Sous l'effet des rayonnements l'eau subit une radiolyse qui entraine la formation de dihydrogène (petites bulles sur la photo ci-dessus), mais aussi la formation de petites molécules organiques lorsque de la calcite est présente. Crédit : Guillaume Blain

La radioactivité moteur de l'émergence de la vie ?

Résultats scientifiques

La radioactivité entretient dans les roches profondes une chimie qui transforme les carbonates en petites molécules organiques. La quantification in vitro de ce phénomène, par l'équipe de radiochimie de SUBATECH, a permis aux géochimistes de Grenoble et de l'IPGP de confirmer qu'il aurait pu jouer un rôle important dans l'émergence de la vie sur Terre. Une étude parue dans Earth and Planetary Science Letters le 15 juin 2021.

Dans la grande salle du cyclotron Arronax à Nantes, de petites bulles s'échappent d'un bocal d'eau exposé aux rayonnements. Il s'agit de dégagements d'hydrogène et de gaz carbonique, signe que dans le liquide une chimie très particulière est à l'œuvre : la radiolyse. Sous l'action des rayonnements, l'eau et les carbonates dissous sont en effet décomposés, donnant naissance d'un côté à de l'hydrogène et de l'autre à des ions très réactifs qui, en se recombinant, permettent la formation de petites molécules organiques. Autrement dit, des molécules susceptibles d'être assimilées par des organismes vivants ou de servir de base à la formation de molécules biologiques. On constate la présence de formate (HCOO-), d’acétate (CH3COO-) et d'oxalate (C2O42-), précise Johan Vandenborre, auteur de l'expérience. Les taux mesurés augmentent progressivement montrant de façon très nette une accumulation de ces molécules." En somme, dans les bocaux du chercheur, s'opère de façon totalement spontanée une transition du monde minéral vers un monde organique propice au développement de la vie. Restait à démontrer que ce qui était observé in vitro était compatible avec l'environnement terrestre.

Radiolyse Subatech de gauche à droite : Johan Vandenborre (responsable - chargé de recherche), Guillaume Blain (ingénieur), Simon Guillonneau (Stagiaire Master 2), Emeline Craff (doctorante), Vincent Fiegel (postdoctorant)
L'équipe radiolyse à SUBATECH à l'origine des travaux avec de gauche à droite :
Johan Vandenborre (responsable - chargé de recherche),

Guillaume Blain (ingénieur), Simon Guillonneau (stagiaire Master 2),
Emeline Craff (doctorante), Vincent Fiegel (postdoctorant)
Crédit : SUBATECH

Un phénomène à l'œuvre partout sur Terre

C'est la tâche à laquelle s'est attelé Laurent Truche, géochimiste à l'Institut des sciences de la Terre (ISTerre) à Grenoble. Il a confronté les valeurs obtenues à SUBATECH avec la composition d'échantillons de roches très profondes et anciennes dans lesquelles une vie microbienne prospère en totale autarcie, parfois depuis plusieurs milliards d'années. Résultat, les taux de production coïncident bien avec ce qui est trouvé dans l'environnement, renforçant par la même l'hypothèse que la radioactivité naturelle des sols puisse avoir joué un rôle important dans l'émergence de la vie sur Terre. La radioactivité est en effet omniprésente depuis l'origine dans l'ensemble du globe. Elle a donc pu alimenter sur des milliards d'années avec une constance remarquable le développement progressif d'une activité biologique.

Une idée née à l'occasion d'un colloque de la MITI

La collaboration entre radiochimistes et géochimistes à l'origine de cette démonstration est née un peu par hasard à l'occasion d'un colloque initié par la Mission pour les initiatives transverses et interdisciplinaire du CNRS sur l'hydrogène naturel envisagé comme ressource énergétique future. "Les géologues présents se posaient la question de l'origine des flux d'hydrogène identifiés dans le sous-sol, raconte Johan Vandenborre. Ma spécialité étant la radiolyse, je leur ai suggéré que ce soit le phénomène à l'œuvre. Et c'est de là que tout est parti. « Depuis, une collaboration fructueuse est née entre SUBATECH, ISTerre et maintenant l'Institut de physique du globe de Paris afin d'explorer le rôle de la radioactivité dans l'émergence et le maintien de la vie ».

Référence de l'article : « Carboxylate anion generation in aqueous solution from carbonate radiolysis, a potential route for abiotic organic acid synthesis on Earth and beyond », Earth and Planetary Science Letters, vol. 564, 15 juin 2021, 116892.

Pour en savoir plus

Un long article de Quanta Magazine sur la thématique du développement de la vie dans les profondeurs de l'écorce terrestre citant les travaux du CNRS (en anglais) : « Radioactivity May Fuel Life Deep Underground and Inside Other Worlds ».

Contact

Johan Vandenborre
Chercheur au laboratoire SUBATECH
Laurent Truche
Géophysicien au laboratoire ISTerre
Sébastien Incerti
DAS Interdisciplinaire
Emmanuel Jullien
Responsable de la cellule communication de l'IN2P3