits sur place à partir des ressources locales, avec des robots dont les pièces devront, pour l’essentiel de leur masse, avoir été produites sur place mais aussi (pendant longtemps) importées. Par ailleurs toute production locale suppose l’obtention de produits semi-finis à partir de matières premières brutes qu’il faudra extraire du sol ou de l’atmosphère, affiner et transporter (sur des routes a priori inexistantes). La charge de l’accueil sera énorme tant au point de vue logistique que financier, surtout au début quand les arrivants seront en proportion importante par rapport aux personnes déjà installées. Comme tout processus supportable (« sustainable »), il devra se dérouler sur la durée permettant l’absorption et l’intégration, ce qui implique entre autre, la participation aussi rapide que possible des migrants à la production des capacités d’accueil, de bon fonctionnement et de maintenance de la colonie (on ne fera venir que les personnes qui lui seront utiles ou qui pourront payer voyage et séjour).

Le troisième frein au peuplement de Mars sera les ressources propres de la planète. Elle est certes plus hospitalière que les autres corps de notre système stellaire mais elle reste beaucoup moins riche que la Terre en eau et en oxygène atmosphérique (partie de son gaz carbonique). On parviendra sans doute à recycler beaucoup plus que sur Terre (ce sera une nécessité, un laboratoire et un modèle) mais il ne faut pas rêver d’une population supérieure à quelques petits millions de personnes (2 ou 3?). Davantage mettrait une pression trop grande sur la planète. N’oublions pas que les astres sont des êtres se perpétuant dans un certain équilibre et que trop les modifier pourrait entraîner des effets indésirables. C’est en partie pourquoi je pense que la terraformation est illusoire (pour ne pas dire dangereuse) en dehors du fait qu’elle demanderait un investissement trop grand pour des retours trop lointains. Par exemple le projet de faire fondre les calottes polaires pour épaissir l’atmosphère et distribuer plus également l’eau en surface me semble en contradiction avec un cycle de l’eau bien établi dont la disparition pourrait être plus négative que positive (tempêtes de poussière plus fréquentes et plus graves, moindre accessibilité de l’eau, nouvelles pertes atmosphériques dans l’espace). Sur Mars, pas plus que sur Terre, il ne convient de jouer aux apprentis sorciers. Enfin la rareté de l’atmosphère et l’absence de couche d’ozone imposeront de rechercher toujours le maximum de protection contre les radiations. On l’obtiendra sans trop de difficultés dans les bulles de vie (qui, espérons-le, seront de plus en plus vastes) mais dans la perspective de sorties à l’extérieur on recherchera toujours pour s’établir, les régions aux altitudes les plus basses et qui de ce fait offrent la meilleure protection puisque jouissant d’une atmosphère plus épaisse (1135 pascals au fond du Bassin d’Hellas contre 70 pascals au sommet d’Olympus Mons). Cette contrainte limite la surface utile pour les implantations aux régions les plus basses, en fait surtout les basses terres du Nord dans les zones équatoriales et d’altitudes moyennes (températures!) ainsi que le bassin d’Hellas et le fond des grands cratères.

Le problème reste de savoir si Mars pourrait accéder en cas de besoin (destruction de la civilisation humaine) à une autonomie suffisante pour reprendre le flambeau et prospérer. Je le pense. Non que le petit nombre d’habitants permette l’expression d’une diversité et d’une richesse égales à celles de la Terre mais enfin il devrait être suffisant pour préserver une diversité génétique et culturelle permettant de continuer cette civilisation.

Aussi longtemps que la vie humaine sur Terre coexistera avec la vie humaine sur Mars, il y aura bien sûr enrichissement réciproque par des échanges continus mais Mars devra toujours être considérée comme un sanctuaire ou un vaisseau spatial prêt à continuer seul sa route. Cet objectif d’autonomie sera conforté naturellement par trois facteurs : la distance entre les deux planètes qui constituera une barrière haute (ou une contrainte forte) compte tenu du coût des transports, l’inconvénient de l’exposition aux radiations pendant le voyage et enfin la gravité martienne qui limitera les possibilités de séjour des Martiens sur Terre en raison de l’accoutumance de leur organisme (et surtout de leur pompe cardiaque) à des sollicitations physiques moins fortes que sur leur planète d’origine.

(1) Référence: IAC-14-A5.2.7 “An independent assessment of the technical feasibility of the Mars-One mission plan” par Sydney Do et al. (y compris Olivier de Weck, diplomé de l’ETHZ et professeur au MIT).

(2) Voir sur le site de l’APM le «Modèle économique pour une colonie martienne de mille résidents » :

http://planete-mars.com/un-modele-economique-pour-une-colonie-martienne-de-mille-residents/

Image à la Une : structure d’une base martienne de seconde génération (1000 résidents) telle que vue par Richard Heidmann. Les habitats résidentiels sont des segments des barres (en bleu les logements, en vert les serres); les bâtiments communs sont au centre. Mon article décrit un futur plus lointain mais cette première base pourrait constituer de module pour une installation plus vaste.

Centième ! Où il sera question de stromatolithes et d’êtres humains

Me voici parvenu à mon centième article sur ce blog et je salue particulièrement ceux de mes lecteurs qui m’ont suivi depuis le début, tout en me réjouissant que de nombreux autres les aient rejoints ! Sur le thème du temps qui passe et dans une perspective d’essaimage en dehors de la Terre, je vais vous parler aujourd’hui de l’évolution de la vie et de ce que je pense être notre devoir en tant qu’êtres humains vis-à-vis de cette aventure.

Je pars du principe que, compte tenu des circonstances extraordinaires qui ont été nécessaires à son émergence sur Terre, la vie même la plus simple, de type procaryote (cellule vivante sans noyau), est probablement très rare dans l’univers. Je considère ensuite que les circonstances tout aussi extraordinaires qui ont conduit par symbiose à l’hybridation d’archées par des bactéries jusqu’aux eucaryotes (cellules vivantes avec noyau) puis, toujours par symbiose, à la vie multicellulaire et, très longtemps après, à l’apparition de l’homme, sont probablement extrêmement difficiles à reproduire. Nous sommes le résultat d’une histoire c’est-à-dire d’une succession d’événements dans des circonstances qui ne se sont jamais reproduites sur Terre, en partie parce que ces événements eux-mêmes ont modifié les circonstances. Enfin, une fois cette merveille qu’est l’homme avec sa conscience et sa capacité d’agir, formée par cette histoire, il a fallu beaucoup d’efforts et de volonté, d’échecs et de réussites, pour arriver jusqu’au niveau de capacités technologiques dont nous sommes aujourd’hui armés, pour être en mesure (et pouvoir envisager) de sortir de notre berceau. Pour résumer, « les choses ne vont pas de soi », la marche du progrès n’est pas inéluctable. On le voit bien d’ailleurs dans de multiples exemples historiques comme le retour des anciens Mayas dans la forêt ou le haut Moyen Age européen succédant à l’Empire romain. Il n’est « écrit » nulle part que nous irons un jour dans les étoiles ou que nous trouverons de la vie ailleurs que sur Terre, même sous la forme la plus primitive.

Lorsque l’on recherche les traces de vie les plus anciennes sur Terre, on trouve celles de microbialithes, en particulier des stromatolithes, non les fossiles des microbes eux-mêmes mais ce qu’ils ont créés par leurs rejets métaboliques comme aujourd’hui le font, d’une autre manière, les coraux. Cette expression de la vie qui dominait le monde il y a plus de 3 milliards d’années est devenue une curiosité biologique extrêmement rare aujourd’hui. Dans un nombre d’années indéterminé c’est peut-être tout ce qu’il restera de nous après quelque épidémie, guerre, dégénérescence, chute d’astéroïde ou les quatre à la fois. Il y a tellement eu d’extinctions massives dans notre histoire biologique ! Pourquoi sortirions nous indemne de la prochaine, d’autant que ce sont toujours les êtres vivants dominants qui souffrent le plus ? Seules des concentrations de minéraux ou de métaux pourront témoigner de notre présence ici aujourd’hui. Tout ce qui fait notre chair et nos os aura totalement disparu mais encore plus grave, l’expression même de notre histoire et de notre pensée, tout ce que nous aurons créé de beau par la force de notre esprit se sera perdu, dissous par les interactions de la matière et le passage du temps.

A moins que !

A moins que nous entreprenions dès aujourd’hui ce que nous avons la possibilité d’entreprendre, planter sur un autre astre la bouture de la quintessence de notre évolution terrestre. Le substrat ne peut être que Mars, parce que c’est sur Mars que nous pouvons aller aujourd’hui et trouver les conditions les moins hostiles à notre redéploiement. Ce ne sera pas facile et ce sera long car le milieu est indéniablement très hostile mais notre niveau technologique nous permet de le considérer sérieusement. On commencera par une exploration, par des repérages (gisements de glace d’eau, de minerais). On continuera par la construction d’infrastructures pour l’extraction des matières, pour leur transport, puis par la transformation des matières, la construction d’habitats, leur viabilisation de plus en plus sure, le contrôle de plus en plus poussé de leur microbiome, la production de nourriture, la production d’outils et d’objets pour le travail et pour la vie. Au début, il y aura de petites équipes restant sur place le temps d’une rotation des planètes autour du soleil (les fameux 26* mois nécessaires au repositionnement de Mars par rapport à la Terre), puis deux rotations et plus. Il y aura des échecs, des reculs puis des reprises et des avancées. Enfin, un jour, des enfants naîtront sur Mars, y seront éduqués et la vie y fleurira comme jamais.

*en fait environ 18 mois sur place, 6 mois de voyage aller et 6 mois de voyage retour, compte tenu des vitesses relatives des planètes sur leur orbite.

Mars n’est pas bien loin de la Terre au regard des distances spatiales. Que sont 56 à 400 millions de km par rapport aux 4,4 à 7,4 milliards de km qui nous séparent de Pluton, aux 43 mille milliards de km de Proxima Centauri ou aux 400 mille milliards de km de Trappist-1 ?! Certes, catastrophe « majeure », une étoile géante rouge voisine comme Antarès explosant en supernova pourrait nous anéantir tout aussi bien sur Mars ou dans le système d’Alpha Centauri (étoile plus grosse que Proxima et donc plus « convenable » comme soleil de subsitution). Nous ne serons jamais vraiment « à l’abri ». Mais enfin, si nous n’entreprenons pas aujourd’hui de sortir de notre berceau et de diversifier nos atouts pour survivre en tant qu’espèce, quand le ferons-nous ? Comment pourrions-nous aller un jour encore plus loin? Attendrons-nous pour nous décider la catastrophe « moyenne » survenant sur notre unique monde, fragile « point bleu », toujours possible ?! Il ne sera plus temps ! La réponse positive en faveur de Mars s’impose donc, maintenant. Soyons à la hauteur de notre responsabilité vis-à-vis des générations passées qui nous ont élevés jusqu’à nous mettre « en situation », et vis-à-vis des générations futures dont nous sommes le passage obligé. C’est vous qui décidez.

Image à la Une : Stromatolithes dans la région de Pilbara (Shark Bay), Ouest de l’Australie; très rares vestiges encore actifs d’une époque biologique depuis longtemps disparue.

Image ci-dessous : possibles restes de stromatolithes martiens (structure de cercles concentriques à droite de la photo, Cratère Gusev, mission Spirit, sol 105). Crédit NASA.

Image ci-dessous : possibles stromatolithes fossiles (3,77 milliards d’années) découverts au Groenland. Allen P. Nutman et al. in Nature n°537, 22 Sept. 2016, doi :10.1038/nature19355

C’est la gravité qui fera des colons terriens, de vrais Martiens

Le choix de vivre sur Mars ne sera pas anodin. En effet, après un certain temps, du fait principalement de la différence de gravité entre les deux planètes, les humains établis sur Mars risquent d’avoir de sérieuses difficultés à revenir vivre sur Terre. Ce n’est cependant pas une raison suffisante pour renoncer à s’y installer !

Le fait est que la force de gravité ressentie à la surface de Mars, en raison de la masse beaucoup plus faible de la planète (1/10ème de celle de la Terre), est également beaucoup plus faible (accélération de 3,711 mètres /seconde au lieu de 9,80 m/s, soit 0,38g). A noter toutefois qu’elle est beaucoup plus élevée que sur la Lune (dont la masse égale à 1/81ème celle de la Terre, ne génère à sa surface qu’une gravité de 0,16g) ce qui y pose des problèmes d’adaptation beaucoup plus graves.

On pourra lutter contre ce différentiel au point de vue du poids, assez naturellement et facilement, en portant sur soi une masse relativement lourde compensant, en grande partie, la différence. Cela « tombe bien » car il sera toujours utile de se protéger contre le rayonnement cosmique (constant) et les radiations des tempêtes solaires (intermittentes), en portant un survêtement de protection, comme le gilet AstroRad de la société israélienne StemRad. Ce gilet, à mettre par-dessus les autres vêtements, pourrait même devenir un objet de mode sur Mars. Par rapport au projet actuel, on peut concevoir qu’il soit prolongé au niveau de l’arrière du cou par une sorte de spatule courbée qui protégerait le haut de la moelle épinière, le cervelet et se terminerait au-dessus du crane par un disque (comme le haut du corps et la tête d’un serpent naja). Ce survêtement serait porté dans les endroits les moins protégés des radiations et lors des longs déplacements en surface en véhicules pressurisés, un peu comme une sur-veste que l’on enfile lorsque l’on sort de chez soi sur Terre. Bien entendu la compensation du poids se fera aussi par les scaphandres utilisés lors de chaque sortie « à pied » en extérieur (que l’on nomme “ExtraVehicular activity” ou « EVA »)

Reste un problème, celui de faire face à ce qui se passe à l’intérieur du corps du fait de cette faible gravité. Il faut d’abord attirer l’attention sur le fait que la gravité n’est pas la pression (la première est une vitesse de chute verticale s’appliquant à toute masse vers une autre, la seconde est une force isotrope).

On peut lutter relativement facilement contre les différences de pression (considérables sur Mars puisque l’atmosphère est extrêmement ténue – 6,11 millibars – alors que le corps humain est fait pour évoluer dans un environnement de 1 bar), d’abord en augmentant la densité de l’atmosphère des bulles de vie (dômes habitables) tout en gardant une quantité d’oxygène égale aux 21% que l’on trouve dans une atmosphère terrestre au niveau de la mer (on pourrait vivre éventuellement avec un peu moins, comme à la montagne!) et aussi en équipant, pour les sorties à pied, chaque personne d’une combinaison spatiale, de préférence de contention (à « contre-pression » c à d que le scaphandre n’est pas gonflé d’air mais compresse le corps comme une seconde peau, “skintight”). A l’intérieur, avec un débit suffisant d’oxygène (les 21%) on pourrait aisément vivre dans un environnement de pression 0,7 bars (soit celle qui prévaut sur Terre à 3000 mètres d’altitude mais avec seulement 0,7 x 21% d’oxygène) ce qui atténuerait le différentiel de pression de l’intérieur des bases avec le quasi vide extérieur (NB: ce différentiel de pression s’il était “accepté” ne ferait pas exploser le corps qui est maintenu par son enveloppe cutanée – pourvu qu’elle reste fermée – mais provoquerait seulement un certain gonflement).

Alors tout est-il pour le mieux ? Hélas non ! En effet le cœur de chaque personne débarquant sur Mars continuera à pomper le sang dans l’organisme comme il le faisait sur Terre, avec la même force pour lutter contre une gravité beaucoup plus faible. On sera dans la même situation que celle qu’on aurait en vivant constamment allongé sur un plan incliné de 38°. On voit bien que la pression artérielle que devra impulser le cœur à chaque battement pour irriguer le cerveau et aussi pour initier le retour au cœur du sang envoyé vers les pieds (même si la respiration et la pompe musculaire jouent aussi un rôle important dans le processus) sera beaucoup plus faible et la tension effective en début de séjour sur la planète, nettement trop forte (même si elle restera supportable comme l’ont prouvé les séjours en micro-pesanteur dans l’ISS). Dans une telle situation, l’évolution naturelle doit conduire à ce que le corps s’adapte au moindre effort. C’est pour cela que les astronautes de retour sur Terre après un séjour en micro-pesanteur, ne peuvent se tenir debout. On peut penser qu’un séjour sur Mars de 18 mois sera supportable (30 mois si on suppose que les deux voyages de six mois ne soient pas effectués en gravité artificielle) mais qu’en sera-t-il des séjours longs (quatre ou cinq cycles synodiques de 26 mois, ou plus) ? Quelle sera la faculté d’adaptation d’un enfant né sur Mars s’il veut venir vivre sur Terre ? Peut-être pourra-t-il y rester une révolution synodique ou deux mais ne devra-t-il pas rentrer sur Mars pour éviter que son cœur trop sollicité ne s’épuise (à noter que les pertes de masse musculaire et de masse osseuse ne sont pas tout à fait comparables du fait de la possibilité de faire de l’exercice physique pour les contrer mais qu’il sera quand même difficile de les éluder totalement sur le long terme – densité osseuse) ?

Le plus probable, me semble-t-il, est que les Martiens s’adapteront peu à peu à leur environnement gravitaire. Cela implique que leurs facultés d’adaptation à l’environnement terrestre seront à terme nettement réduites, alors que celle des Terriens à Mars sera toujours possible. NB: Symétriquement, nous aurions la même difficulté pour nous adapter à vivre en surface d’une “super-terre” (une planète rocheuse plus massive que la Terre).

Un dernier problème auquel les Martiens devront faire face, c’est le développement de microbiotes séparés à l’intérieur de microbiomes distincts. En effet les contacts physiques entre les populations terrestres et martiennes étant plus rares, les microbes commensaux et parasites du corps humain auront tout le “loisir” de se différencier…différemment sur chacune des planètes. Si aucune précaution n’est prise, chaque arrivée de Terriens tous les 26 mois sera l’occasion de belles épidémies de grippes et autres pathologies microbiennes au sein de la population martienne. Il faudra donc faire face à cette difficulté. Des quarantaines et des vaccins devront être imposés strictement. Dans le sens Mars / Terre, la vulnérabilité des martiens sera de plus en plus grande compte tenu du véritable “bouillon de culture” que constituera l’immense et très riche biosphère terrienne par rapport à la petite biosphère martienne.

Faut-il pour autant renoncer au projet de créer une colonie sur Mars ? Certes non ! Si les voyages physiques dans le sens Mars/Terre deviennent difficiles aux Martiens, ils pourront toujours y faire un ou deux voyages dans leur vie (sans oublier quarantaine et vaccins!) et échanger continûment avec la Terre en utilisant le chemin des ondes électromagnétiques. Ces échanges seront essentiels pour l’équilibre économique de la société martienne et facteurs d’enrichissement ainsi que d’épanouissement des deux côtés.

A très long terme, l’homme reviendra peut-être à l’idée des îles-de-l’espace imaginées par Hermann Oberth en 1954 et précisées par Gerard O’Neill en 1976. Il pourrait ainsi choisir non seulement son lieu de vie autour du soleil ou d’une étoile voisine mais aussi son climat en fonction de son choix d’exposition à la lumière de son étoile, et sa gravité en fonction de la vitesse de rotation du cylindre habité (on n’évitera pas pour autant la divergence des microbiotes!). Quant à l’homme martien, quelques mutations pourraient intervenir un jour qui lui permettront de vivre davantage en harmonie avec son nouvel environnement, comme celle qui permet depuis 8000 ans aux Tibétains de moins souffrir de l’altitude que les autres homo-sapiens-sapiens* en utilisant mieux son oxygène raréfiée.

Liens:

*“A genetic mechanism for Tibetan high-altitude adaptation” par Felipe R. Lorenzo et al. in Nature, 2014. Lien : http://www.nature.com/ng/journal/v46/n9/full/ng.3067.html

Article sur le gilet Astrorad: https://blogs.letemps.ch/pierre-brisson/?s=astrorad&submit=Go

Articles sur les Iles-de-l’espace: https://blogs.letemps.ch/pierre-brisson/2016/06/07/au-dela-de-mars-les-iles-de-lespace-2/  et semaines suivantes.

Image à la Une : la professeure Dava Newman dans son scaphandre à contre-pression (« bio-suit », MIT). Lien : http://news.mit.edu/2014/second-skin-spacesuits-0918

La vie, quelle qu’elle soit, parcourt un chemin imprévisible et forcément unique

Quand on considère l’histoire de la vie sur Terre, on constate de nombreuses inflexions de trajectoire imposées par les événements catastrophiques survenus (« extinctions massives »), les fluctuations du niveau de l’oxygène dans l’atmosphère ou la simple concurrence entre espèces. A divers niveaux, des taxons entiers d’être vivants sont sans fruit, d’autres poussent, se développent, occupant les niches écologiques laissées vides ou précédemment non occupées. Cela a conduit au développement d’un arbre phylogénétique dont les ramifications sont de plus en plus nombreuses et s’étendent dans des directions imprévues et imprévisibles.

Il faut bien voir que ces modifications sont sans retour (la vie ne fait pas réapparaître les combinaisons génétiques disparues) et que les victimes, comme les rescapés, sont largement les résultats du hasard (celui de la chute d’un astéroïde, de la survenance d’une supernova, d’une catastrophe endogène ou seulement de l’évolution du milieu). Quel chemin aurait pris la vie si la faune ediacarienne n’avait été victime d’une extinction massive il y a 540 millions d’années ? Les méduses seraient-elles un jour devenues intelligentes ? Si la prolifération cambrienne n’avait été si exubérante et ne s’était suicidée en causant un déséquilibre qui leur était néfaste dans la composition de l’atmosphère, les opabinia auraient-ils eu une descendance dominante ? Si les dinosaures n’avaient été quasiment effacés de la surface du globe par la chute d’un astéroïde il y a 65 millions d’années, nos petits ancêtres mammifères seraient-ils restés éternellement dans leur ombre en laissant « passer leur tour » ?

La vie « ailleurs », si elle a pu émerger de combinaisons chimiques de plus en plus complexes en surface d’un biogénérateur planétaire exposé favorablement aux rayonnements de son étoile, a dû suivre un cheminement tout aussi complexe et original que le nôtre. Il est impossible que ses embranchements aient été les mêmes que les nôtres et ceci dès la constitution de ses éléments les plus primitifs (protéines – mais quels acides aminées ? nucléotides – mais quelles bases azotées et quels sucres ? phospholipides – mais associés à quelles protéines et à quelles glucides pour former les membranes des cellules ?). Il est donc également impossible que les êtres vivants qui pourraient la constituer aujourd’hui soient génétiquement proches des nôtres. Cela ne veut pas dire que fonctionnellement ils ne pourraient être semblables (sensibilité, mode de nutrition, mobilité, conscience, communication) puisqu’ils auraient pu être confrontés à des besoins et des difficultés comparables, mais ils seraient différents. Par ailleurs le stade de développement qu’ils auraient pu atteindre est tout à fait incertain. Il n’y avait nulle nécessité que la vie apparaisse sur Terre et les dinosaures auraient pu rester les maîtres de notre monde.

Il serait probablement vain de chercher la vie « ailleurs » sur une planète du système solaire autre que Mars puisque les conditions environnementales minimum n’auront sans doute jamais pu y être remplies (il est moins que certain que les conditions prévalant dans les océans sous-glaciaires des lunes des planètes géantes, privés de lumière du soleil, soient suffisantes). Sur Mars, cela a été possible dans les premières centaines de millions d’années. Mais, confrontée à la dégradation très forte de l’environnement dès -3,5 milliards d’années, la suite de l’histoire de la vie martienne s’est très probablement limitée à la simple survie, peut-être sans succès et en tout cas sans les floraisons robustes et exubérantes que nous avons connues sur Terre. Maintenant nous avons peut-être été les bénéficiaires d’une genèse martienne puisqu’il semble que la Terre ait été à ses débuts une planète-océan alors que l’eau liquide a toujours été plus rare sur Mars et que, pour son émergence, la vie a dû bénéficier d’alternances de présence et d’absence d’eau. Il est toujours possible qu’une météorite nous ait apporté le premier embryon de vie éclos sur Mars. Dans cette hypothèse les météorites “SNC”* trouvées sur Terre, dans lesquels certains de nos scientifiques estiment identifier (avec arguments tout à fait sérieux) des traces de vie passée, s’avéreront bien être les porteuses d’informations dont nous finiront par trouver confirmation sur Mars.

*Meteorites shergottites, nakhlites et chassignites, notamment Nakhla 000541, Yamato 000593,  ALH 84001 ou Tissint.

Pour ce qui est de chercher la vie « ailleurs », encore plus loin, c’est-à-dire dans la « zone-circumstellaire-habitable » d’une autre étoile située dans la « zone-galactique-habitable », attendons que les résultats de la recherche SETI ou mieux l’analyse spectrographique d’une atmosphère planétaire examinée à travers la lumière de son étoile*, révèlent la présence d’oxygène (ou d’un autre gaz en proportion anormale, pouvant témoigner d’une activité biologique). Il ne faut pas désespérer même si les premières dizaines d’années de recherche n’ont rien donné (car on ne sait ni où se trouvent les éventuels extraterrestres, ni quelles longueurs d’ondes électromagnétiques ils utilisent pour communiquer). Mais il faut bien avoir conscience que les planètes comme la Terre doivent être extrêmement rares et que la probabilité qu’une vie de type terrestre puisse se développer et subsister dans notre fenêtre de temps, est très faible. Pourquoi en effet y aurait-il « concordance des temps » ? Pourquoi maintenant plutôt que dans un million d’années, condition d’autant plus contraignante que très rapidement nous ne pouvons plus « voir » nos contemporains du fait de la limitation (courbure temporelle) que nous impose la vitesse de la lumière? Qu’est-ce qu’une distance de quelques cent années-lumière (les premières émissions radio remontent à 1914!) par rapport aux dimensions de l’univers dans lequel une galaxie assez banale comme la nôtre, a un diamètre d’environ 120.000 années-lumière ?!

*les hypothétiques vies extraterrestres voisines n’ont peut-être pas atteint un niveau technologique leur permettant d’utiliser le rayonnement électromagnétique pour communiquer. 

Image à la Une : La faune d’Ediacara (prépondérante sur Terre il y a 600 millions d’années) telle que vue par Alain Bénéteau, paléontographiste. A noter que la vie sur Mars n’a peut-être atteint que le niveau des stromatolithes (“boules” de microbialithes au second plan à droite sur l’image).

lecture: “A new history of Life” par Peter Ward et Joe Kirschvink, chez Bloomsbury Press (2015). Les auteurs insistent notamment sur la concordance entre les fluctuations du pourcentage de l’oxygène dans l’atmosphère et l’évolution des espèces; les périodes de faibles pourcentage d’oxygène étant les plus défavorables à la vie existante mais les plus stimulantes pour la vie future.

La prolifération, catastrophe endogène dont nous risquons de ne pas sortir indemnes

Outre les catastrophes exogènes dont j’ai parlé la semaine dernière, la Terre a été et reste exposée à des catastrophes endogènes tout aussi graves puisqu’elles peuvent également provoquer des extinctions massives. En considérant notre chère planète comme un être vivant auquel il ne manque que la conscience*, ce qu’elle est en réalité puisqu’elle a généré le phénomène de la vie et qu’elle évolue en symbiose avec lui, on peut pousser la comparaison en voyant ces catastrophes comme des maladies résultant de dérèglements de son propre métabolisme (dont nous faisons partie).

*NB : à moins que cette conscience ne soit en fait la nôtre.

Du fait de sa configuration particulière (distance au soleil, masse, nature rocheuse, dynamo interne, atmosphère, eau), la Terre, très tôt, a généré la vie. Au début ce processus était évidemment discret, il n’avait même aucune incidence sur l’ensemble dont il faisait partie. Mais il semble qu’il ne connaisse pas d’autolimitation autre que celui de la concurrence des espèces qui l’expriment et on a assisté plusieurs fois à des dérapages du fait de la prépondérance de l’une ou de l’autre et du déséquilibre qui en est résulté aussi bien à l’encontre des espèces dominées que de l’ensemble de l’environnement planétaire.

Vers -2,4 milliards d’années, les ancêtres des cyanobactéries après avoir épuisé par photosynthèse les réserves de manganèse dissout dans l’eau des océans, s’attaquèrent à l’eau elle-même pour en extraire les électrons (en en rejetant de l’oxygène libre). Cette mutation connut un plein succès et très vite (peut-être un seul million d’années), l’oxygène, rejet métabolique non consommé à l’époque par quelque être vivant que ce soit, prit une place considérable dans l’atmosphère au détriment du gaz carbonique, du méthane et de l’hydrogène sulfuré. Il en résulta une chute de l’effet de serre et une glaciation spectaculaire, rapide et dramatique (dite « glaciation huronienne ») car elle recouvrit l’ensemble du globe (« snowball Earth »). Cette glaciation réduisit drastiquement la population des cyanobactéries (qui ne subsista que sur quelques îles volcaniques). C’était il y a 2,35 milliards d’années et il fallut attendre jusqu’à -2,22 milliards (130 millions d’années!) pour que le volcanisme rétablisse un “meilleur” équilibre gazeux (riche en gaz carbonique). Les cyanobactéries « se remirent au travail », l’oxygène finit par s’installer comme l’un des composants pérennes de l’atmosphère mais parallèlement des organismes procaryotes s’y adaptèrent avec un avantage énergétique très fort. Ainsi certaines archées réussirent à capturer des bactéries utilisant l’oxygène pour les enchaîner dans une relation d’endosymbiose. Cette association fut la base des eucaryotes qui avait un potentiel extraordinaire du fait de leur puissance énergétique. Ce sont eux qui en s’associant finirent par donner vers -600 millions d’années les premiers êtres vivants multicellulaires (édiacariens). Les cyanobactéries qui avaient permis l’évolution de se dérouler, étaient passées à l’arrière plan de la vie.

Aujourd’hui on retrouve l’amorce du même phénomène avec la prolifération incontrôlée de l’humanité. Les dégâts causés par l’explosion démographique sont évidents et malgré les quelques individus conscients du danger causé par le déséquilibre, il semble qu’inexorablement la biosphère actuelle aille à la catastrophe. Si tous considéraient ce monde vu de l’espace, si tous prenaient conscience de la fragilité de notre « pale blue dot » et de son caractère unique, et que nous n’avons pas (encore) de solutions de rechange, on pourrait espérer s’arrêter à temps. Cependant rien n’est moins certain. Certes, quoi qu’il arrive, la Terre ne disparaîtra pas mais elle pourrait se retrouver peuplée dans quelques siècles des résidus dégénérés d’une humanité déchue, dans un environnement occupé par d’autres espèces vivantes dominantes indifférentes ou hostiles (les arthropodes sont de bons candidats !).

Alors, que faire ?

Il faut faire prendre conscience à nos contemporains du risque dans lequel ils se trouvent. Certes notre intelligence et notre science peuvent beaucoup mais peuvent-elles suffisamment pour endiguer, nourrir, éduquer, dans des délais très courts, une population africaine, brésilienne, indienne qui va continuer à croître très fortement ? Allons-nous parvenir à générer suffisamment de ressources pour nourrir, vêtir tout le monde ? Pourrons-nous éviter la propagation de mouvements religieux primitifs et anti-progrès qui rendraient cette capacité scientifique impuissante ? Que va devenir notre biodiversité ? L’homme pourra-t-il vivre sans les espèces qui constituent une part importante de son équilibre écologique. Dans le monde actuel on se rend compte des déficits fonctionnels de la biosphère lorsque des espèces disparaissent. La surpêche du thon fait proliférer les méduses. Toutes une vie animale, microbienne, végétale dépend des éléphants, des girafes, des rhinocéros qui sont massacrés pour des raisons stupides. Que vont devenir l’atmosphère terrestre et la température quand nos poumons verts que constituent les forêts équatoriales auront toutes disparues, mal remplacées par des plantations de palmiers à huile et de cultures vivrières pour une population toujours plus nombreuses et de ce fait misérable. Qu’allons-nous devenir quand toute l’eau douce sera gaspillée dans la culture de plus en plus précaire et difficile de terres de plus en plus arides et quand l’Océan sera devenu une vaste poubelle de détritus plastiques étouffant les derniers poissons ? Qu’allons-nous devenir si les pauvres parmi les pauvres continuent à miser uniquement sur une descendance de plus en plus nombreuse pour les entretenir lorsqu’ils ne pourront plus travailler pour survivre ? Comment contrôler les maladies si nous détruisons la biodiversité végétale source de molécules essentielles pour nos médicaments ? Comment soigner les populations si nous devenons trop pauvres pour faire travailler nos laboratoires, concevoir de nouveaux médicaments et les diffuser à la surface du globe ?

Il est temps d’arrêter les bons sentiments qui nous imposent le respect des autres quoi qu’ils fassent. Il est temps de dire que certaines choses sont bonnes pour la planète et donc pour l’homme, et d’autres mauvaises. Il est temps de proclamer qu’une bonne économie n’est pas une économie qui distribue mais une économie qui produit pour distribuer et qui investit pour améliorer son efficience et donc diminuer son impact écologique. Il est temps de proclamer que la solution à nos problèmes n’est pas le retour à un âge d’or irréel mais la construction d’un futur raisonné et rationnel fondée sur la science et le progrès technologique. Il est temps aussi de préparer notre installation sur Mars. L’autonomie d’une implantation humaine pérenne n’y est pas pour demain mais l’entreprendre aujourd’hui constituerait quand même un « plan B » ainsi qu’un laboratoire extraordinaire pour l’étude du recyclage et l’adaptation aux milieux extrêmes dont nous avons besoin ici, sur Terre.

En attendant de pouvoir « peupler les étoiles », ne nous comportons pas comme des cyanobactéries, utilisons notre intelligence et soyons doux et respectueux avec notre mère la Terre.

lecture: “A new history of Life” par Peter Ward et Joe Kirschvink (Bloomsbury Press, 2015).

Image à la Une : « snowball Earth ». Comme souvent dans les phénomènes naturels, il y a auto-accélération. Dans ce cas, la réflectivité du globe s’accroît au fur et à mesure que la glace s’étend et l’ensemble de la planète devient plus froid ce qui accélère la glaciation.

Image ci-dessous :accroissement de la population mondiale depuis 1950 et prévisions telles que vues sur la base de chiffres 2015 par la “United Nations Population Division”. Vous remarquerez que nous tendons vers 10 milliards en 2050 (ligne médiane en rouge, tracé continu) contre 7 milliards aujourd’hui (40% de plus!). Il existe des hypothèses moins effrayantes mais leur réalisation n’est pas la plus certaine. NB: les deux tracés en tirés de couleur rouge encadrent les probabilités supérieures à 80% et les tracés en pointillés de même couleur, les probabilités supérieures à 95%.

Les grandes catastrophes exogènes, l’un des facteurs de personnalisation de nos environnements planétaires

Comme on l’a vu, la Terre fait partie d’un environnement spatial bien particulier. En outre, son histoire a été rythmée par une succession de grandes catastrophes, les unes exogènes (que l’on pourrait qualifier de « hard »), les autres endogènes (que l’on pourrait qualifier de « soft »), qui sont comme des aiguillages ayant fléché l’évolution de son environnement et de son contenu (y compris le processus biologique) dans des directions totalement imprévisibles mais inévitables, un peu comme l’eau qui coule depuis sa source et qui s’insinue dans les voies qu’on lui ouvre. Il résulte de cette histoire littéralement « à nulle autre pareille », un bijou très précieux, la vie terrestre actuelle (et éventuellement nous-même) dont la reproduction à l’identique ailleurs semble très fortement improbable. C’est dommage pour les « petits-hommes-verts » mais c’est ainsi.

Considérons d’abord les catastrophes exogènes

Au début de l’Histoire, Mars et la Terre étaient sans doute assez semblables, puisque situées dans la même « zone habitable » du système solaire, et gorgées d’eau. Il y avait certes déjà des différences en germe. La Terre était plus proche du Soleil donc plus chaude ; Mars avait une masse nettement inférieure puisqu’une grande partie des éléments qui auraient pu la constituer avait été absorbée par Jupiter ; la Terre était dotée d’un très gros satellite stabilisateur et générateur de fortes marées, la Lune. Les premières centaines de millions d’années durent cependant s’écouler de manière semblable. Les planètes se refroidirent (Mars plus rapidement car moins massive) perdant peu à peu l’énergie thermique emmagasinée du fait de l’accrétion. Le bombardement météoritique continuait mais avec des astéroïdes plutôt que des planétoïdes. Les impacts fréquents entretenaient un volcanisme puissant régénérateur de l’atmosphère. Mars cependant perdait plus rapidement son enveloppe gazeuse du fait d’une force de gravité plus faible. Sur Terre et peut-être sur Mars, le processus d’évolution pré-biotique était enclenché.

Une salve d’astéroïdes plus massifs que ceux reçus depuis l’accrétion, le « Grand Bombardement Tardif », vint perturber, réchauffer, rajeunir, les deux planètes. On était vers -4 milliards et les planètes existaient tout de même depuis 500 millions d’années. La chimie prébiotique en cours avait dû sensiblement évoluer depuis que la Terre, et peut-être Mars, avaient commencé à « fonctionner ». Elle dut s’accommoder de cet événement brutal du fait de son niveau primitif mais il n’est pas exclu que le processus ait connu à ce moment un premier fléchage important, sur Mars comme sur Terre.

A partir de là les différences se révélèrent de plus en plus nettement, la surface de Mars s’asséchant puisque le solde net du volume de son atmosphère se réduisait constamment. Les éruptions volcaniques remplaçaient de moins en moins complètement les pertes gazeuses dans l’espace car la croûte planétaire s’épaississait très vite, alors que la Terre se stabilisait dans une répétition plus horizontale de ses cycles planétaires. La vie y apparut vers -3.8 milliards d’années. Vers -3,5 milliards, Mars sortait de l’âge du soufre (« Théiikien »), élément qui dominait les rejets volcaniques, et devenait de moins en moins active en s’enfonçant dans l’âge du fer (« Sidérikien »). La Terre malaxait son eau avec ses roches dans une tectonique des plaques sans doute encore verticale et sa croûte durcissait lentement.

Vers -3,2 milliards une salve de gros impacts frappa à nouveau la Terre comme en témoigne notamment la couche de 30 cm de sphérules vitreuses, « S3 », de Barberton, en Afrique du Sud, datée de -3,243 milliards (l’extinction « KT » qui marqua la fin des dinosaures ne fait que 3 cm d’épaisseur !). Ce fut peut-être ce choc qui déclencha la tectonique horizontale des plaques qui fonctionne toujours aujourd’hui. La Terre était « mure » pour cette évolution. Sa croûte n’était pas trop épaisse et elle était ductile, sécable mais souple. Les extrémités des plaques commencèrent à glisser, entrainées par leur poids, sous les continents, se rompant en leur milieu immergé, créant un environnement idéal pour les échanges et les alliances entre éléments prébiotiques. Par ailleurs les nouveaux impacts n’étaient plus si terribles qu’ils puissent volatiliser les océans. Au contraire ils mélangeaient les eaux, permettant aux êtres vivants prospérant sur les lignes de fumeurs gris, de remonter vers la surface, vers la lumière du soleil et vers les rivages pour continuer leur évolution. Sur Mars, on vient de déceler la trace d’un impact comparable (pour le moment daté approximativement entre -3,5 et -3,2 milliards d’années) ayant causé un terrible tsunami. On ne connaît évidemment pas son effet sur le (possible) milieu prébiotique (ou vivant ?) local.

Les catastrophes extérieures, impacts météoritiques mais aussi sans doute quelques événements radiatifs (tempêtes de rayons gamma provenant de supernovæ proches? comme dans l’illustration choisie pour cette article ) se reproduisirent à intervalles irréguliers, chacune ajoutant sa touche de personnalisation à la planète concernée (les radiations touchant les deux planètes mais les impacts, l’une ou l’autre). On avança ainsi dans l’Histoire. Nous connaissons évidemment mieux les plus récentes, c’est-à-dire celles qui interférèrent avec une vie de plus en plus évoluée (qui se développa sur Terre à partir de l’ère cambrienne) dont le plus fameux (KT, mentionné ci-dessus) qui provoqua l’extinction des dinosaures il y a seulement 66 millions d’années. Ce qui est notable c’est qu’à chaque fois les cartes furent rebattues entre les espèces vivantes et que celles qui survécurent ne furent pas les espèces dominantes (épanouie à l’époque passée et non adaptée à survivre dans l’époque nouvelle).

Qu’en a-t-il été sur Mars ? S’il y a eu vie, les cartes ont été également rebattues à des époques variables avec des conséquences différentes sur des processus évoluant séparément sur des voies darwiniennes qui forcément leur étaient propres. Ce qu’on sait c’est que la tectonique horizontale des plaques ne s’étant pas déclenchée sur Mars, nous avons toujours en surface, sauf dans les zones volcaniques ou les basses Terres du Nord, réceptacle probable d’un Océan plus ou moins liquide (glace, débris alluviales des Hautes-terres, nappages volcaniques), des roches très anciennes témoins de la solidification de la croûte de la planète (la fin de sa période hadéenne) et porteurs possibles de fossiles de son époque humide (phyllosien). Cela vaut le voyage !

Image à la Une :

L’explosion en supernova d’une étoile « voisine » expose la Terre à un rayonnement gamma intense. La bulle en expansion de l’explosion (incolore mais figurée ici en bleu) prive l’atmosphère de son ozone et crée un brouillard (brun) de NO2 (dioxyde d’azote) ; les rayons Uv les plus durs parviennent à la surface du sol. Un événement de ce type causé par une étoile distante de 6000* années-lumière, a pu créer une extinction massive sur Terre, il y a quelques centaines de millions d’années. Crédit image : NASA

*NB: Notre galaxie, la Voie Lactée, a un diamètre de 100.000 à 120.000 années-lumière.

Nos ancêtres eucaryotes, des chimères tout à fait improbables

Trouver la vie ailleurs que sur Terre sous forme de procaryotes (bactéries ou archées) semble improbable ; la trouver sous forme d’être hybrides comme les eucaryotes dont nous sommes faits est encore plus difficile à imaginer.

Dans mon article précédent j’ai parlé des nombreuses conditions qu’a dû réunir un réacteur biochimique comme la Terre pour donner naissance à la vie en la « personne » de LUCA (« Last Universal Common Ancestor »), notre ancêtre commun à tous, il y a environ 4 milliards d’années. Après ce premier « miracle », il en a fallu un deuxième, l’hybridation d’un groupe d’archées et de bactéries par endosymbiose des secondes dans les premières, il y a sans doute un peu moins de 2 milliards d’années, donnant notre LECA (« Last Eukaryotic Common Ancestor ») et nous mettant sur la piste de la vie complexe dont nous sommes aujourd’hui l’expression la plus parfaite (sans faire d’anthropocentrisme, n’ayons pas peur de le dire !).

Le caractère vraiment extraordinaire de ces événements est que l’avènement de LECA tout comme celui de LUCA n’est arrivé qu’une seule fois dans notre très longue Histoire. Les deux ont bien sûr résulté d’une évolution darwinienne mais il faut bien les voir comme un croisement sans retour de deux trajectoires, celle de l’évolution de l’environnement planétaire sous l’effet de la vie elle-même (pour LECA, l’introduction en masse d’oxygène dans l’atmosphère terrestre par les cyanobactéries) et celle de l’évolution de la vie représentée alors exclusivement par des procaryotes, êtres unicellulaires cousins (archées et bactéries). Sur le plan biologique cette évolution était possible puisqu’elle est survenue, mais totalement improbable (on n’a d’ailleurs trouvé aucun fossile de cellule proto-eucaryote, ce qui renforce la probabilité de son caractère accidentel).

En effet, un procaryote, être vivant sans noyau (et sans organelle inclue), est comme tout autre être vivant, grégaire et symbiotique. Il peut s’associer à d’autres procaryotes pour former par exemple des tapis microbiens ou d’autres ensembles (microbialites) dont il ne reste que les rejets métaboliques (stromatolithes par exemple). Il peut aussi profiter des rejets métaboliques des autres êtres vivants et les faire profiter des siens propres. Il pratique donc la symbiose mais ne pratique ni l’endosymbiose ni la phagocytose, c’est-à-dire qu’il n’introduit aucun « partenaire » vivant à l’intérieur de son propre organisme et qu’il n’avale pas ses proies pour les consommer comme les eucaryotes peuvent le faire ; sa paroi cellulaire l’en empêche et « il ne fonctionne pas comme ça ». Il est structuré pour adapter sa nourriture à ses besoins par les enzymes qu’il émet à l’extérieur de lui-même et l’événement inouï qui est arrivé entre 1,5 à 2 milliards d’années, c’est qu’un groupe d’archées est parvenu à pratiquer une endosymbiose avec des bactéries. C’est-à-dire que des archées sont parvenues à faire entrer des bactéries, sans doute déjà fonctionnellement associées, à l’intérieur de leur membrane cellulaire sans que l’une ou les autres ne se détruisent. Elles les ont ensuite utilisées, après les avoir réduit biologiquement à la seule fonction qui leur était utile, comme des mitochondries ou des chloroplastes après avoir préservé leurs propres personnalités dans leur noyau. Cette coopération leur a donné une puissance phénoménale qui leur a permis de se développer en taille (un eucaryote est plus de 10.000 fois plus volumineux qu’un procaryote), ce qui tombait à pic car l’énergie de qualité supérieure dont elles avaient besoin pour prospérer pouvait à ce moment-là, leur être fournie par un gaz nouvellement abondant dans l’atmosphère et dans l’eau de l’Océan, l’oxygène, généré sur des centaines de millions d’années par des cyanobactéries (« algues bleues »). Le phénomène ne s’est pas reproduit par la suite. Il n’y a pas eu de second LECA comme il n’y avait pas eu de second LUCA.

Ensuite, toutes sortes d’accidents, ont permis des associations d’eucaryotes en organismes extrêmement divers avec spécialisation cellulaire, des êtres vivants complexes puis des animaux et des hommes. Cette histoire a été ponctuée de destructions massives dont seules quelques espèces à chaque fois survécurent. La vie a continué, surmontant ces obstacles, en empruntant les canaux de ces quelques espèces survivantes. Rien n’était écrit. Si l’astéroïde de Chicxulub n’était pas tombé sur Terre il y a 66 millions d’années (pour reprendre seulement l’événement catastrophique responsable de la dernière grande extinction « K-T », à la fin du Crétacé), la petite espèce de musaraigne ancêtre de tous les mammifères placentaire (qui porte le doux nom d’Ukhaatherium nessovi) et, in fine, de l’homme, n’aurait eu aucune chance de prospérer.

Ne rêvons pas! La vie complexe, consciente d’elle-même, est certainement extrêmement rare dans l’univers et, compte tenu des distances et du temps qui nous séparent des étoiles, il est extrêmement improbable que nous la rencontrions un jour ailleurs. Jacques Monod écrivait dans Le Hasard et la Nécessité: « Le hasard pur, le seul hasard, liberté absolue mais aveugle, à la racine même du prodige de l’évolution, cette notion centrale de la biologie moderne n’est plus aujourd’hui une hypothèse parmi d’autres possibles ou au moins concevables. Elle est la seule concevable, comme seule compatible avec les faits d’observation et d’expérience ». Cela laisse relativement peu d’espoir concernant notre possibilité de converser un jour avec nos amis extraterrestres qui n’existent très probablement que dans les bandes dessinées. Pour l’équivalent des bactéries, on verra (peut-être sur Mars !?).

Image à la Une : vue d’artiste (Carl Buell)  d’Ukhaatherium nessovi, ancêtre des 5100 espèces de mammifères placentaires (dont l’homme). Ce petit animal de 200 grammes dont les restes fossilisés ont été découverts en 1994 dans le désert de Gobi, est cousin de l’ancêtre des mammifères marsupiaux et de celui des mammifères monotrèmes.

Lecture: Nick Lane (professeur au Dept de Génétique, Evolution et Environnement de l’University College London): « The Vital question », sous-titré « Why is life the way it is » (Editions Profile Books).

La vie est le produit rare et subtil de la complexification de l’Univers

Au Début il n’y avait dans l’Univers que de l’hydrogène et de l’hélium. A force de fusions au sein des étoiles, d’alliances d’atomes au sein des nuages proto-stellaires et avec le temps, des milliards d’années, l’Univers est parvenu à générer des molécules organiques diversifiées comme on en trouve dans les chondrites carbonées du type de la météorite de Murchison (tombée en Australie en 1969). Cette dernière contient plus de 150 molécules organiques (organisées autour du carbone) dont 50 relativement complexes (> 6 atomes de carbones organisés en structures « aromatiques ») et quelques-unes importantes pour la vie: de l’acide formique (HCOOH); de l’acide cyanhydrique (HCN); du formaldéhyde (HCHO); des sucres polyols (« glycol », CnH2n+2On); des acides aminés (glycine).

Mais ces éléments précurseurs de la vie ne sont pas la vie. Il a fallu ensuite qu’au sein d’un réacteur biochimique bien particulier, une planète, la Terre (seul exemple connu !), la complexification de la matière organique se poursuive au cours d’un processus long et aléatoire.

Ce processus a eu besoin d’énergie dans un environnement gravitaire propice aux échanges de matières solides, de fluides et de gaz. Ce fut d’abord la chaleur interne de la planète (d’une part accumulée pendant l’accrétion et d’autre part libérée par la radioactivité naturelle de certains éléments instables tels que l’Uranium 238, le Thorium 232, le Potassium 40). C’est ensuite la chaleur du Soleil qui fait que nous sommes dans sa « zone habitable » et que l’eau est liquide en surface, cette propriété n’étant possible que parce que notre planète est entourée d’une atmosphère de pression suffisante mais non excessive (fonction de sa masse, de sa température et de sa dynamo interne). Dans ce cadre les nuages étaient possibles et par déduction la foudre. Enfin certaines radiations mais pas toutes (rayonnement ultraviolets a et b) ont également joué un rôle dissociateur et ioniseur (donc propice à de nouvelles associations).

L’eau liquide a été mentionnée. En effet sa présence semble essentielle dans le processus de vie, de par les solutions, les contacts et les échanges qu’elle permet. Or disposer à la fois d’eau et de chaleur n’est pas évident (sauf en sous-sol*) car la proximité du Soleil de la zone dans laquelle se trouve la Terre et Mars, implique une aridité initiale du fait du rejet des éléments les plus volatiles au-delà de la Limite de Glace par le jeune Soleil. Nous ne devons notre eau qu’au mouvement tout à fait particulier  de Jupiter et de Saturne après leur formation (descente vers le Soleil puis rebroussement vers l’extérieur du système); mouvement qui a permis la projection de Neptune et d’Uranus dans la Ceinture de Kuiper riche en éléments glacés. La « pluie » vers l’intérieur du système qui en est résultée est probablement à l’origine de cette eau.

NB : *il est encore trop tôt pour savoir si le contact avec le rayonnement du Soleil est, ou non (cas de la lune Europa de Jupiter), une condition indispensable au bon déroulement du processus.

Mais cela n’a certainement pas été suffisant. Il a fallu à un certain stade, sans doute très tôt, au fond d’un océan profond (donc protecteur de la pluie intense d’astéroïdes) une interface avec le manteau planétaire chaud et riche en minéraux. Ce manteau n’a peut-être été accessible dans le cas de la Terre, que parce que la croûte était suffisamment ductile mais sécable et le manteau suffisamment fluide en raison de sa forte teneur en eau. C’est dans ces conditions qu’on obtient une conjonction tout à fait particulière d’eau liquide, de pression très forte et d’accès au sous-sol magmatique (du fait de la tectonique des plaques). Il s’y est ajouté un différentiel de pH très fort (de l’ordre de 3 unités sur 14), l’Océan initial, non oxygéné, étant très acide et les émanations du sous-sol très basique. C’est très probablement dans les cheminées hydrothermales se développant au point de rupture des plaques que la naissance des premières cellules vivantes a eu lieu. Attention cependant, il a fallu de l’eau chaude, de l’ordre de 60° à 80°, mais pas trop, donc celle qui sort non des cheminées situées sur la ligne de rupture des plaques, de vie courte (« fumeurs noirs ») mais plutôt celle qui sort des lignes de cheminées latérales, beaucoup plus durables et moins perturbées (« fumeurs gris »).

Dans cet environnement il a fallu passer de nombreuses étapes de complexification : la polymérisation des molécules, l’invention des protéines, des enzymes, des acides aminés, des acides nucléiques, l’assemblage des organismes, leur mise en sécurité par rapport au milieu extérieur à l’intérieur de membranes formant cellules, le développement de systèmes pour générer de l’énergie en exploitant les couples redox et pour la stocker (ATP), pour utiliser la matière extérieur pour se perpétuer, enfin le développement de systèmes pour s’auto-reproduire (ARN/ADN), rejeter ses excrétions métaboliques, s’affranchir des parois poreuses des cheminées pour flotter dans l’Océan, disposer de nourriture dans un milieu moins riche que celui des cheminées, etc… Franchir l’une quelconque de ces étapes, par un processus darwinien, n’a rien eu d’évident, ni d’automatique.

D’autres contraintes environnementales ont peut-être été nécessaires, imposant à un stade quelconque du processus prébiotique un autre milieu. Par exemple certains chercheurs ont évoqué la nécessité d’une alternance de périodes de sécheresse et d’humidité pour la polymérisation des molécules organiques (établissement de liaisons hydrogène). Une telle alternance aurait pu être fournie par la zone de balancement des marées générées par la Lune. Or la présence d’un tel gros satellite (relativement à sa planète) est un phénomène exceptionnel dans l’univers connu. D’autres (Stephen Benner) ont constaté le rôle essentiel de catalyseurs qui ne supportent pas l’eau, tels que le borate ou le molybdate, l’action des borates sur les hydrates de carbone étant essentiels pour empêcher la décomposition des molécules organiques et l’action des molybdates sur les glucides favorisant la création de ribose. Comment concilier la présence d’eau et l’absence d’eau ? L’alternance des marées a-t-elle suffit ou a-t-il fallu à une époque différente une période longue d’assèchement suivant une inondation, avant une reprise des nouveaux éléments par l’Océan ?

Sur Terre, le passage de l’inerte au vivant ne s’est produit qu’une seule fois. Nous descendons tous d’un seul groupe de cellules vivantes, LUCA, (« Last Universal Common Ancestor ») qui existait dans des conditions tout à fait particulières il y a environ 3,8 milliards d’années. Dans notre environnement, seule la planète Mars coche un nombre important de cases pour avoir réussi le même prodige, mais pas toutes. Savoir si elle en coche assez et précisément lesquelles, est toute la question. Grâce à Mars nous aurons donc une première réponse. Nous saurons si le réacteur biochimique Mars est parvenu au même résultat que la Terre ou s’il s’en est seulement approché et jusqu’où. Nous saurons si la vie est un phénomène tout à fait extraordinaire ou bien juste exceptionnel. Le voyage et l’étude en valent la peine !

Image à la Une: un engin de plongé pressurisé en vue d’une cheminée hydrothermale de la région de Lost City. Ces cheminées sont à ne pas confondre avec les fumeurs noirs situés sur la ligne de fracture des plaques tectoniques des dorsales océaniques. L’eau qui en sort est moins chaude (moins de 100°C) et leur vie est beaucoup plus longues (dizaines de milliers d’années). 

Image ci-dessous: une cheminée de Lost City vue de près (pour les deux photos, image courtesy D. Kelley and M. Elend/University of Washington, IFE, URI-IAO, UW, Lost City science party, NOAA, and National Geographic).

Deux lectures essentielles:

Professeur André Maeder (astrophysicien, Université de Genève) : « L’unique Terre habitée ? » (Éditions Favre) sous-titré « Les conditions pour la vie sur les planètes ».

Nick Lane (Professeur au département de Génétique, Evolution et Environnement de l’University College London): « The Vital question », sous-titré « Why is life the way it is » (Editions Profile Books).