La vie sur Mars, controverse sur ALH84001

Philippe Gillet

ENS de Lyon - Laboratoire de Sciences de la Terre

Emmanuelle Cecchi

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

20/07/2000

Résumé

Débat sur les traces de vie observées dans les météorites provenant de Mars (météorite ALH84001) et de Vesta. De récents travaux, en particulier l'étude d'échantillons de la météorite de Tatahouine récoltés plus de 64 ans après son arrivée sur la Terre, montre l'existence de formes minérales similaires à celles d'ALH84001 et démontrent l'origine biologique terrestre de ces structures.


En août 1996, une équipe de la NASA annonce la découverte de traces fossiles de vie dans une météorite d'origine martienne (ALH84001), récoltée en 1984 dans les glaces de l'Antarctique. Les données isotopiques et l'âge d'irradiation permettent de dire qu'après un voyage de 16 millions d'années dans l'espace, elle aurait séjourné en Antarctique durant 13000 ans.

Quelle est l'origine de la météorite ALH84001 ?

Y-a-t-il des indices de vie sur la météorite martienne ALH84001. Si oui, quels sont-ils?

Quel est l'intérêt d'étudier la météorite de Tatahouine?

Figure 1. Météorite ALH84001

Météorite ALH84001

Origine de la météorite ALH84001

La plupart des météorites qui tombent sur Terre proviennent de la ceinture d'astéroïdes située entre Mars et Jupiter. D'autres météorites, plus rares, proviennent de planètes ou corps différenciés comme la Lune ou Mars à la suite d'un choc avec de gros astéroïdes.

Une quinzaine de météorites ramassées sur Terre, dites SNC (premières lettres de 3 météorites martiennes : Shergotty (tombée en Inde), Nakhla (tombée en Egypte) et Chassigny (tombée en France)), viendrait de Mars.

Figure 2. Quelques corps de la ceinture d'astéroïdes

Quelques corps de la ceinture d'astéroïdes


Photographies d'astéroïdes et représentation de leur collision avec Mars:

Les arguments qui permettent de dire qu'elles viennent de Mars sont les suivants:


  1. Elles toutes une composition en isotopes stables de l'oxygène (δ17O et δ18O) caractéristique et différente de toutes les autres classes météorites
  2. Elles ont cristallisées à partir de magmas, il y a environ 1 milliards d'années pour la plupart d'entre elles (à l'exception de ALH84001 qui a un âge de cristallisation d'environ 4,4 Ga). Elles viennent donc d'un corps qui avait une activité magmatique à ces époques là. Les seules planètes candidates sont à priori Vénus et Mars. La gravité de Vénus semblent d'après les calculs ne pas permettre l'expulsion de blocs rocheux lors d'impact à sa surface. Reste donc Mars.
  3. Le dernier argument concerne la composition des gaz inclus dans les minéraux de ces météorites. Ils ont une composition identique à celle de l'atmosphère martienne mesurée par les sondes Viking en 1976 (corrélation de 1 sur le graphique ci-contre).

Il faut cependant garder à l'esprit que ces arguments sont indirects... Rien ne permet à l'heure actuelle d'être sûr de la provenance martienne de ALH84001.

Indices de vie sur la météorite ALH84001

Les indices de vie les plus convaincants sont les suivants:

  1. On note la présence, dans des fissures de la météorite, de carbonates dont la surface est tapissée de molécules organiques simples (hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)).
  2. Associés à ces carbonates, on trouve des nanocristaux de magnétite (Fe3O4) et de sulfures de fer qui ressemblent à ceux synthétisés par des bactéries terrestres dites magnétotactiques.
  3. Ces carbonates dont la formation date d'environ 4 Ga (datation Rb/Sr et Pb/Pb) se sont formés sur le corps parent d' ALH84001. La zonation chimique de ces carbonates en éléments majeurs (Mg, Ca) est probablement associée à la circulation de fluides hydrothermaux martiens dans les fissures. Les carbonates d'ALH84001 présentent une variabilité de composition chimique associée à une croissance concentrique. Une telle variabilité indique des changements dans les conditions d'oxydo-réduction peu fréquent dans le monde minéral.
  4. À la surface des carbonates, des structures allongées de quelques dizaines à quelques centaines de manomètres de long sont observées. D'après les chercheurs de la NASA, ces structures pourraient être des fossiles de bactéries.

En 1996, on ne connaissait pas de forme de vie de si petite taille sur Terre et cela a suscité un nombre important de polémiques sur l'interprétation de ces formes.

On peut donc dire que les preuves d'une vie passée sur Mars déduites de l'étude d'ALH84001 sont ténues. Ces preuves ont été fortement remises en question par des travaux plus récents...

Figure 6. Comparaison de cristaux de magnétite de la météorite ALH84001 et de magnétite terrestre

Comparaison de cristaux de magnétite de la météorite ALH84001 et de magnétite terrestre

À gauche: cristaux de magnétite visibles sur la météorite martienne ALH84001. À droite: cristaux de magnétite terrestre d'origine bactérienne.




Étude de la météorite de Tatahouine


Dans la nuit du 27 juin 1931, les habitants de Tatahouine, base militaire française en Tunisie, sont réveillés par un fort grondement, accompagne d'une lueur intense durant une demi-minute. Après quelques recherches, les militaires français découvrent le lendemain des fragments d'une roche curieuse dont les spécialistes reconnaissent l'origine extraterrestre. Ils en expédient quelques morceaux au Muséum National d'Histoire Naturelle de Paris.

En 1994, Alain Carion, un collectionneur éclairé, retourne sur le site d'impact et récolte de nouveaux fragments de la météorite.

Nous avions donc à notre disposition deux types d'échantillon : des échantillons prélevés rapidement et mis à l'écart de l'altération terrestre et des échantillons ayant subit les effets d'un séjour de 64 ans dans un environnement désertique.

Tatahouine, un fragment de l'astéroïde Vesta


Tatahouine pourrait être un fragment d'un objet particulier de 500 km de diamètre, Vesta, situé dans la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter.

Tatahouine appartient à la famille des diogénites qui ont en commun une signature isotopique en oxygène caractéristique, différente des SNC et des autres météorites. C'est une roche magmatique essentiellement formée d'orthopyroxènes (comme ALH84001!) .Sa signature spectrale (sa couleur) est similaire à celle bien spécifique de Vesta.

Des agrégats de carbonates comme sur ALH84001 !

Figure 11. Carbonates à la surface de la météorite de Tatahouine

Carbonates à la surface de la météorite de Tatahouine

En examinant au microscope électronique des échantillons collectés en 1994, nous avons eu la surprise de découvrir à l'intérieur de certaines fractures des agrégats de microcristaux de calcite à la surface des grains de pyroxène.

Cette association minéralogique est en tout point comparable à celle observée sur ALH84001. Ces carbonates sont absents dans les échantillons collectés en 1931. Les compositions isotopiques en oxygène et en carbone de ces carbonates sont quasi-identiques à celles des carbonates du sol où la roche a séjourné. Cela montre qu'ils résultent de la circulation d'un fluide terrestre.

Des indices de vie comme sur ALH84001 !

Figure 12. MEB de la surface de l'échantillon collecté en 1994

MEB de la surface de l'échantillon collecté en 1994

Figure 13. MET de la surface de l'échantillon collecté en 1994

MET de la surface de l'échantillon collecté en 1994

Images microscopiques (MEB et MET) de l'échantillon de la météorite de Tatahouine récoltés en 1994:

A la surface des carbonates, des images de microscopie électronique à fort grossissement révèlent la présence de formes allongées de diamètre 50 à 70 nm et de longueur de 200 à 600 nm. On y observe aussi des formes ovoïdes de 100 à 200 nm de diamètre. Ces objets ressemblent à s'y méprendre à des bactéries. Sur leurs parois, on note la présence de cristaux de NaCl.

Les analyses chimiques montrent que ces formes sont constituées de C,N,O. Les clichés de diffraction électronique montrent que ce ne sont pas des minéraux.

La démonstration des biologistes

Figure 14. MEB de la culture biologique à partir de fragments de Tatahouine

MEB de la culture biologique à partir de fragments de Tatahouine

Figure 15. MET de la culture biologique à partir de fragments de Tatahouine

MET de la culture biologique à partir de fragments de Tatahouine

Images microscopiques (MEB et MET) des cultures biologiques effectuées à partir des fragments de la météorite de Tatahouine:

Pour démontrer l'origine biologique de ces formes, nous avons entrepris des cultures biologiques de morceaux altérés de la météorite de Tatahouine en collaboration avec des microbiologistes du CEA de Cadarache.

Après plusieurs mois de travail, ces derniers ont réussi à cultiver des bactéries de très petites tailles, de formes (allongées et ovoïdes) tout à fait similaires à celles observées sur les fragments de la météorite, mais de taille significativement plus grande.

Conclusion

L'étude de Tatahouine montre que l'altération terrestre est un processus rapide qui peut modifier de manière significative la composition chimique, minéralogique et biologique d'une météorite qui tombe sur Terre.

D'autre part, l'exemple de cette météorite montre que des formes bactériennes de l'ordre de 100 nm peuvent être associées à de l'activité bactérienne. Les bactéries cultivées à partir des morceaux de la météorite de Tatahouine (et les formes supposées bactériennes de ALH84001...) sont en dessous de la taille limite calculée par un bon nombre de biologistes avertis et en dessous de laquelle le volume cellulaire est trop faible pour contenir la machinerie métabolique de base (ADN, ribosomes, milieu cellulaire… ) pour un organisme autonome et capable de se reproduire.

En attendant des données complémentaires sur ALH84001, la météorite de Tatahouine a donc permis la découverte, pour la première fois, de formes de vie terrestre nanométriques.

Voir aussi : "bactéries martiennes ?".

Bibliographie

BARRAT, J. A.; Ph. GILLET; C. LECUYER; S. M. F. SHEPPARD and M. LESOURD, "Formation of Carbonates in the Tatahouine Meteorite" p 412-414 v 280 Science, 17 April 1998.

Ph. GILLET, J.A. BARRAT, De Mars à Tatahouine, PLS n°249 juillet 1998 p. 22-23.

Ph. GILLET, P. THOMAS, Vie sur Mars : la controverse, La Recherche, n°295, février 1997, p. 28.

Ph. GILLET, J.A. BARRAT et al., Bacteria in the Tatahouine meteorite : nanometric-scale life in rocks, Earth and Planetary Science Letters 175, 2000, p.161-167.