Bioastronomie - La faculté d'adaptation - Introduction (I)

 

 

La faculté d'adaptation

Introduction (I)

Dans les années 1980, le Pr Cyril Ponnamperuma, alors directeur du Département d'Exobiologie du centre Ames de la NASA, m'avait convaincu de l'intérêt qu'il y avait d'étudier la biodiversité des créatures vivant dans les milieux extrêmes pour tenter de compendre de quelles manières une éventuelle forme de vie extraterrestre pourrait se développer. Son argument était simple : il suffisait de consulter la liste des milieux extrêmes où la vie est soi-disant impossible mais où elle prolifère pour se rendre compte que cette liste ne fait que croître. Cela implique donc que les organismes, parfois complexes, peuvent s'adapter à des conditions que nous jugeons mortelles ou préjudiciables à toute forme de vie. Du même coup, cela décuple ou centuple l'éventail des niches écologiques extraterrestres potentielles. Fasciné par cette perspective, depuis je n’ai jamais cessé d’étudier le sujet.

Les conséquences de cette hypothèse sont en effet fascinantes : connaissant les conditions extrêmes de l'espace où l'apesanteur,  l'absence d'oxygène, le vide, le froid intense, les rayonnements ionisants, les turbulences ou la chaleur extrême règnent en maître, paradoxalement l'univers peut alors regorger de vie. Peut-être pas au milieu de l'espace vide et glacial, mais on pourrait éventuellement en découvrir sous le permafrost de Mars, dans les crevasses glaciaires d'Europe ou près des cryovolcans de Titan. 

Reste à bien cerner les limites de la vie et de quelles manières elle s'adapte aux environnements jugés hostiles, trop chaud, trop froid, trop acide, ou supportant de très fortes pressions, des rayonnements ionisants, bref comment elle survit dans des lieux à l'image des affres de la damnation... Voyons cela en détail.

Les conditions extrêmes de survie

Plus chaud : 121°C, Strain121 (fumeurs du Pacifique)

Plus froid : -15 C°, Cryptoendoliths (Antarctique)

Radiation : 5 MRad (50 kGy) ou 5000x l'endurance humaine, Deinococcus radiodurans

Gravité : 1 million de g, Escherichia coli (dans une centrifugeuse)

Profondeur : 3.2 km sous la terre, 12 km sous la mer

Acide : pH 0.0 (la plupart des organismes vivent dans un milieu 100000x moins acide)

Basique : pH 12.8 (la plupart des organismes vivent dans un milieu 1000x moins basique)

Espace : 6 ans de survie dans le vide pour Bacillus subtilis retrouvé sur un satellite de la NASA

Pression : 1200x la pression atmosphérique ou 12 km d'eau

Salinité : 30% ou 9x la salinité du sang humain, Haloarcula

Plus petit organisme : < 0.1 micron ou 500x plus petit que l'épaisseur d'un cheveux, picoplancton

Nous savons que l'univers ne contient en moyenne que trois atomes au mètre cube. Dans une atmosphère gazeuse ou dans l'eau, nous avons plus de 1024 atomes au mètre cube. Dans ce milieu dense, les atomes ont beaucoup plus d'occasions de se combiner en molécules que dans l'espace. La terre ferme humide est plus propice encore. Dès que les premiers organismes se sont constitués ils ont conquis tous les milieux propices à leur évolution. Mais peuvent-ils réellement survivre dans des milieux extrêmes ?

En observant les millions de formes de vie qui évoluent sur Terre - on dénombre entre 5 et 30 millions d'espèces - a priori leur existence n'est due qu'au hasard, associée à la loi du plus fort, c’est la sélection naturelle.

Si la vie n'est pas possible autour des étoiles bleues qui diffusent trop de rayonnements ultraviolets destructeurs, autour des étoiles binaires et variables où les formes de vie seraient à la merci des marées gravitationnelles et des écarts de température, la vie semble particulièrement bien adaptée sur les planètes en orbite autour des étoiles de la Séquence principale qui comprend les spectres des classes A jusque M, des jeunes étoiles géantes blanches jusqu'aux naines rouges très âgées. Car même si l'atmosphère est chargée de gaz sulfureux ou engendre des pressions titanesques, une forme de vie rudimentaire peut parfaitement s'y adapter. Cette symbiose sera d'autant plus parfaite que l'évolution aura modifié ces organismes.[1]

La vie telle que nous la connaissons dispose de tous les atouts pour s'adapter à un environnement jugé hostile. En effet, l'impossibilité pour certains organismes de supporter certaines substances toxiques sera contrecarrée par une tolérance d'autres organismes. 

Bien que la liste des critères qui permettent la vie soit restreinte, l'expérience que connaît la Terre depuis sa formation tend à ignorer cette liste. Dans l'esprit de Robert Shapiro[2], chimiste et généticien à l'université de New York, la variété des niches biologiques a conduit à tant de formes de vie que ce phénomène traduit une adaptation continue des populations à l'écosystème, naturel ou artificiel. Si une forme d'énergie est disponible la vie jaillira. Bien sûr dans une situation limite, à Resolute Bay ou à Agadir par exemple, la diversité des espèces est bouleversée car leur complexité ne leur permet plus de survivre dans un écosystème désertique glacé ou torride.

Le catalogue de la création est volumineux, mais il n'est rien en regard du potentiel d'organismes qu'il peut créer, ici ou ailleurs.

Robert Shapiro

Edward O.Wilson nous rappelle que pour chaque homme il existe 500000 insectes !

C'est une véritable leçon de symbiose naturelle que nous offre la biosphère. C’est aussi une bonne leçon d'écologie. Le biologiste américain Edward O. Wilson[3], connu en autre pour ses recherches sur les fourmis, estime qu’il existe aujourd’hui 1.4 millions d’espèces vivantes, mais nous en connaissons si peu que leur nombre peut être 10 ou 100 fois supérieur. Il existe 751000 espèces d’insectes, 281000 espèces d’animaux et 248000 espèces de plantes, sans parler des centaines de milliers de virus, bactéries, champignons et autres protozoaires !

Mais ça c'est le décompte actuel. Selon les scientifiques, en raison de l'impact de l'homme sur l'environnement, si nous ne changeons pas nos habitudes, dans 50 ans, nous aurons exterminé un million d'espèces, y compris de nombreux mammifères supérieurs (baleines, ours, tigres, singes, etc) !

Bien sûr, au cours de l’évolution, des milliers d’espèces ont périodiquement disparu. Les causes peuvent être nombreuses : concentration de gaz toxique, chute de météorite, dose létale de rayonnement ionisant, éruption volcanique et autres tremblements de terre. Si nous prenons conscience de ces risques, nous découvrons que depuis 3 milliards d’années, traversant avec plus ou moins de succès ces cataclysmes, la vie su faire preuve de ténacité.

Toutefois, les dinosaures ont disparu et la Terre a déjà connu cinq extinctions majeures. Mais celle à laquelle nous assistons aujourd'hui est la plus rapide et la plus grave que connut la Terre depuis qu'elle porte la vie. Si nous ne prenons aucune mesure pour enrayer ce processus, nous pourrions assister à la 6eme extinction... celle de l'homme ! Prenons en bien conscience. Nous reviendrons sur cette véritable hécatombe lorsque nous parlerons des problèmes écologiques, de la perte de biodiversité et de développement durable. Mais revenons à l'essentiel, la vie.

La variabilité de son adaptation est stupéfiante et s’illustre chaque jour sous nos yeux lors de la multiplication des animaux vivants en colonies, l’éclosion des plantes à fleurs ou la naissance des vertébrés.

Dans ce chatoiement de couleurs et de formes, l’appel désespéré des bébés nous signale que paradoxalement la vie reste un phénomène rare que nous devons protéger. Si l’apparition de la vie reste un mystère, cette passionnante aventure nous dévoile des phénomènes insoupçonnés, signes d’une évolution miraculeusement adaptée. Cette faculté d'adaptation des espèces à des relents de science-fiction mais puisqu’elle lie tous les êtres vivants sur Terre, elle est aussi très ancienne, très riche et très variée. Elle nous conduit à reposer les critères de survie d’une éventuelle forme de vie extraterrestre.

Nous savons que tout a débuté sur Terre il y a moins de quatre milliards d’années, au fond des mers, près des volcans ou dans la tiédeur des lagons réchauffés par la chaleur du Soleil. Selon les dernières études la vie serait apparue rapidement. Des molécules simples se sont agencées dans un ordre précis et s’organisèrent pour survivre. En s'enchaînant et se complexifiant, elles devinrent autonomes et capables de se reproduire. La première forme de vie était née.

Les biotopes originels

La vie est apparue sur Terre il a quelque 3.8 milliards d'années alors que sa surface était encore agitée par les activités volcanique et météoritique. Ailleurs l'eau la recouvrait en grande partie. Dans ces milieux presque stériles et perturbés, enveloppés d'une atmosphère irrespirable constituée de gaz carbonique, de méthane et d'ammoniac, des macro-molécules se sont pourtant accrochées à leur substrat et se sont agencées dans un ordre précis pour survivre. En se complexifiant elles devinrent autonomes et portèrent bientôt la vie. A gauche une éruption volcanique sur l'île d'Hawaii. A droite la baie de Narragansett sur l'île de Rhode Island au Soleil couchant. Documents Dorian Weisel/Lombry et NOAA.

Ce processus physico-chimique a-t-il une chance de se reproduire ailleurs dans l’univers ? Les astrobiologistes n’ont pas encore de réponse précise à nous donner. Depuis que les astronomes étudient la constitution des comètes, des météorites ainsi que les molécules présentent dans l'espace, on se demande de plus en plus si la vie ne serait pas apparue dans l'espace et apportée sur Terre par l'un de ces vecteurs. Aujourd'hui la question reste ouverte car nulle part dans la banlieue de la Terre nous n'avons trouvé d'organisme vivant, ou les preuves que nous possédons nous laissent perplexe (principalement celles provenant de Mars). Tous les biologistes en revanche sont d’accord pour reconnaître qu’aux frontières de la vie, du sommet de l'atmosphère aux fonds abyssaux, la vie peut se développer. Loin de ressembler à une chimère, la vie qui peuple ces milieux extrêmes nous force à revenir à l’essentiel.

Biodiversité, mensurations, records

Lorsque la Terre se vit peupler pour la première fois de bactéries au protérozoïque, il y a de cela 2.5 milliards d'années environ, l'évolution progressive des espèces vit défiler des créatures minuscules, tantôt des géants, de toute longévité et présentant des performances extraordinaires, fonction de leur environnement. Mis à part le problème de la polyploïdie (formes géantes) et l'influence du rayonnement (mutations), la nature a tout essayé sans jamais commettre d'erreur, certains créatures pouvant toutefois être inadaptées à un changement d'environnement. 

La merveilleuse Agalychnis callidryas ou grenouille arboricole aux yeux rouges (8 cm). Elle vit surtout dans la jungle d'Amérique centrale (Costa Rica, etc).

Pour commencer, rappelons pour la simple curiosité et notre amusement quelques records d'aptitude physique ainsi que les mensurations extrêmes de quelques espèces. Si ces performances ne sont pas toujours cruciales pour la survie de ces créatures, elles témoignent malgré tout de leur parfaite adaptation à leur environnement.

Ne pouvant compter que sur leur physique et leurs facultés, la plupart des animaux ont un sérieux avantage sur l'homme. Prenons simplement leur physique. Si nous comparons les performances athlétiques des humains avec celles des animaux, le constat est clair, nous sommes relégués aux dernières places ! En effet, parmi les animaux de notre taille, nous savons par exemple que le guépard est un sprinter hors norme, capable de galoper à 110 km/h durant près d'une minute lorsqu'il chasse une gazelle ou un singe, eux-mêmes étant des athlètes accomplis.

Mais là où cela devient carrément fascinant c'est lorsque nous transposons les performances physiques des animaux à l'échelle humaine :  nos records obtenus avec force et sueur sont pulvérisés ! Voyez plutôt.

Le scarabée rhinocéros soulève 54 tonnes ! Au saut en longueur, l'araignée sauteuse traverse un terrain de football (100 mètres) et la grenouille fait un bon de 178 mètres sans élan ! Au saut en hauteur, la puce dépasse les 600 mètres bien que son manque de précision la fasse atterrir en dehors du stade ! Enfin, le 100m est bouclé en quelques fractions de secondes par le lézard ! Et ceci n'est qu'un exemple des records établis par les animaux et autres insectes car on pourrait également s'étendre sur leurs facultés sensorielles parfois extraordinaires (seuil de détection, étendue du spectre, portée de leurs sens, puissance du venin, etc).

Nous verrons dans d'autres passionnants articles consacrés au polymorphisme du monde et les facultés sensorielles que leurs moyens de détection (leurs sens) ou leur "armement" ferait peur à n'importe quel soldat, même équipé des moyens les plus sophistiqués... et ceci ne concerne pas seulement les vertébrés ou les insectes mais également certaines espèces du monde végétal qui, du fait de leur sédentarité ont dû développer des moyens de défense très sophistiqués pour survivre et faire face à la gourmandise de leurs prédateurs.

Les aptitudes des êtres vivants sont encore plus fascinantes si nous extrapolons la biodiversité terrestre aux exoplanètes à faible ou forte gravité, aux planètes liquides, désertiques ou glacées. Cet article se limitera cependant à la description de la biodiversité telle que nous la connaissons.

L'éphémère au stade imago. Selon les régions, il peut prendre une coloration rouge-brune ou vert-pomme. A ne pas confondre avec la chrysope. Document Lars Viberg.

Commençons par examiner des paramètres facilement accessibles. Qu'en est-il de la longévité et des mensurations des créatures qui nous entourent ? Si la longévité de l'éphémère (Ephemera danica) est de 2 à 3 jours, certaines tortues des îles Galápagos ont pu vivre 210 ans. L'agave vit une centaine d'années, le pin de Californie (Pirus Aristata) vit plus de 4700 ans et les graines du buisson de houx Lomatia tasmania de Tasmanie vivraient 43600 ans !

Le plus petit arbre est un saule arctique, il mesure entre 2 et 10 cm de haut alors que l'Eucalyptus Regnans du Sud de l'Australie - aujourd'hui en voie d'extinction en Tasmanie - peut culminer à 114 m de hauteur. La fleur la plus grande est l’amorphophallus titanum (cf. ci-dessous); mesurant 3 m de haut elle ne fleurit que durant 3 semaines tous les 30 ans en libérant une odeur pestilentielle qui attire les insectes...et le public.

Chez les mammifères, ce sont les chiens qui présentent la plus grande variété mais elle est artificielle.

En effet, suite à la domestication du loup qui remonte à environ 16000 ans avant Jésus-Christ, on dénombre aujourd'hui pas moins de 384 races de chiens (Wikipedia en référencie au moins 425 sans les synonymes) et certainement plus à l'avenir. Leurs mensurations varient entre 113 gr et 6.3 cm au garot pour le Yorkshire Terrier (le record est détenu par un chien Papillon baptisé Dylan pesant 25 gr à la naissance suivi par Noki) et le Old English Mastiff pesant jusqu'à 155 kg et mesurant entre 76 cm et 1 m au garot !

Dans les eaux du Pacifique au large du Japon, au milieu du zooplancton à peine visible se côtoient des baleines bleues de 190 tonnes et mesurant 33 m de longueur et des crabes macrocheire (Macrocheira kaempferi) de 20 kg mesurant 3.7 m d'envergure. Ailleurs on trouve de minuscules poissons mesurant à peine quelques millimètres et des crabes petits poids mesurant au maximum 6 mm d'envergure. De nos jours le plus grand invertébré vit dans les abysses, sans doute entre 500 et 1000 m de profondeur, c'est un décapode, l'Architeuthis ou calmar géant. Il peut mesurer 20 m de longueur et peser 900 kg. Il fut le cauchemar des pêcheurs depuis l'Antiquité. Mais remontons en surface. Dans l'air plane l'albatros avec ses 3 m d'envergure tandis que l'oiseau-mouche abeille de Cuba (Mellisuga helenae ou Zunzuncito) atteint 28 mm toutes ailes déployées pour environ 6 cm de longueur. L'autruche fait 2.5 m au garrot et s'esclafferait en voyant un colibri. La Terre connu des reptiles comme le Diplodocus de 26 m de long, le varan de Komodo et l'iguane, des hybrides marins ou aériens tel le scorpion de mer de 2.7 m de long et l'archéoptéryx. Devant cette prolifération de populations, l'évolution choisit rapidement les caractères dominants, les erreurs d'inadaptation s'éliminant d'elles-mêmes.

Ci-dessus la tortue des Galápagos, le buisson de houx Lomatia tasmania et le saule arctique. Ci-dessous l'Eucalyptus Regnans et l'amorphophallus titanum en floraison en novembre 2005 au jardin botanique du Smithsonian, un gros-plan sur son coeur photographié au jardin botanique d'Huntington en Californie en juillet 1999 et fané début août 1999. Voici une image prise en 1999 vous permettant d'apprécier la taille de cette fleur exceptionnelle. Un homme peut sentir son odeur nauséabonde (entre viande avariée et poisson pourri) jusqu'à... 800 m de distance ! Documents Honolulu Zoo, Joroco, NRCAN, UTAS, Smithsonian et Huntington.

Aujourd'hui, la plupart des êtres vivants remontent à la naissance des mammifères qui suivit l'extinction des grands sauriens, il y a 65 millions d'années à la fin de l'ère secondaire (Crétacé).

Chaque période d’extinction fut suivie par une prolifération de nouvelles espèces dans un monde toujours plus riche, à ce point que 10000 nouvelles espèces apparurent au Cambrien, il y a 500 millions d'années[4]. Ci et là des fossiles vivants survivent depuis l'ère primaire, tel la limule, la méduse, le coelacanthe, le nautile ou le requin. Ailleurs, l'évolution a conservé des espèces hybrides, les curieux anableps (périophthalmes) ou les dipneustes. Pour une raison inconnue, des mammifères tels le dauphin ou la baleine sont retournés à la mer, comme d'autres l'ont quittée définitivement. 

Ci-dessus une baleine mégaptère avec son bébé et un crabe Machrocheire. Ci-dessous le varan de Komodo, une autruche et le colibri abeille (taille réelle). Documents Lauhakan, U.Frankfurt, Smithsonian National Zoological Park, Robert Tyrrell.

Penchons-nous sur cette biodiversité si étonnante et si précieuse et voyons comment certains organismes survivent dans des conditions jugées hostiles pour la plupart des autres espèces. Leurs facultés nous permettront par ailleurs d'élaborer des stratégies pour rechercher d'éventuelles formes de vie ailleurs dans le système solaire ainsi que dans le cadre des programmes SETI, autant de thèmes que nous approfondirons dans d'autres articles.

Prochain chapitre

Des besoins vitaux : boire et manger

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[1] A propos de l'évolution des organismes et de leurs comportements, lire A.Tetry, "Les outils chez les êtres vivants", Gallimard, 1948 - R.Chauvin, "La biologie de l'esprit", Ed.du Rocher, 1985 - Eibl-Eibesfeldt, "Ethologie ; biologie du comportement", Naturalia et Biologica, 1977 - “La vie dans les milieux extrêmes”, Dossier Pour La Science, Octobre 1994.

[2] R.Shapiro et G.Feinberg, "Life beyond earth", William Morrow and Company, 1980.

[3] E.Wilson, “The Diversity of Life”, Cambridge University Press, 1992, p134.

[4] A propos des dinosaures lire, E. Buffertaut, “Les dinosaures”, PUF-Que sais-je ?, 2827, 1993 - National Geographic, 183, jan. 1993, p2 - A propos de l’explosion de la vie au Cambrien lire, National Geographic, 184, oct. 1993, p120 - Stephen J.Gould, "La vie est belle", Seuil, 1991.



24/11/2007
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