Avril 2004

En 1976, deux fantastiques laboratoires biologiques, pas plus grands qu'une boîte à chaussures, débarquaient sur le sol de Mars à bord des atterrisseurs Viking. Leur mission : détecter la présence d'une éventuelle vie martienne. Trois expériences différentes devaient dans ce but chercher à mettre en évidence une activité métabolique au sein d'échantillons prélevés par un bras mécanique et mélangés à des préparations nutritives. Les résultats obtenus, quoi que déroutants, ont été jugés négatifs, même si l'un des investigateurs, Gilbert Levine, maintient que sa " manip " a bien trouvé la vie ! Si ce scientifique n'a guère été suivi dans ses conclusions, c'est qu'un autre appareil, un spectromètre de masse chargé de vérifier la présence de molécules organiques, n'a rien détecté non plus, confortant les scientifiques dans le tableau d'un sol martien totalement minéral. Le problème, c'est que la sensibilité limitée de ce spectromètre en faisait un instrument mal adapté à sa mission… Incapable de détecter la vie dans des échantillons provenant de l'Antarctique, dont on a appris seulement par la suite qu'ils abritaient en réalité des microorganismes, il l'était a fortiori pour des échantillons martiens, sans même parler de déceler la présence de reliques organiques d'une vie passée.

Trente ans après, les progrès dans l'instrumentation et les méthodes, en particulier issues de la biotechnologie, ont révolutionné nos capacités d'investigation, leur sensibilité permettant des expériences beaucoup plus fines. Ainsi, Beagle2 emportait à son bord un appareil capable d'analyser les proportions des différents isotopes (variétés) du carbone présent dans le sol martien ; l'activité biologique privilégiant légèrement l'utilisation du plus léger de ces isotopes, le C¹², la mesure devait permettre de dire si le globe de Mars avait connu une activité biologique. La détection récente de présence de méthane dans l'atmosphère de la planète, à des concentrations de 10 pour mille milliards seulement ! relève de la même amélioration de nos capacités d'analyse.

Aujourd'hui, les scientifiques s'apprêtent à relever un nouveau défi à l'occasion des missions Mars Science Laboratory de la NASA et Exo-Mars de l'ESA, dont les lancements devraient intervenir en 2009. Sous la direction de Richard Mathies, l'Université de Californie à Berkeley, associée au JPL, au CalTech et à l'Institut d'Océanographie Scripps de San Diego, a développé un " laboratoire sur une puce " qui vise :

• à détecter la présence de matière organique avec une sensibilité un million de fois meilleure que celle du spectromètre des Viking ;
• à identifier la nature des molécules détectées ;
• et, surtout, à déterminer l'orientation de leur conformation géométrique, sachant que les molécules organiques qu'utilise la matière vivante existent à l'état naturel sous deux conformations symétriques, images l'une de l'autre dans un miroir, comme le sont la main gauche et la main droite.

L'appareil de l'UC Berkeley a été testé dans le désert d'Atacama, la région la plus sèche de notre planète ; il a détecté des acides aminés (doc. UC Berkeley/R. Mathies)

Les ciruits microfluidiques du " laboratoire sur une puce " de l'UC Berkeley (doc. UC Berkeley)

Le fait de disposer sur Mars d'un spectromètre hypersensible est déjà un progrès considérable, car cela permettra de statuer sur la présence de matière organique de façon cette fois significative vis-à-vis d'une hypothèse de vie martienne. En effet, si cette dernière est apparue, on peut s'attendre à ce qu'elle soit réfugiée dans le sous-sol, voire éteinte, et donc à ce que la concentration de matière organique en surface soit très faible.

Mais, détecter la présence de molécules organiques, mêmes constitutives de la matière vivante, ne suffit pas à prouver l'existence d'une vie, présente ou passée. De tels matériaux peuvent avoir une origine non biologique (apport cométaire en particulier)… Par contre, la détermination de l'orientation des molécules peut permettre, elle, de trancher sans ambiguïté ! En effet, lorsque ces molécules sont d'origine abiotique, comme c'est le cas de celles que l'on a trouvé dans certaines météorites, les deux espèces (gauche et droite, ou, en termes savants, lévogyre et dextrogyre) sont en quantités égales. Mais il se trouve que la vie n'utilise qu'une des deux espèces ! D'où la portée capitale de l'appareil développé par l'équipe de Berkeley : la mesure du rapport des quantités des espèces dans les deux orientations permettra d'affirmer que les molécules organiques analysées sont ou ne sont pas d'origine biologique !

Cette perspective extraordinaire est l'aboutissement d'un petit miracle d'ingéniosité et de technologie, puisant en particulier dans les techniques développées pour le séquencement rapide des génomes. L'appareil est un véritable laboratoire de biochimie complet, intégré sur un " chip ", un disque de 10 cm de diamètre. Dans ce disque sont intégrés, par des procédés analogues à ceux employés dans la fabrication des microprocesseurs, des dispositifs fluidiques microscopiques : vannes, pompes, chambres de réaction minuscules, capables de traiter des quantités d'échantillons se chiffrant en milliardièmes de litre ! L'appareil peut accepter des préparations gazeuses, liquide (solution aqueuse) ou solide (échantillon de sol). Le mode d'utilisation de base serait le suivant :

• l'échantillon de sol est chauffé pour vaporiser les composés organiques ;
• les vapeurs sont condensées sur un " doigt " froid (à la température de la nuit martienne), recouvert de molécules spéciales qui, lorsqu'elles se lient à des molécules organiques bien spécifiques, deviennent fluorescentes ; ce premier stade permet donc de détecter la présence des molécules ;
• ces molécules sont ensuite réaspirées et envoyées vers des chambres de détection en forme de tubes capillaires, garnies de composés permettant d'identifier, par leur affinité sélective et par l'utilisation d'un procédé connu sous le nom d'électrophorèse, non seulement chaque type de molécule, mais aussi son orientation.

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