janvier 28, 2023

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Des scientifiques étudient les origines de la vie en simulant l’évolution cosmique

Les acides aminés constituent les millions de protéines qui animent les rouages ​​chimiques de la vie, y compris les fonctions corporelles essentielles chez les animaux. En raison de la relation entre les acides aminés et les êtres vivants, les scientifiques sont impatients de comprendre les origines de ces molécules. Après tout, les acides aminés ont peut-être aidé la vie à proliférer sur Terre après avoir été délivrés ici il y a environ 4 milliards d’années par des morceaux d’astéroïdes ou de comètes.

Mais si oui, les acides aminés ont-ils été produits à l’intérieur des astéroïdes ou des comètes ? Ou les ingrédients bruts de la vie sont-ils sortis intacts du nuage moléculaire interstellaire de glace, de gaz et de poussière qui composait notre système solaire et d’innombrables autres composants ?

Si des acides aminés se formaient dans notre système solaire, la vie pourrait être unique ici. Mais si elles provenaient d’un nuage interstellaire, ces matières premières pour la vie auraient également pu se propager à d’autres systèmes solaires.

Des scientifiques du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, ont cherché à explorer comment les acides aminés et les amines – leurs cousins ​​chimiques – se sont formés en simulant une petite évolution cosmique en laboratoire. Les chercheurs ont fabriqué des glaces comme celles des nuages ​​interstellaires, les ont soufflés avec des radiations, puis ont exposé les matériaux restants, qui comprenaient des amines et des acides aminés, à l’eau et à la chaleur pour reproduire les conditions qu’ils auraient rencontrées à l’intérieur des astéroïdes.

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a déclaré Dana Kasem, qui a travaillé sur l’expérience lorsqu’elle était étudiante postdoctorale à la NASA Goddard de 2020 à 2022. Kasem est maintenant chercheuse scientifique au Southwest Research Institute de San Antonio et auteur principal d’une étude publiée le 9 janvier dans le revue Nature. ACS Chimie de la Terre et de l’Espace.

Pour leur étude, Kasem et ses collègues ont fabriqué de la glace à partir de molécules couramment observées par les télescopes dans les nuages ​​interstellaires, telles que l’eau, le méthanol, le dioxyde de carbone et l’ammoniac. Ensuite, à l’aide de l’accélérateur de particules Van de Graaff à Goddard, ils ont zappé la glace avec des protons à haute énergie pour imiter le rayonnement cosmique que la glace subirait dans un nuage moléculaire. Le processus de rayonnement a décomposé des particules simples. Ces molécules ont été recombinées en amines et en acides aminés plus complexes, tels que l’éthylamine et la glycine. Les acides aminés sont laissés dans un résidu collant.

« Nous nous attendons à ce que ce résidu soit transféré du nuage interstellaire au disque protoplanétaire qui crée le système solaire, y compris les astéroïdes », a déclaré Kasim.

Les simulations d’astéroïdes sont venues ensuite. En immergeant les restes dans des tubes d’eau et en les chauffant à différentes températures et pendant des durées variables, les scientifiques ont reproduit les conditions à l’intérieur de certains astéroïdes il y a des milliards d’années, qu’ils appellent « hydroaltération ». Ensuite, ils ont analysé les effets de ces conditions aqueuses chaudes sur les molécules.

Ils ont découvert que les types d’acides aminés et d’acides aminés créés en laboratoire parmi les étoiles glacées, et leurs rapports, restaient constants quelles que soient les conditions des astéroïdes. Cela signifie que les amines et les acides aminés peuvent rester intacts lorsqu’ils voyagent du nuage interstellaire vers un astéroïde. Mais chaque molécule a réagi différemment aux conditions de type astéroïde en fonction de la quantité de chaleur appliquée par les chercheurs et de la durée. Les niveaux de glycine ont doublé après 7 jours de simulation d’astéroïdes, par exemple, tandis que les niveaux d’éthylamine ont à peine bougé.

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De nombreux autres scientifiques ont créé des glaces interstellaires et les ont enveloppées de rayonnement. Comme l’équipe de Goddard, ils ont également découvert que ce processus produit des amines et des acides aminés. Mais le groupe de composés produits en laboratoire ne correspond pas au groupe détecté dans les météorites. Les météorites sont des morceaux d’astéroïdes et éventuellement de comètes que les scientifiques peuvent trouver sur Terre et explorer en laboratoire.

Kassem et ses collègues ont voulu enquêter sur cette divergence, ils ont donc conçu une expérience, la première à ajouter une simulation d’astéroïde à une expérience sur la glace. Le processus a commencé avec l’idée de Christopher Mattreese, un chercheur scientifique de Goddard qui était le chercheur principal de ce projet. Materez s’est demandé si les conditions des astéroïdes étaient le chaînon manquant entre la glace interstellaire fabriquée en laboratoire et les compositions de météorites.

« Les expériences de laboratoire qui se concentrent uniquement sur le rayonnement de la glace ne capturent pas pleinement la réalité de la chimie de ces composés », a déclaré Materissi. « Donc, une partie de l’objectif de ce travail était de voir si nous pouvions combler cet écart. »

L’équipe de recherche n’a pas encore comblé l’écart. Ils ont découvert que même après avoir simulé les conditions des astéroïdes, les amines et les acides aminés qu’ils produisaient ne correspondaient toujours pas à ceux trouvés dans les météorites.

Cela peut arriver pour plusieurs raisons. Il faut faire une contamination potentielle. Étant donné que les météorites traversent l’atmosphère terrestre et passent un certain temps à la surface avant d’être capturées, leur composition chimique est susceptible de changer et de ne pas refléter pleinement les astéroïdes dont elles proviennent. Mais les scientifiques pourront s’attaquer à ce problème avec des échantillons purs de l’astéroïde Bennu, qui est actuellement transporté par le vaisseau spatial OSIRIS-REx de la NASA vers la Terre le 24 septembre 2023, pour être livré à la surface. Les scientifiques amélioreront également leurs expériences sur la glace après que le télescope spatial James Webb de la NASA aura renvoyé des informations détaillées sur les types de glace qui composent les nuages ​​moléculaires interstellaires.

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« Nous ne sommes pas encore à la fin de ce travail, et nous avons encore beaucoup à faire », a déclaré Matterici.