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AccueilNumérosTome V - N°1VariaHistoire de l'exobiologie

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Histoire de l'exobiologie

L’exobiologie (ou astrobiologie) est l’étude de la vie dans l’univers. C’est une science récente et pluridisciplinaire qui englobe les recherches sur l’origine, la distribution et l’évolution de la vie dans l’univers, ainsi que celle des processus et structures liés au vivant.
History of Exobiology
Florence Raulin-Cerceau
p. 42-51

Résumés

L’essor de l’exploration spatiale dans le système solaire ainsi que le développement des recherches dans le domaine de l’origine de la vie sur Terre ont fourni les bases de l’exobiologie. En quelques décennies, ce champ pluridisciplinaire s’est considérablement élargi et structuré autour d’une large communauté de chercheurs. Par ailleurs, les découvertes d’exoplanètes, en particulier les « exo-terres » susceptibles d’être habitables, ont ouvert à d’autres perspectives. Ces avancées sont en voie de concrétiser l’une des quêtes les plus exaltantes de l’humanité : la recherche d’une autre vie dans l’univers.

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Texte intégral

Les premiers pas de l’exobiologie 

1L’exobiologie naît dans les années soixante alors que commencent à poindre les premiers projets d’exploration spatiale. Envisager la visite de la Lune et des planètes par des vaisseaux spatiaux robotisés, ou encore préparer les vols habités à destination de la Lune, nécessitait d’étudier la question de la contamination biologique. Ne risquait-on pas de transporter des microbes terrestres sur les autres corps planétaires du système solaire ?

2Le lancement du premier satellite artificiel Spoutnik dans l’espace par l’Union soviétique le 4 octobre 1957 est un véritable choc pour les Américains. Ce pays a pris de l’avance sur les États-Unis en matière de projets aéronautiques. Dès cette époque les scientifiques réfléchissent à des moyens pour placer des instruments à bord de vaisseaux spatiaux pour étudier la surface de la Lune et des planètes. On réalise alors que des microbes terrestres peuvent s’introduire involontairement dans les sondes spatiales et éventuellement contaminer d’autres corps du système solaire. L’année suivante, l’américaine National Academy of Sciences (NAS) rédige une résolution examinant comment prévenir une telle contamination dans le cadre de la préparation de futures missions lunaires ou planétaires. Elle met également en garde les scientifiques du danger d’une contamination qui dénaturerait la fiabilité des résultats expérimentaux menés sur des matériaux extraterrestres. La NAS demande alors à l’International Council of Scientific Unions (ICSU, une organisation non gouvernementale) d’aider à évaluer le problème de la contamination des corps célestes par les sondes spatiales. L’ICSU crée en mai 1958 un comité dédié à cette question nommé CETEX (Committee on Contamination by Extraterrestrial Exploration) afin de commencer une analyse systématique des problèmes soulevés par la NAS, tels que :

  • la contamination de l’atmosphère lunaire, la poussière et le sol ;

  • la contamination de la poussière cosmique ;

  • plus spécifiquement la contamination de Mars et Vénus.

3À partir de juin 1958, la NAS a établi son propre groupe de direction des activités spatiales, le Space Science Board. Celui-ci aura une grande influence, quelques années après, sur la façon dont sera conçu le programme de retour d’échantillons martiens. Tous ces événements ont lieu avant la création de l’agence gouvernementale NASA (National Aeronautics and Space Administration), le 29 juillet 1958, décidée pour rattraper le retard spatial face à l’Union soviétique, et surtout pour gagner « la course à la Lune ».

4Enfin, en octobre 1958, le CETEX présente ses recommandations lors de l’assemblée générale de l’ICSU à Washington, DC. À la suite de cette conférence, l’ICSU met en place une nouvelle organisation chargée d’englober les fonctions du CETEX en ce qui concerne la protection planétaire : le COSPAR (Committee on Space Research). En tant qu’organisation internationale, le COSPAR propose une définition des niveaux de contamination acceptables dans un vaisseau spatial.

  • 1 Alors professeur de biologie à l’université de Stanford, et lauréat du prix Nobel de physiologie et (...)
  • 2 Lederberg cherche notamment à tester la panspermie d’Arrhenius. La panspermie est l’ensemencement (...)
  • 3 Lederberg Joshua, Cowie Dean B., « Moon Dust », Science 127, June 27, 1958, p. 1473-75.

5Le Space Studies Board du COSPAR (SSB) désigne alors un de ses fondateurs, le généticien et microbiologiste américain Joshua Lederberg1 (1925-2008), pour collaborer avec le COSPAR sur le sujet des protocoles de stérilisation des vaisseaux spatiaux. Leberberg s’intéresse à cette époque à l’hypothèse de la panspermie2 et au problème de la résistance des spores dans l’espace. Il suit de près la question de la contamination biologique3.

6En 1960, la NASA met en route un programme dans lequel Lederberg est chargé de développer un procédé destiné à des analyses biochimiques d’échantillons de sol planétaire, pour étudier la possibilité de vie ailleurs en tenant compte des problèmes de contamination. Notons que pour la plupart des scientifiques au début des années soixante la probabilité que des microbes terrestres survivent sur la Lune était considérée comme quasi nulle.

  • 4 Lederberg Joshua, « Exobiology: Approaches to Life beyond the Earth », Science 132, issue 3424, Au (...)

7Cette même année, Lederberg forge le terme « exobiologie » dans son article « Exobiology : Approaches to life beyond the Earth » paru dans la revue Science4. L’article, qui fait suite à sa conférence sur l’exobiologie donnée au COSPAR peu auparavant, pose les bases de cette nouvelle science. Lederberg s’interroge sur la contamination biologique dans le cadre des futures missions dans l’espace, en particulier celles habitées par l’homme, ainsi que celles avec retour d’échantillons planétaires dans les laboratoires terrestres. Il montre surtout dans cet article pionnier, les pistes qui lui paraissent importantes pour ce qu’il appelle la « recherche exobiologique » :

  • 5 « Exobiology is not more fantastic than the realization of space travel itself ».

8« L’exobiologie n’est pas plus fantastique que la concrétisation des voyages dans l’espace »5 (op. cit. note 4)

  • 6 op. cit. note 4

9Tout d’abord, Lederberg montre l’importance d’une réflexion sur la nature du vivant terrestre ainsi que sur les théories sur l’origine de la vie. Il pose ensuite la question des cibles planétaires possibles dans le système solaire pour une recherche exobiologique. Enfin, il propose quelques approches expérimentales réalisables à la surface d’autres planètes, notamment autour de la détection de microorganismes6.

10Outre la question de la contamination biologique, d’autres interrogations émergent à l’issue de cette parution. À partir du moment où il devenait possible d’envoyer des sondes spatiales pour explorer le système solaire, pourquoi ne pas aussi en tirer parti pour rechercher des traces de vie ailleurs ? Suite à l’expérience de Miller en 1953, les recherches sur l’origine de la vie commençaient à se développer. L’exobiologie devenait ainsi la discipline clé pouvant relier ces deux domaines naissants : celui des origines de la vie et celui de l’exploration spatiale.

L’expérience de Miller

  • 7 « A production of amino acids under possible primitive Earth conditions ». 
  • 8 Miller Stanley, « A production of amino acids under possible primitive Earth conditions », Science(...)
  • 9 Oparin Alexander I., The Origin of Life, Macmillan, New York, 1938, 304p.

Dans un article très court intitulé « Production d’acides aminés dans des conditions possibles de la Terre primitive »7 paru en 19538, le jeune Stanley Miller (1930-2007), sous la direction de Harold Urey, retrace expérimentalement certaines étapes de l’évolution chimique ayant précédé la vie, comme proposé dans la théorie d’Oparin9. C’est la naissance de la chimie prébiotique en laboratoire. L’expérience est censée représenter les conditions d’environnement de la Terre primitive : un mélange gazeux (hydrogène, méthane, ammoniac, vapeur d’eau) simulant l’atmosphère primitive est soumis à l’action de décharges électriques à pression atmosphérique. Un ballon rempli d’eau est chauffé jusqu’à évaporation et un système en boucle de circulation de la vapeur d’eau est mis en place de façon à récupérer les produits issus des réactions dans un tube en U, simulant les océans primitifs. Miller laisse évoluer le système jusqu’à disparition complète du méthane. Les produits non volatils formés par l’action des décharges s’accumulent dans le tube en U.

L’analyse chromatographique des produits formés en milieu aqueux met en évidence la présence d’acides aminés, les briques des protéines. Les résultats sont retentissants : avec seulement quatre réactifs initiaux en phase gazeuse, Miller a obtenu des acides aminés protéiques !

11Pendant ce temps, la conquête de l’espace continue. En 1961, le Soviétique Gagarine est le premier homme à voler dans l’espace à bord du vaisseau Vostok 1. Mais ce sont les États-Unis qui finalement enverront des hommes sur la Lune. Le LEM d’Apollo 11 se pose sur la surface lunaire le 20 juillet 1969, avec à son bord Armstrong et Aldrin, pendant que Collins reste seul en orbite.

12Les missions Apollo se succèdent et rapportent des centaines de kilos d’échantillons lunaires. De nombreux matériaux organiques sont identifiés, mais on ne trouve aucune petite brique du vivant comme les acides aminés ou les sucres biologiques. Les échantillons récoltés sont des roches de surface, à l’exposition directe des ultraviolets solaires et des bombardements de micrométéorites, un environnement peu propice à l’évolution chimique.

13Si la contamination biologique de la Lune semble peu probable, celle sur Mars, en revanche, est âprement discutée. L’astronome américain Carl Sagan (1934-1996), Lederberg et Elliott Levinthal (1922-2012) publient en 1968 un article dans la revue Science intitulé « Contamination of Mars » soutenant la possibilité d’une contamination martienne :

  • 10 “One terrestrial microorganism reproducing as slowly as once a month on Mars, without other ecolog (...)
  • 11 Sagan Carl, Levinthal Elliott C., Lederberg Joshua, « Contamination of Mars », Science 159, March (...)

14« Un seul microorganisme terrestre se reproduisant à un rythme aussi lent qu’une fois par mois sur Mars, sans autre contrainte écologique, conduirait en moins d’une décennie à une population microbienne du sol martien équivalente à celle de la Terre10. »11

15Les premières images de la surface martienne envoyées en 1965 par la sonde Mariner 4 révèlent finalement un sol désertique et couvert de cratères, a priori sans vie. Mais la grande quantité de données fournie par cette mission conduit à réexaminer en détail la question de la possibilité de vie sur Mars. Lederberg fera d’ailleurs partie de l’équipe de biologie mise en place pour la préparation de la future mission Viking, à destination de Mars dans les années soixante-dix.

  • 12 Cocconi Giuseppe, Morrison Philip, « Searching for Interstellar Communications », Nature 184, 1959 (...)

16Indépendamment des avancées spatiales, un nouveau domaine d’exploration à distance se construit à la fin des années cinquante : la recherche d’intelligences extraterrestres dans la galaxie. Connue plus tard sous le sigle (Search for ExtraTerrestrial Intelligence), elle prend sa source dans le développement de la radioastronomie. En 1959, les astrophysiciens Philip Morrison et Giuseppe Cocconi de l’université Cornell aux États-Unis publient un article dans la revue Nature qui sera considéré comme le document fondateur de la branche SETI radio12. Ils préconisent notamment de rechercher des signaux extraterrestres autour de la raie de l’hydrogène à 21 cm. La première tentative d’ « écoute » radio de signaux extraterrestres est réalisée par Frank Drake à Green Bank (Virginie), en avril 1960 (projet Ozma). Depuis, de nombreuses « écoutes » ont été effectuées mais aucun signal d’une intelligence extraterrestre n’a été détecté, malgré quelques fausses alertes.

17En France, les radioastronomes François Biraud et Jean Heidmann (1923-2000) seront, dans les années quatre-vingt, les principaux acteurs de cette nouvelle branche de la radioastronomie, en « écoutant » les étoiles à la recherche de signaux extraterrestres à partir de la station de radioastronomie de Nançay dans le Cher.

L’origine de la vie

18Dès la fin des années cinquante, les travaux sur l’origine de la vie sur Terre sont intimement liés aux premiers pas de l’exploration spatiale. Une communauté exobiologique existe en fait implicitement quand commence à émerger la nouvelle thématique de la chimie prébiotique initiée par Miller. Tenter de cerner quelles ont été les conditions d’environnement sur la Terre primitive, quelles réactions chimiques ont pu conduire aux composés prébiotiques, comment évoluent certaines molécules organiques en milieu atmosphérique ou aqueux, sont des questions pouvant être étayées par les données issues de l’étude d’autres corps planétaires dans le système solaire.

19Alors que les tout premiers programmes d’exploration spatiale du système solaire se mettent en place, des travaux expérimentaux se développent en laboratoire selon différentes voies de recherche afin de synthétiser certaines « briques » du vivant ou de mettre en évidence des processus prébiotiques.

  • 13 Orgel Leslie E., « Evolution of the genetic apparatus », Journal of Molecular Biology 38, 1968, p. (...)
  • 14 Sanchez Robert, Ferris J.P., Orgel L.E., « Conditions for Purine synthesis: Did Prebiotic Synthesi (...)

20Quelques figures emblématiques jalonnent l’histoire de cette nouvelle branche expérimentale des origines de la vie. Le chimiste théoricien d’origine britannique Leslie Orgel (1927-2007) a joué un grand rôle dans son développement. En 1964, il dirige le Laboratoire d’évolution chimique à La Jolla en Californie où il se concentre sur les processus de formation des molécules auto-réplicatives dans le contexte de la Terre primitive. Il soulève en particulier le rôle qu’a dû jouer l’ARN (acide ribonucléique), possible précurseur de l’ADN (acide désoxyribonucléique) dans les premières étapes de l’origine de la vie. Orgel, avec Francis Crick et le microbiologiste Carl Woese, sont parmi les premiers à considérer la possibilité d’une vie primitive basée sur l’ARN. Pionnier du « monde de l’ARN », Orgel pose la question d’une réplication de l’ARN puis d’une évolution en l’absence de protéines13. Il est aussi un des premiers à envisager que les toutes premières molécules génétiques aient été des molécules alternatives à l’ARN. Ses travaux expérimentaux ont permis d’explorer la synthèse prébiotique des briques de l’ARN, notamment celle de l’adénine et la guanine, deux des bases azotées des acides nucléiques14, ainsi que l’assemblage de ces briques en nucléotides (base azotée + sucre + phosphate). Ces voies de recherches ont posé les jalons de la chimie prébiotique des acides nucléiques pour les trente ans à venir.

  • 15 Oró John, Kimball A.P., « Synthesis of purines under possible primitive earth conditions, Adenine (...)
  • 16 Oró John, Gibert J., Lichtensteink H., Wikstrom S., Flory D.A., « Amino acids, aliphatic and aroma (...)

21Le biochimiste d’origine espagnole Juan Oro (1923-2004) collabore avec la NASA pour la mission Viking et l’analyse des échantillons de sol martien. Sur le plan expérimental, ses principales contributions concernent, dès les années soixante, la synthèse de l’adénine à partir de l’acide cyanhydrique (HCN)15. Il suggère par ailleurs que les comètes aient pu contribuer à l’enrichissement de la Terre primitive en molécules organiques, et ainsi à l’origine de la vie. Oro et ses collègues publient en 1971 un article montrant la richesse en composés carbonés, en particulier en acides aminés, de la météorite Murchison tombée en 196916.

  • 17 Ponnamperuma Cyril, Mack Ruth, « Nucleotide synthesis under possible primitive Earth conditions », (...)

22Cyril Ponnamperuma (1923-1994), chimiste originaire de Sri Lanka, est une grande figure des travaux sur l’origine de la vie. Il tente en 1965 la synthèse de nucléotides à partir de nucléosides (assemblage d’un sucre et d’une base), dans les conditions supposées de la Terre primitive17. Il est par ailleurs très impliqué dans les programmes spatiaux de la NASA. Il participe à l’analyse des échantillons lunaires rapportés par les missions Apollo, et collaborera aux missions Viking et Voyager.

23Le biochimiste américain Sydney Fox (1912-1998) a exploré la synthèse des acides aminés protéiniques à partir de matériaux inorganiques. En 1957, il produit en laboratoire des globules constitués de protéinoides (pseudo-protéines obtenues à partir de la synthèse d’acides aminés). Ce sont les « microsphères » de Fox qu’il pense être proches des protocellules à l’origine de la vie. Cependant, elles ne possèdent pas de matériel génétique.

24Le chimiste américain Jim Ferris découvre dans les années soixante-dix que de longues chaînes d’ARN peuvent être fabriquées à partir de matériaux organiques simples en présence de minéraux argileux et d’eau. Il met en évidence que les minéraux argileux ont une action catalytique sur la formation de l’ARN en présence d’eau liquide. Par ailleurs, en connexion avec les programmes spatiaux de la NASA, il s’intéresse aussi à la photochimie des atmosphères planétaires, en particulier celles de Jupiter et Titan. Il étudie la photochimie de l’acide cyanhydrique (HCN) et de ses dérivés afin d’apporter des indices sur la composition de l’atmosphère de la Terre primitive. Ces études ont eu des répercussions non seulement sur la chimie atmosphérique de ces corps planétaires mais aussi sur l’origine de la vie sur notre planète.

25On voit clairement qu’origine de la vie et exploration spatiale sont intimement liées dès ces années-là. Les recherches sur l’origine de la vie sont par ailleurs renforcées par le développement de la biologie moléculaire et l’étude de la structure intime du vivant, en particulier ses acides nucléiques.

Les premières expériences d’exobiologie

26Le premier projet spatial intégrant des expériences d’exobiologie est le projet Viking à destination de Mars. Celui-ci débute officiellement en 1968 alors que la course à la Lune bat son plein. L’influence de Carl Sagan, grand défenseur des mesures de protection planétaire, sera très importante. Il réussit à mobiliser l’opinion sur l’intérêt d’expériences d’exobiologie embarquées dans les sondes pour rechercher des traces biologiques ou biochimiques sur Mars. L’exobiologie sera un des buts majeurs de cette mission. Il va s’avérer alors nécessaire de prendre des précautions particulières pour ne pas contaminer un environnement peut-être propice au développement d’une vie terrestre. Inversement, Mars se présente comme un lieu possible où la vie aurait pu apparaître et être potentiellement une source de contamination pour les terriens.

27Les sondes Viking sont les premières, en 1976, à se poser sur le sol martien. Trois instruments sont spécifiquement destinés à mettre en évidence une activité biologique en surface. De petits échantillons de sol sont soumis à diverses épreuves :

  • une des expériences est chargée de tester l’assimilation du carbone par d’éventuels organismes vivants autotrophes dans les conditions de la planète, à la recherche d’un processus biologique de type photosynthèse (expérience Pyrolitic-Release) ;

  • les deux autres expériences sont basées sur les échanges gazeux censés montrer l’activité biochimique du sol martien. Il s’agit de mélanger un échantillon de sol avec une solution nutritive, plus ou moins complexe, et de suivre la production d’éventuels gaz métaboliques de diverses catégories, indicateurs de la présence de vie (expériences Gas-Exchange et Labeled-Release).

28Les résultats de ces expériences ont fourni des résultats globalement négatifs, quoiqu’ambigus dans certains cas. Mais la majorité des scientifiques ont conclu à l’absence de vie dans les échantillons étudiés.

  • 18 Raulin-Cerceau Florence, Bilodeau Bénédicte, D’autres planètes habitées dans l’univers ?, Éditions (...)

29Quoi qu’il en soit, les expériences d’exobiologie de Viking ont ouvert la voie à l’expérimentation in situ sur la recherche de vie extraterrestre. On réalise que si une vie microscopique existe sur Mars, elle ne serait pas présente en surface du fait de l’intensité de l’oxydation et des ultraviolets. En revanche, les sondes Viking ont montré l’existence de structures fluviales sillonnant les plaines de l’hémisphère nord de la planète. Ce sont des chenaux asséchés, mais ils prouvent que l’eau liquide a été présente dans le passé reculé de la planète. La conclusion est que Mars a dû connaître des conditions peut-être favorables à l’apparition de la vie, parallèlement à la Terre primitive18.

30De nouvelles questions surgissent alors pour de nouvelles explorations : une vie microbienne a-t-elle eu le temps de se développer ? Si oui, qu’est-elle devenue suite au changement de climat observé sur Mars ? Peut-on espérer détecter des microfossiles martiens grâce à de futures missions spatiales ?

Carl Sagan

Après la mission Viking, l’exobiologie se développe aux États-Unis sous l’impulsion de Carl Sagan. Son approche pluridisciplinaire, sa personnalité rayonnante et sa grande aptitude à la diffusion des connaissances vont contribuer à la promotion de la discipline. Sagan s’est rendu célèbre auprès du grand public par sa série télévisée Cosmos (diffusée en France en 1980), ainsi que par ses livres de vulgarisation dont l’un d’entre eux, Contact, a été adapté au cinéma par Robert Zemeckis en 1997.

Sagan a été à l’origine de nombreux projets y compris l’approche SETI, à la recherche d’« intelligences extraterrestres ». Soutenant l’idée de tentatives de communication avec des civilisations de la galaxie, il a été impliqué, avec Frank Drake et sa femme Linda Salzman Sagan, dans la conception de la plaque mise à bord des sondes spatiales Pioneer 10 et 11 lancées respectivement en 1972 et 1973. Il présidera le comité constitué par la NASA pour élaborer le contenu du disque des sondes Voyager parties explorer les planètes géantes en 1977. Des bouteilles à la mer, certes, mais la question du « message interstellaire » destiné à nos hypothétiques voisins galactiques était alors lancée.

Une science qui se structure

31Parallèlement à l’exploration spatiale, se construit la science de l’origine de la vie. La première Conférence internationale sur l’origine de la vie (International Conference of the Origin of Life-ICOL) a lieu à Moscou en 1957, suivie par deux autres colloques en 1963 (Wakulla Springs) et 1970 (Pont-à-Mousson). En 1967, Oparin, Fox et Ponnamperuma discutent la possibilité de rassembler les chercheurs travaillant sur l’origine de la vie selon différentes approches. L’idée est de faire naître une société savante regroupant plusieurs disciplines sous une seule bannière : l’ISSOL (International Society for the Origin of Life). Créée officiellement en 1973, à l’initiative de chercheurs tels qu’Oparin, Fox, Ponnamperuma et Buvet, l’ISSOL organise sa première conférence à Barcelone. La participation internationale aux programmes spatiaux renforce la société qui obtient le support financier de la NASA.

32Nous avons vu le rôle crucial du COSPAR dans le cas de la protection planétaire et des échantillons extraterrestres. L’exobiologie est présente depuis la fin des années soixante dans les commissions scientifiques du COSPAR.

33Dans les années quatre-vingt, d’autres groupes de recherches et organismes officiels se mettent en place autour de cette thématique. L’IAU (International Astronomical Union) crée en 1981 la commission de « bioastronomie » dans laquelle se regroupent les partisans de SETI.

  • 19 En l’occurrence celle de la lithopanspermie : les germes sont véhiculés dans l’espace sur (ou dans (...)

34En Allemagne, la microbiologiste Gerda Horneck fonde en 1981 le Groupe d’exobiologie du DLR (Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt) à Cologne. Ses recherches en exobiologie sont orientées vers les expériences en orbite terrestre destinées à tester la résistance de microorganismes dans l’espace (Spacelab, LDEF, Eureca, Foton, ISS). Des microorganismes sont exposés aux différentes conditions rigoureuses de l’espace (températures, radiations) et des conséquences peuvent être tirées sur la théorie de la panspermie19.

  • 20 L’astrobiologie est un domaine scientifique identique à l’exobiologie, à ceci près qu’il inclut l’ (...)

35Au milieu des années quatre-vingt-dix, la NASA introduit le terme « astrobiologie ». Le programme d’exobiologie de la NASA évolue donc en un programme multidisciplinaire d’astrobiologie20 concentré sur les missions d’exploration planétaire. La NASA envisage entre autres un ambitieux programme d’exploration vers Mars qui a besoin de soutiens financiers. Ce programme, développé avec succès, débute par les lancements des missions Mars Global Surveyor et Mars PathFinder en 1996. Parallèlement, la NASA crée le NAI (NASA Astrobiology Institute) en 1998 qui réunit plusieurs centres aux États-Unis comprenant de larges collaborations internationales.

36À la fin des années quatre-vingt-dix, de nombreux pays se dotent de structures autour de l’exo/astrobiologie : la France, l’Espagne, la Grande-Bretagne, la Suède, la Russie, l’Australie, la Finlande, le Japon et le Mexique, entre autres.

  • 21 La micro-paléontologue Frances Westall en est l’actuelle présidente.

37Au niveau européen, l’EANA (European Astrobiological Network Association) est créée en 2001 avec le soutien de l’ESA et sous l’impulsion de nombreux exobiologistes de dix-sept pays européens, notamment le chimiste français André Brack qui en sera le président jusqu’en 200821. André Brack est l’une des figures importantes du développement de l’exobiologie en France. Spécialiste de la chimie prébiotique des protéines, il est le fondateur de l’équipe d’exobiologie du Centre de biophysique moléculaire d’Orléans. Il a notamment été président de la Société internationale pour l’étude sur l’origine de la vie (ISSOL) de 1996 à 1999.

L’exobiologie en France

  • 22 Rosnay (de) Joël, Les origines de la vie : de l’atome à la cellule, collection Microcosme, Édition (...)

38L’histoire de l’exobiologie en France débute dans les années soixante sur la base des recherches sur l’origine de la vie. En 1966, le biochimiste et informaticien Joël de Rosnay fait l’état de la question dans son livre Les origines de la vie : de l’atome à la cellule22. Sur le plan expérimental, le chimiste René Buvet (1930-1992) est l’un des premiers à structurer une recherche sur l’origine de la vie en laboratoire. Il est le principal organisateur de la Conférence internationale sur l’origine de la vie de Pont-à-Mousson en 1970.

  • 23 Buvet René, « Origine historique, origine physique des phénomènes de la vie », in La Biogenèse – L (...)

39Également fin théoricien, Buvet recherche dans quelle mesure des lois générales, analogues à celles mises en évidence par le chimiste et physicien Prigogine (thermodynamique des processus irréversibles, 1968), sont applicables à l’analyse des premières étapes de la formation des systèmes vivants. Il recherche une théorie synthétique de l’apparition de la vie pour avancer sur ce qu’il appelle « le problème composite de l’origine historique sur Terre et de l’origine physique des phénomènes de la vie23 ».

40Buvet a une vision optimiste sur la possibilité de vie ailleurs. Il pense que la vie sur d’autres planètes est très probable pour peu que celles-ci présentent de l’eau liquide :

  • 24 Buvet René, L’origine des êtres vivants et des processus biologiques, Masson, Collection de biolog (...)

41« L’apparition des constituants d’intérêt biologique, sinon des systèmes vivants eux-mêmes, doit donc de toute évidence être considérée maintenant comme un processus obligatoire de fait, au moins à toute périphérie planétaire dotée de conditions telles que l’eau liquide y existe »24.

  • 25 Raulin-Cerceau Florence, Bilodeau Bénédicte, Les origines de la vie, histoire des idées, Éditions (...)
  • 26 Le Laboratoire de physico-chimie de l’environnement (LPCE) sera intégré en 1993 dans une structure (...)

42Le Laboratoire d’énergétique électrochimique et biochimique (Université Paris-Val de Marne) de René Buvet est orienté vers l’origine de la vie, mais les jeunes chercheurs de l’époque, notamment le chimiste François Raulin, prennent de plus en plus en compte la recherche spatiale en plein développement. À côté du laboratoire de Buvet, le Laboratoire de physico-chimie de l’environnement, dirigé par le chimiste Gérard Toupance, développe dans ces années-là des montages expérimentaux de simulation de l’environnement primitif terrestre25. Au sein de ce laboratoire26, François Raulin va mettre en place une équipe d’exobiologie (intitulée « physico-chimie organique spatiale ») qui prendra de l’ampleur en quelques décennies. Toupance, quant à lui, démarre des expériences de simulation sur les atmosphères planétaires, notamment sur l’atmosphère primitive terrestre.

  • 27 Mairet Philippe, Mangane Laurent, « Hommage au professeur Hubert Planel », in La Lettre 3AF (Assoc (...)

43Parallèlement aux bases posées en laboratoire, des expériences d’irradiation en orbite basse sont développées par le CNES (Centre national d’études spatiales) sous l’égide du médecin Hubert Planel. Ce dernier travaille sur la biologie spatiale et les effets des rayonnements ionisants sur le matériel biologique. Ses travaux sur le rayonnement cosmique seront pris en compte lors de la conception de vaisseaux spatiaux habités27. Il poursuivra sa collaboration avec le CNES de 1971 à 1988 en tant que membre du Comité des programmes scientifiques. De leur côté, Toupance et Raulin proposent, dès la mi-1970, des expériences au sol et embarquées, dans le cadre de la thématique de biologie spatiale dirigée par Planel. Dans le même temps, la thématique exobiologie est reconnue par le CNES du fait des expériences en orbite terrestre menées par ces chercheurs. Elle fait alors partie du domaine des sciences de la vie et sera intégrée au domaine de l’exploration de l’univers dans les années quatre-vingt.

  • 28 Muriel Gargaud est l’actuelle présidente de la SFE.

44Le développement de l’exobiologie en France doit beaucoup au soutien, dans les années quatre-vingt-dix, du CNES et du CNRS. Le premier colloque national d’exobiologie, qui s’est tenu à Roscoff, est organisé en 1997. De même, le Groupe de recherches (GDR) exobio du CNRS est créé en 1999 avec l’appui du CNES et du Département sciences de l’univers du CNRS. Le GDR, dirigé jusqu’en 2006 par François Raulin, et qui concernait environ cinquante laboratoires, a permis de fédérer des équipes de recherches, de promouvoir et coordonner le développement de l’exobiologie en France. Après la disparition du GDR en 2008, François Raulin crée la Société française d’exobiologie (SFE) en mai 2009, société savante regroupant l’ensemble des chercheurs français sur la discipline, qu’il préside28 jusqu’en 2013. André Brack et François Raulin sont considérés comme les fondateurs de l’exobiologie en France.

Les différentes approches

  • 29 Brack André, Et la matière devint vivante, Collection Le collège de la cité, Éditions Le Pommier, (...)

45Comme nous venons de le voir, une des voies pour aborder l’exobiologie consiste à s’intéresser à l’origine de la vie sur Terre. Afin de comprendre si une autre vie existe dans l’univers, il faut en effet déjà comprendre comment la vie est apparue puis a évolué sur notre planète. C’est le seul exemple dont nous disposons à ce jour et la vie terrestre sert de référence. La vie sur Terre est l’aboutissement d’une longue évolution chimique de composés organiques carbonés en présence d’eau liquide et sous flux d’énergie, qui a eu lieu pendant les premiers millions d’années de notre jeune planète29. L’étude de l’environnement de la Terre primitive, celle de la chimie prébiotique qui s’y est déroulée ainsi que des premiers systèmes vivants, permet alors de mieux comprendre le phénomène plus général « origine de la vie ».

46A-t-il pu se reproduire ailleurs ? Est-il universel, voire inéluctable si les conditions s’y prêtent ? Comment définir la vie ? La nature du vivant est-elle la même partout ? Toutes ces questions sont reliées aux recherches sur l’origine de la vie et nécessitent la collaboration d’une vaste communauté de chercheurs.

47Une autre voie d’approche est l’exploration du système solaire et de ses corps d’intérêt exobiologique. Pour vérifier certaines hypothèses, il est nécessaire de les replacer dans un environnement concret. Les mesures in situ réalisées autour ou à la surface d’autres planètes, de satellites de planètes, de comètes, fournissent des données cruciales sur la chimie organique et son évolution dans des environnements extraterrestres. L‘étude des structures et processus impliqués dans cette chimie permet de mieux comprendre la complexification de la matière dans l’univers, ce qui est essentiel pour tenter d’expliquer les premières étapes de l’origine de la vie. Certains corps planétaires présentent des similarités avec l’environnement supposé de la Terre primitive. L’exploration in situ est d’une importance capitale car les conditions de la Terre primitive ont aujourd’hui disparu. Elle est également bien entendu cruciale pour la recherche de la vie dans des environnements autres que terrestres. Parmi les missions d’intérêt exobiologique, plusieurs d’entre elles ont déjà fourni beaucoup de données : Cassini-Huygens (Titan), Rosetta (Churyumov-Gerasimenko), Mars Science Laboratory (Mars). D’autres sont en préparation : ExoMars, Mars Science Laboratory 2020, Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE), et vont apporter une moisson d’informations dans les années à venir.

48Certains corps planétaires, dans le système solaire, offrent peut-être à leur surface (ou sous leur surface) une forme de vie bactérienne actuelle ou éteinte. Dans ce cas, la présence d’eau liquide en surface ou en profondeur est déterminante pour considérer l’éventuelle habitabilité de ces corps. Le cas de la recherche de vie microbienne et de microfossiles sur Mars, comme celle de l’exploration des océans internes des satellites des planètes géantes (Titan, Europe, Encelade), représente à ce titre d’exaltants objectifs. Corrélée à cette démarche, l’observation de la vie terrestre dans des conditions extrêmes permet quant à elle de mieux cerner les limites du vivant et ses multiples adaptations, afin de l’extrapoler à ces autres environnements planétaires.

  • 30 Les biosignatures sont les signatures spectrales de composés (ou d’ensemble de composés) caractéri (...)

49Enfin, depuis une vingtaine d’années, les découvertes d’exoplanètes ont révolutionné notre vision des systèmes planétaires. C’est la voie d’approche la plus récente de l’exobiologie par la découverte de nouvelles « terres » autour d’autres étoiles. À la date d’aujourd’hui (mars 2016) nous avons la confirmation que plus de 2000 planètes tournent autour d’autres étoiles. Certaines d’entre elles sont-elles habitables voire habitées ? Cette question n’est plus du domaine de la fiction mais bien ancrée dans la réalité scientifique. La précision toujours croissante des instruments met désormais à notre portée des planètes de la taille de la Terre, qui, pour certaines, se trouvent dans la zone habitable de leur étoile. Le prochain objectif sera bientôt la télédétection par spectroscopie de biosignatures30 autour des planètes candidates à la présence de vie.

50La branche SETI s’intéresse aussi aux exoplanètes habitables qui sont des cibles privilégiées pour l’écoute d’éventuels signaux d’intelligences extraterrestres.

Conclusion

51La construction de l’exobiologie (ou, aujourd’hui, astrobiologie) repose sur le développement parallèle de nombreux champs de recherches. L’implication des chimistes, biochimistes, biologistes moléculaires et microbiologistes, évolutionnistes, celle des géologues et micropaléontologues, planétologues et astrophysiciens, voire celle des philosophes, épistémologues et sociologues, est aujourd’hui essentielle pour l’avancée de cette discipline. Si les exobiologistes restent des spécialistes chacun dans leur discipline, ils doivent aussi être à l’écoute des autres champs de recherches : l’exo/astrobiologie est une science « globale » basée sur l’interdisciplinarité. Cette interdisciplinarité conduit à une grande richesse de voies d’approche mais également à une grande complexité dans l’analyse et la mise en commun des travaux orientés vers une même cause : l’étude de la vie dans l’univers, qu’elle soit terrestre ou extraterrestre.

  • 31 Raulin François, « De l’exobiologie à l’astrobiologie », La revue pour l’histoire du CNRS, n°23, h (...)

52Au fil des décennies, l’approche spatiale a montré combien il était nécessaire de s’appuyer sur d’autres exemples dans le système solaire. A cet égard, l’essor des missions d’exploration des corps planétaires et cométaires a ouvert la facette « recherche in situ » de l’exo/astrobiologie à une communauté scientifique de plus en plus large31.

53Enfin, le spectaculaire développement des détections d’exoplanètes a, quant à lui, élargi le débat sur la question de l’habitabilité des corps planétaires. Celle-ci, plus complexe que prévu, a montré que la grande variété des systèmes planétaires découverts à ce jour représentait un extraordinaire terrain de travail pour les années à venir.

  • 32 Brack André, « André Brack, En quête de vie extraterrestre », News, MyScienceWork, 2011. https://w (...)

54« La recherche d’une vie extraterrestre est l’obsession de l’exobiologiste.32 »

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Notes

1 Alors professeur de biologie à l’université de Stanford, et lauréat du prix Nobel de physiologie et médecine en 1958, à 33 ans, pour ses recherches en génétique.

2 Lederberg cherche notamment à tester la panspermie d’Arrhenius. La panspermie est l’ensemencement des planètes par des germes voyageant dans l’espace, généralement grâce à des météorites (lithopanspermie). Arrhenius a proposé au tout début du XXème siècle que des germes puissent voyager, de planète en planète, poussés par la pression de radiation des étoiles (radiopanspermie).

3 Lederberg Joshua, Cowie Dean B., « Moon Dust », Science 127, June 27, 1958, p. 1473-75.

4 Lederberg Joshua, « Exobiology: Approaches to Life beyond the Earth », Science 132, issue 3424, August 12, 1960, p. 393-400.

5 « Exobiology is not more fantastic than the realization of space travel itself ».

6 op. cit. note 4

7 « A production of amino acids under possible primitive Earth conditions ». 

8 Miller Stanley, « A production of amino acids under possible primitive Earth conditions », Science, New Series, 117, issue 3046, May 15, 1953, p. 528-529.

9 Oparin Alexander I., The Origin of Life, Macmillan, New York, 1938, 304p.

10 “One terrestrial microorganism reproducing as slowly as once a month on Mars, without other ecological limitations, in less than a decade would result in a microbial population of the Martian soil comparable to the Earth.” (Sagan et al, 1968)

11 Sagan Carl, Levinthal Elliott C., Lederberg Joshua, « Contamination of Mars », Science 159, March 15, 1968, p. 1191–1196.

12 Cocconi Giuseppe, Morrison Philip, « Searching for Interstellar Communications », Nature 184, 1959, p. 844-846.

13 Orgel Leslie E., « Evolution of the genetic apparatus », Journal of Molecular Biology 38, 1968, p. 381–393.

14 Sanchez Robert, Ferris J.P., Orgel L.E., « Conditions for Purine synthesis: Did Prebiotic Synthesis occur at low temperatures? » Science 153, 1966, p.72-73.

15 Oró John, Kimball A.P., « Synthesis of purines under possible primitive earth conditions, Adenine from Hydrogen cyanide », Archives of Biochemistry and Biophysics 94, 1961, p. 217-227.

16 Oró John, Gibert J., Lichtensteink H., Wikstrom S., Flory D.A., « Amino acids, aliphatic and aromatic hydrocarbons in the Murchison meteorite », Nature 230, 1971, p. 105-106.

17 Ponnamperuma Cyril, Mack Ruth, « Nucleotide synthesis under possible primitive Earth conditions », Science 143, 1965, p. 1221-1223.

18 Raulin-Cerceau Florence, Bilodeau Bénédicte, D’autres planètes habitées dans l’univers ?, Éditions Ellipses, Paris, 2011, 224 p.

19 En l’occurrence celle de la lithopanspermie : les germes sont véhiculés dans l’espace sur (ou dans) un support rocheux.

20 L’astrobiologie est un domaine scientifique identique à l’exobiologie, à ceci près qu’il inclut l’étude du futur de la vie dans l’univers.

21 La micro-paléontologue Frances Westall en est l’actuelle présidente.

22 Rosnay (de) Joël, Les origines de la vie : de l’atome à la cellule, collection Microcosme, Éditions du Seuil, Paris, 1966, 335 p.

23 Buvet René, « Origine historique, origine physique des phénomènes de la vie », in La Biogenèse – La recherche chimique en France, numéro spécial annuel de Physique et chimie, ESPCI, Paris, 1967.

24 Buvet René, L’origine des êtres vivants et des processus biologiques, Masson, Collection de biologie évolutive, Paris, 1974, 136p.

25 Raulin-Cerceau Florence, Bilodeau Bénédicte, Les origines de la vie, histoire des idées, Éditions Ellipses, Paris, 2009, 303 p.

26 Le Laboratoire de physico-chimie de l’environnement (LPCE) sera intégré en 1993 dans une structure CNRS plus large baptisée Lisa, Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques.

27 Mairet Philippe, Mangane Laurent, « Hommage au professeur Hubert Planel », in La Lettre 3AF (Association aéronautique astronautique de France), n°5, mai-juin 2010, p. 10-12.

28 Muriel Gargaud est l’actuelle présidente de la SFE.

29 Brack André, Et la matière devint vivante, Collection Le collège de la cité, Éditions Le Pommier, Paris, 2004, 64 p.

30 Les biosignatures sont les signatures spectrales de composés (ou d’ensemble de composés) caractérisant la présence du vivant à la surface d’un corps planétaire.

31 Raulin François, « De l’exobiologie à l’astrobiologie », La revue pour l’histoire du CNRS, n°23, hiver 2008, p. 32-37.

32 Brack André, « André Brack, En quête de vie extraterrestre », News, MyScienceWork, 2011. https://www.mysciencework.com/news/3763/andre-brack-en-quete-de-vie-extraterrestre

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Pour citer cet article

Référence papier

Florence Raulin-Cerceau, « Histoire de l'exobiologie »Histoire de la recherche contemporaine, Tome V - N°1 | 2016, 42-51.

Référence électronique

Florence Raulin-Cerceau, « Histoire de l'exobiologie »Histoire de la recherche contemporaine [En ligne], Tome V - N°1 | 2016, mis en ligne le 15 juin 2018, consulté le 22 mars 2023. URL : http://journals.openedition.org/hrc/1238 ; DOI : https://doi.org/10.4000/hrc.1238

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Auteur

Florence Raulin-Cerceau

Astronome de formation, Florence Raulin-Cerceau est maître de conférences au Muséum national d’histoire naturelle. Ses recherches au Centre Alexandre Koyré (UMR 8560 CNRS/EHESS/MNHN) portent sur l’histoire de l’exo/astrobiologie, avec un intérêt particulier à SETI et à l’habitabilité des planètes.

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