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Comment faire parler la nature ?

De l’azote extra-terrestre à l’origine des premières formes primitives de vie terrestre ?

13/06/2012 par Christophe Cartier dit Moulin / origine de la vie, chimie interstellaire

L’azote présent dans l’atmosphère primitive terrestre était principalement la forme moléculaire N2, très stable et impossible à fixer dans les briques élémentaires des premières formes de vie terrestre. A partir de modélisations et de nouvelles mesures expérimentales, des chercheurs viennent de démontrer que cette espèce stable représentait uniquement 10 à 20 % de l’azote interstellaire. Le principal réservoir d’azote aurait été une forme beaucoup plus réactive et photosensible : NH3. Ces travaux suggèrent qu’un apport extraterrestre de NH3 aurait eu lieu lors des tous premiers instants de la Terre.

L’azote est un des constituants de base des acides aminés du vivant. De nos jours, les bactéries présentes dans le sol sont capables de casser la source d’azote atmosphérique N2, grâce à une enzyme, pour le rendre assimilable par les autres êtres vivants. Les premières formes de vie terrestre, extrêmement primitives, ont dû elles avoir accès à de l’azote sous des formes plus réactives pour être capable de l’incorporer dans leurs chaînes protéiniques. L’azote étant également sous la forme de N2 dans l’atmosphère primitive terrestre, un apport extraterrestre est souvent proposé par le biais de pluies de poussières interplanétaires provenant de la nébuleuse proto-solaire. Jusqu’à présent, les scientifiques prédisaient que la forme majoritaire de l’azote dans le nuage moléculaire parent était également l’azote moléculaire. Un nouvel éclairage sur cette question vient d’être apporté par une nouvelle étude d’une équipe de l’université des Sciences de Bordeaux, publiée dans la revue « Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America ».

Dans les premières étapes de la formation des étoiles et des planètes on considère que la matière est constituée d’atomes et d’ions à très basse densité et à haute température, qui forment ce qu’on appelle des « nuages interstellaire diffus », que bombardent des photons très énergétiques issus des étoiles proches. Après un temps voisin de 105-106 années, la matière s’est densifiée et refroidie (-263 °C) pour former un nuage moléculaire où seuls les rayons cosmiques peuvent produire de l’ionization. La chimie de l’azote est alors dominée par les réactions exothermiques entre neutres. La formation de N2, réservoir d’azote dans ces régions, était décrite par deux mécanismes présentés ci-dessous :

N + OH —> NO + H (1) Mécanisme I N + NO —> N2 + O (2)

N + CH —> CN + H (3) Mécanisme II N + CN —> N2 + C (4)

Une nouvelle expérience mise au point récemment par l’équipe COMEX (Collisions moléculaires en Milieux EXtrêmes) de l’Institut des Sciences Moléculaires (CNRS / Université de Bordeaux) vient de démontrer que la réaction (4) est beaucoup moins rapide que prévue aux très basses températures (la même équipe avait auparavant montré que les réactions (1) (Daranlot et al. Science, 2011, 334, 1538) et (2) (Bergeat et al. PCCP, 2009, 11, 8149) étaient elles aussi moins rapides que ce qui était précédemment admis). Une équipe d’astrophysiciens du Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux (l’equipe AMOR (Astrochimie Moléculaire et ORigines des systèmes planétaires), / Université de Bordeaux) a utilisé les nouveaux taux pour simuler la formation de N2 dans les nuages interstellaires denses. Les résultats montrent que la formation de N2 est beaucoup moins efficace que dans les modèles antérieurs, puisque seulement 10 à 20 % de l’azote est sous la forme de N2 contre 60 à 70 % auparavant.

Plutôt que réagir en phase gazeuse, l’azote se collerait sur les grains où des réactions de surface d’hydrogénation formeraient NH3 qui serait alors le principal réservoir d’azote. Si, comme on le pense, une partie de la complexité moléculaire formée dans le milieu interstellaire survie à la formation de l’étoile, ces nouveaux résultats montrent qu’un apport extraterrestre de NH3, molécule beaucoup plus réactive et photosensible que N2, a pu avoir lieu sur la Terre primitive.

Référence

Julien Daranlot, Ugo Hincelin, Astrid Bergeat, Michel Costes, Jean-Christophe Loison, Valentine Wakelam, Kevin M. Hickson
Elemental nitrogen partitioning in dense interstellar clouds
P.N.A.S. , 11 juin 2012.

Source : CNRS / Bureau de presse

Contact chercheur : Kevin Hickson / Institut des sciences moléculaires (Bordeaux)

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