La vie dans l’Univers : Que savons-nous, que cherchons-nous, que pourrions-nous apprendre ?

Colloque organisé par Pierre Léna et Jean Schneider du 8 au 13 mars 1999.

 

Participants

André BRACK (Centre de biophysique moléculaire, CNRS, Orléans), Jean-Marc DELTORN (Laboratoire d’astronomie spatiale, Marseille), François FORGET (Laboratoire de météorologie dynamique (LMD), Université de Paris-VI), Pierre GISEL (Faculté de théоlоgiе, Lausanne), Pierre LÉNA (Observatoire de Paris, Meudon), Daniel MANGE (Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)), Paul MATHIS (C E A/Saclay, Gif-sur-Yvette), Marie-Christine MAUREL (Institut Jacques Monod, Paris), Christopher McKAY (NASA, Moffett Field, USA), Philippe MEYER (Institut Necker, Paris), Nicolas PRANTZOS (Institut d’astrophysique, Paris), Claude-Alain ROTEN (Institut de génétique et de biologie microbiennes (IGBM), Lausanne), Jean SCHNEIDER  (Observatoire de Paris, Meudon), Franck SELSIS (Observatoire de Bordeaux), Pierre SONIGO (Institut Cochin de génétique moléculaire (ICGM), Paris), James TABONY (СЕA, Grenoble).

 

Résumé

Bien que l’interrogation et la réflexion sur la présence de vie en d’autres lieux que la Terre datent d’au moins vingt-trois siècles, une profonde transformation dans l’approche scientifique du problème s’est dessinée au cours des décennies écoulées. Le développement de la biologie moléculaire, des données nouvelles concernant la vie primitive sur Terre, l’exploration de la planète Mars, la découverte en 1995, bientôt suivie de dizaines d’autres, de la première planète hors du système solaire, les interrogations sur l’avenir de l’exploration spatiale par l’humanité sont autant de faits qui ont profondément modifié le contexte dans lequel s’inscrit cette réflexion. Interdisciplinaire par nature, le thème méritait donc une confrontation entre spécialistes venus d’horizons divers. Nul cadre ne pouvait êtrе plus adéquat que celui de la Fondation des Treilles pour une telle rencontre.

Compte rendu

Tous les participants étaient convaincus que la conception d’une vie limitée à la seule Terre était sans doute une vision bien réductrice de la richesse de la nature et des possibilités de l’évolution cosmique. Bien que rien ne garantisse l’imminence de découvertes qui puissent confirmer ce point de vue, assez largement partagé d’ailleurs par la communauté scientifique et plus intuitivement par le grand public, la vraisemblance de telles découvertes ne va pas sans provoquer, déjà, de profonds bouleversements de notre pensée et de notre représentation du monde. La rencontre avait donc deux objectifs : d’une part, un échange entre astronomes, physiciens, chimistes, biologistes, roboticiens mais aussi philosophe et théologien ; d’autre part, la volonté de produire un ouvrage (à paraître aux Editions Le Pommier en 2001), afin d’offrir aux enseignants, aux journalistes et au grand public un outil actualisé qui renouvelle, autant que faire se peut, le discours souvent convenu sur ce sujet difficile.

Jean Schneider s’interroge sur la notion d’évènement et d’historicité. Il part d’une réflexion épistémologique sur le temps, distinguant le temps de la physique de celui de l’histoire. Il montre comment la pensée scientifique n’a eu de cesse de s’opposer à la croyance spontanée de l’existence de « choses en soi » – un centre de l’Univers, le mouvement, la simultanéité, etc..- et combien l’idée si spontanée d’origine, ici de la vie, mérite aussi d’être suspectée. Il rapproche cela de la théorie psychanalytique de « l’après-coup » et convient que la pierre de touche de sa proposition sera son éventuelle fécondité.

Florence Raulin-Cerceau (qui assure la mise en forme de l’ouvrage issu du colloque), empêchée, avait fourni un texte présenté par Marie-Christine laurel : d’Aristarque à Jeans et à Van de Kamp, où elle développe la longue réflexion de l’humanité sur la vie hors de la Terre. Après Giordano Bruno qui est le premier à vulgariser la pluralité possible et Descartes qui se tient dans une prudente abstention, c’est Huyghens qui, dans son Cosmotheodoros, écrit le premier texte scientifique sur le sujet. Le XVIIe et le XIXe siècle voient se développer la réflexion philosophique (White, Kant, Lambert) mais aussi «sociale» (Fourier, Bernardin de Saint Pierre) appuyée sur le progrès scientifique. Le débat culmine à la fin du XIXe siècle avec Pasteur et Darwin, tandis que les astronomes découvrent les conditions pour qu’une planète garde son atmosphère et découvrent aussi la composition de celle de Mars. La recherche de compagnons de masse planétaire commence avec Bessel et se poursuit au XXe siècle avec Van de Kamp qui suspectera longtemps un compagnon planétaire aux étoiles 61 Cyg et de Barnard. L’exobiologie naît aux Etats-Unis avec Lederberg.

André Brack présente un exposé extrêmement complet et approfondi sur la recherche de la vie primitive sur Terre. Il définit le vivant primitif comme un système capable de faire des copies de l’information moléculaire et, éventuellement, de structure tout en commettant de petites erreurs. Il présente les plus anciennes bactéries connues sur Terre (3 465 milliards ± 5 millions d’années) et des sédiments contemporains, attestant la présence d’eau et de carbonates. Basant la vie sur le carbone, il analyse en détail les sources de cet élément, soit dans l’atmosphère terrestre (problème de sa réduction chimique), soit par apport extraterrestre (météorites). Dans ce dernier cas, l’apport en 200 millions d’années, à cette époque, peut atteindre 10¹⁴ tonnes, soit une quantité supérieure à la masse de carbone aujourd’hui recyclée par la biomasse. Brack introduit ensuite la discussion sur les précurseurs du vivant: ADN, ARN ou un ancêtre (LUCA = Last Universal Common Ancestor), qui serait basé sur les ribopyranoses dont la synthèse est aisée et la réplication facile. Il conclut par la remarque que si la vie a connu une phase simple et robuste sur Terre, elle devrait ne pas être unique dans le système solaire, et il évoque sa recherche sur Mars (possibilité d’eau sous forme liquide souterraine) et sur Europe (sources hydrothermales possibles sous la glace de surface).

Philippe Meyer aborde, d’un point de vue médical, l’histoire des philosophies du vivant. A côté de la « somptuosité » réservée à la vie par Aristote et surtout par la pensée chrétienne s’installe progressivement un matérialisme pratique (« Le cerveau produit la pensée comme le foie la bile », écrit La Mettrie) qui n’est pas entièrement satisfaisant et auquel des philosophes comme Ferry ou Comte-Sponville tentent d’apporter des adoucissements, à moins que la singularité, l’unique de chaque humain, résultat du polymorphisme, suffise à fonder l’altérité et son respect.

Pierre Gisel, en théologien, poursuit la réflexion sur la singularité de l’humain et du moi. Il analyse en détail le matériau des mythes, en ce qu’ils tentent de dire ce qu’est l’Homme, qui n’est défini ni de fait, ni de droit : il parcourt ainsi la Bible, l’Egypte et la Mésopotamie, mais aussi l’Inde, la Scandinavie et le Nouveau Continent pour isoler plusieurs modèles de l’émergence du vivant dans ces mythes. Ces modèles vont d’une création par la parole d’un Créateur à la division spontanée d’une matière primordiale, en passant par des processus d’émanation ou encore le démembrement d’un géant. Il conclut sur une sorte d’irréductibilité de l’humain à la simple vie biologique.

François Forget développe la question de la « zone habitable », terme employé pour qualifier le domaine de distance à une étoile où la vie serait possible sur une planète s’y trouvant: cela conduit naturellement à analyser les conditions climatiques, donc les échanges atmosphériques et notamment l’état de l’eau, en partie conditionné par les gaz à effet de serre (notamment le dioxyde de carbone) et les températures qu’ils induisent. Réciproquement, on ne peut ignorer la rétroaction de la vie (par exemple la photosynthèse et la biomasse) sur les conditions de l’atmosphère. La physique et la chimie permettent avec vraisemblance d’assigner une « zone habitable », où l’eau se trouverait sous forme liquide, autour de chaque étoile : François Forget conclut que des planètes de type semblable à la Terre s’y trouvent très vraisemblablement.

Paul Mathis analyse la production chlorophyllienne d’oxygène et la photosynthèse. Il montre que les arсhéobactéries (à la différence des cyanobactéries qui libèrent de l’oxygène comme les organismes supérieurs) « respirent » des composants nitrés (NO, NO) pour fabriquer leur ATP. L’utilisation de la lumière n’est apparue qu’ultérieurement, fournissant un avantage sélectif additionnel. Il décrit ensuite le système photosynthétique tel qu’il fonctionne chez les cyanobactéries ou les algues et montre à la fois son efficacité extraordinaire (rendement quantique voisin de l’unité) et son autoprotection (contre la production d’oxygène atomique toxique).

Franck Selsis expose les idées du moment sur la détection de biosignatures dans les atmosphères des planètes extrasolaires, en analogie avec l’atmosphère primitive et présente de l’atmosphère terrestre. Il passe d’abord en revue les connaissances sur l’origine et l’évolution primordiale de notre atmosphère, en s’appuyant sur des modèles d’abondances chimiques et sur leur évolution. Cela permet en particulier d’estimer l’évolution de l’abondance de l’oxygène, d’origine entièrement biologique, dans l’atmosphère terrestre. L’extrapolation de ces modèles à d’autres conditions de température et de flux lumineux de l’étoile centrale permet d’étudier dans quelles conditions une vie sur une planète extrasolaire peut enrichir son atmosphère en oxygène détectable dans les prochaines décennies.

Pierre Sonigo s’interroge sur la vie et l’information. Il est impossible de dissocier une réflexion sur les origines de la vie d’une réflexion sur la vie actuelle. C’est notre conception de la vie actuelle qui fonde notre vision des origines de la vie. Le dieu horloger était ainsi une théorie des origines associée à l’idée des animaux machines. Les théories modernes de la vie ne se réfèrent plus à la mécanique, mais à l’informatique. Elles sont centrées sur la notion d’information génétique, véhiculée par des molécules d’acides nucléiques, ADN et ARN. Selon cette conception, l’ADN et l’ARN détiennent les clefs de la vie actuelle. Il n’y a qu’un pas à franchir pour imaginer qu’ils ont aussi inventé la vie il y a quelques milliards d’années. Ainsi, la théorie des origines la plus directement déductible de la vision actuelle est celle d’un monde primordial constitué d’acides nucléiques possédant à eux seuls les propriétés que l’on attribue aujourd’hui à la vie. Malheureusement, les solutions satisfaisantes pour décrire les étapes de cette invention de la vie par les acides nucléiques dans le cadre des modèles d’évolution par sélection naturelle n’ont pas été trouvées. Face à une telle difficulté, il y a deux possibilités : soit nous concentrons nos efforts sur le problème des origines, afin de trouver un modèle satisfaisant sans remettre en question notre conception actuelle de la vie ; soit nous aménageons notre conception actuelle de manière à la rendre compatible, et à la proposer de manière cohérente avec une théorie des origines. Pour cela, il faudrait pouvoir discerner, dans l’ensemble des connaissances actuelles, ce qui relève des faits (a priori peu discutable), et ce qui relève de leur interprétation (donc susceptible d’une remise en cause). Il n’est pas certain qu’un tel discernement soit possible. La science actuelle rechigne à remettre en question les acquis de la génétique. Or, il se trouve que la génétique moléculaire moderne appartient à une catégorie de modèles, dits d’instruction, qui s’appuient sur l’existence d’une information préalable. Ces modèles sont inadaptés à l’analyse des «problèmes des origines» et difficilement compatibles avec les modèles de hasard-sélection qui fondent la théorie de l’évolution.

1. Tabony soulève une réflexion sur les structures dissipatives. Après une présentation générale des instabilités (rappel de la réaction de Belouzov-Zhabotinsky) et des bifurcations dans les régimes non linéaires (instabilité de Taylor), il soumet de très spectaculaires résultats concernant des agrégats de micro-tubules présents dans les neurones : il s’y crée des structures auto-semblables et spatialement stables, correspondant à des différences d’orientation et de concentration. On peut s’interroger sur le rôle de telles instabilités dans la morphogenèse (spatialisation dans l’oeuf de la drosophile). Ainsi un système simple, formé d’une famille de seulement deux molécules distinctes, est capable de produire des structures complexes et un effet de mémoire primitif, avec une extrême sensibilité aux conditions extérieures.

Daniel Mange ouvre un autre chantier en recherchant des modalités de réalisation de « vie artificielle » à partir de dispositifs informatiques. Il décrit la démarche de von Neumann, dont un modèle du « constructeur » a été récemment réalisé par l’italien Pisavento. Il montre un dispositif réalisé dans son laboratoire et qu’il fait fonctionner pour les participants, dont le but est de réaliser une séquence capable de se reproduire elle-même. Il développe l’idée que de tels dispositifs, qu’il définit comme une « robotique bio-inspirée », relèvent d’un regard sur le vivant qui diffère de celui porté par les biologistes moléculaires Claude-Alain Roten focalise son approche sur le rôle universel des bactéries dans le vivant, constatant que tout organisme est constitué complètement ou partiellement d’unités bactériennes. Il souligne leur résistance (à l’altitude, au froid, à la pression) et leur impact global sur l’atmosphère terrestre (renouvellement de l’oxygène, production du méthane, cycle de l’azote) : il n’hésite pas à qualifier les bactéries de « terraformeuses » (rôle dans certains gisements de fer ou d’uranium). La continuité des bactéries est manifestée par l’étude des bactéries de Schopf, trouvées à Marble Bar en Australie, datant de plus de 3 milliards d’années et qui sont très proches des cyanobactéries d’aujourd’hui. C.-A. Roten s’interroge sur la possibilité d’ensemencement de la Terre par des bactéries extérieures à celle-ci (litho-panspermie, ou origine météoritique de ces bactéries) et présente les expériences de laboratoire qu’il conduit sur ce thème (chocs balistiques impliquant des bactéries). Sa conclusion est une extraordinaire résistance des bactéries, mais il laisse la question ouverte : il s’agit soit d’ensemencement de la Terre lors de son bombardement météoritique, soit de la nécessité d’apparition des cyanobactéries dans le bref intervalle de temps (3 à 500 millions d’années) qui sépare la fin de celui-ci de la date des anciennes cyanobactéries connues.

Nicolas Prantzos développe quelques-uns des aspects contenus dans son ouvrage Voyages dans le futur, concernant la question posée par Enrico Fermi au sujet d’éventuels extraterrestres : « Mais où sont-ils ? ». Ce « paradoxe de Fenil» apparaît en effet incontournable si l’on postule une universalité et une banalité de la présence de vie, et de vie consciente et organisée dans l’univers : les traces devraient y être omniprésentes.

Christopher Мскaу entreprend, dans une perspective néohégélienne, en référence à la conception hégélienne de l’esprit universel, une audacieuse fresque de «l’astrobiologie», nom donné par la NASA à l’ensemble des activités qui combinent l’étude de la vie dans l’univers (exobiologie) et l’expansion en dehors de la Terre de la vie terrestre actuelle. Il rappelle que les expériences de physique en laboratoire peuvent être extrapolées sur des échelles de temps et d’espace. Il n’en est empiriquement pas de même, pour l’instant, pour la biologie. Pour comprendre la diversité vraisemblable de la vie dans l’Univers, il faudra procéder à de larges explorations qui auront pour but de répondre à des questions nouvelles telles que la vie est-elle partout analogue à la vie terrestre impliquant que le phénomène « vie » dépend de façon critique de conditions physico-chimiques particulières, ou bien y aura-t-il des myriades de formes de vie prouvant par là même que tout univers concevable voit nécessairement se développer une vie sous une forme ou une autre ? La conscience de soi est-elle une propriété commune de la vie et suit-elle nécessairement toujours les mêmes configurations physiques, chimiques, sociales ? Les formes de vies intelligentes d’ailleurs construisent-elles des modèles symboliques en accord avec notre mathématique et notre philosophie ? en accord avec un monde platonicien universel ?

Marie-Christine laurel rappelle que l’émergence de la vie sur Terre est le produit d’une longue évolution qui a débuté il y a 4,5 milliards d’années. Les plus anciennes roches sédimentaires actuellement connues contenant des molécules de carbone d’origine biologique (et les vestiges de premiers organismes partiellement décomposés) ont été trouvées dans l’Ouest du Groenland et sont datées de 3,8 milliards d’années. Comment expliquer une telle organisation cellulaire ? Quel scénario plausible les expériences de laboratoire nous permettent-elles d’échafauder afin de comprendre l’apparition des premiers chaînons métaboliques et des premières molécules autoréplicatives capables de transmettre une information génétique héréditaire ? Des synthèses chimiques conduisant à des composés organiques complexes ont été réalisées en laboratoire à partir de molécules simples dans des conditions supposées proches des conditions terrestres initiales. Plusieurs scénarios sont proposés, de l’espace interstellaire aux sources chaudes sous-marines jusqu’au simple support minéral. On ne peut plus parler aujourd’hui des origines de la vie sans évoquer le «monde de l’ARN», un monde originel dans lequel un ancêtre de l’ARN, précurseur commun à toutes les formes vivantes, catalysait les réactions nécessaires à sa réplication et à la vie. De très nombreux travaux expérimentaux montrent que la reproduction primitive a pu se faire avec des réplicateurs plus simples que l’ADN contemporain. Récemment, des travaux de sélection in vitro ont permis d’isoler des ARN-aptamères dont la séquence permet la complexation de petites molécules et de cofacteurs enzymatiques. Ce concept-clé, de l’ARN fusionnant le phénotype et le génotype, ainsi que les progrès de la biologie moléculaire et de la chimie combinatoire, ont permis l’invention de la procédure SELEX (SElection de Ligands par Enrichissement Exponentiel). Cette procédure a permis de sélectionner de nouvelles molécules possédant un spectre d’activité différent de celui des ribozymes isolés à partir d’organismes naturels. De plus, ces molécules présentent un intérêt fondamental et pratique immense, puisqu’elles sont utilisées en pharmacologie antivirale et en thérapie génique. L’ensemble de ces travaux suggère l’existence potentielle d’une grande diversité d’aptamères dans l’espace des séquences possibles et permet d’envisager la « réinvention », en laboratoire, d’un ARN «resurgissant» d’un passé biologique révolu.

Les participants conclurent par un tour d’horizon, animé par Jean Schneider et Pierre Léna, sur les acquis de la rencontre. La confrontation interdisciplinaire est de très grand intérêt, car elle oblige à traiter le problème dans sa globalité et à ne pas ignorer l’iréductible singularité de l’Homme, à la fois aboutissement de l’évolution et subjectivité consciente. La rencontre a aussi montré la justesse du point de vue développé par Jean Schneider, à savoir la résistance de conceptions apriоri et d’évidences spontanées : les réflexions sur le rôle des bactéries, sur l’ancêtre commun, sur la panspermie, sur la respiration préalable à la photosynthèse, sur la « vie informatique » ouvrent de nouveaux champs. Enfin Pierre Léna, en tant qu’astronome, souligne combien l’apport des observations, dans les années à venir, peut être décisif, tant par la connaissance des exoplanètes et de leurs éventuelles atmosphères que par les retours d’échantillons et les prélèvements dans le système solaire (comète Wirtanen, surface de Mars puis exploration d’Europe), le développement de la physiсo-chimie du milieu interstellaire (grains) ou l’étude de la chiralité à grande échelle (polarisation circulaire dans les nuages interstellaires formant des étoiles et des systèmes planétaires).

Communications présentées

André Brack – Les conditions biochimiques du développement de la vie

François Forget – Climats et conditions de la vie

Pierre Gisel – Face à une possible vie extraterrestre, le regard du théologien

Pierre Léna – Formation des systèmes planétaires et chiralité

Daniel Mange – Informatique et vie artificielle

Paul Mathis – La production chlorophyllienne d’oxygène

Marie-Christine laurel – L’émergence de la vie sur Terre

Christopher Мскау – Implications of astrobiology

Philippe Meyer – Histoire des philosophies de la vie

Nicolas Prantzos – Voyages interstellaire et paradoxe de Fermi

Florence Raulin – Cerceau Histoire de la notion de vie (présentée in absentia par M.-C. Maurel)

Claude-Alain Roten – La migration interplanétaire des bactéries

Jean Schneider – La vie n’a pas d’origine

Franck Selsis – Les biosignatures dans les atmosphères des planètes extrasolaires

Pierre Sonigo – L’ADN est-il au cœur du vivant ?

Tabonу – Les structures dissipatives

 

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