LE CHANGEMENT CLIMATIQUE A-T-IL TUÉ LA VIE AU DÉBUT DE MARS ?

Si la vie avait jamais existé sur Mars - et c'est un énorme "si" - les conditions pendant l'enfance de la planète l'auraient très probablement soutenue, selon une nouvelle étude. 

Au début de son histoire, la planète rouge aurait probablement été habitable pour les méthanogènes, des microbes qui vivent dans des habitats extrêmes sur Terre, selon l'étude qui a simulé les conditions sur un jeune Mars.

Sec et extrêmement froid, avec une atmosphère ténue, Mars d'aujourd'hui est extrêmement peu susceptible de soutenir toute forme de vie à la surface. Mais il y a 4 milliards d'années, le plus petit voisin rouge de la Terre était peut-être beaucoup plus hospitalier, selon l'étude publiée dans Nature Astronomy .

La plupart des experts de Mars conviennent que la planète a commencé avec une atmosphère beaucoup plus dense qu'elle ne l'est aujourd'hui. Riche en dioxyde de carbone et en hydrogène, il aurait probablement créé un climat tempéré qui aurait permis à l'eau de circuler et, éventuellement, à la vie microbienne de prospérer, selon Régis Ferrière, professeur au département d'écologie et de biologie évolutive de l'Université d'Arizona et l'un des deux auteurs principaux de l'article.

Les auteurs ne prétendent pas que la vie existait au début de Mars, mais si c'était le cas, dit Ferrière, "notre étude montre que sous terre, le début de Mars aurait très probablement été habitable pour les microbes méthanogènes ".

De tels microbes, qui gagnent leur vie en convertissant l'énergie chimique de leur environnement et en libérant du méthane en tant que déchet, sont connus pour exister dans des habitats extrêmes sur Terre, tels que les évents hydrothermaux le long des fissures du fond de l'océan. Là, ils soutiennent des écosystèmes entiers adaptés aux pressions écrasantes de l'eau, aux températures proches du point de congélation et à l'obscurité totale.

L'équipe de recherche a testé un scénario hypothétique d'un écosystème martien émergent en utilisant des modèles de pointe de la croûte , de l'atmosphère et du climat de Mars, couplés à un modèle écologique d'une communauté de microbes terrestres métabolisant le dioxyde de carbone et l'hydrogène.

Sur Terre, la majeure partie de l'hydrogène est liée à l'eau et n'est pas fréquemment rencontrée seule, sauf dans des environnements isolés tels que les évents hydrothermaux. Son abondance dans l'atmosphère martienne, cependant, aurait pu fournir un approvisionnement suffisant en énergie pour les microbes méthanogènes il y a environ 4 milliards d'années, à une époque où les conditions auraient été plus propices à la vie, suggèrent les auteurs. Le début de Mars aurait été très différent de ce qu'il est aujourd'hui, dit Ferrière, avec une tendance à être chaud et humide plutôt que froid et sec, grâce à de grandes concentrations d'hydrogène et de dioxyde de carbone, deux gaz à effet de serre puissants qui emprisonnent la chaleur dans l'atmosphère.

"Nous pensons que Mars était peut-être un peu plus froide que la Terre à l'époque, mais pas aussi froide qu'elle l'est maintenant, avec des températures moyennes oscillant très probablement au-dessus du point de congélation de l'eau", dit-il. "Alors que Mars actuel a été décrit comme un glaçon recouvert de poussière, nous imaginons Mars primitif comme une planète rocheuse avec une croûte poreuse, trempée dans de l'eau liquide qui a probablement formé des lacs et des rivières, peut-être même des mers ou des océans."

Cette eau aurait été extrêmement salée, ajoute-t-il, selon des mesures spectroscopiques de roches exposées à la surface martienne.

Pour simuler les conditions que les premières formes de vie auraient rencontrées sur Mars, les chercheurs ont appliqué des modèles qui prédisent les températures à la surface et dans la croûte pour une composition atmosphérique donnée. Ils ont ensuite combiné ces données avec un modèle d'écosystème qu'ils ont développé pour prédire si les populations biologiques auraient pu survivre dans leur environnement local et comment elles l'auraient affecté au fil du temps.

"Une fois que nous avons produit notre modèle, nous l'avons mis en œuvre dans la croûte martienne, au sens figuré", explique le premier auteur de l'article, Boris Sauterey, ancien postdoctorant du groupe Ferrière et aujourd'hui postdoctorant à Sorbonne Université à Paris. « Cela nous a permis d'évaluer la plausibilité d'une biosphère souterraine martienne. Et si une telle biosphère existait, comment elle aurait modifié la chimie de la croûte martienne, et comment ces processus dans la croûte auraient affecté la composition chimique de l'atmosphère.

"Notre objectif était de faire un modèle de la croûte martienne avec son mélange de roche et d'eau salée, de laisser les gaz de l'atmosphère se diffuser dans le sol et de voir si les méthanogènes pouvaient vivre avec ça", explique Ferrière, qui occupe un poste conjoint à Université Paris Sciences & Lettres à Paris. "Et la réponse est, d'une manière générale, oui, ces microbes auraient pu gagner leur vie dans la croûte terrestre."

Les chercheurs ont alors entrepris de répondre à une question intrigante : si la vie prospérait sous terre, à quelle profondeur aurait-il fallu aller pour la trouver ? L'atmosphère martienne aurait fourni l'énergie chimique dont les organismes auraient eu besoin pour prospérer, explique Sauterey, dans ce cas, de l'hydrogène et du dioxyde de carbone.

"Le problème est que même au début de Mars, il faisait encore très froid à la surface, donc les microbes auraient dû pénétrer plus profondément dans la croûte pour trouver des températures habitables", dit-il. « La question est de savoir jusqu'où la biologie doit-elle aller pour trouver le bon compromis entre la température et la disponibilité des molécules de l'atmosphère dont elles ont besoin pour se développer ? Nous avons constaté que les communautés microbiennes de nos modèles auraient été les plus heureuses dans les quelques centaines de mètres supérieurs. »

En modifiant leur modèle pour tenir compte de la façon dont les processus se produisant au-dessus et au-dessous du sol s'influencent mutuellement, ils ont pu prédire la rétroaction climatique du changement de composition atmosphérique causée par l'activité biologique de ces microbes. Dans une tournure surprenante, l'étude a révélé que si la vie martienne antique avait peut-être initialement prospéré, sa rétroaction chimique dans l'atmosphère aurait déclenché un refroidissement global de la planète, rendant finalement sa surface inhabitable et conduisant la vie de plus en plus profondément sous terre, et peut-être à l'extinction.

"Selon nos résultats, l'atmosphère de Mars aurait été complètement modifiée par l'activité biologique très rapidement, en quelques dizaines ou centaines de milliers d'années", explique Sauterey. "En éliminant l'hydrogène de l'atmosphère, les microbes auraient considérablement refroidi le climat de la planète."

La surface de Mars primitive serait bientôt devenue glaciaire en raison de l'activité biologique. En d'autres termes, le changement climatique induit par la vie martienne aurait pu contribuer très tôt à rendre la surface de la planète inhabitable.

"Le problème auquel ces microbes auraient alors été confrontés est que l'atmosphère de Mars a pratiquement disparu, complètement amincie, de sorte que leur source d'énergie aurait disparu et qu'ils auraient dû trouver une autre source d'énergie", explique Sauterey. "En plus de cela, la température aurait chuté de manière significative, et ils auraient dû aller beaucoup plus profondément dans la croûte. Pour l'instant, il est très difficile de dire combien de temps Mars serait restée habitable."

Les futures missions d'exploration de Mars pourraient apporter des réponses, mais des défis subsisteront, selon les auteurs. Par exemple, alors qu'ils ont identifié Hellas Planitia, une vaste plaine creusée par l'impact d'une grande comète ou d'un astéroïde très tôt dans l'histoire de Mars, comme un site particulièrement prometteur à parcourir à la recherche de preuves de vie passée, la topographie de l'emplacement génère certaines des Les tempêtes de poussière les plus violentes de Mars, qui pourraient rendre la zone trop risquée pour être explorée par un rover autonome.

Cependant, une fois que les humains commenceront à explorer Mars, ces sites pourraient revenir sur la liste restreinte des futures missions sur la planète, a déclaré Sauterey. Pour l'instant, l'équipe concentre ses recherches sur Mars moderne. Le rover Curiosity de la NASA et le satellite Mars Express de l'Agence spatiale européenne ont détecté des niveaux élevés de méthane dans l'atmosphère, et bien que de tels pics puissent résulter de processus autres que l'activité microbienne, ils permettent la possibilité intrigante que des formes de vie telles que les méthanogènes aient pu survivre dans des poches isolées sur Mars, profondément souterraines - des oasis de vie extraterrestre dans un monde autrement hostile.

Source : Université de l'Arizona

DOI de l'étude originale : 10.1038/s41550-022-01786-w