Mars, un sérieux
candidat pour une vie passée
mis à jour
le 8/11/2008
ON LINE: site très complet et accessible sur cette planète et son actualité.
Il ne fait guère de doute que Mars ait eu, dans le passé, un climat chaud et humide, favorable à l'apparition de la vie (1). En effet, de nombreuses structures géologiques identifiées sur cette planète sont dues à l'action de l'eau liquide (2) et montrent l'existence par le passé d'une atmosphère dense. Les mesures altimétriques réalisées par la sonde Mars Global Surveyor montrent qu'il a probablement existé un océan dans l'hémisphère nord de cette planète (6), voici 3,8 milliards d'années environ. De plus, des modifications actuelles du relief martien repérées par Mars Global Surveyor semblent bien, être dues à la présence d'eau liquide sur Mars, sous la forme de terrains humides imbibés d'eau ou de résurgences extrêmement passagères, âgées "seulement" de quelques milliers d'années... Cela apporte cependant confirmation à la présence de grande quantité d'eau sur cette planète (7).
En décembre 2000, l'équipe de D.Malin, analysant les images retranscrites par la sonde Mars Global surveyor, a identifié des roches sédimentaires (8) à l'ouest de Candor chasma, dans valles marineris. D'autres régions (Hellas, terra meridiani, Arabia terra) ont également montré ces formations, particulièrement nettes au niveau du sud du cratère Holden, ce qui suggère fortement que Mars a été pendant assez longtemps riche en lacs et mers peu profonds, et qu'un cycle de l'eau a pu s'y développer. A l'appui de cette hypothèse, deux scientifiques français, Carine Bidaut et Bruno Fectay, ont annoncé le 12 juin 2001 avoir identifié sur une nouvelle météorite d'origine martienne (NWA 817) les traces de la présence d'eau dans les profondeurs de cette planète. Il va de soit que les traces d'une vie fossile de Mars pourraient être recherchées en priorité dans ces régions. Il ne faut pas cependant négliger la possibilité de formes de vies bactériennes, nanobiennes, toujours actives dans les profondeurs rocheuses de la planète.
L'eau sur Mars a été détectée, sous forme de glace, même en dehors des régions polaires, comme le montre la magnifique vue d'un cratère de 35 Km obtenue par mars-express (vue ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)) :
La vie a pu se développer sur Mars, comme elle le faisait sur Terre à la même époque. Cependant, l'eau n'a sans doute pas été présente assez longtemps pour permettre le développement de formes de vies pluricellulaires: seules des traces de vie microbiennes y sont sans doute décelables. ,Il n'est pas impossible que pour échapper à l'assèchement progressif de leur milieu, les "martiens" se soient enfoncés sous la surface de la planète. Des organismes extraterrestres seraient alors encore vivants, profondément enfouis dans le sol martien. Une simulation de cet environnement a montré que même des bactéries terrestres pouvaient non seulement y rester en vie, mais même, si de l'eau liquide y existe, croître et se développer (Young & al., 1964). De plus, l'analyse de photographies de la sonde Mars Global suveyor a mis en évidence des formations qui indiqueraient l'existence profonde d'eau à l'état liquide! (M.Malin & K. Edgett, 2001) qui pourrait être le milieu de vie des éventuels micro-organismes martiens..
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En effet, la vie microbienne profonde est commune: sur Terre, plusieurs milliers de bactéries souterraines ont été isolées et identifiées. Elles vivent à des profondeurs comprises entre 4 et 7 km, sont souvent autotrophes et résistent à des
Le 13 Novembre 2003, la sonde Mars Global Suveyor à pris ce cliché montrant l'existence de formations sédimentaires sur Mars. - Photo NASA - MOC - Malin Science System.
ON LINE: video reconstituée de la région
Outre les bactéries "classiques", la récente et encore controversée découverte des nanobes donne encore plus de poids à cette idée d'une vie "intra-martienne". Cette vie microbienne profonde existant sur Terre, elle est donc possible également sur Mars (et ce d'autant plus que la température interne de cette planète, et donc son échauffement en fonction de la profondeur, est plus faible que sur Terre).
En 1996, l'analyse d'une météorite d'origine martienne, ALH 84001 (3) a montré l'existence de matière organique martienne. Des microstructures observées dans cette météorite ont été identifiées comme des microfossiles bactériens, première preuve directe de l'existence d'une vie sur Mars. Cependant, l'interprétation de ces structures est ardue, et d'autres hypothèses non biologiques peuvent expliquer leur formation (4). Le 20 décembre 2000, des cristaux de magnétite ont été identifiés dans ALH84001, qui ressemblent comme des frères à ceux élaborés sur Terre par des bactéries, et elles seules. Toutefois, un examen minutieux de ces cristaux ne permet pas de conclure indubitablement à leur origine biologique, malgré quelques indices allant en ce sens (Weiss & al., 2004).
Une autre météorite d'origine martienne, EETA 79001, a libéré après chauffage du dioxyde de carbone enrichi en C12. Cet enrichissement isotopique est, lorsqu'il est détecté sur Terre, interprété comme étant d'origine biologique ...
Si aucun de ces indices n'est suffisant à lui seul pour affirmer l'existence d'une vie ancienne sur Mars, L'ensemble des faits démontre que la probabilité d'une ancienne vie microbienne martienne croît de mois en mois...
Pour la caractériser, Grady & Wright (2006) proposent de se focaliser sur le carbone martien. Sur Terre, les divers cycles du C font intervenir la biosphère, la tectonique et le volcanisme.
Mars ne montrant plus de signes de tectonique ou de volcanisme actif, et ne possédant pas (ou peu) de biosphère, les études des composés carbonés martiens (comme le méthane...) peuvent monter l’existence, passée ou présente, d’une biosphère sur cette planète. Pour le moment, seules les météorites martiennes permettent directement cette étude.
Une nouvelle confirmation de l'intérêt de l'étude des météorites martiennes est apportée par l'étude de la météorite Nakhla dont l'intérieur révèle des composés carbonés similaires à ceux élaborés sur Terre par des bactéries vivant dans les terrains volcaniques. L'intérêt de cette étude (17,18) est qu'il ne s'agit pas ici d'une météorite restée des milliers d'années sur Terre, et donc potentiellement contaminée, mais d'un objet ramassé après sa chute en Égypte en 1911! De plus, les isotopes du C présents confirment l’origine extraterrestre des structures carbonées identifiées.
L'apport des missions récentes: Les Mars Rover & Mars Express
Le magnifique travail accompli par les deux Rovers Spirit et Opportunity permet d'espérer de rapides progrès au sujet de la vie martienne. Dans tous les cas, il est maintenant établi que Mars a autrefois été un monde riche en eau, cette dernière ayant été directement observée sous forme de glace au pôle Sud de la planète par la sonde Mars express .
L'étude des résultats des rovers a tout d'abord laissé pensé que Mars avait été longtemps recouverte de grandes quantités d'eau, mais cet espoir a été tout déçu par l'étude des minéraux formés: tous sont des sulfates (on cherche vainement les carbonates analogues à nos calcaires terrestres), ce qui implique un milieu liquide fortement acide pour leur formation: de prime abord, des lacs d'acides semblent peu propices à la vie (encore que, même sur terre, nombre de bactéries nous montrent le contraire) mais les résultats de Spirit & Opportunity ont été utilement complétés par l'étude à grande échelle de la planète, menée par la sonde Mars express et son spectromètre Omega: cet instrument a détecte de grandes étendues de sédiments argileux formés très tôt dans l'histoire de la planète (12, 13), ce qui implique l'existence de grandes étendues d'eau comparable à nos océans à l'époque précise où la vie est apparue sur Terre !
En schématisant fortement, on pourrait distingue ainsi 3 époques dans l'histoire martienne:
1 - une petite Terre, avec des océans et de la sédimentation, et peut-être l'apparition de la vie (éventuellement transférée sur Terre)
2 - un assèchement progressif, avec une forte activité volcanique qui provoque de fortes pluies acides détruisant les carbonates formés, et intensifiant l'effet de serre par formation de CO2
3 - la perte de l'atmosphère avec refroidissement qui fige l'eau sous forme de glaces, parfois à faible profondeur, comme les montrent les premiers résultats de l'instrument MARSIS. Les dernières étendues d'eau de Mars ont gelé pui se sont sublimées, mais il demeure, à l'équateur martien (5°N, 150° E) les restes d'une mer gelée dont la surface est recouverte de poussière. D'après Murray & al. (15), utilisant la camera stereo haute résolution de Mars express, cette mer mesure 800 x 900 km et 45 m de profondeur (ce qui correspond, sur Terre, à la mer du Nord) et se serait figée il y a 3 à 7 millions d'années seulement.
Sulfates martiens
Il apparait de plus en plus que l’histoire martienne a été façonnée par l’eau liquide. (Mars express, Rovers)
L’instrument OMEGA (imageur visible et proche IR) a cartographié la distribution des silicates, sulfates et d’autres minéraux hydratés martiens. Plusieurs traces d’une altération tardive par l’eau ont été relevées. Beaucoup de terrains contiennent des sulfates hydratés comprenant une grande quantité d’eau liée aux roches. Ces minéraux ont été altérés par l’eau au cours de leur histoire. Toutefois, la plupart de ces matériaux composent les terrains les plus anciens de Mars. La calotte polaire N contient elle aussi de la glace assez propre, qui se sublime durant l’été martien (Science 1574, vol.307, 11 Mars 2005).
Des minéraux comme la kiesérite ((MgSO4,H2O), le gypse (CaSO4-12H2O), la bassanite (2CaSO4, H2O) et les sulfates hydratés (Epsomite -MgSO4-17H2O), copiapite Fe2•Fe43•(SO4)6 (OH)2 20 H2O ou l'halotrichite Fe2•Al2(SO4)4 22H2O.) confirment le passé aqueux de Mars. Ces dépôts sont associés à des terrains stratifiés (tableau) dans Valles Marineris, Margaritifer Terra, et Terra Meridiani.
La kiesérite contient de l’eau, mais se transforme de façon non réversible si elle est hydratée de nouveau après formation: les régions où l’on en trouve ne semble donc pas avoir connu de cycle de dessication / réhydratation.
Les strates sulfatées et hydratées correspondent à des terrains profonds, parfois dénudés par l’érosion éolienne, et leur formation correspond aux époques du Noachien et de l'Hespéridien.
La formation des sulfates pourrait correspondre, dans un premier temps, à l’établissement de strates par dépôts volcaniques ou éoliens, puis altération secondaire de ces dépôts par des pluies acides ou une circulation sou”terraine” acide (hydrothermie), à l’époque de l’ouverture de Valles marineris. En effet, tous les dépôts sulfatés ne peuvent être d’origine lacustre ou lagunaire, car leurs dépôts sont de nos jours à des altitudes très différentes. Les terrains mis en place ont pu ensuite subir des altérations par les pluies acides ou des gaz volcaniques (Sulfates in Martian Layered Terrains: The OMEGA/Mars Express View. A Gendrin, N Mangold, J-P Bibring, Y Langevin, B Gondet, F Poulet, G Bonello, C Quantin, J Mustard, R Arvidson, S LeMoue. Science 1574, vol.307, 11 Mars 2005).
Sulfates in the North Polar Region of Mars Detected by OMEGA/Mars Express
Yves Langevin,* Francois Poulet, Jean-Pierre Bibring, Brigitte Gondet
Les régions circumpolaires N (dépôts stratifiés de glace et de poussière, dunes sombres constituées d’agrégats de particules micrométriques) présentent des terrains riches en sulfates calcifiés (gypse (CaSO4- 12H2O), et non bassanite comme sur les terrains de plus basse latitude. Ces terrains sont, par exemple, les dunes noires d’Olympia Planitia. L’altération par l’eau a donc joué en grand rôle dans la mise en place de ces minéraux.
Les dunes noires se seraient formées par altération locale (pas de transport atmosphérique ou océanique). La formation des sulfates de Ca nécessite des réactions entre l’eau et le pyroxène (ou les feldspaths) dans un milieu riche en sulfures d’origine éventuellement volcanique (H2S, SO2). La formation de ces terrains pourrait être liée à des réactions entre de la neige acide et des basaltes pendant un épisode volcanique, à des inondations massives par des eaux riches en sel (avant formation des calottes polaires) alors que l’obliquité de la planète était plus accentue qu’aujourd’hui (autour de 45°). La présence d’anciens océans n’est donc pas à exclure, tout comme leur résurgence au cours de l’histoire martienne...
Ce spectre, pris par Spirit dans les
Columbia Hills sur le rocher "Clovis", montre la
présence (pics jaunes) de goethite, un minéral hydraté
confirmant l'intervention de l'eau dans le passé de
cette région martienne.
Toutefois, des travaux visant à
reconstituer la composition ionique des anciens lacs
martiens, basés sur leur minéralogie actuelle, indiquent
toutefois que leur teneur en matériaux dissous a été bien
supérieure à celle tolérée par aucun organisme vivant
terrien connu (Tosca & al., 2008).
En définitive, seule une mission sur Mars avec prélèvement d'échantillons profonds pourra lever le doute sur l'existence d'une ancienne vie martienne. La mission Mars Sample Return prévoit un retour d'échantillon en 2008, mais le prélèvement, à mon sens, ne sera pas assez profond. (Il faudrait forer à plus de 10m pour dépasser la limite de diffusion des peroxydes d'hydrogène (4) qui détruisent la matière organique). Toutefois, Il est à noter que le rayonnement UV auquel Mars est soumis du fait de la faible épaisseur de son atmosphère ne constitue pas un facteur qui limite les possibilités de vie sur cette planète (5).
Des structures similaires ayant été identifiées dans les déserts terrestres, les géologues ont penché pour une origine exclusivement minérale de ces formations. Ils avaient raison (et je me suis trompé !): le spectre mossbauer ci-dessous, comparant deux régions, l'une riche en sphérules et l'autre n'en contenant pas, fait apparaitre qu'elles sont constituées d'hématite, un minéral qui présente toutefois l'intérêt de ne se former qu'en présence d'eau...
Courant Juillet 2004, 3 équipes de recherche (V. Formisano, qui exploite l'instrument PFS de la sonde Mars Express; M. Mumma, de la NASA et V. Krasnopolsky de l' université de Washington) ont annoncé la découverte de méthane dans l'atmosphère martienne (9). Le 19 avril 2005, L'équipe de M Mumma a confirmé la détection de méthane martien depuis le sol terrestre, avec les instruments IR des observatoires du Mauna Kea et du Cerro Pachón - telescopes Gemini (10). La présence de méthane a été mise en évidence au niveau de plusieurs zones équatoriales de la planète, ce qui serait un bon indice en faveur de la vie: ces zones sont les plus "chaudes" et donc plus propres à une activité microbienne proche de la surface, alors que le volcanisme martien ne semble pas concentré dans les zones équatoriales...
Le méthane ne pouvant perdurer que 400 ans dans l'atmosphère martienne, il est obligatoirement récent, ce qui signifie soit que Mars possède une activité géologique insoupçonnée, soit que ce gaz est d'origine biologique, produit par des bactéries (comme c'est le cas sur Terre....). La course est lancée pour détecter des indices permettant de différencier une origine géologique ou biologique. La détection d'ammoniac, par exemple, serait un indice puissant en faveur d'une activité biologique sur Mars.
La découverte de "bouffées" de méthane, se dissipant en moins d'une année et d'une concentration évoluant très rapidement (60 pp milliard) laisse penser que la production de méthane martien est, de plusieurs ordres de grandeurs, plus rapide que prévu (19), ce qui renforce l'hypothèse d'une origine microbienne.
Il apparait également que la découverte de souches bactériennes résistantes à l'eau oxygénée utilisée pour stériliser les sondes spatiales martiennes implique que, selon toute probabilité, des bactéries terrestres ont accompagné nos sondes et vivent, en ce moment même, dans les structures de Spirit, Opportunity, Mars polar Lander et autres Sojourners... La vie (terrestre!) existe sur Mars!
Quelques références:
1 - Kargel & al. Pour la Science - 01/1997 - 36-44
2 - Baker & al. Nature 352 - 15/08/1991 - 589-594
3 - Mc Kay & al. Science 273 - 924 - 1996
4 - Kerr. Science 282 - 1398 - 1998
5 - Cockell. Biological effects of hight UV radiation in early earth - a theoritical evaluation. J. Theor. Biol. 193 - 1998
6 - Henarejos P. Sur les sommets de Mars - Science & vie 984 (09/1999) - 60-65
7 - M.C. Malin , K.S. Edgett. Evidence for recent groundwater seepage and surface runoff on Mars - Science 288 - 2330-2335
8 - Sedimentary Mars http://science.nasa.gov/headlines/y2000/ast04dec_2.htm
9 -The search for life on Mars, Mark Peplow, Nature online, 27 July 2004; news040726-3
10 - Mumma & al., NASA Astrobiology Institute Biennial Meetin, University of Colorado, Boulder, avril 2005
11 - Krasnopolsky VA, "A sensitive search for SO2 in the martian atmosphere: Implications for seepage and origin of methane," p 487-492 v 178, Icarus, 15 Nov (online 1 Jul) 2005.
12 - ESA Science Highlights, 30 November 2005, ESA HO - Paris - équipe de JP Bribing
13 - Martian claymation - scientific american 12/2005, 14-15
14 - Kral TA, Bekkum CR, McKay CP. Growth of methanogens on a Mars soil simulant. Orig Life Evol Biosph. 2004 Dec;34(6):615-26.
15 - Murray JB, Muller JP, Neukum G, Werner SC, van Gasselt S, Hauber E, Markiewicz WJ, Head JW 3rd, Foing BH, Page D, Mitchell KL, Portyankina G; HRSC Co-Investigator Team.
Evidence from the Mars Express High Resolution Stereo Camera for a frozen sea close to Mars' equator. Nature. 2005 Mar 17;434(7031):352-6.
16 - Nicholson WL, Schuerger AC. Bacillus subtilis spore survival and expression of germination-induced bioluminescence after prolonged incubation under simulated Mars atmospheric pressure and composition: implications for planetary protection and lithopanspermia. Astrobiology. 2005 Aug; 5(4): 536-44.
17 - D.S. McKay et al., "Observation and Analysis of in situ Carbonaceous Matter in Naklah: Part I" , Lunar and Planetary Science XXXVII, 13-17 Mar 2006.
18 - E.K. Gibson et al., "Observation and Analysis of in situ Carbonaceous Matter in Naklah: Part II" , Lunar and Planetary Science XXXVII, 13-17 Mar 2006.
19 - Hand E. Plumes of methane identified on Mars. Nature news - 21/10/ 2008 | 455, 1018 (2008) | doi:10.1038/4551018a
