Exobiologie

Responsable : Frances WESTALL

Comprendre l’origine de la vie sur Terre et chercher la vie ailleurs

L’exobiologie, ou astrobiologie, est un domaine pluridisciplinaire qui s’intéresse à l’origine de la vie sur Terre et à la possibilité de vie sur d’autres corps du Système Solaire et de l’Univers. Ces recherches incluent l’origine des molécules organiques et la chimie ayant conduit à leur évolution vers des structures complexes (premières cellules, premiers systèmes génétiques). Elles incluent également l’analyse des plus anciennes traces de vie sur Terre et la détection de possibles traces de vie extraterrestre.

Les recherches au sein du groupe d’Exobiologie du Centre de Biophysique Moléculaire concernent principalement :

1) Origines des molécules prébiotiques et de l'homochiralité

Le groupe réalise des études cherchant à comprendre la formation et la stabilité des molécules organiques ayant pu contribuer à l’apparition de la vie sur Terre il y a 4 milliards d’années. Ceci inclut les molécules qui auraient pu être apportées depuis l’espace et celles qui se sont formées sur la Terre. Ainsi, le groupe a mené des expériences sur la stabilité des acides aminés dans les conditions spatiales lors des expériences EXPOSE sur la station spatiale internationale, ISS, et lors de simulations d’impacts météoritiques. Des expériences sur une large gamme de molécules d’intérêt sont également conduites en laboratoire afin de simuler les effets liés aux conditions d’irradiation ionique et photonique et à l’entrée atmosphérique. Enfin, ces travaux sont complétés par des études sur la chimie dans des conditions environnementales représentatives de la Terre primitive impliquant notamment différents types de roches et de minéraux disponibles à cette époque.

2) Les plus anciennes traces de vie

Le groupe étudie les traces de vie dans les plus anciens sédiments terrestres bien préservés (des roches de 3.5 milliards d’années d’Australie et d’Afrique du Sud) afin d’obtenir des informations détaillées sur les écosystèmes microbiens primitifs. Ces travaux permettent une meilleure connaissance de l’environnement géologique de l’époque, des métabolismes primitifs et de la préservation des biosignatures. Ces travaux se base sur une approche multi-échelles (depuis la description du contexte géologique global jusqu’à l’analyse élémentaire au sein même des structures fossiles, c’est-à-dire de l’échelle sup-kilométrique à l’échelle submillimétrique) et multimodale et implique une large gamme d’instrumentation  scientifique (microscopie, spectroscopies…).

3) Biosignatures et fossilisation artificielle

Le groupe réalise des expériences de microbiologie visant à fossiliser artificiellement des microorganismes comparables à ceux qui auraient pu exister sur la Terre primitive, mais également sur Mars ou sur d’autres corps du système solaire. Ces travaux permettent d’étudier l’évolution des biosignatures (traces de vie) lors de la diagénèse (fossilisation et métamorphisme) à l’échelle des temps géologiques. Ces résultats sont essentiels pour orienter la détection de traces de vie dans les roches anciennes et pour préparer les futures missions dédiées à la recherche de vie extraterrestre sur d’autres corps planétaires tels que Mars.

4) L’exploration spatiale et la recherche de vie sur Mars et ailleurs dans le système solaire

Le groupe d’exobiologie du CBM est fortement impliqué dans les aspects scientifiques et instrumentaux de la mission Européenne et Russe ExoMars 2020. L’actuelle directrice du groupe, Frances Westall, et l’ancien directeur du groupe, André Brack, ont coordonné la définition de cette future mission. Frances Westall dirige également les travaux dédié aux biosignatures au sein du comité de sélection du site d’atterrissage et elle est Co-PI (principal investigator) de l’instrument CLUPI et Co-I des instruments RLS, Ma_MISS et PanCam. L’ensemble du groupe est également impliqué dans la calibration scientifique et le développement de plusieurs instruments afin d’optimiser l’acquisition et l’interprétation des données d’intérêt exobiologique et géologique.

Le groupe a notamment créé la première collection mondiale de matériaux analogues utilisables pour tester les futurs instruments de vol, en particulier ceux qui seront déployés sur Mars : l’International Space Analogue Rockstore (www.isar.cnrs-orleans.fr). Cette collection contient des roches et des minéraux terrestres ayant aussi été décrits sur d’autres corps du système solaire (basaltes, argiles, sels…), ou dont l’existence y est très probable (quartz, mica, graphite…). On y trouve également des roches terrestres de l’Archéen contenant des traces de vie primitives représentatives de potentielles traces de vie martienne. En l’absence de roches martiennes sur Terre (exceptées les quelques rares et couteuses météorites martiennes), ces matériaux permettent de développer des protocoles et de tester des instruments spatiaux sur des échantillons représentatifs à moindre coût.</p<

Quelques publications récentes :

  • Dass A.V., Hickman-Lewis K., Brack A., Kee T.P. and Westall F. (2016) Stochastic Prebiotic Chemistry within Realistic Geological Systems. ChemistrySelect 1, 4906-926
  • Westall F., Foucher F., Bost N., Bertrand M., Loizeau D., Vago J. L., Kminek G., Gaboyer F., Campbell K. A., Breheret J. G., Gautret P. and Cockell, C. S. (2015) Biosignatures on Mars : What, Where, and How ? Implications for the Search for Martian Life, Astrobiology (2015) 15 (11) 998-1029 - doi : 10.1089/ast.2015.1374
  • Westall Fr., Campbell K. A., Bréhéret J. G., Foucher F., Gautret P., Hubert A., Sorieul S., Grassineau N. and Guido D. M. (2015) Archean (3.33 Ga) microbe-sediment systems were diverse and flourished in a hydrothermal context, Geology (2015) 43 (7) 615-618 - doi : 10.1130/g366461
  • Foucher F., Ammar M.-R. and Westall F. (2015) Revealing the biotic origin of silicified Precambrian carbonaceous microstructures using Raman spectroscopic mapping, a potential method for the detection of microfossils on Mars, Journal of Raman Spectroscopy 46, 873-879 - doi : 10.1002/jrs.4687
  • Bertrand M., Chabin A., Colas C., Cadène M., Chaput D., Brack A., Cottin, H. and WestallF. (2015) The AMINO experiment : exposure of amino acids in the EXPOSE-R experiment on the International Space Station and in laboratory, International Journal of Astrobiology (2015) 14 (1) 89-97 - doi : 10.1017/S1473550414000354
  • Orange F., Dupont S., Goff O., Le Bienvenu N., Disnar J.-R., Westall F. and Le Romancer M. (2014), Experimental fossilization of the Thermophilic Gram-positive Bacterium Geobacillus SP7A : A Long Duration Preservation Study, Geomicrobiology Journal (2014) 31 (7) 578-589 - doi : 10.1080/01490451.2013.860208
  • Westall F., Loizeau D., Foucher F., Bost N., Betrand M., Vago J. and Kminek G. (2013) Habitability on Mars from a microbial point of view, Astrobiology 13 (9) 887-897
  • Foucher F. and Westall F. (2013) Raman imaging of metastable opal in carbonaceous microfossils of the 700-800 Ma old Draken Formation, Astrobiology 13-1, 57-67
  • Bost N., Westall F., Ramboz C., Foucher F., Pullan D., Meunier A., Petit S., Fleischer I., Klingelhöfer G. and Vago J.L. (2013) Missions to Mars : Characterisation of Mars analogue rocks for the International Space Analogue Rockstore (ISAR), Planetary and Space Science. 82-83, 113-127
  • Westall, F. ; Cavalazzi, B. ; Lemelle, L. ; Marrocchi, Y. ; Rouzaud, J.-N. ; Simionovici, A. ; Salomé, M. ; Mostefaoui, S. ; Andreazza, C. ; Foucher, F. ; Toporski, J. ; Jauss, A. ; Thiel, V. ; Southam, G. ; MacLean, L. ; Wirick, S. ; Hofmann, A. l. ; Meibom, A. ; Robert, F. and Défarge, C. (2011) Implications of in situ calcification for photosynthesis in a 3.3 Ga-old microbial biofilm from the Barberton greenstone belt, South Africa, Earth and Planetary Science Letters 2011, 310, (3-4), 468-479